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Enregistrement W4410819442 · doi:10.2196/65585

Explainable Machine Learning Framework for Dynamic Monitoring of Disease Prognostic Risk: Retrospective Cohort Study

2025· article· en· W4410819442 sur OpenAlexvenueno aff
Tetsuo Ishikawa, Masahiro Shinoda, Megumi Oya, Koichi Ashizaki, Shinichiro Ota, Kenichi Kamachi, Kazuhiro Sakurada, Eiryo Kawakami, Masaharu Shinkai

Notice bibliographique

RevueJMIR Formative Research · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPreprintComputer scienceMedicineMachine learningArtificial intelligenceWorld Wide Web

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Patients' clinical status often evolves rapidly after an initial diagnosis, with each patient exhibiting a distinct disease trajectory. As a result, static risk scores fall short in supporting timely interventions-an issue highlighted by COVID-19, where deaths have stemmed from heterogeneous pathways such as pneumonia, multiorgan failure, or exacerbation of preexisting conditions. Objective: This study aims to propose a dynamic prognostic risk assessment framework based on longitudinal data collected during hospitalization, using COVID-19 as an example. Our aim was to develop and validate an interpretable framework that (1) screens prognosis at admission and (2) dynamically updates mortality risk throughout hospitalization, thereby providing clinicians with early, explainable warnings while minimizing additional cognitive load. Methods: In this retrospective study, we extracted electronic medical records of 382 COVID-19 cases treated at Tokyo Shinagawa Hospital between January 27 and September 30, 2020. At admission, gradient boosting decision trees (Light Gradient Boosting Machine) were used to predict the maximum clinical deterioration, including death, based on data available at initial diagnosis. Model performance was evaluated using the area under the receiver operating characteristic curve (AUC). For in-hospital monitoring, random survival forests (RSF) were trained on a longitudinal dataset that combined static demographic characteristics with serially measured vital signs and laboratory results. The model dynamically assessed daily mortality risk by calculating a 7-day cumulative hazard function, with risk scores recalculated each day during hospitalization. RSF accuracy was evaluated in an independent one-third test set using the concordance index (C-index), an integrated Brier score (1-50 days), and mean time-dependent AUC. SurvSHAP(t), an extension of Shapley Additive Explanations, was applied to provide time-dependent explanations of each variable's contribution to the prediction. Results: The prediction at initial diagnosis showed good agreement with the actual severity outcomes (AUC of 0.717 for predicting hospitalization/severity ≥2; 0.878 for severity ≥3; 0.951 for severity ≥4; 0.952 for severity ≥5; and 0.970 for death/severity=6), although some cases exhibited discrepancies between the predicted and actual prognoses. The dynamic mortality risk assessment during hospitalization using the RSF achieved a test-set C-index of 0.941, an integrated Brier score of 0.315, and a mean time-dependent AUC of 0.936. This dynamic assessment was able to distinguish between dead and surviving patients as early as 1-2 weeks before the outcome. Early in hospitalization, C-reactive protein was an important risk factor for mortality; during the middle period, peripheral oxygen saturation (SpO2) gained importance; and immediately before death, platelets and β-D-glucan were the primary risk factors. Conclusions: Integrating static admission triage with daily, explainable RSF predictions enables early identification of patients with COVID-19 at high risk of deterioration. By surfacing phase-specific, actionable predictors, the framework supports timely interventions and more efficient resource allocation. Prospective, multicenter studies are warranted to validate its generalizability and clinical impact.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,005
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,006
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: Observationnel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,322
Score d'incertitude au seuil0,911

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0050,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,002
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,029
Tête enseignante GPT0,425
Écart entre enseignants0,396 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
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
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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