R.Du Hyun Ro整形外科と研究の話
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関節炎検査と監視 · 2025

変形性関節症が進行するか予測できるのでしょうか?

他のグループでX線と臨床情報を組み合わせたモデルをテストしました

Journal of Orthopaedic Research · Lee DW, Han HS, Ro DH, Lee YS

原図Figure 2

独立したMOSTデータの混同行列とROC曲線です。AUC 0.76、正解率0.68で画像上の進行を評価しました。図を拡大する

独立したMOSTデータの混同行列とROC曲線です。AUC 0.76、正解率0.68で画像上の進行を評価しました。

Journal of Orthopaedic Research (2025). DOI: 10.1002/jor.25982 · Original Figure 2

根拠・原著画像の利用条件
01

今後の状況と 変化とは異なる問題です

初期の関節症と聞くと、今後どれくらい速く進むかが気になります。現在のX線状態をよく分類できることが、そのまま未来の予測能力を示すわけではありません。予測研究では、初期の情報で数年後の結果を区別できるかを調べます。

初期OAの膝で4–5年後の画像上の進行を予測するモデルを作った研究です。診療で比較的得やすい情報を組み合わせ、開発データの外でも性能を確認した点が特徴です。

02

ある研究グループでテストし 別のグループでテストしました

初期KL 0・1・2の膝が対象です。OAI 5,966膝でRandom Forestモデルを開発し、独立したMOST 3,392膝で外部検証しました。人数ではなく膝単位の集計です。

外部検証は、開発に用いていない別の集団で性能を確認します。慣れた開発データでの性能が新しい資料でも保たれるかを調べるために必要で、同じ試験をもう一度解くこととは異なります。

進行は画像のKL等級上昇で評価し、0から1は軽微な変化として除外しました。OAIは4年、MOSTは5年時点を確認しました。追跡日程が異なるため「4–5年」と表現しています。

03

私はX線画像とフィットネス,症状透析を使用しました

最終モデルは初期KL等級、反対側OA、外側狭小化等級、BMI、内側狭小化等級、WOMAC総点の6変数を選びました。WOMACは関節の痛み・こわばり・機能を尋ねる質問票です。

これらの変数が選ばれても、一つを変えれば進行を防げるという治療効果は示しません。予測に役立つ情報と、治療で変えると利益がある要因は別の問いです。また、一つの検査だけによるモデルでもありません。

原図Figure 3

6つの予測変数のSHAP解析です。初期KLグレード、反対側関節症、関節裂隙狭小化、BMI、WOMACの寄与を示します。図を拡大する

6つの予測変数のSHAP解析です。初期KLグレード、反対側関節症、関節裂隙狭小化、BMI、WOMACの寄与を示します。

Journal of Orthopaedic Research (2025). DOI: 10.1002/jor.25982 · Original Figure 3

原図Figure 5

論文に示されたウェブモデルの入力・結果例です。予測対象は4–5年後の画像上の進行です。図を拡大する

論文に示されたウェブモデルの入力・結果例です。予測対象は4–5年後の画像上の進行です。

Journal of Orthopaedic Research (2025). DOI: 10.1002/jor.25982 · Original Figure 5

04

外部の検証AUCは0.76でした.

MOSTの外部検証でAUC 0.76、正確度0.68、F1 0.56を報告しました。AUCは進行した膝と進行しなかった膝を区別する性能です。正確度とF1は異なる指標で、3つの値を同じ意味として比べてはいけません。

AUC 0.76を「自分の関節炎が進行する確率76%」とは読めません。個人予測には入力情報、確率計算、実際の診療集団での検証の確認が必要です。完全な予測を示す数値ではありません。

05

痛みでも手術でもない

目標は4–5年間のKL等級進行です。画像上の進行、日常の不便さ、手術の必要時期は関連し得ますが、同じ結果ではありません。このモデルの性能を痛みや手術時期の予測と言い換えてはいけません。

