Detecting the most critical clinical variables of COVID-19 breakthrough infection in vaccinated persons using machine learning
Notice bibliographique
Résumé
Background COVID-19 vaccines offer different levels of immune protection but do not provide 100% protection. Vaccinated persons with pre-existing comorbidities may be at an increased risk of SARS-CoV-2 breakthrough infection or reinfection. The aim of this study is to identify the critical variables associated with a higher probability of SARS-CoV-2 breakthrough infection using machine learning. Methods A dataset comprising symptoms and feedback from 257 persons, of whom 203 were vaccinated and 54 unvaccinated, was used for the investigation. Three machine learning algorithms – Deep Multilayer Perceptron (Deep MLP), XGBoost, and Logistic Regression – were trained with the original (imbalanced) dataset and the balanced dataset created by using the Random Oversampling Technique (ROT), and the Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE). We compared the performance of the classification algorithms when the features highly correlated with breakthrough infection were used and when all features in the dataset were used. Result The results show that when highly correlated features were considered as predictors, with Random Oversampling to address data imbalance, the XGBoost classifier has the best performance (F1 = 0.96; accuracy = 0.96; AUC = 0.98; G-Mean = 0.98; MCC = 0.88). The Deep MLP had the second best performance (F1 = 0.94; accuracy = 0.94; AUC = 0.92; G-Mean = 0.70; MCC = 0.42), while Logistic Regression had less accurate performance (F1 = 0.89; accuracy = 0.88; AUC = 0.89; G-Mean = 0.89; MCC = 0.68). We also used Shapley Additive Explanations (SHAP) to investigate the interpretability of the models. We found that body temperature, total cholesterol, glucose level, blood pressure, waist circumference, body weight, body mass index (BMI), haemoglobin level, and physical activity per week are the most critical variables indicating a higher risk of breakthrough infection. Conclusion These results, evident from our unique data source derived from apparently healthy volunteers with cardiovascular risk factors, follow the expected pattern of positive or negative correlations previously reported in the literature. This information strengthens the body of knowledge currently applied in public health guidelines and may also be used by medical practitioners in the future to reduce the risk of SARS-CoV-2 breakthrough infection.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,018 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».