Prestazzjoni Ta 'Algoritmi Ta' Tagħlim Magni Għat-Tbassir ta' Progressjoni Għal Dimenzja f'Pazjenti tal-Klinika tal-Memorja

Għal aktar informazzjoni:ali.ma@wecistanche.com

Astratt

IMPORTANZA

L-algoritmi ta' tagħlim bil-magni jistgħu jintużaw bħala l-bażi għal għajnuniet kliniki għat-teħid ta' deċiżjonijiet biex itejbu l-prattika klinika.

GĦAN

Biex tevalwa l-abbiltà tal-algoritmi tat-tagħlim tal-magni biex ibassru l-inċidenza tad-dimenzja fi żmien sentejn meta mqabbla ma 'mudelli eżistenti u jiddeterminaw l-aħjar approċċ analitiku u n-numru ta' varjabbli meħtieġa.

DISINN, SETTING, U PARTEĊIPANTI

Dan l-istudju pronjostiku uża data minn koorti prospettiva ta' 15 307 parteċipanti mingħajr dimenzja fil-linja bażi biex iwettaq analiżi sekondarja ta' fatturi li jistgħu jintużaw biex ibassru l-inċidenza tad-dimenzja. Il-parteċipanti attendew iċ-Ċentru Nazzjonali ta' Koordinazzjoni ta' Alzheimermemorjakliniċi madwar l-Istati Uniti bejn l-2005 u l-2015. Twettqu analiżi minn Marzu sa Mejju 2021. ESPOSIZZJONIJIET 258 varjabbli li jkopru oqsma ta 'miżuri kliniċi u fatturi ta' riskju relatati mad-dimenzja.

RIŻULTATI U MIŻURI EWLENIN

Ir-riżultat ewlieni kien dimenzja inċidentali għal kull kawża dijanjostikata fi żmien sentejn mill-valutazzjoni tal-linja bażi.

Charlotte James, Ph.D.; Janice M. Ranson, Ph.D.; Richard Everson, Ph.D.; David J. Llewellyn, PhD

RIŻULTATI

F'kampjun ta' {{0}} parteċipanti (età medja [SD], 72.3 [9.8] snin; 9129 [6{{{20}} fil-mija ] nisa u 6178 [4{{24} }} fil-mija ] irġiel) mingħajr dimenzja fil-linja bażi, 1568 (10 fil-mija ) irċevew dijanjosi ta' dimenzja fi żmien sentejn mill-valutazzjoni inizjali tagħhom. Meta mqabbla ma '2 mudelli eżistenti għat-tbassir tar-riskju tad-dimenzja (jiġifieri, Fatturi tar-Riskju Kardjovaskulari, Tixjiħ, u Inċidenza ta' Punteġġ tar-Riskju tad-Dimenzja, u l-Indikatur Qosor tal-Iscreening tad-Dementia), l-algoritmi tat-tagħlim tal-magni kienu superjuri fit-tbassir tad-dimenzja inċidentali għal kull kawża fi żmien sentejn. L-algoritmu tas-siġar imsaħħaħ bil-gradjent kellu preċiżjoni ġenerali medja (SD) ta' 92 fil-mija (1 fil-mija), is-sensittività ta' 0.45 (0.05), speċifiċità ta' 0.97 (0.01), u żona taħt il-kurva ta '0.92 (0.01) bl-użu ta' 258 varjabbli. Analiżi ta 'importanza varjabbli wriet li 6 varjabbli biss kienu meħtieġa għall-algoritmi tat-tagħlim tal-magni biex jiksbu preċiżjoni ta' 91 fil-mija u żona taħt il-kurva ta 'mill-inqas 0.89. L-algoritmi tat-tagħlim tal-magni identifikaw ukoll sa 84 fil-mija tal-parteċipanti li rċevew dijanjosi inizjali tad-dimenzja li sussegwentement ġiet imreġġa 'lura għal indeboliment konjittiv ħafif jew konjittiv mhux indebolit, li jissuġġerixxi dijanjosi ħażina possibbli.

KONKLUŻJONIJIET U RILEVANZA

Dawn is-sejbiet jissuġġerixxu li algoritmi ta’ tagħlim bil-magni jistgħu jbassru b’mod preċiż id-dimenzja inċidentali fi żmien sentejn f’pazjenti li qed jirċievu kura f’memorjakliniċi li jużaw biss 6 varjabbli. Dawn is-sejbiet jistgħu jintużaw biex jinformaw l-iżvilupp u l-validazzjoni tal-għajnuniet għat-teħid tad-deċiżjonijietmemorjakliniċi.

Ikklikkja biex cistanche DHT għall-memorja

Introduzzjoni

Ħafna pazjenti evalwati f'ambjenti speċjalizzati, bħalmemorjakliniċi, m’għandhomx dimenzja meta jattendu l-ewwel darba.1 Li ssir distinzjoni bejn pazjenti li jkomplu jiżviluppaw id-dimenzja f’perjodu ta’ żmien klinikament rilevanti u dawk li jibqgħu ħielsa mid-dimenzja hija importanti, peress li dik l-għarfien jista’ jintuża biex jagħti prijorità lill-pazjenti għal investigazzjonijiet ta’ segwitu. u interventi. L-identifikazzjoni ta' pazjenti f'riskju għoli li jiżviluppaw id-dimenzja hija ta' sfida għall-kliniċisti. Approċċ wieħed huwa li tiffoka fuq dawk li għandhom indeboliment konjittiv ħafif (MCI) meta jiġu vvalutati inizjalment u dawn il-pazjenti jiġu mistiedna għal segwitu. Madankollu, dan jista' jirriżulta fi klassifikazzjoni ħażina konsiderevoli għal pazjenti li mhumiex immirati għal segwitu iżda li jiżviluppaw id-dimenzja u pazjenti li huma mmirati għal aktar investigazzjonijiet iżda li ma jiżviluppawx id-dimenzja. Il-biċċa l-kbira tal-pazjenti tal-klinika tal-memorja b'MCI ma javvanzawx għad-dimenzja anke wara 10 snin, b'rata ta' konverżjoni annwali ta' 9.6 fil-mija .2

