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Enregistrement W3034252606 · doi:10.1101/2020.06.14.150664

Machine Learning Identifies Complicated Sepsis Course and Subsequent Mortality Based on 20 Genes in Peripheral Blood Immune Cells at 24 Hours post ICU admission

2020· preprint· en· W3034252606 sur OpenAlexaff
Shayantan Banerjee, Akram Mohammed, Hector R. Wong, Nades Palaniyar, Rishikesan Kamaleswaran

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2020
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueSepsis Diagnosis and Treatment
Établissements canadiensHospital for Sick Children
Organismes subventionnairesCincinnati Children's Hospital Medical Center
Mots-clésSepsisDiseaseMedicineMachine learningPeripheral bloodIntensive care medicineInnate immune systemImmune systemArtificial intelligenceBioinformaticsImmunologyInternal medicineComputer scienceBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract A complicated clinical course for critically ill patients admitted to the ICU usually includes multiorgan dysfunction and subsequent death. Owning to the heterogeneity, complexity, and unpredictability of the disease progression, patient care is challenging. Identifying the predictors of complicated courses and subsequent mortality at the early stages of the disease and recognizing the trajectory of the disease from the vast array of longitudinal quantitative clinical data is difficult. Therefore, we attempted to identify novel early biomarkers and train the artificial intelligence systems to recognize the disease trajectories and subsequent clinical outcomes. Using the gene expression profile of peripheral blood cells obtained within 24 hours of PICU admission and numerous clinical data from 228 septic patients from pediatric ICU, we identified 20 differentially expressed genes that were predictive of complicated course outcomes and developed a new machine learning model. After 5-fold cross-validation with ten iterations, the overall mean area under the curve reached 0.82. Using the same set of genes, we further achieved an overall area under the curve of 0.72 when tested on an external validation set. This model was highly effective in identifying the clinical trajectories of the patients and mortality. Artificial intelligence systems identified eight out of twenty novel genetic markers SDC4, CLEC5A, TCN1, MS4A3, HCAR3, OLAH, PLCB1 and NLRP1 that help to predict sepsis severity or mortality. The discovery of eight novel genetic biomarkers related to the overactive innate immune system and neutrophils functions, and a new predictive machine learning method provides options to effectively recognize sepsis trajectories, modify real-time treatment options, improve prognosis, and patient survival. Research in Context Evidence before this study Transcriptomic biomarkers have long been explored as potential means of earlier disease endotyping. Much of the existing literature has however focused on mortality and discrete outcomes. Additionally, much of prior work in this area has been developed on statistical methods, while recent means of selecting features have not been sufficiently explored. Added value of this study In this study, we developed a robust machine learning based model for identifying novel biomarkers of complicated disease courses. We found 20 highly stable genes that predict disease complexity with an average derivation AUROC of 0.82 and validation AUROC of 0.72 within critically ill children, using peripheral blood collected within 24 hrs of ICU admission. Implications of all the available evidence Earlier identification of disease complexity can inform care management and targeted therapy. Therefore, the 20 gene candidates identified by our rigorous approach, can be used to identify, early in their ICU stay, patients who may ultimately develop significant organ dysfunction and complex care management.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: Observationnel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,004

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,043
Tête enseignante GPT0,281
Écart entre enseignants0,238 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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