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Enregistrement W4399611650 · doi:10.1101/2024.06.13.24308857

Deep Learning-Based Multimodal Clustering Model for Endotyping and Post-Arthroplasty Response Classification using Knee Osteoarthritis Subject-Matched Multi-Omic Data

2024· preprint· en· W4399611650 sur OpenAlexaffabout
Jason S. Rockel, Divya Sharma, Osvaldo Espin‐Garcia, Katrina Hueniken, Amit Sandhu, Chiara Pastrello, Kala Sundararajan, Pratibha Potla, Noah Fine, Starlee S. Lively, Kimberly Perry, Nizar N. Mohamed, Khalid Syed, Igor Jurišica, Anthony V. Perruccio, Y. Raja Rampersaud, Rajiv Gandhi, Mohit Kapoor

Notice bibliographique

RevuemedRxiv · 2024
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueOsteoarthritis Treatment and Mechanisms
Établissements canadiensWestern UniversityPrincess Margaret Cancer CentrePublic Health OntarioUniversity of TorontoUniversity Health Network
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésOsteoarthritisCluster analysisAutoencoderArtificial intelligenceWOMACDeep learningBioinformaticsMachine learningComputer scienceMedicinePattern recognition (psychology)BiologyPathology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Background Primary knee osteoarthritis (KOA) is a heterogeneous disease with clinical and molecular contributors. Biofluids contain microRNAs and metabolites that can be measured by omic technologies. Deep learning captures complex non-linear associations within multimodal data but, to date, has not been used for multi-omic-based endotyping of KOA patients. We developed a novel multimodal deep learning framework for clustering of multi-omic data from three subject-matched biofluids to identify distinct KOA endotypes and classify one-year post-total knee arthroplasty (TKA) pain/function responses. Materials and Methods In 414 KOA patients, subject-matched plasma, synovial fluid and urine were analyzed by microRNA sequencing or metabolomics. Integrating 4 high-dimensional datasets comprising metabolites from plasma (n=151 features), along with microRNAs from plasma (n=421), synovial fluid (n=930), or urine (n=1225), a multimodal deep learning variational autoencoder architecture with K-means clustering was employed. Features influencing cluster assignment were identified and pathway analyses conducted. An integrative machine learning framework combining 4 molecular domains and a clinical domain was then used to classify WOMAC pain/function responses post-TKA within each cluster. Findings Multimodal deep learning-based clustering of subjects across 4 domains yielded 3 distinct patient clusters. Feature signatures comprising microRNAs and metabolites across biofluids included 30, 16, and 24 features associated with Clusters 1-3, respectively. Pathway analyses revealed distinct pathways associated with each cluster. Integration of 4 multi-omic domains along with clinical data improved response classification performance, with Cluster 3 achieving AUC=0·879 for subject pain response classification and Cluster 2 reaching AUC=0·808 for subject function response, surpassing individual domain classifications by 12% and 15% respectively. Interpretation We have developed a deep learning-based multimodal clustering model capable of integrating complex multi-fluid, multi-omic data to assist in KOA patient endotyping and test outcome response to TKA surgery. Funding Canada Research Chairs Program, Tony and Shari Fell Chair, Campaign to Cure Arthritis, University Health Network Foundation.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,017
Score d'incertitude au seuil0,035

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 Opus0,067
Tête enseignante GPT0,319
Écart entre enseignants0,251 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations2
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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