L-għajnuniet għat-teħid ta' deċiżjonijiet kliniċi jistgħu jtejbu l-abbiltà tal-kliniċi li jistmaw il-bidu tad-dimenzja. Għajnuniet kliniċi eżistenti għat-teħid ta' deċiżjonijiet huma disponibbli biex tiġi stmata l-inċidenza ta' dimenzja fuq medda medja u twila ta' żmien f'popolazzjonijiet differenti. Pereżempju, ir-Risk Score tal-Fatturi Kardjovaskulari, ix-Xjuħija u l-Inċidenza tad-Dementia (CAIDE)3 kienu ddisinjati biex ibassru r-riskju għall-iżvilupp tad-dimenzja f’20 sena għal nies ta’ età medja, u l-Indikatur Qosor tal-Iscreening tad-Dementia (BDSI)4 għandu l-għan li jidentifika lill-anzjani. pazjenti biex jimmiraw għal screening konjittiv billi jiddeterminaw ir-riskju tagħhom li jiżviluppaw id-dimenzja f’6 snin. Madankollu, sa fejn nafu tagħna, l-ebda għajnuna klinika għat-teħid tad-deċiżjonijiet ma ġiet żviluppata biex tbassar l-inċidenza tad-dimenzja fi kliniċi tal-memorja fuq perjodu iqsar klinikament rilevanti.

It-tagħlim tal-magni (ML) jippermetti l-ingranaġġ ta’ informazzjoni minn settijiet ta’ data kbar u kumplessi. Riċentement, ġie applikat għad-dijanjosi tad-dimenzja u t-tbassir tar-riskju.5-9 Madankollu, dawn il-mudelli ħafna drabi jinkorporaw informazzjoni mhux tipikament disponibbli fil-prattika klinika ta’ rutina, bħal newroimmaġini avvanzati, ittestjar ġenetiku, u bijomarkaturi tal-fluwidu ċerebrospinali, li jillimitaw l-applikazzjoni klinika għal speċjalista jew settings ta’ riċerka.

Aħna investigajna jekk it-tekniki ML jistgħux jintużaw biex ibassru l-inċidenza tad-dimenzja fuq perjodu ta’ 2-sena bl-użu ta’ dejta klinika tal-memorja mill-Istati Uniti NazzjonaliAlzheimerĊentru ta' Koordinazzjoni (NACC). Aħna eżaminajna wkoll is-sett minimu ta 'varjabbli meħtieġa għall-mudelli ML biex jilħqu prestazzjoni dijanjostika sħiħa.

Metodi

L-istudju NACC irċieva approvazzjoni etika mill-bord ta 'reviżjoni istituzzjonali ta' kull sit qabel ma seta' jikkontribwixxi dejta, u l-parteċipanti kollha kienu pprovdew kunsens infurmat bil-miktub. Dan l-istudju pronjostiku tqies eżenti mill-approvazzjoni etika istituzzjonali għaliex użajna dejta de-identifikata miġbura qabel. Id-dejta użata f'dan l-istudju hija disponibbli fuq talba tad-dejta lill-NACC. Dan l-istudju huwa rrappurtat skont il-linja gwida ta' rappurtar ta' Rappurtar Trasparenti ta' Mudell ta' Tbassir Multivarjabbli għal Pronjożi jew Dijanjosi Individwali (TRIPOD). Id-dejta ġiet analizzata minn Marzu sa Mejju 2021.

Kampjun ta' Studju

Aħna użajna dejta miġbura qabel mis-Sett ta’ Dejta Uniformi tan-NACC (UDS).10 L-UDS fih dejta ta’ koorti prospettiva mill-Istitut Nazzjonali tal-Istati Uniti dwar ix-Xjuħija.AlzheimerMardProgramm taċ-ċentru għal riċerka kollaborattiva multiċentrika fuqAlzheimermardu disturbi newrodeġenerattivi oħra.11 Is-sett tad-dejta tagħna jikkonsisti f’dejta klinika tal-memorja miġbura bejn Settembru 2005 u Frar 2015 mit-30.AlzheimerMardĊentri li jinsabu fl-Istati Uniti. Is-sett tad-dejta jinkludi karatteristiċi soċjodemografiċi ta’ parteċipant u koparteċipant, storja tal-familja, stat funzjonali, 12 sintomi ta’ mġieba (ivvalutati bir-riżultati tal-Kwestjonarju tal-Inventarju Neuropsikjatriku13), batterija tat-test newropsikoloġiku,14 u dijanjosi ta’ dimenzja klinika NACC, assenjati minn kull wieħed.AlzheimerMardĊentru li juża kriterji dijanjostiċi kliniċi ppubblikati bbażati fuq l-evalwazzjoni klinika standardizzata UDS. Dettalji tal-kriterji dijanjostiċi adottati mill-protokoll UDS u l-gwida assoċjata ġew ippubblikati qabel.15

Użajna l-verżjonijiet 1 u 2 tal-UDS, li jinkludu 32 573 dawk li attendew fil-klinika tal-memorja b'valutazzjoni bażika. Għalkemm il-mudelli tagħna huma mfassla biex ibassru l-inċidenza tad-dimenzja fi żmien sentejn, biex iqisu l-varjazzjoni fil-ħin bejn l-appuntamenti ta’ segwitu, aħna inkludejna segwitu li seħħ fi żmien 29 xahar taż-żjara inizjali biex niżguraw li ż-żjara kienet jew l-ewwel jew it-tieni appuntament ta’ segwitu.

