Improving Clinical Translation of Machine Learning Approaches Through Clinician-Tailored Visual Displays of Black Box Algorithms: Development and Validation
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Despite the promise of machine learning (ML) to inform individualized medical care, the clinical utility of ML in medicine has been limited by the minimal interpretability and black box nature of these algorithms. OBJECTIVE: The study aimed to demonstrate a general and simple framework for generating clinically relevant and interpretable visualizations of black box predictions to aid in the clinical translation of ML. METHODS: To obtain improved transparency of ML, simplified models and visual displays can be generated using common methods from clinical practice such as decision trees and effect plots. We illustrated the approach based on postprocessing of ML predictions, in this case random forest predictions, and applied the method to data from the Left Ventricular (LV) Structural Predictors of Sudden Cardiac Death (SCD) Registry for individualized risk prediction of SCD, a leading cause of death. RESULTS: With the LV Structural Predictors of SCD Registry data, SCD risk predictions are obtained from a random forest algorithm that identifies the most important predictors, nonlinearities, and interactions among a large number of variables while naturally accounting for missing data. The black box predictions are postprocessed using classification and regression trees into a clinically relevant and interpretable visualization. The method also quantifies the relative importance of an individual or a combination of predictors. Several risk factors (heart failure hospitalization, cardiac magnetic resonance imaging indices, and serum concentration of systemic inflammation) can be clearly visualized as branch points of a decision tree to discriminate between low-, intermediate-, and high-risk patients. CONCLUSIONS: Through a clinically important example, we illustrate a general and simple approach to increase the clinical translation of ML through clinician-tailored visual displays of results from black box algorithms. We illustrate this general model-agnostic framework by applying it to SCD risk prediction. Although we illustrate the methods using SCD prediction with random forest, the methods presented are applicable more broadly to improving the clinical translation of ML, regardless of the specific ML algorithm or clinical application. As any trained predictive model can be summarized in this manner to a prespecified level of precision, we encourage the use of simplified visual displays as an adjunct to the complex predictive model. Overall, this framework can allow clinicians to peek inside the black box and develop a deeper understanding of the most important features from a model to gain trust in the predictions and confidence in applying them to clinical care.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,038 | 0,155 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,004 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,003 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,010 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».