Prédire la perte de vision chez les patients atteints de sclérose en plaques
La recherche vise à prédire les problèmes de vision chez les patients atteints de SEP en utilisant des données de santé.
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Table des matières
La sclérose en plaques (SEP) est une maladie qui touche le système nerveux. Ça arrive généralement chez des gens de moins de 50 ans. Dans la SEP, la couverture protectrice des nerfs dans le système nerveux central est endommagée. Ça entraîne différents symptômes. Les Patients peuvent ressentir des engourdissements, des picotements, une faiblesse musculaire, des problèmes d'équilibre et, parfois, perdre le contrôle de leur vessie.
Un signe courant de la SEP, c'est un souci de vision. Beaucoup de personnes atteintes de SEP rencontrent des Problèmes de vision qui peuvent surgir soudainement. Ça peut inclure une réduction de la vue ou une condition douloureuse appelée névrite optique, où la vision empire sur une semaine. Des recherches montrent qu'environ un cinquième des gens avec la SEP remarquent d'abord des problèmes de vision. Tout au long de la maladie, environ la moitié des patients vont rencontrer des problèmes de vue à un moment donné.
Bien que les problèmes de vision soient étroitement liés à la SEP, les dernières directives pour diagnostiquer la SEP n'incluent pas de vérifications pour des dommages au nerf optique, qui est souvent l'endroit où ces problèmes de vision commencent.
Besoin de mieux prédire la perte de vision
Alors que les experts en santé comprennent le lien entre les problèmes de vision et la SEP, il n'y a pas assez d'infos pour prédire qui pourrait avoir des soucis de vision après un diagnostic de SEP. Ces problèmes de vision peuvent aussi arriver à cause de problèmes oculaires antérieurs non liés à la SEP. Ces conditions incluent l'inflammation de l'œil ou l'amincissement de certaines parties de l'œil, qui peuvent affecter tout le monde, pas seulement ceux avec la SEP. La SEP peut aussi entraîner des difficultés dans la coordination des yeux, provoquant des visions doubles ou floues. Cependant, ces problèmes ne se manifestent pas dans les tests habituels utilisés pour mesurer la gravité de la SEP.
Il n'y a pas beaucoup de recherches qui se concentrent sur la prédiction des problèmes de vision spécifiquement liés à la SEP. Des études récentes ont montré que vérifier comment quelqu'un voit pourrait indiquer comment sa SEP pourrait progresser. De nouveaux tests, comme la tomographie par cohérence optique (OCT) et les potentiels évoqués visuels (PEV), montrent un potentiel pour identifier les personnes dont la SEP se détériore, même avant qu'elles ne remarquent des changements dans leur vision. Cependant, ces tests ne vérifient que les dommages après qu'ils se soient déjà produits, au lieu d'identifier ceux qui pourraient avoir des défis de vision à l'avenir.
Fixer des objectifs pour la recherche
Cette étude a pour but d'atteindre deux objectifs principaux. Le premier est d'examiner de près les caractéristiques des patients SEP qui rencontrent des problèmes de vision avant et après leur diagnostic de SEP. Le deuxième objectif est de créer un modèle qui puisse identifier les patients susceptibles de connaître une déficience visuelle après leur diagnostic de SEP. Pour cela, les chercheurs ont utilisé une grande base de données de dossiers de santé, qui comprend des infos de plus de 213 millions de patients, pour entraîner des modèles d'Apprentissage automatique. Ces modèles sont des outils qui aident à trouver des patterns dans les données, spécifiquement pour prédire quels patients SEP pourraient rencontrer des problèmes de vision par la suite.
Les problèmes de vision sont connus pour être une préoccupation courante parmi les patients SEP, pourtant, ils ne sont souvent pas captés de manière précise dans la façon dont nous mesurons la gravité de la maladie. Ce manque de données peut mener à sous-estimer combien de patients rencontrent des problèmes de vision. Beaucoup de patients SEP rapportent que ces problèmes de vision peuvent être assez sérieux et ont une corrélation directe avec la gravité globale de leurs symptômes de SEP.