Riżultat Varjabbli

Il-varjabbli tar-riżultat kien dijanjosi ta' dimenzja inċidentali għal kull kawża fi żmien 29 xahar (madwar sentejn) mill-valutazzjoni tal-linja bażi. Dan jinkludi sottotipi ta 'dimenzja, bħal dimenzja ta' Alzheimer, dimenzja b'korpi Lewy, dimenzja vaskulari, u sottotipi oħra aktar rari. Id-dimenzja ta’ Alzheimer ġiet iddijanjostikata skont il-kriterji NINCSD-ADRDA,16 id-dimenzja vaskulari ġiet iddijanjostikata skont il-kriterji NINDS-AIREN,17 Id-dimenzja tal-ġisem ta’ Lewy (LBD) ġiet iddijanjostikata skont it-tielet rapport tal-kriterji tal-Konsorzju Dementia with Lewy Bodies,18 u dimenzja frontotemporal. ġiet iddijanjostikata skont il-kriterji tal-1998 ta’ Neary u l-kollegi.19

Predituri Kandidati

Aħna inkludew il-varjabbli klinikament rilevanti kollha miġbura matul iż-żjara inizjali fil-verżjonijiet 1 u 2 tal-UDS (eTable 1 fis-Suppliment). Eskludejna varjabbli b'valuri ta 'test ħieles, bħal ismijiet ta' mediċini, u varjabbli li kienu kostanti fil-parteċipanti kollha, bħan-numru taż-żjara. Ġew ġġenerati erba' varjabbli sintetiċi biex jgħinu fl-evalwazzjoni ta' importanza varjabbli (dawn il-varjabbli għandhom ikunu kklassifikati baxxi); 3 minn dawn il-varjabbli kienu permutazzjonijiet ta 'varjabbli eżistenti (1 binarju, 1 kategoriku, u 1 varjabbli numeriku), u 1 varjabbli ġie ġġenerat b'mod każwali minn distribuzzjoni normali. Dan irriżulta f'total ta' 258 varjabbli.

Il-varjabbli mill-UDS inkorporati fil-mudelli tagħna jinkludu karatteristiċi demografiċi tal-parteċipanti (15-il varjabbli), karatteristiċi demografiċi koparteċipanti (7 varjabbli), storja tal-familja (3 varjabbli), storja medika (47 varjabbli), mediċini (21 varjabbli), fiżiċi (12-il varjabbli). ) u newroloġiċi (4 varjabbli) riżultati ta 'eżami, l-Unified Parkinson Disease Rating Scale20 (UDPRS) (28 varjabbli), Clinical Dementia Rating (CDR) skala21 (8 varjabbli), status funzjonali (10 varjabbli), batterija tat-test newropikoloġiku (50 varjabbli) , Skala ta 'Depressjoni Ġerjatrika (17-il varjabbli), u valutazzjoni klinika tas-sintomi (32 varjabbli). Minn dawn il-varjabbli, 239 (93 fil-mija) kienu neqsin għal mill-inqas parteċipant 1, u l-parteċipanti kollha kellhom mill-inqas varjabbli 1 nieqsa.

Żvilupp tal-Mudell

Aħna implimentajna algoritmi 4 ML22: rigressjoni loġistika (LR), 23 magna tal-vettur ta 'appoġġ (SVM), 24 foresti każwali (RF), 25,26 u siġar imsaħħa bil-gradjent (XGB)27 (eMethods fis-Suppliment). Dawn l-algoritmi jwettqu kompitu ta’ klassifikazzjoni: jiddeterminaw jekk parteċipant jaqax fil-klassi 0 (imbassar li jibqa’ ħieles mid-dimenzja 29 xahar mil-linja bażi) jew klassi 1 (bassra li jesperjenza dimenzja inċidentali fi żmien 29 xahar mil-linja bażi). Il-klassifikazzjoni hija bbażata fuq varjabbli rreġistrati fl-ewwel żjara tagħhom fil-klinika tal-memorja (linja bażi). Biex nimplimentaw l-algoritmi ML, użajna l-librerija Python sci-kit-learn (Python Software Foundation),28 b'5-cross-validation (eMethods fis-Suppliment). Il-valuri neqsin ġew attribwiti permezz ta' kampjunar b'sostituzzjoni minn valuri mhux neqsin. L-ipproċessar u l-analiżi tad-dejta kollha ġew implimentati fil-verżjoni Python 3.9, il-verżjoni NumPy 1.19.4, u l-verżjoni sci-kit-learn 0.24.0.

Analiżi Statistika

Mudell ta' Evalwazzjoni

Aħna evalwajna l-prestazzjoni tal-mudelli kollha billi qabblu l-eżattezza, is-sensittività u l-ispeċifiċità ġenerali tagħhom għal limiti ta’ deċiżjoni speċifikati minn qabel fil-letteratura (mudelli eżistenti) jew limitu ta’ 0.5 (mudelli ML), li ugwalment ippeża l-pożittivi foloz. u żbalji foloz negattivi. L-erja taħt il-kurva karatteristika operattiva tar-riċevitur (AUC)29 intużat biex tiġbor fil-qosor il-prestazzjoni tal-mudell fuq il-limiti kollha possibbli u għalhekk peżar ta 'żbalji ta' klassifikazzjoni ħażina.30 Miżuri ta 'prestazzjoni medja u SDs inkisbu permezz ta' bootstrapping (eMethods fis-Suppliment).

Tqabbil Mal-Mudelli Eżistenti

Il-BDSI u CAIDE huma mudelli eżistenti ta' tbassir tar-riskju tad-dimenzja li jassenjaw lill-pazjenti punteġġ li jirrappreżenta r-riskju tagħhom li jiżviluppaw id-dimenzja fuq skali ta' żmien itwal. Biex niksbu l-punteġġi tar-riskju BDSI u CAIDE, għażilna varjabbli mill-UDS li jikkorrispondu l-aktar mill-qrib mal-varjabbli użati qabel (eTable 2 fis-Suppliment). Il-prestazzjoni tal-mudelli ML tagħna tqabbel ma' dik tal-BDSI u CAIDE għat-tbassir tal-inċidenza tad-dimenzja ta' 2-sena.

Prestazzjoni tal-Mudell F'Subtipi tad-Dementia

Id-dimenzja jista' jkollha varjetà ta' kawżi, li jikkorrispondu għal sottotipi differenti ta' dimenzja. Biex tevalwa l-abbiltà tal-mudelli ML li jidentifikaw sottotipi differenti tad-dimenzja, qsamna l-każijiet tad-dimenzja inċidentali f'dimenzja Alzheimer, LBD, dimenzja vaskulari, u sottotipi oħra tad-dimenzja. Bl-użu ta 'dawn l-4 stratifikazzjonijiet, aħna kkalkulajna l-persentaġġ ta' parteċipanti kklassifikati b'mod korrett (rata pożittiva vera) u qabbilna l-kurvi ROC għal kull mudell ML.

