Evaluation of Machine Learning Model Performance in Diabetic Foot Ulcer: Retrospective Cohort Study
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Machine learning (ML) has shown great potential in recognizing complex disease patterns and supporting clinical decision-making. Diabetic foot ulcers (DFUs) represent a significant multifactorial medical problem with high incidence and severe outcomes, providing an ideal example for a comprehensive framework that encompasses all essential steps for implementing ML in a clinically relevant fashion. OBJECTIVE: This paper aims to provide a framework for the proper use of ML algorithms to predict clinical outcomes of multifactorial diseases and their treatments. METHODS: The comparison of ML models was performed on a DFU dataset. The selection of patient characteristics associated with wound healing was based on outcomes of statistical tests, that is, ANOVA and chi-square test, and validated on expert recommendations. Imputation and balancing of patient records were performed with MIDAS (Multiple Imputation with Denoising Autoencoders) Touch and adaptive synthetic sampling, respectively. Logistic regression, support vector machine (SVM), k-nearest neighbors, random forest (RF), extreme gradient boosting (XGBoost), Bayesian additive regression trees, and artificial neural network were trained, cross-validated, and optimized using random sampling on the patient dataset. To evaluate model calibration and clinical utility, calibration curves, Brier scores, and decision curve analysis (DCA) were performed. RESULTS: , estimated glomerular filtration rate, wound location, diabetes type, Texas wound classification, neuropathy, and wound area measurement. The SVM obtained a stable accuracy of 0.853 (95% CI 0.810-0.896) with an area under the receiver operating characteristic curve of 0.922 (95% CI 0.889-0.955). The RF and XGBoost acquired an accuracy of 0.838 (95% CI 0.793-0.883) and 0.815 (95% CI 0.768-0.862), respectively, with areas under the receiver operating characteristic curve of 0.917 (95% CI 0.883-0.951) for RF and 0.889 (95% CI 0.849-0.929) for XGBoost. SVM, RF, and XGBoost were well-calibrated, with average Brier scores around 0.127 (SD 0.013). DCA showed that the SVM provided the highest net clinical benefit across relevant risk thresholds. CONCLUSIONS: Handling missing values, feature selection, and addressing class imbalance are critical components of the key steps in developing ML applications for clinical research. Seven models were selected for comparing their predictive power regarding complete wound healing, and each model representing a different branch in ML. In this initial DFU dataset used as an example, the SVM achieved the best performance in predicting clinical outcomes, followed by RF and XGBoost. The model's calibration and clinical utility were determined through calibration curves, Brier scores, and DCA, demonstrating its potential relevance in clinical decision-making.
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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 | 0,017 | 0,026 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 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) | 0,002 | 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 ».