《Archives of Physical Medicine and Rehabilitation》：Pain qualities associated with body perception disturbances: insights from machine learning and SHapley additive exPlanations
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本研究通过SHAP分析探究骨骼肌肉疼痛患者疼痛特征与身体感知障碍的关系，发现运动感觉相关疼痛特征（如刺痛、抽筋）与FreBAQ评分显著相关，提示感觉运动评估和干预的重要性。
桥户隼人（Hayato Shigetoh）、古贺雅之（Masayuki Koga）、田中洋一（Yoichi Tanaka）、平川良之（Yoshiyuki Hirakawa）、森岡修（Shu Morioka）
日本京都立花大学健康科学学院物理治疗系，京都607-8175
摘要
目的：利用机器学习的可解释性方法，识别与肌肉骨骼疼痛患者身体感知障碍相关的特定疼痛特征。方法：采用横断面研究，通过自我报告问卷和随机森林模型中的SHapley Additive exPlanation（SHAP）分析进行数据分析。研究环境：多中心临床环境，这些患者正在接受物理治疗。研究对象：共179名肌肉骨骼疼痛患者，不限制疼痛部位或持续时间；排除有认知障碍或难以完成问卷的患者。主要评估指标：使用简式麦吉尔疼痛问卷-2（SFMPQ-2）评估疼痛特征，使用Fremantle身体意识问卷（FreBAQ）评估身体感知障碍。通过计算SHAP值来量化各疼痛特征与身体感知障碍之间的关系。干预措施：无。结果：基于SHAP的重要性排序显示，“抽筋样疼痛”是主要影响因素之一；而与FreBAQ的双变量相关性最强的是“啃咬样疼痛”（r = 0.90，p < 0.001），表明这种疼痛特征与本体感觉相关。结论：多种疼痛特征与身体感知障碍存在关联。尽管不同分析方法在排序方式上存在差异，但基于SHAP的重要性和相关性分析均指向与本体感觉相关的特征。这些结果表明，这些特征与身体感知障碍之间存在显著关联，可能为以感觉运动功能为中心的评估和干预策略提供依据。
研究片段
患者
本研究招募了179名在多个中心接受物理治疗的疼痛患者。该横断面研究在宇都美骨科诊所、福冈康复医院、京和会医院和奈良县综合康复中心等四家物理治疗机构进行。数据收集时间为2024年4月至2025年2月。研究旨在探讨疼痛特征对身体感知障碍的影响，不考虑疼痛具体部位。
患者特征
患者特征详见表2和表3。主要疼痛部位包括颈部（3名患者）、腰椎区域（43名患者）、上肢（9名患者）和下肢（126名患者）。疼痛平均持续时间为15.4 ± 37.6个月。
使用SHAP分析研究FreBAQ评分与SFMPQ-2疼痛特征评分之间的关系
图1显示了随机森林模型的SHAP值汇总图，根据平均绝对SHAP值对特征进行降序排序。模型的R2值为0.87，均方误差（MSE）为2.79。
讨论
本研究利用SHAP分析探讨了与身体感知障碍相关的疼痛特征。研究发现，“啃咬样疼痛”、“刺痛”、“分裂样疼痛”、“恶心样疼痛”、“刺痛或针刺感”、“灼热疼痛”、“抽筋样疼痛”和“锐痛”与身体感知障碍有关。这些结果表明某些疼痛特征与身体感知障碍的病理生理机制密切相关。
致谢
结论
多种疼痛特征与身体感知障碍存在关联。尽管不同分析方法（基于SHAP的重要性和双变量相关性）在排序方式上存在差异，但结果均指向与本体感觉相关的特征。这些发现表明这些特征与身体感知障碍之间存在显著关联，可能为以感觉运动功能为中心的评估和干预策略提供依据。
贡献
H.S.和S.M.提出了研究的概念和设计。H.S.、S.M.、Y.T.和Y.H.负责数据测试和收集，S.M.撰写了论文稿件。所有作者均同意最终版本提交至《物理医学与康复档案》（Archives of Physical Medicine and Rehabilitation）。
数据可用性声明
本研究使用和/或分析的数据集可应合理要求向通讯作者索取。
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