Prediction of Insulin Resistance in Nondiabetic Population Using LightGBM and Cohort Validation of Its Clinical Value: Cross-Sectional and Retrospective Cohort Study
Notice bibliographique
Résumé
Background: Insulin resistance (IR), a precursor to type 2 diabetes and a major risk factor for various chronic diseases, is becoming increasingly prevalent in China due to population aging and unhealthy lifestyles. Current methods like the gold-standard hyperinsulinemic-euglycemic clamp has limitations in practical application. The development of more convenient and efficient methods to predict and manage IR in nondiabetic populations will have prevention and control value. Objective: This study aimed to develop and validate a machine learning prediction model for IR in a nondiabetic population, using low-cost diagnostic indicators and questionnaire surveys. Methods: A cross-sectional study was conducted for model development, and a retrospective cohort study was used for validation. Data from 17,287 adults with normal fasting blood glucose who underwent physical exams and completed surveys at the Health Management Center of Xiangya Third Hospital, Central South University, from January 2018 to August 2022, were analyzed. IR was assessed using the Homeostasis Model Assessment (HOMA-IR) method. The dataset was split into 80% (13,128/16,411) training and 20% (32,83/16,411) testing. A total of 5 machine learning algorithms, namely random forest, Light Gradient Boosting Machine (LightGBM), Extreme Gradient Boosting, Gradient Boosting Machine, and CatBoost were used. Model optimization included resampling, feature selection, and hyperparameter tuning. Performance was evaluated using F1-score, accuracy, sensitivity, specificity, area under the curve (AUC), and Kappa value. Shapley Additive Explanations analysis was used to assess feature importance. For clinical implication investigation, a different retrospective cohort of 20,369 nondiabetic participants (from the Xiangya Third Hospital database between January 2017 and January 2019) was used for time-to-event analysis with Kaplan-Meier survival curves. Results: Data from 16,411 nondiabetic individuals were analyzed. We randomly selected 13,128 participants for the training group, and 3283 participants for the validation group. The final model included 34 lifestyle-related questionnaire features and 17 biochemical markers. In the validation group, their AUC were all greater than 0.90. In the test group, all AUC were also greater than 0.80. The LightGBM model showed the best IR prediction performance with an accuracy of 0.7542, sensitivity of 0.6639, specificity of 0.7642, F1-score of 0.6748, Kappa value of 0.3741, and AUC of 0.8456. Top 10 features included BMI, fasting blood glucose, high-density lipoprotein cholesterol, triglycerides, creatinine, alanine aminotransferase, sex, total bilirubin, age, and albumin/globulin ratio. In the validation queue, all participants were separated into the high-risk IR group and the low-risk IR group according to the LightGBM algorithm. Out of 5101 high-risk IR participants, 235 (4.6%) developed diabetes, while 137 (0.9%) of 15,268 low-risk IR participants did. This resulted in a hazard ratio of 5.1, indicating a significantly higher risk for the high-risk IR group. Conclusions: By leveraging low-cost laboratory indicators and questionnaire data, the LightGBM model effectively predicts IR status in nondiabetic individuals, aiding in large-scale IR screening and diabetes prevention, and it may potentially become an efficient and practical tool for insulin sensitivity assessment in these settings.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Étiquettes directes de modèles (non validées)
Étiquettes de catégorie et de devis d'étude par modèle, issues des rondes d'étiquetage. C'est une sortie machine, non validée, et le désaccord entre modèles est livré comme donnée. Aucun devis ici n'est encore validé contre MEDLINE.
| Bras | Catégories | Devis d'étude | Confiance |
|---|---|---|---|
| gemma | aucune catégorie Domaine: non disponible · Genre: Empirique Porte sur le système de recherche canadien: non · Porte sur un sujet canadien: non | Observationnel | low |
| gpt | aucune catégorie Domaine: non disponible · Genre: Empirique Porte sur le système de recherche canadien: non · Porte sur un sujet canadien: non | Observationnel | high |
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 | 0,007 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 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 validéeÉtiqueté directement par 2 modèles lisant le dossier complet.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».