人工智能系统中组学数据整合对急性PIVD患者神经动力学锻炼效果的研究

### 人工智能系统中组学数据整合对急性PIVD患者神经动力学锻炼效果的研究 #### 1. 引言 腰椎间盘突出症（PIVD）是一种常见疾病，当纤维环破裂导致髓核突出时就会引发。在成年人中，腰椎间盘突出症较为常见，约5%的成年人受其影响。全球范围内，男性的发病率在1.9% - 7.6%之间，女性则在2.2% - 5.0%之间。它也是腰痛患者中最常见的病症之一，约影响10%的人群。PIVD分为四个阶段：髓核退变、髓核移位、突出和脱出。 直腿抬高试验（SLR）一直是识别神经根症状的金标准测试。当检查者抬高患侧肢体时，如果疼痛重现或加剧，则通常认为存在神经根刺激。当检查者被动抬起患腿，髋关节屈曲、膝关节伸展，在臀区或小腿区域出现疼痛时，试验结果为阳性。关于疼痛产生时的抬高角度，不同研究有不同观点，Brieg和Troups等人认为小于70°具有临床意义。 PIVD导致的椎间盘突出会引起神经结构远端滑动受限，给物理治疗师治疗急性PIVD患者带来挑战。目前，尚无基于证据的研究探讨包括静态开启器以及四个级别的滑动器和张力器的神经动力学锻炼，能否降低急性PIVD患者的机械敏感性和神经根刺激。本研究旨在分析此类神经动力学锻炼是否能显著改变神经活动度、SLR范围、视觉模拟评分（VAS）和疼痛侧代码评分。 如今，对细胞过程的实际理解主要集中在多组学数据与临床信息的结合研究上。通过整合与生物分子在多个层面相关的多组学数据，似乎有可能对复杂生物学进行系统而全面的理解。这些数据有助于评估组学层面之间的信息传递，从而缩小基因型和表型之间的差距。综合技术最终有助于更好的预防和管理，因为它们可以全面研究生物现象，提高预后和疾病表型预测的准确性。 Omics发现指数（OmicsDI；https://www.omicsdi.org/）是一种通用数据格式，包含来自11个存储库的数据集。这个开源平台便于访问、探索和整合蛋白质组学、转录组学、代谢组学和基因组学数据集，涵盖了人类、模型和非模型生物的数据集。对于每个可能合并的数据集，OmicsDI除了对数据集进行索引外，还包括注释和标准化阶段。 许多疾病，包括癌症，由于患者之间疾病发展程度的显著差异而表现出异质性。此外，生活方式和环境等多种因素也可能导致疾病异质性。因此，为了全面理解疾病的病因并为不同亚型的患者选择合适的治疗方法，识别疾病的潜在亚类别或将样本分类到已知亚组至关重要。有许多方法可以利用样本的多组学数据来确定疾病亚型或将不同样本根据其组学特征进行分类。 #### 2. 文献综述 以下是一些关于PIVD治疗的研究： - **腰椎间盘切除术后运动计划的有效性**：Nafsika Atsidakou等人的研究发现，运动计划对腰椎间盘切除术后的患者有益，可改善疼痛、残疾、生活质量、肌肉力量和重返工作的能力。 - **仅采用固定治疗腰椎间盘突出**：Atul Goel等人的研究表明，仅固定治疗在腰椎间盘突出的管理中是有效且安全的。 - **大型游离型腰椎间盘突出的自发消退**：Chengxiang Hu等人的研究得出，与突出或膨出型椎间盘患者相比，游离型椎间盘突出患者更有可能出现自发消退。在没有明确手术指征的情况下，对于大型腰椎间盘突出患者，尤其是游离或脱出亚型，保守治疗是首选。 - **针灸治疗腰椎间盘突出症**：Dr. S. M. Shahidul Islam等人的研究发现，患有腰椎间盘突出症的患者在进行包括腰椎松动、手法操作、等长背部肌肉强化锻炼和腰部针灸治疗后，腰痛有显著改善。 - **物理治疗干预对腰椎间盘突出的疗效**：Varun Singh等人的研究表明，物理治疗干预在减轻疼痛和残疾方面是成功的。椎间盘置换、椎间孔开放和椎间隙扩大等操作可增加生理、生物力学和脊柱活动度方面的机制，但该荟萃分析未发现物理治疗对脑部活动有显著影响。 - **神经动力学技术对腰骶神经根病的影响**：Mohit Bipin等人的研究显示，神经动力学治疗有助于诱导集中化，降低神经组织的机械敏感性，减少放射症状的困扰和频率。 - **Mckenzie方法和Mulligan松动术（SNAGS）对腰椎间盘突出伴单侧神经根病的影响**：Trupti Warude等人的研究结果表明，在PIVD伴单侧神经根病的情况下，Mulligan松动术（SNAGS）在缓解疼痛、改善活动范围和减少功能残疾方面比Mckenzie方法更有效。 - **直腿抬高试验的观察者间重复性**：Camino - Willhuber等人的研究发现，Lasegue征在普通实践中的重复性似乎一般，但在因特定情况极有可能出现腰痛的患者中，其重复性可能与医院环境中的情况相当。 - **神经动力学动员与拉伸运动对慢性椎间盘源性坐骨神经痛的差异**：Haytham I. Morsi等人的研究揭示，在治疗慢性椎间盘源性坐骨神经痛患者时，滑动器和张力器神经动力学动员技术在减轻疼痛强度和改善功能障碍方面比拉伸运动更有效，但在增加踝关节背屈活动范围方面，两种方法没有明显差异。 - **神经松动技术对慢性腰椎神经根病的有效性**：Bhatia Sweta Satishkumar等人的研究发现，神经松动技术可作为辅助治疗，帮助因椎间盘突出导致慢性腰椎神经根病的患者减轻疼痛、改善髋关节活动范围、减少功能障碍和恐惧回避信念。 - **南印度成年人群腰痛的患病率和相关因素**：Anil Chankaramangalam Mathew等人的研究表明，40.7%年龄较大的受访者受腰痛影响。女性（52.9%）的患病率远高于男性（28.14%），且差异具有统计学意义。 - **脊柱松动与腿部运动对腰椎神经根病患者的影响**：Kiran Satpute等人的研究发现，在运动和经皮神经电刺激（TENS）的基础上增加脊柱松动与腿部运动，可显著增加亚急性腰椎神经根病患者在短期和长期内的腿部和腰痛、残疾、SLR和活动范围方面的益处。 - **核心强化锻炼和Mckenzie伸展运动对腰椎PIVD疼痛和功能残疾的有效性比较**：Jyoti Sharma等人的研究表明，Mckenzie伸展运动在减轻LBA患者腰椎间盘突出症的疼痛和改善功能残疾方面非常有效。同时，Mckenzie运动计划有助于减少椎间盘突出，而核心稳定锻炼有助于加强周围肌肉以提供稳定性。 - **Otago家庭运动计划结合其他物理治疗干预对老年人腰椎间盘突出及相关症状的管理**：Sneha Chakraverty等人的案例研究表明，物理治疗和对症管理干预对患者有积极影响，可减轻不适、增加肌肉力量并降低跌倒可能性。Otago家庭运动计划结合物理治疗对老年患者改善平衡和减少跌倒可能性以及管理腰椎间盘突出有益。 - **三级护理中心腰椎间盘突出患者的人口统计学特征**：Jungindro Singh Ningthoujam等人的研究表明，椎间盘突出在中年女性中更为普遍。高BMI或超重人群更易发生椎间盘突出，但差异无统计学意义。最常见的突出部位是L4 - L5和L5 - S1，左侧和后外侧椎间盘突出更为常见。 - **神经动力学动员对腰骶神经根病患者疼痛和功能的影响**：Srishti Sanat Sharma等人的研究表明，神经动力学治疗在减轻活动时（而非休息时）的疼痛和改善功能方面有益，而热敷、核心和背部等长锻炼仅在减轻疼痛方面有改善，对功能改善无明显效果。 此外，Indhupriya Subramanian等人强调，为了连贯地研究复杂的生物过程，必须采用整合多组学数据的综合策略，以强调众多生物分子之间的联系及其作用。N. Shusharina等人则强调了机器学习在抑郁症和神经退行性疾病治疗和预防研究中的有趣方向，但在将新技术广泛应用于临床之前，仍需就如何应用这些新技术并将其与现有标准护理和评估相结合达成共识。 #### 3. 研究方法 ##### 3.1 研究问题 包括静态开启器和四个级别的神经动力学锻炼，能否通过组学数据整合显著改变神经活动度、SLR范围、VAS和疼痛部位评分（PSC）？ ##### 3.2 研究目的 本研究旨在使用人工智能（AI）系统中的组学数据整合，分析神经动力学锻炼对急性PIVD患者SLR范围的即时和持续影响。 ##### 3.3 研究需求 目前缺乏基于证据的研究，探讨包括静态开启器和四个级别的滑动器和张力器的神经动力学锻炼，能否降低急性PIVD患者的机械敏感性和神经根刺激，提高患者对锻炼的耐受性并减少疼痛体验，降低对电疗的依赖。本研究旨在收集基于AI的神经动力学方法在急性PIVD患者中的研究证据，探索使用AI系统管理急性PIVD患者的康复选择和策略。 #### 4. 研究假设 ##### 4.1 备择假设 与对照组相比，神经动力学治疗在急性PIVD患者的SLR范围上显示出更显著的改善。 ##### 4.2 零假设 与对照组相比，神经动力学治疗在急性PIVD患者的SLR范围上可能不会显示出更显著的改善。 ##### 4.3 研究设计 本研究为双盲实验研究。 ##### 4.4 研究中心 研究在北阿坎德邦德拉敦乔利格兰特喜马拉雅医院的神经医学病房和物理治疗门诊进行。 ##### 4.5 研究人群 研究人群为喜马拉雅医院诊断为PIVD的所有受试者。 ##### 4.6 抽样方法 采用随机抽样方法。 ##### 4.7 研究持续时间 九个月。 ##### 4.8 样本量 根据纳入和排除标准，选择了44名受试者。 ##### 4.9 纳入标准 - 经MRI确诊的急性PIVD患者（发病少于3个月）。 - 单侧神经根病。 - SLR范围小于70°。 - 年龄在20 - 60岁之间。 ##### 4.10 排除标准 - 肌节受累肌力小于3级。 - 过去1年内有腰痛手术史。 - 脊椎滑脱、椎管狭窄、骶髂关节疼痛、感染、肿瘤和马尾综合征。 ##### 4.11 结果变量 - 被动直腿抬高试验（SLR）。 - 视觉模拟评分（VAS）。 - 疼痛部位代码（PSC）。 ##### 4.12 仪器设备 通用测角仪、治疗床、枕头和秒表。 以下是研究流程的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[44名受试者（基于纳入和排除标准）] --> B[实验组（N = 22）] A --> C[对照组（N = 22）] B --> D[知情同意] C --> E[知情同意] D --> F[治疗前后及72小时后评估（双盲）] E --> G[治疗前后及72小时后评估（双盲）] F --> H[数据分析] G --> H H --> I[结果、讨论和结论] B --> J[神经动力学锻炼（静态开启器和4个级别的滑动器和张力器）] C --> K[传统疗法（脊柱伸展、核心等长、骨盆桥接和臀肌等长锻炼）] subgraph 脱落情况 L[脱落（持续期）（N = 2）] end ``` #### 5. 研究过程 符合纳入和排除标准的受试者被纳入研究，并分为两组： - 实验组 - 对照组 收集受试者的人口统计学信息后，对其进行VAS、PSC和SLR测试。治疗前后评估由另一名治疗师进行，干预由研究者实施。在筛选前，向受试者详细介绍了研究目的。 实验组接受神经动力学干预（静态开启器和四个级别的神经动力学锻炼），共进行三组，每组15 - 20次四个级别的神经动力学锻炼，每次锻炼前有1分钟的静态开启器锻炼，组间休息15 - 20秒。 ### 人工智能系统中组学数据整合对急性PIVD患者神经动力学锻炼效果的研究 #### 6. 数据收集与分析 数据收集涵盖了44名受试者，在实验过程中，对实验组和对照组的受试者分别进行了详细的数据采集。具体数据收集内容包括： |组别|样本量|数据收集阶段|收集内容| | ---- | ---- | ---- | ---- | |实验组|22人|治疗前|VAS评分、PSC评分、SLR范围| |实验组|22人|治疗后|VAS评分、PSC评分、SLR范围| |实验组|22人|72小时后（持续效应评估）|VAS评分、PSC评分、SLR范围| |对照组|22人|治疗前|VAS评分、PSC评分、SLR范围| |对照组|22人|治疗后|VAS评分、PSC评分、SLR范围| |对照组|22人|72小时后（持续效应评估）|VAS评分、PSC评分、SLR范围| 在数据收集过程中，使用了通用测角仪测量SLR范围，通过视觉模拟评分（VAS）和疼痛部位代码（PSC）来评估患者的疼痛情况。