Machine Learning Methods for the Diagnosis of Chronic Obstructive Pulmonary Disease in Healthy Subjects: Retrospective Observational Cohort Study
Notice bibliographique
Résumé
Background Airflow limitation is a critical physiological feature in chronic obstructive pulmonary disease (COPD), for which long-term exposure to noxious substances, including tobacco smoke, is an established risk. However, not all long-term smokers develop COPD, meaning that other risk factors exist. Objective This study aimed to predict the risk factors for COPD diagnosis using machine learning in an annual medical check-up database. Methods In this retrospective observational cohort study (ARTDECO [Analysis of Risk Factors to Detect COPD]), annual medical check-up records for all Hitachi Ltd employees in Japan collected from April 1998 to March 2019 were analyzed. Employees who provided informed consent via an opt-out model were screened and those aged 30 to 75 years without a prior diagnosis of COPD/asthma or a history of cancer were included. The database included clinical measurements (eg, pulmonary function tests) and questionnaire responses. To predict the risk factors for COPD diagnosis within a 3-year period, the Gradient Boosting Decision Tree machine learning (XGBoost) method was applied as a primary approach, with logistic regression as a secondary method. A diagnosis of COPD was made when the ratio of the prebronchodilator forced expiratory volume in 1 second (FEV1) to prebronchodilator forced vital capacity (FVC) was <0.7 during two consecutive examinations. Results Of the 26,101 individuals screened, 1213 met the exclusion criteria, and thus, 24,815 individuals were included in the analysis. The top 10 predictors for COPD diagnosis were FEV1/FVC, smoking status, allergic symptoms, cough, pack years, hemoglobin A1c, serum albumin, mean corpuscular volume, percent predicted vital capacity, and percent predicted value of FEV1. The areas under the receiver operating characteristic curves of the XGBoost model and the logistic regression model were 0.956 and 0.943, respectively. Conclusions Using a machine learning model in this longitudinal database, we identified a number of parameters as risk factors other than smoking exposure or lung function to support general practitioners and occupational health physicians to predict the development of COPD. Further research to confirm our results is warranted, as our analysis involved a database used only in Japan.
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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 | 0,005 | 0,008 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
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 ».