Investigazzjoni ta' Stabbiltà Dijanjostika

Id-dijanjosi klinika tad-dimenzja hija magħrufa li tinkorpora pazjenti li huma inizjalment iddijanjostikati ħażin (effettiv kemm żbalji foloz pożittivi kif ukoll foloz negattivi).31 Aħna niddefinixxu r-riverżjoni bħala meta parteċipant li kien iddijanjostikat bid-dimenzja sa sentejn wara l-ewwel żjara fil-klinika tal-memorja tiegħu. u sussegwentement jirċievi dijanjosi ta' l-ebda dimenzja (la MCI jew konjizzjoni mhux imdawwar) fi żmien sentejn mid-dijanjosi tad-dimenzja tagħhom. Minħabba li dawn ir-riversjonijiet huma dijanjosi instabbli u x'aktarx li kienu r-riżultat ta 'dijanjosi ħażina tad-dimenzja, investigajna l-eżattezza tal-klassifikazzjoni tal-mudelli ML f'kampjun ta' parteċipanti b'riverżjoni (eMethods fis-Suppliment). Aħna użajna l-funzjoni ta 'distribuzzjoni kumulattiva (CDF) ta' punteġġi ta 'klassifikazzjoni output minn kull mudell ML biex inqabblu parteċipanti b'riverżjoni ma' pazjenti li żviluppaw dimenzja u pazjenti li baqgħu ħielsa mid-dimenzja.

Riżultati

Wara li eskludew lil {{0}} li attendew b'dijanjosi ta' dimenzja fil-linja bażi, 4557 parteċipant li ma kellhom l-ebda dejta ta' segwitu, u 573 parteċipant li kellhom l-ewwel segwitu tagħhom aktar minn 29 xahar wara l-ewwel żjara tagħhom , il-kampjun analitiku finali kien fih 15 307 parteċipanti (età medja [SD], 72.3 [9.8] snin; 9129 [6{0 fil-mija ] nisa u 6178 [40 fil-mija ] irġiel). Il-karatteristiċi tal-kampjun huma murija fit-Tabella 1. Fi żmien 2 snin mil-linja bażi, 1568 parteċipant (10 fil-mija) irċevew dijanjosi ta 'dimenzja. Minn 1568 parteċipant li rċevew dijanjosi ta 'dimenzja, 273 (17 fil-mija) ġew iddijanjostikati minn kliniċista wieħed, u 1216 (78 fil-mija) ġew dijanjostikati minn panel ta' kunsens; għal 79 parteċipant (5 fil-mija), is-sors tad-dijanjosi ma kienx speċifikat. Miżuri ta 'prestazzjoni ewlenin li jivvalutaw il-qawwa ta' tbassir ta 'kull mudell huma mogħtija fit-Tabella 2. Meta mqabbla ma' mudelli eżistenti, mudelli ML kienu superjuri fil-kapaċità tagħhom li jbassru jekk individwu jiżviluppax dimenzja fi żmien sentejn, u qabżu l-mudelli eżistenti fuq il-miżuri kollha. Il-mudelli ML kollha wettqu tajjeb bl-istess mod, bl-XGB għandu l-akbar qawwa meta mkejjel bi preċiżjoni ġenerali (92 fil-mija) u AUC (medja [SD], 0.92 [0.01]). Il-kurva karatteristika operattiva tar-riċevitur għal kull mudell turi s-similarità bejn il-mudelli ML u s-superjorità tagħhom meta mqabbla ma 'mudelli ta' riskju 2 eżistenti (Figura 1).

Prestazzjoni tal-Mudell F'Subtipi tad-Dementia

Biex tevalwa l-prestazzjoni tal-mudell ML f'sottotipi differenti ta 'dimenzja, qsamna l-popolazzjoni f'4 sottotipi ta' dimenzja: dimenzja ta 'Alzheimer (parteċipanti 1285), LBD (parteċipanti 82), dimenzja vaskulari (parteċipanti 21), u sottotipi ta' dimenzja oħra (parteċipanti 180). Il-mudell LR kien l-aħjar biex jidentifika d-dimenzja ta 'Alzheimer u sottotipi oħra, u kklassifika b'mod korrett 589 parteċipant (46 fil-mija) bid-dimenzja ta' Alzheimer u 99 parteċipant (55 fil-mija) b'sottotipi oħra. Il-mudell SVM għamel l-aħjar fuq parteċipanti b'LBD, u kklassifika b'mod korrett 40 parteċipant (49 fil-mija). Il-mudelli kollha kklassifikati b'mod korrett 7 parteċipanti (33 fil-mija) bid-dimenzja vaskulari. Il-kurvi karatteristiċi operattivi tar-riċevitur juru li l-mudelli kollha wettqu bejn wieħed u ieħor tajjeb fuq kull sottotip (eFigura 1 fis-Suppliment).

Investigazzjoni ta' Numru Minimu ta' Varjabbli

Żvantaġġ potenzjali wieħed tal-użu ta' approċċ ML huwa n-numru kbir ta' varjabbli involuti. Hekk kif in-numru ta' varjabbli meħtieġa minn mudell jiżdied, l-implimentazzjoni f'ambjent kliniku ssir inqas prattika u l-interpretabilità tal-mudell tiġi mfixkla. Biex nevalwaw kemm-il varjabbli kull mudell ML kien meħtieġ biex jinkiseb il-qawwa ta 'tbassir ekwivalenti għal dak li sibna bl-użu ta' 258 varjabbli kollha (Tabella 2), aħna evalwajna kif l-AUC varjaw bin-numru ta 'varjabbli inklużi fil-mudelli. Speċifikament, aħna kklassifikati l-varjabbli għal kull mudell billi issortjarhom f'ordni dixxendenti ta 'importanza (jiġifieri, il-qawwa diskriminatorja ta' kull varjabbli skond l-algoritmu; eMethods fis-Suppliment). Sussegwentement ħarrġajna mill-ġdid kull mudell b'numru dejjem jikber ta 'varjabbli, ibda bl-aktar importanti. Sibna li l-mudelli kollha kienu jeħtieġu biss 22 varjabbli biex jiksbu prestazzjoni dijanjostika li ma tistax tiġi distinta statistikament mill-prestazzjoni medja ottima tagħhom (Figura 2; eFigura 2 fis-Suppliment). Il-varjabbli sintetiċi miżjuda biex jiżguraw il-validità tal-valutazzjoni tal-importanza varjabbli ma kinux fl-aqwa 22 varjabbli għal kwalunkwe mudell, li jirriflettu l-fatt li wara li ntlaħqet il-prestazzjoni dijanjostika sħiħa, kien hemm ftit informazzjoni biex tiddetermina b'mod qawwi l-klassifikazzjoni tal-varjabbli.

