首個完全基于真實世界數(shù)據(jù)的模型 預(yù)測ALS疾病進(jìn)展全軌跡
導(dǎo)讀
此項研究是第一個完全依靠真實世界數(shù)據(jù)的模型,它允許在動態(tài)設(shè)置中模擬ALS的整個進(jìn)展,不僅可預(yù)測患者生存時間,還可預(yù)測某種事件發(fā)生的時間。
肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS)也稱漸凍癥,是一種致命的神經(jīng)退行性疾病,可導(dǎo)致進(jìn)行性癱瘓,通常在癥狀出現(xiàn)后的2-4年內(nèi)因呼吸衰竭而死亡。盡管疾病晚期癥狀相對一致,但在發(fā)病和早期階段的表型是高度可變的。一項發(fā)表在Journal of Neurology的研究顯示,基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(DBN)與真實世界數(shù)據(jù)的預(yù)測模型能夠預(yù)測ALS患者生存率以及患者預(yù)后,包括行走、自理、呼吸、吞咽、交流方面的主要功能障礙,幫助臨床醫(yī)生判斷干預(yù)的時機(jī),制定治療規(guī)劃和臨床決策。
01
3940名ALS患者數(shù)據(jù)開發(fā)和驗證的精準(zhǔn)預(yù)測模型
人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)可用于描述疾病過程并做出適用于廣泛患者的預(yù)測,以及開發(fā)出針對患者特征量身定制的個性化護(hù)理方法。
此項研究中采集意大利和以色列六個臨床中心的3940名ALS患者的真實世界數(shù)據(jù),利用DBN算法開發(fā)了預(yù)測模型,運算模擬ALS患者的疾病軌跡并預(yù)測不同時間點的功能障礙和生存概率情況,并通過對比每個患者的模擬預(yù)后和真正的疾病進(jìn)展,評估預(yù)測準(zhǔn)確性。
同時,為了驗證模型性能,研究建立了兩個數(shù)據(jù)集,用于訓(xùn)練和模擬不同場景下的患者疾病進(jìn)展與生存情況,分別為:“ITIS”常規(guī)數(shù)據(jù)集,主要采集患者性別、發(fā)病部位、發(fā)病年齡、診斷、ALSFRS-R評估表,以及發(fā)病到氣管造口術(shù)/死亡的時間等,數(shù)據(jù)測量值達(dá)到24,615個;“IT”高級數(shù)據(jù)集則以基因突變、家族史、FTD、BMI,以及呼吸和營養(yǎng)支持的使用等特征作為預(yù)測值。
數(shù)據(jù)顯示,兩組模型在識別受試者疾病風(fēng)險方面均具有良好的能力,從圖1可以看出“ITIS”模型的前36個月的iAU-ROC值分別從0.80到0.93不等,“IT”的iAU-ROC值分別從0.84到0.89不等(圖1)。表明預(yù)測與實際疾病進(jìn)展非常一致,進(jìn)一步確認(rèn)了模型作為初步篩查工具的能力。
圖1 兩組模型在識別受試者疾病風(fēng)險方面的能力
此外,針對MiToS損傷和氣管切開術(shù)/死亡的模擬結(jié)果顯示兩個模型的預(yù)測和實際ALS進(jìn)展之間的高度一致性,證實DBN模型精確預(yù)測了患者的生存和MiToS域損傷。
02
挖掘不同風(fēng)險因素與4個功能域之間的關(guān)聯(lián)
該研究同時評估了不同風(fēng)險因素對ALS疾病進(jìn)展的影響,主要是基于每位受試者首次就診時的特征,使用DBN工具對其疾病進(jìn)展進(jìn)行100種不同的模擬,挖掘發(fā)病部位、用力肺活量(FVC)等不同風(fēng)險因素與患者發(fā)生吞咽、行走/自理、呼吸、溝通功能障礙之間的關(guān)聯(lián)。
研究者根據(jù)模擬結(jié)果,首先分析了“發(fā)病部分”對ITIS組列患者的吞咽障礙出現(xiàn)時間的影響,指出相對于脊髓發(fā)病型患者,延髓發(fā)病型患者在疾病早期出現(xiàn)吞咽障礙的可能性更高(圖2)。例如,在患者確診后的第50個月,76%的延髓發(fā)病型患者已發(fā)生吞咽障礙,而延髓發(fā)病型患者的發(fā)生比例為60%。
圖2 發(fā)病部分對吞咽障礙出現(xiàn)時間的影響
而通過模擬FVC對行走/自理障礙發(fā)生時間的影響,研究者發(fā)現(xiàn),患者確診時的FVC值越低,失去行走/自理能力的時間越早(圖3)。例如,F(xiàn)VC值低于84%的患者,行走/自理障礙最有可能發(fā)生在發(fā)病后13個月,F(xiàn)VC值為84%~101%的患者可能在18個月時發(fā)生,F(xiàn)VC高于101%的患者則在20個月時發(fā)生。
圖3 FVC對行走/自理障礙發(fā)生時間的影響
此外,對于IT組列的患者,研究者進(jìn)行了FVC對呼吸障礙發(fā)生時間的影響、首診時行走/自理能力喪失對溝通障礙發(fā)生時間的影響這2項評估,均得到了明確的結(jié)果。而DBN工具的所有預(yù)測結(jié)果,均和患者實際預(yù)后高度一致,同時,研究者與相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行比較,確定并驗證了上述風(fēng)險因素與疾病進(jìn)展之間的聯(lián)系。
文章在最后提到,此項研究是第一個完全依靠真實世界數(shù)據(jù)的模型,它允許在動態(tài)設(shè)置中模擬ALS的整個進(jìn)展。另外,與其他預(yù)測工具不同的是,DBN不僅可預(yù)測患者生存時間,還可預(yù)測某種事件發(fā)生的時間,且評估了預(yù)測結(jié)果和患者真實預(yù)后的一致性,由此證實多種生物標(biāo)志物對ALS預(yù)后的影響,為臨床實踐提供證據(jù) 。
參考材料:
Tavazzi, E., Daberdaku, S., Zandonà, A. et al. Predicting functional impairment trajectories in amyotrophic lateral sclerosis: a probabilistic, multifactorial model of disease progression. J Neurol (2022). https://doi.org/10.1007/s00415-022-11022-0
【責(zé)任編輯:蘇夏】
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