A Quantum-Enhanced Precision Medicine Application to Support Data-Driven Clinical Decisions for the Personalized Treatment of Advanced Knee Osteoarthritis: The Development and Preliminary Validation of precisionKNEE_QNN
Notice bibliographique
Résumé
Background Quantum computing and quantum machine learning (QML) are promising experimental technologies that can improve precision medicine applications by reducing the computational complexity of algorithms driven by big, unstructured, real-world data. The clinical problem of knee osteoarthritis is that, although some novel therapies are safe and effective, the response is variable, and defining the characteristics of an individual who will respond remains a challenge. In this study, we tested a quantum neural network (QNN) application to support precision data-driven clinical decisions to select personalized treatments for advanced knee osteoarthritis. Methodology After obtaining patients' consent and Research Ethics Committee approval, we collected the clinicodemographic data before and after the treatment from 170 patients eligible for knee arthroplasty (Kellgren-Lawrence grade ≥3, Oxford Knee Score (OKS) ≤27, age ≥64 years, and idiopathic aetiology of arthritis) treated over a two-year period with a single injection of microfragmented fat. Gender classes were balanced (76 males and 94 females) to mitigate gender bias. A patient with an improvement ≥7 OKS was considered a responder. We trained our QNN classifier on a randomly selected training subset of 113 patients to classify responders from non-responders (73 responders and 40 non-responders) in pain and function at one year. Outliers were hidden from the training dataset but not from the validation set. Results We tested our QNN classifier on a randomly selected test subset of 57 patients (34 responders, 23 non-responders) including outliers. The no information rate was 0.59. Our application correctly classified 28 responders out of 34 and 6 non-responders out of 23 (sensitivity = 0.82, specificity = 0.26, F1 Statistic = 0.71). The positive and negative likelihood ratios were 1.11 and 0.68, respectively. The diagnostic odds ratio was 2. Conclusions Preliminary results on a small validation dataset showed that QML applied to data-driven clinical decisions for the personalized treatment of advanced knee osteoarthritis is a promising technology to reduce computational complexity and improve prognostic performance. Our results need further research validation with larger, real-world unstructured datasets, as well as clinical validation with an artificial intelligence clinical trial to test model efficacy, safety, clinical significance, and relevance at a public health level.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| 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 | 0,000 |
| 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 ».