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Enregistrement W4411724417 · doi:10.2196/66200

A Responsible Framework for Assessing, Selecting, and Explaining Machine Learning Models in Cardiovascular Disease Outcomes Among People With Type 2 Diabetes: Methodology and Validation Study

2025· article· en· W4411724417 sur OpenAlexvenueno aff
Che-Yi Liao, Esmaeil Keyvanshokooh, Hui Shao, Mary Beth Weber, Francisco J. Pasquel, Gian‐Gabriel P. Garcia

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueExplainable Artificial Intelligence (XAI)
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Institute of Diabetes and Digestive and Kidney DiseasesNational Institutes of Health
Mots-clésInterpretabilityMachine learningArtificial intelligenceComputer scienceRandom forestPopulationPredictive modellingDecision treeMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Building machine learning models that are interpretable, explainable, and fair is critical for their trustworthiness in clinical practice. Interpretability, which refers to how easily a human can comprehend the mechanism by which a model makes predictions, is often seen as a primary consideration when adopting a machine learning model in health care. However, interpretability alone does not necessarily guarantee explainability, which offers stakeholders insights into a model's predicted outputs. Moreover, many existing frameworks for model evaluation focus primarily on maximizing predictive accuracy, overlooking the broader need for interpretability, fairness, and explainability. Objective: This study proposes a 3-stage machine learning framework for responsible model development through model assessment, selection, and explanation. We demonstrate the application of this framework for predicting cardiovascular disease (CVD) outcomes, specifically myocardial infarction (MI) and stroke, among people with type 2 diabetes (T2D). Methods: We extracted participant data comprised of people with T2D from the ACCORD (Action to Control Cardiovascular Risk in Diabetes) dataset (N=9635), including demographic, clinical, and biomarker records. Then, we applied hold-out cross-validation to develop several interpretable machine learning models (linear, tree-based, and ensemble) to predict the risks of MI and stroke among patients with diabetes. Our 3-stage framework first assesses these models via predictive accuracy and fairness metrics. Then, in the model selection stage, we quantify the trade-off between accuracy and fairness using area under the curve (AUC) and Relative Parity of Performance Scores (RPPS), wherein RPPS measures the greatest deviation of all subpopulations compared with the population-wide AUC. Finally, we quantify the explainability of the chosen models using methods such as SHAP (Shapley Additive Explanations) and partial dependence plots to investigate the relationship between features and model outputs. Results: Our proposed framework demonstrates that the GLMnet model offers the best balance between predictive performance and fairness for both MI and stroke. For MI, GLMnet achieves the highest RPPS (0.979 for gender and 0.967 for race), indicating minimal performance disparities, while maintaining a high AUC of 0.705. For stroke, GLMnet has a relatively high AUC of 0.705 and the second-highest RPPS (0.961 for gender and 0.979 for race), suggesting it is effective across both subgroups. Our model explanation method further highlights that the history of CVD and age are the key predictors of MI, while HbA1c and systolic blood pressure significantly influence stroke classification. Conclusions: This study establishes a responsible framework for assessing, selecting, and explaining machine learning models, emphasizing accuracy-fairness trade-offs in predictive modeling. Key insights include: (1) simple models perform comparably to complex ensembles; (2) models with strong accuracy may harbor substantial differences in accuracy across demographic groups; and (3) explanation methods reveal the relationships between features and risk for MI and stroke. Our results underscore the need for holistic approaches that consider accuracy, fairness, and explainability in interpretable model design and selection, potentially enhancing health care technology adoption.

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)0,110
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,189
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,110
Score d'incertitude au seuil0,583

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,1100,189
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,003
Bibliométrie0,0030,002
Études des sciences et des technologies0,0020,003
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0030,004
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 Opus0,063
Tête enseignante GPT0,361
Écart entre enseignants0,298 · 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
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations8
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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