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Enregistrement W4387459634 · doi:10.1038/s41598-023-42203-0

COVID-Net Biochem: an explainability-driven framework to building machine learning models for predicting survival and kidney injury of COVID-19 patients from clinical and biochemistry data

2023· article· en· W4387459634 sur OpenAlexaff
Hossein Aboutalebi, Maya Pavlova, Mohammad Javad Shafiee, Adrian Florea, Andrew Hryniowski, Alexander Wong

Notice bibliographique

RevueScientific Reports · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCOVID-19 diagnosis using AI
Établissements canadiensMcGill UniversityUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMachine learningBenchmark (surveying)Computer scienceArtificial intelligenceCoronavirus disease 2019 (COVID-19)PandemicDomain (mathematical analysis)MedicinePathologyDisease

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Since the World Health Organization declared COVID-19 a pandemic in 2020, the global community has faced ongoing challenges in controlling and mitigating the transmission of the SARS-CoV-2 virus, as well as its evolving subvariants and recombinants. A significant challenge during the pandemic has not only been the accurate detection of positive cases but also the efficient prediction of risks associated with complications and patient survival probabilities. These tasks entail considerable clinical resource allocation and attention. In this study, we introduce COVID-Net Biochem, a versatile and explainable framework for constructing machine learning models. We apply this framework to predict COVID-19 patient survival and the likelihood of developing Acute Kidney Injury during hospitalization, utilizing clinical and biochemical data in a transparent, systematic approach. The proposed approach advances machine learning model design by seamlessly integrating domain expertise with explainability tools, enabling model decisions to be based on key biomarkers. This fosters a more transparent and interpretable decision-making process made by machines specifically for medical applications. More specifically, the framework comprises two phases: In the first phase, referred to as the "clinician-guided design" phase, the dataset is preprocessed using explainable AI and domain expert input. To better demonstrate this phase, we prepared a benchmark dataset of carefully curated clinical and biochemical markers based on clinician assessments for survival and kidney injury prediction in COVID-19 patients. This dataset was selected from a patient cohort of 1366 individuals at Stony Brook University. Moreover, we designed and trained a diverse collection of machine learning models, encompassing gradient-based boosting tree architectures and deep transformer architectures, specifically for survival and kidney injury prediction based on the selected markers. In the second phase, called the "explainability-driven design refinement" phase, the proposed framework employs explainability methods to not only gain a deeper understanding of each model's decision-making process but also to identify the overall impact of individual clinical and biochemical markers for bias identification. In this context, we used the models constructed in the previous phase for the prediction task and analyzed the explainability outcomes alongside a clinician with over 8 years of experience to gain a deeper understanding of the clinical validity of the decisions made. The explainability-driven insights obtained, in conjunction with the associated clinical feedback, are then utilized to guide and refine the training policies and architectural design iteratively. This process aims to enhance not only the prediction performance but also the clinical validity and trustworthiness of the final machine learning models. Employing the proposed explainability-driven framework, we attained 93.55% accuracy in survival prediction and 88.05% accuracy in predicting kidney injury complications. The models have been made available through an open-source platform. Although not a production-ready solution, this study aims to serve as a catalyst for clinical scientists, machine learning researchers, and citizen scientists to develop innovative and trustworthy clinical decision support solutions, ultimately assisting clinicians worldwide in managing pandemic outcomes.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,068
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMétarecherche, Méta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,908
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,068
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,001
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 Opus0,105
Tête enseignante GPT0,412
Écart entre enseignants0,307 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

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

Citations8
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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