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Enregistrement W4410613979 · doi:10.2106/jbjs.oa.24.00213

Development of Explainable Machine Learning Models to Identify Patients at Risk for 1-Year Mortality and New Distant Metastases Postendoprosthetic Reconstruction for Lower Extremity Bone Tumors

2025· article· en· W4410613979 sur OpenAlexaff
Jiawen Deng, Myron Moskalyk, Madhur Nayan, Ahmed Aoude, Michelle Ghert, Sahir Bhatnagar, Anthony Bozzo

Notice bibliographique

RevueJBJS Open Access · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueSarcoma Diagnosis and Treatment
Établissements canadiensMcGill UniversityQueen's UniversityMcMaster UniversityPublic Health OntarioUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésReceiver operating characteristicArtificial intelligenceMachine learningRandom forestGradient boostingFeature selectionLogistic regressionLasso (programming language)MedicineConfidence intervalNomogramSupport vector machineNaive Bayes classifierDecision treeBoosting (machine learning)RegressionComputer scienceStatisticsOncologyInternal medicineMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Accurate prediction of postoperative metastasis and mortality risks in patients undergoing lower-limb oncological resection and endoprosthetic reconstruction is essential for guiding adjuvant therapies and managing patient expectations. Current prediction methods are limited by variability in patient-specific factors. This study aims to develop and internally validate explainable machine learning (ML) models to predict the 1-year risk of new distant metastases and mortality in these patients. Methods: We performed a secondary analysis of data from the Prophylactic Antibiotic Regimens in Tumor Surgery trial, which included 604 patients. Candidate features were selected based on availability and clinical relevance and then narrowed using Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) regression and Boruta algorithms. Six ML classification algorithms were tuned and calibrated: logistic regression, support vector machines, random forest, Light Gradient Boosting Machine (LightGBM), eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), and neural networks. Models were developed with and without including percent tumor necrosis due to its high missing data rate (>30%). Hyperparameters were tuned using Bayesian optimization. Internal validation was conducted using a 30% hold-out set. Model explainability was assessed using permutation-based feature importance and SHapley Additive exPlanations. Results: LightGBM was identified as the best-performing algorithm for both outcomes. For 1-year mortality prediction without percent necrosis, LightGBM achieved an area under the receiver operating characteristic curve (AUC-ROC) of 0.78 (95% confidence interval [CI] 0.70-0.86) during cross-validation and 0.72 on internal validation. For distant metastasis prediction, the LightGBM model without percent necrosis achieved an AUC-ROC of 0.77 (95% CI 0.71-0.84) during cross-validation and 0.77 on internal validation. Including percent necrosis did not significantly improve model performance. The top predictors identified were patient age, largest tumor dimension, and tumor stage. Conclusions: Explainable ML models can effectively predict the 1-year risk of mortality and new distant metastases in patients undergoing lower-limb oncological resection and endoprosthetic reconstruction. Further external validation and consideration of other data modalities are required before integrating these ML-driven risk assessments into routine clinical practice. Level of Evidence: Level II, Prognostic Study. See Instructions for Authors for a complete description of levels of evidence.

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)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,013
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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,030

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,013
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,115
Tête enseignante GPT0,398
Écart entre enseignants0,284 · 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

Citations3
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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