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Enregistrement W4416868033 · doi:10.1101/2025.11.26.25341040

Temporal deep learning with clinically engineered biomarkers for the early prediction of type 2 diabetes

2025· preprint· W4416868033 sur OpenAlexaffabout
Iqra Naveed, Mohammad Noaeen, Mohammed A. AboArab, Muhammad Farhat Kaleem, Karim Keshavjee, Aziz Guergachi

Notice bibliographique

RevuemedRxiv · 2025
Typepreprint
Langue
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensToronto Metropolitan UniversityInstitute of Health Services and Policy Research
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDeep learningType 2 diabetesPrediabetesGlycated hemoglobinConvolutional neural networkArtificial neural networkSupport vector machineFeature engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Diabetes mellitus remains a major global health burden, causing an estimated 3.4 million deaths in 2024 and highlighting the need for accurate early identification of individuals at risk of developing type 2 diabetes (T2D). Electronic health records (EHRs) provide longitudinal clinical trajectories, yet many predictive frameworks fail to capture short-, intermediate-, and long-term temporal patterns or incorporate clinically validated metabolic biomarkers. This study introduces a hybrid deep learning framework that integrates hierarchical temporal modeling with clinically engineered predictors for early T2D risk estimation. The approach includes data preprocessing, temporal sequencing, and the incorporation of derived biomarkers such as triglyceride-to–high-density lipoprotein cholesterol ratio (TG/HDL-C), low-density lipoprotein to high-density lipoprotein cholesterol ratio (LDL/HDL-C), total cholesterol to high-density lipoprotein cholesterol ratio (TC/HDL-C), very low-density lipoprotein (VLDL), obesity status, and prediabetes indicators. A multilevel convolutional neural network (CNN) extracts low-, mid-, and high-level temporal features, which are processed in parallel by long short-term memory (LSTM) modules to capture multi-scale temporal dependencies. The fused temporal and biochemical representations form a unified CNN–LSTM architecture that is evaluated using standard classification metrics. Experiments conducted on 19,218 patients and 368,790 clinical visits from the Canadian Primary Care Sentinel Surveillance Network (CPCSSN) achieved 93.2% accuracy, 75.7% sensitivity, 98.8% specificity, and an 84.4% F1 score, outperforming bidirectional long short-term memory (Bi-LSTM), support vector machine (SVM), k-nearest neighbor (KNN), and baseline CNN–LSTM models. Feature importance analysis identified fasting blood sugar (FBS), glycated hemoglobin (HbA1c), and lipid ratios as the strongest predictors. By combining temporal representation learning with clinically grounded biomarkers, the proposed framework provides an interpretable, scalable, and robust foundation for early diabetes risk prediction and can be extended to other chronic diseases characterized by longitudinal EHR data. Author Summary In this study, we focus on the growing challenge of type 2 diabetes, a condition that develops gradually and often remains undetected until significant health damage has occurred. Our goal was to create an approach that identifies individuals at increased risk much earlier by examining how their clinical measurements change over time. To achieve this, we analyzed routine health information collected during repeated medical visits and combined it with key biological markers known to reflect metabolic health, such as blood sugar levels, long-term glucose measures, and cholesterol-related indicators. We developed a computational model that learns how these factors evolve and how they relate to the future onset of diabetes. When tested on a large population dataset, our model detected risk patterns more accurately than several widely used prediction methods. We also found that variations in blood sugar, long-term glucose, and lipid measures played a particularly important role in identifying individuals likely to develop the disease. By offering earlier and more reliable risk assessment, our work supports more proactive and personalized preventive care. Ultimately, this approach has the potential to help clinicians intervene sooner and reduce the burden of diabetes-related complications.

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)0,003
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict), Intégrité de la recherche
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,596
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0050,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0030,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
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 Opus0,026
Tête enseignante GPT0,295
Écart entre enseignants0,269 · 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.

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

Citations0
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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