より細やかな追跡観察を設計する可能性を示します。診療で使うと患者に利益があるか、他の集団や病院でも十分に働くかは、追加検証が必要です。

開発資料と検証資料の追跡期間は完全には同じではありません。別の集団で試す長所と、集団構成・観察条件の違いをともに踏まえて外部検証を読みます。

また研究番号を見てください

5,966膝によって開発されました
3,392検証膝 · MOST
0.76外部の検証AUC
RESEARCH FINDINGスコア

ほとんどの外部検証性能指標

AUC
0.76
精度
0.68
F1
0.56
00.51
AUC・正解率・F1は、それぞれ異なる性能指標です。モデル間の比較ではありません。

よくある質問

このウェブサイトで進歩する私のチャンスを計算できますか?

このページは研究について説明します 検証された個人リスク計算機を提供したり入力情報に基づいて医療上の決定を下す能力もありません

反対側にある膝が病気なら私の膝も続きますか?

一方関節炎は,モデルから選択された多くの情報の一つである. 一つの要因だけでは個人の進歩を決定することはできない.

この記事の用語
外部の検証
モデル開発に使われていない 他のデータから性能をチェックするプロセスです
AUC
先進と未先の膝を区別する性能指標です 進歩する確率とは違います
体重指数
体重と身長で計算するフィットネスの指標です また BMI とも呼ばれています
方法と数値を詳しく見る

Externally validated machine learning for radiographic OA progression

対象と方法

開発OAI 5,966膝 · 検証MOST 3,392膝

OAIでRandom Forestモデルを開発し、独立したMOSTで外部検証しました。画像所見と臨床変数から6つの予測変数を選びました。

論文に報告された結果

  1. 外部検証では、AUC 0.76、正解率0.68、F1スコア0.56でした。
  2. 選択された変数は初期KL、反対側OA、外側JSN、BMI、内側JSN、WOMAC総点でした。
  3. 別のコホートで検証し、元のデータセット以外での予測性能を評価しました。

解釈できる範囲

対象は画像上の進行で、痛みや手術の必要性を直接予測しません。AUC 0.76は完全な個人予測を意味せず、診療導入には追加検証が必要です。

Keywords・キーワード

Abstract・原文の抄録

Do Weon Lee, Hyuk-Soo Han, Du Hyun Ro, Yong Seuk Lee. Development of the machine learning model that is highly validated and easily applicable to predict radiographic knee osteoarthritis progression. Journal of orthopaedic research : official publication of the Orthopaedic Research Society. 2025;43(1):128-138. doi:10.1002/jor.25982.

Many models using the aid of artificial intelligence have been recently proposed to predict the progression of knee osteoarthritis. However, previous models have not been properly validated with an external data set or have reported poor predictive performances. Therefore, the purpose of this study was to design a machine learning model for knee osteoarthritis progression, focusing on high validation quality and clinical applicability. A retrospective analysis was conducted on prospectively collected data, using the Osteoarthritis Initiative data set (5966 knees) for model development and the Multicenter Osteoarthritis Study data set (3392 knees) for validation. The analysis aimed to predict Kellgren-Lawrence grade (KLG) progression over 4-5 years in knees with initial KLG of 0, 1, or 2. Possible predictors included demographics, comorbidities, history of meniscectomy, gait speed, Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index (WOMAC) scores, and radiological findings. The Random Forest algorithm was employed for the predictive model development. Baseline KLG, contralateral knee osteoarthritis, lateral joint space narrowing (JSN) grade, BMI, medial JSN grade, and total WOMAC score were six features selected for the model in descending order of importance. Odds ratios of baseline KLG, contralateral knee osteoarthritis, and lateral JSN grade were 1.76, 2.59, and 4.74, respectively (all p < 0.001). The area-under-the-curve of the ROC curve in the validation set was 0.76 with an accuracy of 0.68 and an F1-score of 0.56. The progression of knee osteoarthritis in 4 ~ 5 years could be well-predicted using easily available variables. This simple and validated model may aid surgeons in knee osteoarthritis patient management.