Identifikazzjoni ta' Fatturi Ewlenin ta' Riskju

Mit-22 varjabbli l-aktar importanti għal kull mudell, 5 biss kienu komuni għall-mudelli kollha (jiġifieri, ġudizzju kliniku ta 'tnaqqis fil-memorja, abbiltajiet konjittivi, imġieba, ħila li timmaniġġja l-affarijiet, jew bidliet fil-mutur u l-moviment; ħin biex jitlesta Trail Making Test Parti B; CDR: indeboliment fl-orjentazzjoni; CDR: indeboliment fid-dar u passatempi; u livell ta’ indipendenza). Mill-varjabbli li kien fadal, kien hemm 10 pari li kellhom korrelazzjoni akbar minn 0.7, li jindika li kienu varjabbli simili (eTable 3 fis-Suppliment). Kontabilità għal din il-korrelazzjoni billi nbiddlu varjabbli li kienu korrelatati ħafna, sibna li kien hemm 6 varjabbli ta 'tbassir ħafna (ġudizzju kliniku ta' tnaqqis, ħin biex jitlesta Trail Making Test Parti B, 3 komponenti tas-CDR [orjentazzjoni, memorja, u dar u passatempi indeboliment], u livell ta’ indipendenza) li kienu komuni għall-mudelli ML kollha (eTabella 4 fis-Suppliment). It-taħriġ ta' kull mudell bl-użu ta' dawn il-varjabbli biss, sibna li għal LR u XGB, ma kien hemm l-ebda tnaqqis sinifikanti fil-prestazzjoni dijanjostika: bl-użu ta' dan is-sett ewlieni ta' 6 varjabbli, dawn il-mudelli kellhom preċiżjoni medja (SD) ta' 91 fil-mija (0 fil-mija ) għal LR u 91 fil-mija (1 fil-mija ) għal XGB u medja (SD) AUC ta' 0.89 (0.{01) għal LR u 0.89 (0.02) għal XGB (eTabella 5 fis-Suppliment).

Stabbiltà Dijanjostika

Minn 1568 parteċipant li rċevew dijanjosi ta' dimenzja fi żmien sentejn, aħna identifikajna 130 (8 fil-mija ) bħala li qed jesperjenzaw riverżjoni li x'aktarx kienu inizjalment iddijanjostikati ħażin u għalhekk ittikkettati ħażin għal skopijiet ta' ML. Sibna li filwaqt li r-riversjonijiet kienu rrappurtati biss f'0.8 fil-mija tal-parteċipanti, dawn kienu jammontaw għal 92 sa 109 parteċipanti (7 fil-mija -8 fil-mija) ta 'parteċipanti klassifikati ħażin, b'ammont żgħir ta' varjazzjoni bejn il-mudelli (Tabella 3). Il-mudell RF kellu l-ogħla stabbiltà dijanjostika, identifika b'mod korrett 109 minn 130 parteċipant b'riverżjoni (84 fil-mija) billi kklassifikahom bħala mbassra li jkunu ħielsa mid-dimenzja fis-2 snin. Biex tinvestiga l-istabbiltà dijanjostika tal-mudelli ML, neħħejna l-parteċipanti b'riverżjoni waqt it-taħriġ (eMethods fis-Suppliment). Wara li tħarreġ mill-ġdid il-mudelli mingħajr riverżjoni, sibna li RF identifika 106 parteċipant li esperjenzaw reversjonijiet (medjan [IQR], 82 fil-mija [78 fil-mija -82 fil-mija ]), SVM identifika 93 parteċipant li esperjenzaw reversjonijiet (medjan [IQR], 72 fil-mija [69 fil-mija -74 fil-mija ]), u LR u XGB it-tnejn identifikaw 92 parteċipant li esperjenzaw reversjonijiet (medjan [IQR], 71 fil-mija [68 fil-mija -75 fil-mija ]). IQRs inkisbu billi parteċipanti bootstrapping li esperjenzaw riverżjoni.

Biex nifhmu d-differenza bejn il-parteċipanti kklassifikati ħażin, il-parteċipanti b'riverżjoni, u l-parteċipanti li żviluppaw dimenzja mingħajr riverżjoni, analizzajna s-CDFs tal-punteġġi ta 'klassifikazzjoni miksuba minn kull mudell ML. Sibna li l-punteġġi ta 'parteċipanti kklassifikati ħażin, u parteċipanti speċifiċi b'riverżjoni, kienu differenti minn parteċipanti li żviluppaw id-dimenzja u dawk li ma kinux (eFigura 3 fis-Suppliment). Is-CDFs tal-punteġġi ta 'klassifikazzjoni għall-parteċipanti li ma żviluppawx id-dimenzja waqgħu fin-naħa tax-xellug ta' kull plott, u jindikaw li l-mudelli ML assenjaw lil dawn il-parteċipanti probabbiltà baxxa li jiżviluppaw id-dimenzja. Bil-maqlub, għall-parteċipanti li żviluppaw id-dimenzja, is-CDFs waqgħu fuq il-lemin tal-plottijiet: ġew assenjati probabbiltà għolja li jiżviluppaw id-dimenzja. Għall-mudelli kollha, id-distribuzzjoni tal-punteġġi għall-parteċipanti b'riverżjoni waqgħet fuq ix-xellug ta' dik għall-parteċipanti li żviluppaw id-dimenzja, li jfisser li l-parteċipanti b'riverżjoni ġew evalwati bħala li għandhom probabbiltà aktar baxxa li jiżviluppaw id-dimenzja skont dawn il-mudelli.

