机器学习模型在冠状动脉造影中度病变血流储备分数预测中的应用|健心知著

文摘   教育   2024-10-25 07:31   北京  

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健心知著

2024.10.25
第416


机器学习模型在冠状动脉造影中度病变血流储备分数预测中的应用



刘健、叶桢、范朋飞‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

北京大学人民医院



健心荐语





血流储备分数(FFR)是指导决定是否对冠脉造影中度病变(AICL)进行冠状动脉血运重建的金标准。光学相干断层扫描(OCT)可以检查冠状动脉斑块形态和管腔尺寸。FFR与OCT之间可能关联成为完美的组合,但手术成本和时间不允许在单个手术期间同时使用这两种技术。因此开发ML可以对FFR进行更准确的预测来改进当前的建模。









文章介绍‍‍


本研究是一项对多中心OMEF研究的事后分析,旨在开发基于临床、冠脉造影和OCT变量的机器学习(ML)模型以预测FFR。本文于2024年8月发表于Catheterization and Cardiovascular Interventions杂志。







研究方法


研究纳入了患有急性或慢性冠状动脉综合征且冠脉造影提示AICL(定义为视觉直径狭窄在30%和80%之间)的患者,这些患者均进行了FFR和OCT。使用7:3的比例随机分配,其中ML算法在70%的训练数据集上进行训练,并在剩余30%的测试数据集上进行测试,比较AICL预测的FFR阳性(FFR≤ 0.80)或阴性(FFR>0.80)与实测的FFR。








研究结果




表1:基线临床特征‍‍‍‍

研究纳入489例患者总计502例AICL,基线患者特征总结见表1,平均年龄为65岁,绝大多数患者(约90%)的临床表现为慢性冠状动脉综合征

表2:AICL中的QCA和OCT与阴性或阳性FFR

在QCA中,相对于FFR阴性的患者,FFR阳性的靶AICL病变具有显著更大的病变长度和直径狭窄百分比(%DS),显著更小的最小管腔直径(MLD)和平均参考直径(mean RD)。在OCT中,FFR阳性的靶AICL病变具有显著更大的病变长度和面积狭窄百分比(%AS),显著更小的最小管腔面积(MLA)。两组间OCT检测到的溃疡和血栓患病率无显著差异。

表3:ML模型的混淆矩阵(FFR临界值0.80)

将数据集随机分为训练数据集351例(70%)和测试数据集151例(30%),使用训练数据集进行ML模型(6个)的开发,然后将每个模型应用于测试数据集,以预测阳性或阴性FFR。表3显示了混淆矩阵,其中包含每个模型与实际相比的预测情况。

表4:ML模型的预测性能(FFR临界值0.80)

表4总结了每种预测算法的性能,AUC范围为0.71 - 0.78。相比于特异性(范围:0.59-0.69),ML算法在检测FFR时显示出较高的灵敏度(范围:0.68-0.77),因此阳性预测值(PPV)(范围:0.71-0.75)高于阴性预测值(NPV)(范围:0.59-0.66)。

图1:显示预测FFR的准确性的ROC曲线


图2:六个ML模型的排列特征重要性(PFI)得分

6个ML开发模型的ROC曲线和PFI评分分别见图1和图2。对模型有贡献的变量根据其相应的重要性得分以降序显示。PFI评分的绝对值反映了单个变量对整体预测能力的影响。

表5:ML模型的预测性能(FFR临界值0.75)

与0.80作为FFR临界值相比,使用0.75作为FFR临界值, AUC较高(0.78-0.86),模型有更高的准确性(0.72-0.81)和特异性(0.71-0.84),但灵敏度相似(0.58-0.80)(表5与表4)。








结    论


基于临床、冠脉造影和OCT参数的机器学习算法可以识别FFR为阳性或阴性的患者。这些初步结果表明,ML算法可以预测FFR为阳性或阴性,而无需进行侵入性冠状动脉内功能评估。有必要使用较大样本量进行适当设计的前瞻性研究,以进一步确定FFR预测能力。






讨    论‍‍‍‍

该研究也存在一定的局限性。第一,这是一项回顾性研究,因此存在潜在的选择偏倚。第二,由于原始数据库中缺乏数据,部分参数未纳入分析。第三, LAD中度病变的患病率较高,这可能限制了结果对RCA和LCX病变的普遍性。第四,缺乏外部验证也是本分析的一个局限性。




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