Quantifying the Predictive Power of Social Determinants of Health in Cardiovascular Disease and Type 2 Diabetes Progression Using XGBoost: A Retrospective Cohort Study (Preprint)
Notice bibliographique
Résumé
Background: Cardiovascular diseases (CVDs) and type 2 diabetes (DM2) are influenced not only by biomedical risk factors but also by social determinants of health (SDOH). While the inclusion of SDOH in predictive models is increasingly advocated, few studies have quantified their specific contribution in a high-risk clinical cohort using robust statistical and machine-learning approaches. Objective: This study aims to quantify the added predictive value of SDOH in predicting CVD or DM2 disease onset within 5 years, within 10 years, and at any time during follow-up among individuals already at elevated risk and to compare this added value across multiple modeling setups and frameworks. Methods: We used a large, linked dataset of over 58,000 inclusion events from the Extramural Leiden University Medical Center Academic Network data warehouse in the Netherlands, combining structured coded diagnosis and medication records from general practitioners with individual-level socioeconomic data from Statistics Netherlands. Individuals aged 30 years and older without prior DM2 or CVD were followed to assess disease progression. We trained Cox proportional hazards (CPH) and Extreme Gradient Boosting (XGBoost) models to predict progression to DM2 or CVD within 5 and 10 years and overall. All analyses were performed using the R programming language. Experiments included comparisons of Systematic Coronary Risk Evaluation 2, CPH, and XGBoost models; evaluation of time-bound and survival-based formulations; and quantification of SDOH impact using feature subset XGBoost models and Shapley additive explanations (SHAP)-based importance. Results: For the 5-year prediction of CVD or DM2, the combined XGBoost model using biomedical and SDOH predictors achieved an area under the receiver operating characteristic curve (AUC) of 0.738, significantly outperforming the biomedical-only model (AUC=0.728; P=.01) and the SDOH-only model (AUC=0.691; P<.001). For 10-year CVD prediction, XGBoost achieved an AUC of 0.729, outperforming CPH (AUC=0.718; P=.02) and Systematic Coronary Risk Evaluation 2 (AUC=0.697; P<.001). For overall event prediction, XGBoost again performed best (AUC=0.719), significantly higher than CPH (AUC=0.704; P<.001). SHAP analyses showed that biomedical predictors contributed most strongly on a per-feature basis, while a subset of SDOH variables, particularly income- and benefit-related indicators, provided complementary predictive signal and ranked among the most influential predictors. Conclusions: Incorporating SDOH improved the prediction of CVD and DM2 onset in a clinically defined high-risk cohort. Across hundreds of linked predictors, SDOH provided measurable incremental discrimination beyond biomedical risk factors, and income- and benefit-related variables ranked among the most influential features. SHAP analyses indicated that this added value was largely driven by a limited subset of highly informative social predictors. These findings support integrating structured SDOH into clinically actionable risk stratification 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 | 0,007 | 0,013 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| 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 ».