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Machine learning algorithms predict extended postoperative opioid use in primary total knee arthroplasty

  • 05.01.2022
  • KNEE
Erschienen in:

Abstract

Purpose

Adequate postoperative pain control following total knee arthroplasty (TKA) is required to achieve optimal patient recovery. However, the postoperative recovery may lead to an unnaturally extended opioid use, which has been associated with adverse outcomes. This study hypothesizes that machine learning models can accurately predict extended opioid use following primary TKA.

Methods

A total of 8873 consecutive patients that underwent primary TKA were evaluated, including 643 patients (7.2%) with extended postoperative opioid use (> 90 days). Electronic patient records were manually reviewed to identify patient demographics and surgical variables associated with prolonged postoperative opioid use. Five machine learning algorithms were developed, encompassing the breadth of state-of-the-art machine learning algorithms available in the literature, to predict extended opioid use following primary TKA, and these models were assessed by discrimination, calibration, and decision curve analysis.

Results

The strongest predictors for prolonged opioid prescription following primary TKA were preoperative opioid duration (100% importance; p < 0.01), drug abuse (54% importance; p < 0.01), and depression (47% importance; p < 0.01). The five machine learning models all achieved excellent performance across discrimination (AUC > 0.83), calibration, and decision curve analysis. Higher net benefits for all machine learning models were demonstrated, when compared to the default strategies of changing management for all patients or no patients.

Conclusion

The study findings show excellent model performance for the prediction of extended postoperative opioid use following primary total knee arthroplasty, highlighting the potential of these models to assist in preoperatively identifying at risk patients, and allowing the implementation of individualized peri-operative counselling and pain management strategies to mitigate complications associated with prolonged opioid use.

Level of evidence

IV.
Titel
Machine learning algorithms predict extended postoperative opioid use in primary total knee arthroplasty
Verfasst von
Christian Klemt
Michael Joseph Harvey
Matthew Gerald Robinson
John G. Esposito
Ingwon Yeo
Young-Min Kwon
Publikationsdatum
05.01.2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy / Ausgabe 8/2022
Print ISSN: 0942-2056
Elektronische ISSN: 1433-7347
DOI
https://doi.org/10.1007/s00167-021-06812-4
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