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NAFLD作为全身性疾病的非侵入性评估-机器学习视角

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深度学习辣汤小组文献阅读学习之六十九

NAFLD作为全身性疾病的非侵入性评估-机器学习视角

DeepLearning 深度学习辣汤小组

 2022/12/7 


2019年,来自德国马格德堡奥托-冯-格里克大学的Ali Canbay等人开发了一种新的机器学习方法来克服现有无创评分方法评估非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)严重程度和识别非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者不足以纳入临床常规的局限性,并在Plos One(IF:3.752)期刊上发表题为“Non-invasive assessment of NAFLD as systemic disease—A machine learning perspective”的文章。

DOI:

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0214436


一、研究背景

NAFLD是世界范围内日益严重的公共卫生问题。NAFLD是肝脏疾病患者发病和死亡的主要原因,NAFLD的诊断“金标准”是肝活检,但这对患者来说是一个有创且痛苦的过程。同时也是确诊NASH的唯一方式。虽然目前可以通过影像学技术对肝脏中脂肪的积累进行评估,但不能准确发现炎症和气球样变。所以并不适合监测此类疾病的进展。因此,开发非侵入性评分系统来预测NAFLD的严重程度成为了临床研究的一个重要领域

二、数据集

本文实验数据,训练集是来自埃森大学附属医院164名病理诊断为NAFLD且接受了减肥手术的肥胖患者,验证集是来自吴茨堡大学医院(肝病科)前瞻性招募的122名患者,其中105名接受了减肥手术。实验最后,选择慕尼黑大学152名接受生活方式干预治疗患者当中的38名具有完整数据集的患者数据,对实验生成的网络评分进行测试,评价减肥治疗对恢复新陈代谢健康的有效性。

三、方法与结果

首先由两名病理学医生(JK,HAB)对训练数据集性别、年龄、身高、体重和BMI,以及血清参数ALT、AST、AST/ALT比值、GGT、白蛋白、三酰甘油、总胆固醇、空腹血糖、HbA1c、血小板计数、半胱氨酸清除的血清CK-18、和脂联素等参数进行统计。

之后对训练集中164名患者数据进行组合特征选择(EFS,ensemble feature selection,名解1)确定年龄、γGT、HbA1c、脂联素和M30是与NAFLD高度高度相关的生物标记物,导入逻辑回归进行模型开发,开发出能够预测NAFLD活动评分(NAS)的网络模型。验证模型性能时,导入验证集的122名患者数据,采用10倍交叉验证的方式进行验证,利用PROC计算数据的操作特性(ROC)曲线和相应的曲线下面积(AUC)。通过2000次分层自举重复计算得出95%置信区间。采用Spearman等级相关系数(名解2)进行相关性分析。

实验最后为了进一步分析了新的网络评分模型对疾病监测的潜力,于是在接受生活方式干预治疗一年的38名肥胖症患者数据队列中进行了测试。结果表明:

现有的无创评分体系与NAFLD严重程度的组织学评估无关。实验分别计算了APRI、BARD、Gholam评分、NAFLD纤维化评分(NFS)、Palekar评分和NAS以及纤维化之间的相关性。只有APRI(r=0.3269,p<0.001)(图1AB)和Gholam评分(r=0.3670,p<0.0001)与NAS有显著正相关,而其他评分则没有(图1CDE)在纤维化方面以上评分均无相关性。

在训练集中实验的新网络评分对NASH进行预测,准确率较高。实验的新网络评分预测得分与NAS高度相关(r=0.4473;p<0.0001;图2A),模型的AUC值达到0.7339(95%CI:0.6567-8111;p<0.0001;图2B)。与所有其他测试分数相比,该模型的AUC显著更高。虽然没有发现新的评分与纤维化分期相关,但区分中晚期纤维化的ROC曲线的AUC值达到0.8117(95%CI:0.6964~0.9271;p=0.03;晚期纤维化n=4)。

新的网络评分在验证集中也实现了高精度。在验证队列中,新的网络评分表现与训练集相似。得分与NAS显著相关(r=0.2792;p=0.002;图3),模型的AUC值达到0.7028(p=0.0007;图3B)。

新的网络评分表明减肥治疗对恢复新陈代谢健康的有效性。新的网络评分表明患者体重的增加与减轻、腰围减少和基础代谢率的改变有着直接的关系,肝脏和脂肪组织的功能可能是减肥效率的决定因素(图4)。38名接受减肥治疗1年的患者根据新评分的降低(23例)或增加(15例)进行分组。在研究结束时积分值降低的组中,实验发现在研究开始(W0)和结束时(W52)两个时间点血清白蛋白(和生长激素释放蛋白(图4B)浓度显着升高。相反,在减肥治疗期间积分下降的患者中,不饱和脂肪酸棕榈酸(C16:0)的浓度都显著降低。

四、结论

新开发的网络评分模型能以合理的性能预测NASH的存在或不存在。新的评分网络也可用于检测减肥干预治疗对NASH以及相关疾病的治疗疗效。

名词解释

1.Spearman:在统计学中, 以查尔斯·爱德华·斯皮尔曼命名的斯皮尔曼等级相关系数,即spearman相关系数。经常用希腊字母ρ表示。它是衡量两个变量的依赖性的非参数指标。它利用单调方程评价两个统计变量的相关性。如果数据中没有重复值,并且当两个变量完全单调相关时,ρ为+1或-1。

2.EFS:一种弥补单一特征选择方法造成偏差的方法,可以克服生物标志物发现方法的不稳定性和不可靠性。



图1:现有的无创评分体系与NAFLD严重程度的组织学评估无关

图2:在训练集中实验的新网络评分对NASH进行预测准确率较高

图3:新的网络评分在验证集中也有高精度表现

图4:新的网络评分表明减肥治疗对恢复新陈代谢健康的有效性


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