Diskussjoni

F'dan l-istudju pronjostiku, algoritmi ML kellhom preċiżjoni pronjostika superjuri meta mqabbla ma 'BDSI u CAIDE fit-tbassir tal-inċidenza tad-dimenzja fi żmien sentejn mill-ewwel valutazzjoni klinika tal-memorja ta' pazjent. Tnejn mill-algoritmi ML ġew ivvalutati biex jiksbu preċiżjoni ta '91 fil-mija u AUC ta' 0.89 b'6 varjabbli ewlenin biss. Analiżi ta 'sensittività jissuġġerixxu li l-mudelli ML jistgħu jikklassifikaw b'mod korrett proporzjon għoli ta' parteċipanti li esperjenzaw riverżjoni li potenzjalment ġew iddijanjostikati ħażin fi żmien 2 snin miż-żjara inizjali tagħhom. Dan l-istudju għandu diversi saħħiet, inkluż il-kampjun kbir ta 'pazjenti derivati ​​minn kliniċi tal-memorja multipli madwar l-Istati Uniti, il-firxa wiesgħa ta' tekniki ML użati, il-benchmarking kontra mudelli ta 'riskju eżistenti, u l-esplorazzjoni ta' stabbiltà dijanjostika u dijanjosi ħażina probabbli.

Studji preċedenti dwar l-użu ta' ML għat-tbassir tar-riskju tad-dimenzja ffukaw fuq il-konverżjoni minn konjizzjoni mhux imfixkla għal dimenzja ta' Alzheimer jew MCI,6,8 jew konverżjoni minn MCI għal dimenzja ta' Alzheimer.5 Dawn l-approċċi huma inqas utli f'ambjent kliniku, peress li jeskludu. tipi oħra ta' dimenzja5,6,8 jew pazjenti li inizjalment huma konjittivament mhux indeboliti.5 Dejta użata f'dawn l-istudji inkludiet skans tomografiċi b'emissjoni ta' positroni,5,8 u bijomarkaturi tal-fluwidu ċerebrospinali,8 li mhumiex komunement disponibbli f'ambjent klinika tal-memorja. Studju minn Lin et al6 għeleb dan billi uża data NACC biex jinstab sett ta' 15-il varjabbli kliniku mhux invażiv biex jivvaluta r-riskju ta' konverżjoni minn konjizzjoni mhux imfixkla għal MCI f'perjodu ta' 4-sena. Madankollu, il-kostruzzjoni ta 'MCI tibqa' kemmxejn kontroversjali,32, u r-rati ta 'konverżjoni bejn l-MCI u d-dimenzja huma spiss baxxi.32,33 Il-mudelli ML tagħna jikkumplimentaw dawn l-analiżi u għandhom il-vantaġġ li jinkorporaw biss 6 varjabbli ewlenin fuq skala ta' żmien klinikament rilevanti u jbassru l- riżultat tad-dimenzja għal kull kawża.

Mill-mudelli eżistenti investigati fl-istudju tagħna, il-mudell CAIDE kien l-inqas preċiż fit-tbassir tar-riskju tad-dimenzja fuq sentejn, li mhux sorprendenti, peress li ġie żviluppat biex ibassar ir-riskju tad-dimenzja fit-tul f’adulti ta’ età medja fuq medda ta’ żmien ħafna itwal. perjodu ta' segwitu ta' 20 sena. Il-BDSI wettaq aħjar mill-CAIDE, li x'aktarx jirrifletti li kien iddisinjat għall-użu f'adulti anzjani fuq perjodu ta 'segwitu aktar moderat ta' 6 snin. Madankollu, il-mudelli ML kollha qabżu dawn il-mudelli eżistenti. Bl-użu tal-varjabbli kollha, XGB kien l-aktar approċċ ML b'saħħtu fit-tbassir ta' pazjenti li x'aktarx jiġu djanjostikati bid-dimenzja fi żmien sentejn, li jissuġġerixxi li l-mod li bih siġar tad-deċiżjonijiet ġodda huma mħarrġa biex jikkoreġu l-iżbalji tal-aħħar tliet jirriżulta fi prestazzjoni marġinali. gwadann. Madankollu, XGB deher ukoll li kien l-approċċ l-inqas kapaċi jidentifika parteċipanti li esperjenzaw riverżjoni, jiġifieri, dawk li inizjalment ġew iddijanjostikati bid-dimenzja fi żmien sentejn u kellhom dik id-dijanjosi maqluba fi żmien sentejn mid-dijanjosi inizjali.

Il-prestazzjoni tal-mudelli ML tista’ titnaqqas b’mod konsiderevoli permezz ta’ dejta ta’ taħriġ tikkettata ħażin.34 B’mod kontra l-intuwittiv, l-esklużjoni ta’ dejta ta’ taħriġ tikkettata ħażin mhux dejjem ittejjeb il-prestazzjoni.35 Hekk kif il-livell ta’ storbju fid-dejta ta’ taħriġ jiżdied, il-valur tal-esklużjoni jew it-tnaqqis ta’ dak l-istorbju jonqos jekk l-istess storbju huwa preżenti fid-dejta tal-validazzjoni.36 Għalhekk, l-iffiltrar tad-dejta tat-taħriġ jista 'saħansitra jnaqqas id-dejta tal-invalidazzjoni tal-prestazzjoni, kif misjub f'dan l-istudju. Madankollu, meta l-livell ta’ tikkettjar ħażin ikun inqas minn bejn wieħed u ieħor 20 fil-mija sa 40 fil-mija, it-tneħħija tad-dejta mmarkata ħażin tista’ ttejjeb l-eżattezza tad-dejta tal-validazzjoni, anki jekk dan jinkorpora dejta mmarkata ħażin.35,37,38 Dan juri l-importanza li tiġi investigata l-istabbiltà dijanjostika fit-taħriġ u data ta' validazzjoni: anke data standard ta' kriterju tinkorpora żbalji.

Ir-rata osservata ta’ riverżjoni (8 fil-mija) kienet simili għal dik misjuba fi studju tal-2019 ibbażat fuq popolazzjoni differenti tal-Istati Uniti.31 Fl-istudju tagħna, il-perċentwal ta’ pożittivi foloz instab li jvarja minn 7 fil-mija sa 19 fil-mija, skont il-konjizzjoni. valutazzjoni użata. Sa fejn nafu tagħna, din hija l-ewwel analiżi ta 'dijanjosi ħażina potenzjali fin-NACC UDS u tissuġġerixxi li l-użu tal-ML bħala għajnuna klinika għat-teħid ta' deċiżjonijiet għandu l-potenzjal li jnaqqas id-dijanjosi ħażina ta 'pożittivi foloz sa 84 fil-mija. Minħabba li pazjenti li jesperjenzaw riverżjoni huma borderline f'sens dijanjostiku, minn perspettiva klinika, jista 'jkun sensibbli li jiġu segwiti xorta waħda, peress li kien hemm raġunijiet għal tħassib kliniku. Għalhekk, XGB jista 'jkun l-aħjar mudell għal għajnuna klinika għat-teħid ta' deċiżjonijiet. Alternattivament, approċċ ensemble li jagħmel tbassir sekondarju dwar stabbiltà dijanjostika probabbli u l-potenzjal għal klassifikazzjoni ħażina jista 'jkun saħansitra aktar utli.