Les études précédentes utilisant l'apprentissage automatique se sont concentrées sur la prédiction de la sévérité de la SEP ou du moment où les symptômes pourraient flamber. Par exemple, certains chercheurs ont développé des outils pour estimer le risque que la SEP s'aggrave après le diagnostic. Cependant, ces outils utilisent souvent des infos patients qui pourraient ne pas être disponibles dans des bases de données de santé plus larges.
Comprendre le processus de recherche
Pour examiner les problèmes physiques courants rencontrés par les patients SEP, les chercheurs ont d'abord identifié ceux ayant à la fois la SEP et des problèmes de vision. Ils ont rassemblé des informations d'un grand nombre de patients et ont constaté que la déficience visuelle était le problème le plus courant signalé.
Pour préparer les données à l'analyse, les chercheurs ont utilisé des codes de diagnostic pour catégoriser les patients atteints de SEP et divers problèmes associés. Ils ont cherché spécifiquement ceux avec une déficience visuelle. Une analyse préliminaire a trouvé plus de 450 000 patients diagnostiqués avec la SEP, parmi lesquels environ 70 000 avaient également des problèmes de vision. Cependant, pour créer le modèle, les chercheurs ont éliminé les patients qui avaient des problèmes de vision avant leur diagnostic de SEP, car cela pourrait fausser les résultats.
Après des vérifications minutieuses, ils ont réduit le groupe de patients à un peu plus de 42 000 personnes ayant reçu leur premier diagnostic de perte de vision après avoir été diagnostiquées avec la SEP, ainsi qu'environ 330 000 sans problèmes de vision.
Les données collectées comprenaient une large variété d'infos provenant des dossiers de santé électroniques. Cela allait des détails démographiques et médicaments aux résultats de laboratoire. Cependant, certaines données importantes, comme les rapports d'imagerie ou les notes cliniques pouvant offrir plus de précisions sur l'état d'un patient, n'étaient pas disponibles.
Construction des modèles prédictifs
Les chercheurs ont ensuite utilisé des techniques d'apprentissage automatique pour construire des modèles pouvant prédire quels patients pourraient connaître une déficience visuelle. Ils ont entraîné différents types de modèles, y compris la régression logistique et les réseaux neuronaux, en utilisant les données dont ils disposaient.
Ils ont divisé les patients en groupes en fonction du moment où les données ont été collectées par rapport à leur diagnostic de SEP. Ils ont créé trois types de modèles, chacun se concentrant sur différentes étapes des données des patients menant à la déficience visuelle. L'objectif principal était de comprendre à quel point ces modèles pouvaient prédire qui serait susceptible de subir des problèmes de vision après leur diagnostic de SEP.
L'efficacité de chaque modèle a été mesurée en utilisant certains critères, y compris leur précision dans la prédiction des résultats. Les résultats ont montré que les modèles basés sur des réseaux neuronaux ont mieux performé dans l'ensemble, surtout en examinant l'historique complet des dossiers médicaux des patients.
Résultats de la recherche
L'étude a révélé que, bien que les modèles pouvaient prédire que certains patients pourraient avoir des problèmes de vision, la précision n'était pas toujours élevée, surtout en regardant les données prises juste au moment du diagnostic de SEP. Cependant, les modèles entraînés sur les histoires complètes des patients étaient plus réussis pour distinguer ceux qui feraient face à des problèmes de vision à l'avenir de ceux qui n'en feraient pas.
Dans l'ensemble, les meilleurs résultats ont été obtenus grâce à l'utilisation de réseaux neuronaux qui ont évalué l'ensemble des données des patients. Ces modèles ont atteint un taux de précision élevé, indiquant qu'ils peuvent offrir des prédictions exploitables basées sur des dossiers de santé historiques.
L'importance des résultats
Trouver des moyens de prédire la déficience visuelle peut mener à un meilleur suivi des patients et à des traitements plus rapides. Si les médecins peuvent identifier quels patients SEP sont susceptibles de rencontrer des problèmes de vision à l'avenir, ils peuvent offrir des soins plus intensifs et potentiellement améliorer les résultats pour les patients.
