Machine-learning-assisted Preoperative Prediction of Pediatric Appendicitis Severity
Notice bibliographique
Résumé
PURPOSE: This study evaluates the effectiveness of machine learning (ML) algorithms for improving the preoperative diagnosis of acute appendicitis in children, focusing on the accurate prediction of the severity of disease. METHODS: An anonymized clinical and operative dataset was retrieved from the medical records of children undergoing emergency appendectomy between 2014 and 2021. We developed an ML pipeline that pre-processed the dataset and developed algorithms to predict 5 appendicitis grades (1 - non-perforated, 2 - localized perforation, 3 - abscess, 4 - generalized peritonitis, and 5 - generalized peritonitis with abscess). Imputation strategies were used for missing values and upsampling techniques for infrequent classes. Standard classifier models were tested. The best combination of imputation strategy, class balancing technique and classification model was chosen based on validation performance. Model explainability was verified by a pediatric surgeon. Our model's performance was compared to another pediatric appendicitis severity prediction tool. RESULTS: The study used a retrospective cohort including 1980 patients (60.6 % males, average age 10.7 years). Grade of appendicitis in the cohort was as follows: grade 1-70 %; grade 2-8 %; grade 3-7 %; grade 4-7 %; grade 5-8 %. Every combination of 6 imputation strategies, 7 class-balancing techniques, and 5 classification models was tested. The best-performing combined ML pipeline distinguished non-perforated from perforated appendicitis with 82.8 ± 0.2 % NPV and 56.4 ± 0.4 % PPV, and differentiated between severity grades with 70.1 ± 0.2 % accuracy and 0.77 ± 0.00 AUROC. The other pediatric appendicitis severity prediction tool gave an accuracy of 71.4 %, AUROC of 0.54 and NPV/PPV of 71.8/64.7. CONCLUSION: Prediction of appendiceal perforation outperforms prediction of the continuum of appendicitis grades. The variables our models primarily rely on to make predictions are consistent with clinical experience and the literature, suggesting that the ML models uncovered useful patterns in the dataset. Our model outperforms the other pediatric appendicitis prediction tools. The ML model developed for grade prediction is the first of this type, offering a novel approach for assessing appendicitis severity in children preoperatively. Following external validation and silent clinical testing, this ML model has the potential to enable personalized severity-based treatment of pediatric appendicitis and optimize resource allocation for its management.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».