A Roadmap for Using Causal Inference and Machine Learning to Personalize Asthma Medication Selection
Notice bibliographique
Résumé
Inhaled corticosteroid (ICS) is a mainstay treatment for controlling asthma and preventing exacerbations in patients with persistent asthma. Many types of ICS drugs are used, either alone or in combination with other controller medications. Despite the widespread use of ICSs, asthma control remains suboptimal in many people with asthma. Suboptimal control leads to recurrent exacerbations, causes frequent ER visits and inpatient stays, and is due to multiple factors. One such factor is the inappropriate ICS choice for the patient. While many interventions targeting other factors exist, less attention is given to inappropriate ICS choice. Asthma is a heterogeneous disease with variable underlying inflammations and biomarkers. Up to 50% of people with asthma exhibit some degree of resistance or insensitivity to certain ICSs due to genetic variations in ICS metabolizing enzymes, leading to variable responses to ICSs. Yet, ICS choice, especially in the primary care setting, is often not tailored to the patient's characteristics. Instead, ICS choice is largely by trial and error and often dictated by insurance reimbursement, organizational prescribing policies, or cost, leading to a one-size-fits-all approach with many patients not achieving optimal control. There is a pressing need for a decision support tool that can predict an effective ICS at the point of care and guide providers to select the ICS that will most likely and quickly ease patient symptoms and improve asthma control. To date, no such tool exists. Predicting which patient will respond well to which ICS is the first step toward developing such a tool. However, no study has predicted ICS response, forming a gap. While the biologic heterogeneity of asthma is vast, few, if any, biomarkers and genotypes can be used to systematically profile all patients with asthma and predict ICS response. As endotyping or genotyping all patients is infeasible, readily available electronic health record data collected during clinical care offer a low-cost, reliable, and more holistic way to profile all patients. In this paper, we point out the need for developing a decision support tool to guide ICS selection and the gap in fulfilling the need. Then we outline an approach to close this gap via creating a machine learning model and applying causal inference to predict a patient's ICS response in the next year based on the patient's characteristics. The model uses electronic health record data to characterize all patients and extract patterns that could mirror endotype or genotype. This paper supplies a roadmap for future research, with the eventual goal of shifting asthma care from one-size-fits-all to personalized care, improve outcomes, and save health care resources.
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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 | 0,049 | 0,137 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,005 | 0,006 |
| Bibliométrie | 0,008 | 0,006 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,004 |
| Communication savante | 0,007 | 0,009 |
| Science ouverte | 0,006 | 0,005 |
| Intégrité de la recherche | 0,004 | 0,010 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,010 | 0,002 |
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 ».