Predicting Lymph Node Metastasis in Rectal Cancer: Development and Validation of a Machine Learning Model Using Clinical Data
Notice bibliographique
Résumé
Background: Rectal cancer (RC) is a common malignant tumor, with lymph node metastasis (LNM) being a critical determinant of patient prognosis. Traditional diagnostic methods have limitations, necessitating the development of predictive models using clinical data. Objective: This study aimed to construct and validate machine learning (ML) models to predict LNM risk in patients with RC based on clinical data. Methods: Retrospective data from 2454 patients with RC (SEER [Surveillance, Epidemiology, and End Results] database) were split into training (n=1954) and internal validation (n=500) sets. An external cohort (n=500) was obtained from the First Affiliated Hospital of Anhui Medical University. Lymph node features identified via computed tomographic scans were integrated with clinicopathological data. Variables were selected using LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator), followed by univariate and multivariate logistic regression. Eleven ML models (Logistic Regression, K-Nearest Neighbors, Extremely Randomized Trees, Naive Bayes, XGBoost [XBG], Light Gradient Boosting Machine, Multilayer Perceptron, Gradient Boosting, Support Vector Machine, Random Forest, and Ada-Boost) were evaluated via area under the receiver operating characteristic curve (AUC), calibration curves, and decision curve analysis. Results: LNM prevalence was 26.9% (training), 27% (internal validation), and 81% (external validation). Independent LNM predictors included tumor grade, clinical T stage, N stage, tumor length, neural invasion, and total lymph nodes. Internal validation AUC ranged from 0.859 to 0.964; external validation AUC was 0.735-0.838. In the internal validation set, Random Forest and Extremely Randomized Trees achieved the highest AUC (0.964, 95% CI 0.950-0.978), while XGB demonstrated superior cross-cohort stability (AUC 0.942, 95% CI 0.925-0.959). For external validation, Gradient Boosting had the highest AUC (0.838, 95% CI 0.801-0.875), followed by XGB (0.832, 95%CI 0.794-0.869). XGB showed minimal calibration error with curves closest to the ideal diagonal and yielded the highest net benefit in decision curve analysis across critical thresholds. Conclusions: This study successfully developed and validated 11 ML models to predict LNM risk in RC. The XGB model was optimal, achieving an AUC >0.9 in 10 internal models and an AUC >0.8 in 7 external models. The identified predictors of LNM can facilitate early diagnosis and personalized treatment, highlighting the potential of integrating computed tomographic scan data with clinicopathological findings to build effective predictive models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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 | 0,012 | 0,018 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».