中低收入和高收入国家医院间人工智能模型的泛化能力评估Generalizability assessment of AI models across hospitals in a low-middle and high income country

环球医讯 / AI与医疗健康来源:www.nature.com英国 - 英语2024-09-27 21:00:00 - 阅读时长3分钟 - 1316字
本研究评估了英国开发的人工智能模型在越南医院的可行性和泛化能力,并探讨了相关方法和策略。
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中低收入和高收入国家医院间人工智能模型的泛化能力评估

随着人工智能(AI)领域的发展,将其融入医疗保健系统为改善医疗服务、促进创新和发现以及最终提升患者护理和治疗效果带来了显著机遇。然而,与准备充分的高收入国家相比,中低收入国家(LMIC)在实施医疗保健AI时面临着独特的挑战。

LMIC医院通常面临资源限制,如资金不足、基础设施陈旧和技术专长短缺。此外,AI算法通常依赖大量高质量的数据集进行训练和验证,但LMIC医院获取全面数字化医疗数据的途径有限。这些资源限制对医疗保健AI系统的采用和实施构成了重大挑战。

机器学习(ML)的泛化是指模型将从训练数据中学到的知识准确应用于新的、未见过的数据的能力。在临床环境中,常见的泛化类型包括时间泛化(在模型开发的中心前瞻性应用)和外部/地理泛化(在独立中心应用模型)。本研究重点关注外部/地理泛化。

实现广泛的泛化虽然理想,但由于人口变异性、医疗保健差异、临床实践差异以及数据可用性和互操作性的差异等原因,往往难以实现。为了在LMIC中实现AI开发的最佳整合和有效性,必须采用专门针对LMIC独特背景的方法和策略。

本研究旨在评估将在高收入国家(HIC)环境中开发的模型应用于中低收入国家(LMIC)环境(特别是越南)的可行性。研究重点是将最初在英国开发的模型应用于越南的医院,并展示和讨论了旨在提高模型性能的实用方法,强调了根据LMIC独特的医疗保健系统定制解决方案的关键重要性。

研究结果表明,在数据提取期间,英国四个站点的COVID-19患病率在4.27%至12.2%之间。越南站点的患病率明显更高。在使用简化特征集进行训练时,与之前的研究相比,模型性能下降。使用综合特征集时,模型在英国测试集上表现出高达10%的改进,在越南的HTD和NHTD中心也有所改进。在转移学习方面,将在英国开发的模型应用于越南的本地环境时,观察到两个中心的分类性能均有所提高。

讨论部分指出,在LMIC环境(越南医院)中使用未定制的HIC模型(英国模型)导致预测性能最低,AUROC / AUPRC以及敏感性/特异性的变异性最高。神经网络模型在应用于越南数据集时表现出优越性能,但存在过拟合倾向。转移学习在COVID-19诊断和在英国和越南医院站点的泛化方面表现最佳,开发特定地点的模型(在本地环境中训练的数据)也表现出色。使用GATS时,在转移学习和外部验证期间,HTD和NHTD的模型表现进一步改善,但仍需考虑数据生成过程中引入的潜在偏差。越南数据集中存在异常值,可能影响模型性能。HTD和NHTD是传染病专科医院,在疫情期间专门接收COVID-19重症患者,这可能导致血检结果波动较大,模型在准确区分COVID-19方面面临挑战,特异性较低。预测模型由于性能的内在变异性无法完全验证,未来研究应关注前瞻性分析和模型更新。在LMIC中采用AI面临基础设施和能力建设等诸多挑战,需要谨慎和因地制宜的方法来应对。

研究方法部分介绍了数据来源、特征选择、预处理、模型架构、指标和训练大纲等内容。数据可用性方面,OUH的数据可通过特定途径获取,UHB、PUH和BH的数据需直接向医院申请,HTD和NHTD的数据通过特定管理访问政策获取。代码可在指定网址获取。

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