Evaluation of domain generalization and adaptation on improving model robustness to temporal dataset shift in clinical medicine
Notice bibliographique
Résumé
Temporal dataset shift associated with changes in healthcare over time is a barrier to deploying machine learning-based clinical decision support systems. Algorithms that learn robust models by estimating invariant properties across time periods for domain generalization (DG) and unsupervised domain adaptation (UDA) might be suitable to proactively mitigate dataset shift. The objective was to characterize the impact of temporal dataset shift on clinical prediction models and benchmark DG and UDA algorithms on improving model robustness. In this cohort study, intensive care unit patients from the MIMIC-IV database were categorized by year groups (2008-2010, 2011-2013, 2014-2016 and 2017-2019). Tasks were predicting mortality, long length of stay, sepsis and invasive ventilation. Feedforward neural networks were used as prediction models. The baseline experiment trained models using empirical risk minimization (ERM) on 2008-2010 (ERM[08-10]) and evaluated them on subsequent year groups. DG experiment trained models using algorithms that estimated invariant properties using 2008-2016 and evaluated them on 2017-2019. UDA experiment leveraged unlabelled samples from 2017 to 2019 for unsupervised distribution matching. DG and UDA models were compared to ERM[08-16] models trained using 2008-2016. Main performance measures were area-under-the-receiver-operating-characteristic curve (AUROC), area-under-the-precision-recall curve and absolute calibration error. Threshold-based metrics including false-positives and false-negatives were used to assess the clinical impact of temporal dataset shift and its mitigation strategies. In the baseline experiments, dataset shift was most evident for sepsis prediction (maximum AUROC drop, 0.090; 95% confidence interval (CI), 0.080-0.101). Considering a scenario of 100 consecutively admitted patients showed that ERM[08-10] applied to 2017-2019 was associated with one additional false-negative among 11 patients with sepsis, when compared to the model applied to 2008-2010. When compared with ERM[08-16], DG and UDA experiments failed to produce more robust models (range of AUROC difference, - 0.003 to 0.050). In conclusion, DG and UDA failed to produce more robust models compared to ERM in the setting of temporal dataset shift. Alternate approaches are required to preserve model performance over time in clinical medicine.
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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 | 0,021 | 0,043 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| 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 ».