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Enregistrement W4411910806 · doi:10.3171/2025.4.focus25225

Synthetic neurosurgical data generation with generative adversarial networks and large language models:an investigation on fidelity, utility, and privacy

2025· article· en· W4411910806 sur OpenAlexaff
Austin A. Barr, Eddie Guo, Brij Karmur, Emre Sezgın

Notice bibliographique

RevueNeurosurgical FOCUS · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiquePrivacy-Preserving Technologies in Data
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceFidelitySynthetic dataMachine learningArtificial intelligenceGenerative adversarial networkData miningDeep learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

OBJECTIVE: Use of neurosurgical data for clinical research and machine learning (ML) model development is often limited by data availability, sample sizes, and regulatory constraints. Synthetic data offer a potential solution to challenges associated with accessing, sharing, and using real-world data (RWD). The aim of this study was to evaluate the capability of generating synthetic neurosurgical data with a generative adversarial network and large language model (LLM) to augment RWD, perform secondary analyses in place of RWD, and train an ML model to predict postoperative outcomes. METHODS: Synthetic data were generated with a conditional tabular generative adversarial network (CTGAN) and the LLM GPT-4o based on a real-world neurosurgical dataset of 140 older adults who underwent neurosurgical interventions. Each model was used to generate datasets at equivalent (n = 140) and amplified (n = 1000) sample sizes. Data fidelity was evaluated by comparing univariate and bivariate statistics to the RWD. Privacy evaluation involved measuring the uniqueness of generated synthetic records. Utility was assessed by: 1) reproducing and extending clinical analyses on predictors of Karnofsky Performance Status (KPS) deterioration at discharge and a prolonged postoperative intensive care unit (ICU) stay, and 2) training a binary ML classifier on amplified synthetic datasets to predict KPS deterioration on RWD. RESULTS: Both the CTGAN and GPT-4o generated complete, high-fidelity synthetic tabular datasets. GPT-4o matched or exceeded CTGAN across all measured fidelity, utility, and privacy metrics. All significant clinical predictors of KPS deterioration and prolonged ICU stay were retained in the GPT-4o-generated synthetic data, with some differences observed in effect sizes. Preoperative KPS was not preserved as a significant predictor in the CTGAN-generated data. The ML classifier trained on GPT-4o data outperformed the model trained on CTGAN data, achieving a higher F1 score (0.725 vs 0.688) for predicting KPS deterioration. CONCLUSIONS: This study demonstrated a promising ability to produce high-fidelity synthetic neurosurgical data using generative models. Synthetic neurosurgical data present a potential solution to critical limitations in data availability for neurosurgical research. Further investigation is necessary to enhance synthetic data utility for secondary analyses and ML model training, and to evaluate synthetic data generation methods across other datasets, including clinical trial data.

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)0,008
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,034
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,041

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0080,034
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,002
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 Opus0,063
Tête enseignante GPT0,293
Écart entre enseignants0,230 · 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

Citations3
Publié2025
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Résumé présentoui

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