Predictive analysis of clinical features for HPV status in oropharynx squamous cell carcinoma: A machine learning approach with explainability
Notice bibliographique
Résumé
Background and Objective: Oropharynx Squamous Cell Carcinoma (OPSCC) linked to Human Papillomavirus (HPV) exhibits a more favorable prognosis than other squamous cell carcinomas of the upper aerodigestive tract. Finding reliable non-invasive detection methods of this prognostic entity is key to propose appropriate therapeutic decisions. This study aims to provide a comprehensive method based on pre-treatment clinical data for predicting the patient’s HPV status over a large OPSCC patient cohort and employing explainability techniques to interpret the significance and effects of the features. Materials and Methods: We employed the RADCURE dataset clinical information to train six Machine Learning algorithms, evaluating them via cross-validation for grid search hyper-parameter tuning and feature selection as well as a final performance measurement on a 20% sample test set. For explainability, SHAP and LIME were used to identify the most relevant relationships and their effect on the predictive model. Furthermore, additional publicly available datasets were scrutinized to compare outcomes and assess the method’s generalization across diverse feature sets and populations. Results: The best model yielded an AUC of 0.85, a sensitivity of 0.83, and a specificity of 0.75 over the testing set. The explainability analysis highlighted the remarkable significance of specific clinical attributes, in particular the oropharynx subsite tumor location and the patient’s smoking history. The contribution of each variable to the prediction was substantiated by creating a 95% confidence intervals of model coefficients by means of a 10,000 sample bootstrap and by analyzing top contributors across the best-performing models. Conclusions: The combination of specific clinical factors typically collected for OPSCC patients, such as smoking habits and the tumor oropharynx sub-location, along with the ML models hereby presented, can by themselves provide an informed analysis of the HPV status, and of proper use of data science techniques to explain it. Future work should focus on adding other data modalities such as CT scans to enhance performance and to uncover new relations, thus aiding medical practitioners in diagnosing OPSCC more accurately.
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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 | 0,006 | 0,016 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 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 ».