Limitazzjonijiet

Dan l-istudju għandu diversi limitazzjonijiet. L-ewwel, kemm CAIDE kif ukoll BDSI ġew żviluppati bl-użu ta 'popolazzjonijiet differenti għal dik użata f'dan l-istudju. Mhux il-varjabbli kollha użati għall-iżvilupp ta’ dawn il-mudelli kellhom ekwivalenti eżatt fl-UDS li seta’ affettwa l-prestazzjoni tagħhom f’dan is-sett tad-dejta. It-tieni, il-metodu użat biex tiġi imputata d-dejta jista’ jirriżulta fi żball ta’ imputazzjoni. Speċifikament, l-imputazzjoni tissostitwixxi l-valuri neqsin kollha b'valur numeriku, iżda xi valuri huma neqsin minħabba r-relazzjoni tagħhom ma' valur ieħor; għalhekk, il-fatt li valur huwa nieqes huwa informattiv. Madankollu, filwaqt li l-parteċipanti kellhom medja ta '14 fil-mija dejta nieqsa, is-6 varjabbli ewlenin identifikati kienu neqsin għal medja ta' 1 fil-mija tal-parteċipanti. It-tielet, għalkemm l-istudju tagħna uża kampjun kbir ta 'dawk li attendew klinika tal-memorja fl-Istati Uniti, u għamel ir-riżultati tagħna applikabbli ħafna għal dan l-ambjent, il-punt sa fejn dawn ir-riżultati se jiġġeneralizzaw għal popolazzjonijiet oħra mhux magħruf.

Konklużjonijiet

Dan l-istudju pronjostiku sab li l-mudelli ML qabżu l-mudelli eżistenti ta 'tbassir tar-riskju tad-dimenzja u jista' jkollhom il-potenzjal li jtejbu t-tbassir tad-dimenzja inċidentali fuq sentejn fi kliniċi tal-memorja. Sitt fatturi ewlenin għar-riskju tad-dimenzja identifikati f'dan l-istudju jista 'jkollhom il-potenzjal li jtejbu l-prattika klinika fil-kliniċi tal-memorja jekk ikunu inkorporati f'għajnuniet futuri għat-teħid ta' deċiżjonijiet kliniċi.

REFERENZI

1. Hejl A, Høgh P, Waldemar G. Kundizzjonijiet potenzjalment riversibbli f'1000 pazjent klinika tal-memorja konsekuttiva. J Neurol Neurosurg Psikjatrija.

2. Mitchell AJ, Shiri-Feshki M. Rata ta 'progressjoni ta' indeboliment konjittiv ħafif għal dimenzja—meta-analiżi ta '41 studju robust ta' koorti tal-bidu. Acta Psychiatr Scand. 2009;119(4):252-265.

3. Barnes DE, Beiser AS, Lee A, et al. Żvilupp u validazzjoni ta' indikatur qasir ta' screening tad-dimenzja għall-kura primarja. Dement ta' Alzheimer. 2014;10(6):656-665.e1. doi:10.1016/j.jalz.2013.11.006

4. Kivipelto M, Ngandu T, Laatikainen T, Winblad B, Soininen H, Tuomilehto J. Punteġġ tar-riskju għat-tbassir tar-riskju tad-dimenzja f'20 sena fost nies ta 'età medja: studju lonġitudinali, ibbażat fuq il-popolazzjoni. Lancet Neurol. 2006;5(9):735-741. doi:10.1016/S1474-4422(06)70537-3

5. Cui Y, Liu B, Luo S, et al; Inizjattiva ta' Neuroimaging tal-Marda ta' Alzheimer. Identifikazzjoni ta 'konverżjoni minn indeboliment konjittiv ħafif għall-marda ta' Alzheimer bl-użu ta 'tbassir multivarjat. PLoS Wieħed.

6. Lin M, Gong P, Yang T, Ye J, Albin RL, Dodge HH. Approċċi analitiċi tad-dejta kbira għas-sett tad-dejta NACC: għajnuna għall-arrikkiment tal-prova preklinika. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2018;32(1):18-27.

7. Park JH, Cho HE, Kim JH, et al. Tbassir tat-tagħlim bil-magni tal-inċidenza tal-marda ta 'Alzheimer bl-użu ta' data amministrattiva dwar is-saħħa fuq skala kbira. NPJ Diġiti Med. 2020;3(1):46.

8. Zhan Y, Chen K, Wu X, et al; Inizjattiva ta' Neuroimaging tal-Marda ta' Alzheimer. Identifikazzjoni ta 'konverżjoni minn konjizzjoni anzjani normali għall-marda ta' Alzheimer bl-użu ta 'magna tal-vettur ta' appoġġ multimodali.J Alzheimers Dis. 2015; 47(4):1057-1067.

9. Burgos N, Colliot O. Tagħlim bil-magni għall-klassifikazzjoni u t-tbassir tal-mard tal-moħħ: avvanzi reċenti u sfidi li ġejjin. Curr Opin Neurol. 2020;33(4):439-450.

10. Beekly DL, Ramos EM, Lee WW, et al; NIA Ċentri tal-Mard ta' Alzheimer. Id-database taċ-Ċentru Nazzjonali ta' Koordinazzjoni ta' Alzheimer (NACC): is-Sett ta' Dejta Uniformi. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2007;21(3):249-258.

11. Istitut Nazzjonali dwar ix-Xjuħija. Ċentri ta' Riċerka dwar il-Mard ta' Alzheimer. Aċċessat fil-21 ta' Mejju, 2021.

12. Pfeffer RI, Kurosaki TT, Harrah CH Jr, Chance JM, Filos S. Kejl ta 'attivitajiet funzjonali f'adulti anzjani fil-komunità. J Gerontol. 1982;37(3):323-329.

