血小板代谢物作为毒症诊断和管理中的候选生物标志物,使用拟议的可解释的人工智能方法
Fatma Hilal Yagin1, Umran Aygun2, Abdulmohsen Algarni3
1Department of Biostatistics and Medical Informatics, Faculty of Medicine, Inonu University, Malatya 44280, Türkiye.
Journal of clinical medicine
|September 14, 2024
概括
使用机器学习和可解释的AI识别的新型血小板代谢物显示出早期败血症诊断的希望. 这种方法有助于监测败血症并通过精确定位关键生物标志物,如卡尼丁和谷氨酸酸,改善患者的治疗结果.
科学领域:
- 生物化学 生化学
- 计算生物学 计算生物学
- 免疫学 免疫学 免疫学
背景情况:
- 败血症是一个重大的全球健康挑战,死亡率高.
- 目前的败血症诊断方法缺乏足够的敏感性和特异性.
- 血小板具有超出血液静止的重要免疫功能,使其成为潜在的诊断目标.
研究的目的:
- 开发一个整合机器学习 (ML) 和可解释的人工智能 (XAI) 的预测模型.
- 为了确定早期败血症诊断的新型血小板代谢标志物.
- 为了利用XAI对ML模型预测的直观理解.
主要方法:
- 定量1H核磁共振 (NMR) 用于分析39名参与者 (25名败血症,14名对照) 的血小板代谢物概况.
- 合成少数人过量抽样方法 (SMOTE) - Tomek和随机森林归算解决了数据不平衡和缺失的值.
- 极端梯度提升 (XGBoost),光梯度提升机 (LightGBM) 和内核树提升 (KTBoost) 模型被用于败血症预测,并通过交叉验证进行验证.
主要成果:
- 该KTBoost模型表现出卓越的性能,在败血症诊断中准确度为0.900和AUC为0.943.
- 莎普利添加剂测试 (SHAP) 确定了卡尼丁,谷氨酸和肌氨酸醇作为关键的预测生物标志物.
- XAI为模型的诊断决策提供了直观的解释.
结论:
- 通过KTBoost和XAI分析的血小板代谢物,为早期败血症检测和监测提供了显著的潜力.
- 鉴定的生物标志物可以通过及时干预,帮助改善患者的治疗结果.
- 这种综合方法增强了代谢学在败血症管理中的临床实用性.
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