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Artificial intelligence outperforms a nomogram for osteoradionecrosis prognostication following fibula free flap reconstruction in oral cancer patients - 10/10/25

Doi : 10.1016/j.jormas.2025.102584 
Dany Y. Matar a, b, , Gina A. Mackert a, c, Anthony Y. Matar d, Angela Chien-Yu Chen a, Adriana C. Panayi e, Leonard Knoedler e, f, g, Samuel Knoedler h, Robin Yang b, Leila J. Mady i, j, Huang-Kai Kao a,
a Division of Reconstructive Microsurgery, Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Chang Gung Memorial Hospital, Taoyuan, Taiwan 
b Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, MD, USA 
c Department of Hand, Plastic and Reconstructive Surgery, Microsurgery, Burn Center, BG Trauma Center Ludwigshafen, University of Heidelberg, Germany 
d Department of Computer Science, University of Virginia, Charlottesville, VA, USA 
e Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin and Humboldt-Universität zu Berlin, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Augustenburger Platz 1, 13353 Berlin, Germany 
f Vascularized Composite Allotransplantation Laboratory, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, USA 
g Division of Plastic and Reconstructive Surgery, Cedars-Sinai Medical Center, Los Angeles, CA, USA 
h Department of Plastic and Hand Surgery, Klinikum Rechts der Isar, Technical University Munich, Munich, Germany 
i Department of Otolaryngology–Head and Neck Surgery, Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, MD, USA 
j Hopkins Business of Health Initiative, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA 

Corresponding author at: Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Johns Hopkins University School of medicine, 733N Broadway, Baltimore, MD 21205, USA. Department of Plastic and Reconstructive Surgery Johns Hopkins University School of medicine 733N Broadway Baltimore MD 21205 USA ⁎⁎ Corresponding author at: Division of Reconstructive Microsurgery, Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Chang Gung Memorial Hospital & School of Medicine, 5 Fu-Shin Street, Kwei-Shan, Taoyuan, Taiwan. Division of Reconstructive Microsurgery, Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Chang Gung Memorial Hospital & School of Medicine 5 Fu-Shin Street, Kwei-Shan Taoyuan Taiwan

Abstract

Background

Osteoradionecrosis (ORN) is a serious complication in oral cancer patients undergoing tumor excision and mandibular reconstruction, particularly after radiotherapy. This study compared a logistic regression-based nomogram with five machine learning (ML) algorithms to identify the most clinically useful ORN prognostication tool.

Methods

We retrospectively analyzed 275 irradiated oral cancer patients who underwent segmental mandibulectomy and immediate fibula flap reconstruction at a single center. Patients were split 75:25 into training and test cohorts. 34 patient variables were used to train a nomogram and five ML models (DNN, KNN, SVC, LightGBM, Stacked Ensemble). The primary outcome was ORN within 5–10 years. Binary prediction performance on the test cohort was assessed using AUROC, Calibration and Decision Curve Analysis (DCA). Feature contribution on model prediction was assessed.

Results

The Stacked model achieved the highest test AUROC (0.83, 95 % CI: 0.70–0.94), outperforming the Nomogram (0.73, 95 % CI: 0.57–0.86; p = 0.04), KNN (0.81), DNN (0.79), LightGBM (0.78), and SVC (0.74). DNN showed the best calibration (ICI: 0.07), followed by KNN (0.09), SVC (0.11), and the Nomogram (0.22). Pre-operative radiation therapy, post-operative wound infection, plate exposure, and surgical re-exploration were the most influential features in model predictions. DCA showed that DNN, Stacked, and SVC models provided the greatest net clinical benefit across decision thresholds.

Conclusions

ML models outperformed the Nomogram in predicting ORN. They showed strong binary discrimination and effective risk stratification. These findings support use of ML models for guiding postoperative surveillance and personalized care, warranting further validation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Machine learning, AI, Risk, Prognostication, Nomogram, Osteoradionecrosis, Fibula free flap


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