13. Kaufer DI, Cummings JL, Ketchel P, et al. Validazzjoni tal-NPI-Q, forma klinika qasira tal-Inventarju Newropsikjatriku. J Newropsikjatrija Clin Neurosci. 2000;12(2):233-239.

14. Weintraub S, Salamun D, ​​Mercaldo N, et al. Sett ta' Dejta Uniformi taċ-Ċentri tal-Mard ta' Alzheimer (UDS): il-batterija tat-test newropsikoloġiku. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2009;23(2):91-101.

15. Morris JC, Weintraub S, Chui HC, et al. Is-Sett ta 'Dejta Uniformi (UDS): varjabbli kliniċi u konjittivi u dejta deskrittiva miċ-Ċentri tal-Mard ta' Alzheimer. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2006;20(4):210-216.

16. McKhann G, Drachman D, Folstein M, Katzman R, Price D, Stadlan EM. Dijanjosi klinika tal-marda ta 'Alzheimer: rapport tal-Grupp ta' Ħidma NINCDS-ADRDA taħt l-awspiċi tad-Dipartiment tas-Saħħa u Servizzi Umani Task Force dwar il-Marda ta 'Alzheimer. Newroloġija. 1984;34(7):939-944.

17. Román GC, Tatemichi TK, Erkinjuntti T, et al. Dimenzja vaskulari: kriterji dijanjostiċi għal studji ta 'riċerka: rapport tal-Workshop Internazzjonali NINDS-AIREN. Newroloġija. 1993;43(2):250-260.

18. McKeith IG, Dickson DW, Lowe J, et al; Konsorzju fuq DLB. Dijanjosi u ġestjoni tad-dimenzja bil-korpi Lewy: it-tielet rapport tal-Konsorzju DLB. Newroloġija.

19. Neary D, Snowden JS, Gustafson L, et al. Deġenerazzjoni lobar frontotemporal: kunsens dwar kriterji dijanjostiċi kliniċi. Newroloġija. 1998;51(6):1546-1554.

20. Martínez-Martín P, Gil-Nagel A, Gracia LM, Gómez JB, Martínez-Sarriés J, Bermejo F; Il-Grupp Multiċentriku Koperattiv. Karatteristiċi u struttura ta' skala ta' klassifikazzjoni tal-marda ta' Parkinson unifikata. Mov Disorder. 1994;9 (1):76-83.

21. Morris JC. Klassifikazzjoni tad-Dimenzja Klinika: miżura dijanjostika u stadju affidabbli u valida għad-dimenzja tat-tip Alzheimer. Int Psychogeriatr. 1997;9(S1)(suppl 1):173-176.

22. Hastie T, Tibshirani R, Friedman J. The Elements of Statistical Learning: Data Mining, Inference, and Prediction. Springer Science & Business Media; 2009.

23. Hosmer Jr DW, Lemeshow S, Sturdivant RX. Rigressjoni Loġistika Applikata. John Wiley & Sons; 2013.

24. Cortes C, Vapnik V. Netwerks ta' vettur ta' appoġġ. Mach Tgħallem. 1995;20(3):273-97. doi:10.1007/BF00994018

25. Breiman L. Foresti każwali. Mach Tgħallem. 2001;45(1):5-32. doi:10.1023/A:1010933404324

26. Ho TK. Foresti deċiżjoni każwali. Fi: Proċedimenti tat-Tielet Konferenza Internazzjonali dwar l-Analiżi u r-Rikonoxximent tad-Dokumenti. IEEE; 1995:278-282.

27. Friedman JH. Spinta tal-gradjent stokastiku. Analiżi ta' Dejta ta' Stat komputazzjonali. 2002; 38(4):367-78.

28. Pedregosa F, Varoquaux G, Gramfort A, et al, Scikit-learn: machine learning in Python. J Mach Tgħallem Res. 2011; 12:2825-2830.

29. Krzanowski WJ, DJ tal-idejn. Kurvi ROC għal Data Kontinwa. CRC Press; 2009.

30. Fawcett, T. Introduzzjoni għall-analiżi ROC. Rikonoxximent tal-mudell Lett. 2006;27(8):861-874. doi:10.1016/j. Patric.2005.10.010

31. Ranson JM, Kuźma E, Hamilton W, Muniz-Terrera G, Langa KM, Llewellyn DJ. Tbassir ta 'klassifikazzjoni ħażina tad-dimenzja meta jintużaw valutazzjonijiet konjittivi qosra. Neurol Clin Pract. 2019;9(2):109-117.

32. Bruscoli M, Lovestone S. Huwa l-MCI verament biss dimenzja bikrija: reviżjoni sistematika ta 'studji ta' konverżjoni. Int Psychogeriatr. 2004;16(2):129-140.

33. Farias ST, Mungas D, Reed BR, Harvey D, DeCarli C. Progressjoni ta 'indeboliment konjittiv ħafif għal dimenzja fil-koorti klinika vs ibbażata fil-komunità. Arch Neurol. 2009;66(9):1151-1157.

34. Guan D, Yuan W, Ma T, Khattak AM, Chow F. Eliminazzjoni sensittiva għall-ispiża ta 'dejta ta' taħriġ tikkettata ħażin. Inf Sci. 2017; 402:170-81.

35. Brodley CE, Friedl MA. Identifikazzjoni ta' data ta' taħriġ b'tikketta ħażina.J Artif Intelligence Res.

36. Quinlan JR. Induzzjoni ta' siġar tad-deċiżjonijiet. Mach Tgħallem. 1986;1(1):81-106.

37. Brodley CE, Friedl MA. L-identifikazzjoni u l-eliminazzjoni ta' każijiet ta' taħriġ b'tikketta ħażina. Fi: AAAI '96: Proċedimenti tat-Tlettax-il Konferenza Nazzjonali dwar l-Intelliġenza Artifiċjali. AAAI; 1996:799-805.

38. Brodley CE, Friedl MA. It-titjib tal-immappjar awtomatizzat tal-kopertura tal-art billi jiġu identifikati u eliminati osservazzjonijiet tikkettati ħażin mid-dejta tat-taħriġ. Fi: IGARSS '96: 1996 International Geoscience and Remote Sensing Symposium. IEEE;1996:1379-1381.