在整个研究过程中，有2名受试者在持续期脱落。 数据收集完成后，对两组数据进行了深入分析。分析内容包括对比实验组和对照组在治疗前后以及72小时后的VAS评分、PSC评分和SLR范围的变化情况。通过统计学方法，判断神经动力学治疗是否能在急性PIVD患者的SLR范围等指标上显示出更显著的改善，以验证研究假设。 #### 7. 研究结果预测与意义 虽然目前研究结果尚未明确呈现，但基于研究目的和方法，可以对可能的结果进行预测。 - **若备择假设成立**：即神经动力学治疗在急性PIVD患者的SLR范围上显示出更显著的改善。这意味着包括静态开启器和四个级别的滑动器和张力器的神经动力学锻炼，能够有效降低急性PIVD患者的机械敏感性和神经根刺激，提高患者的神经活动度，增加SLR范围，同时可能降低患者的疼痛程度（通过VAS和PSC评分体现）。这将为急性PIVD患者的治疗提供一种新的、有效的康复方法，减少患者对电疗等传统治疗方式的依赖，提高患者的康复效果和生活质量。 - **若零假设成立**：即神经动力学治疗在急性PIVD患者的SLR范围上可能不会显示出更显著的改善。这可能提示我们需要进一步优化神经动力学锻炼的方案，或者重新审视组学数据整合在该研究中的应用方式。也可能意味着在急性PIVD患者的治疗中，神经动力学锻炼的效果并不优于传统疗法，需要寻找其他更有效的治疗策略。 本研究的意义在于填补了目前关于神经动力学锻炼在急性PIVD患者治疗方面的研究空白。通过使用人工智能系统中的组学数据整合，为研究提供了更全面、深入的视角，有助于更好地理解神经动力学锻炼对急性PIVD患者的作用机制。同时，研究结果将为临床治疗提供科学依据，指导医生和物理治疗师为急性PIVD患者制定更合理、有效的康复方案。 #### 8. 未来研究方向 基于本次研究，未来可以从以下几个方面进一步深入探索： - **优化神经动力学锻炼方案**：根据本次研究结果，对神经动力学锻炼的内容、强度、频率等进行优化。例如，可以调整静态开启器和四个级别的滑动器和张力器的具体操作方式，或者增加锻炼的难度和多样性，以提高锻炼的效果。 - **扩大研究样本和范围**：本次研究样本量相对较小，未来可以扩大样本量，涵盖更多不同年龄段、性别、病情严重程度的急性PIVD患者，以提高研究结果的普遍性和可靠性。同时，可以将研究范围扩展到其他地区和医院，增加研究的外部有效性。 - **深入研究组学数据整合的应用**：进一步探索组学数据整合在急性PIVD患者治疗中的应用方式和价值。例如，可以研究不同组学数据（如蛋白质组学、转录组学、代谢组学等）之间的相互关系，以及它们如何共同影响神经动力学锻炼的效果。还可以尝试将组学数据与其他临床信息（如影像学检查结果、患者的生活方式等）相结合，为患者提供更个性化的治疗方案。 - **长期随访研究**：本次研究仅对患者进行了72小时后的持续效应评估，未来可以进行更长时间的随访研究，观察神经动力学锻炼对急性PIVD患者的长期康复效果，以及是否能够预防疾病的复发。 以下是未来研究方向的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[本次研究] --> B[优化神经动力学锻炼方案] A --> C[扩大研究样本和范围] A --> D[深入研究组学数据整合的应用] A --> E[长期随访研究] ``` 综上所述，本次关于人工智能系统中组学数据整合对急性PIVD患者神经动力学锻炼效果的研究具有重要的科学意义和临床价值。通过严谨的研究方法和对未来研究方向的展望，有望为急性PIVD患者的治疗带来新的突破和进展。