Cette recherche souligne la nécessité de considérer l'ensemble du tableau de la santé d'un patient lorsqu'on essaie de prédire des conditions futures, surtout avec une maladie complexe comme la SEP.
Directions futures
Pour l'avenir, plus de recherches sont nécessaires pour affiner ces modèles et explorer comment ils peuvent mieux s'intégrer avec d'autres données médicales. Il est également nécessaire de se pencher sur des données provenant de diverses sources pour garantir que ces modèles puissent être utilisés efficacement dans différents contextes de soins de santé.
Bien que cette étude ait réalisé des avancées significatives, il reste encore du travail à faire pour améliorer la fiabilité et la précision de ces prédictions. En fin de compte, trouver des moyens efficaces de prédire la déficience visuelle chez les patients SEP peut faire une grande différence dans leur qualité de vie et leurs soins de santé globaux.
Titre: Vision Impairment prediction for patients diagnosed with Multiple Sclerosis: Cosmos based model training and evaluation
Résumé: ObjectivesMultiple sclerosis (MS) is a complex autoimmune neurological disorder that frequently impacts vision. One of the most frequent initial presentations of MS is acute vision loss due to optic neuritis, an acute disorder caused by MS involvement with the optic nerve. While vision impairment is often the first sign of MS, it can occur or recur at any time during the patients course. In this study, we aim to develop and evaluate machine learning models to predict vision impairment in patients with MS, both at the time of first MS diagnosis and throughout their course of care. Early awareness and intervention in patients likely to have vision loss can help preserve patient quality of life. Materials and MethodsUsing the Epic Cosmos de-identified electronic health record (EHR) dataset, we queried 213+ million patients to extract our MS cohort. Cases were defined as MS patients with vision impairment or optic neuritis (VI) following their first MS diagnosis, while controls were MS patients without VI. We trained logistic regression (LR), light gradient boosting machine (LGBM), and recurrent neural network (RNN) models to predict future VI in MS patients. The models were evaluated for two distinct clinical tasks: prediction of VI at the time of the first MS diagnosis and prediction of VI at the most recent visit. Similarly, we trained the models on different segments of the patient trajectory including up until the first MS diagnosis (MS-First Diagnosis), or until the most recent visit before developing the outcome (MS-Progress) as well as the combination of both (MS-General). Finally, we trained a survival model with the goal of predicting patient likelihood of vision loss over time. We compared the models performance using AUROC, AUPRC, and Brier scores. ResultsWe extracted a cohort of 377,097 patients with MS, including 42,281 VI cases. Our trained models achieved [~]80% AUROC, with RNN-based models outperforming LGBM and LR (79.6% vs 72.8% and 68.6%, respectively) when considering the full patient trajectory. The MS-General RNN model had the highest AUROC (64.4%) for predicting VI at the first MS diagnosis. The MS-Progress survival model achieved a 75% concordance index on the full trajectory, while the more clinically relevant MS-First Diagnosis model achieved 63.1% at initial diagnosis. Discussion and ConclusionThe MS-Progress and MS-General RNN models performed best in both prediction scenarios. While MS-General achieved the best performance at the time of first MS diagnosis with around 1% AUROC increase compared to the MS-First Diagnosis model, it showed around 1% AUROC decrease on the MS progress scenario. All RNN survival models performed the best when they were trained on data corresponding to the evaluation use-case scenarios. RNN based models showed promising performance that demonstrates that they can be useful clinical tools to predict risk of future VI events in patients with MS. Further development of these models will focus on expanding to predict other comorbidities associated with MS relapse or progression.
Auteurs: Laila Rasmy, B. Buxton, A. Hassan, N. Shalaby, J. W. Lindsey, J. Lincoln, E. Bernstam, W. Anwar, D. Zhi
Dernière mise à jour: 2023-11-11 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.11.10.23298366
Source PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.11.10.23298366.full.pdf
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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