临床预测模型构建的步骤(技术版)
经过一段时间的发展,临床预测模型的构建已经逐渐形成了规范化的步骤,已经有文章总结了7个步骤,分别是 1、确定临床问题和预测模型类型;2、数据收集和数据处理;3、模型构建和变量筛选;4、模型性能;5、模型验证;6、模型展示和报告;7、影响评估,对预测模型的构建起到了具体的指导作用和参考作用。
在此基础上,结合我自己的实践经验, 我们也提出自己的构建临床预测模型的步骤,因为偏向于代码的实现,可以称之为技术版,目前主要是R语言相关。
具体步骤如下:
1、变量筛选:在构建预测模型的过程中,精准地选择关键变量(特征)是提升模型性能的关键步骤。介绍了几种变量筛选技术,包括经典的逐步回归法,它通过迭代地添加或移除变量来优化模型;L1惩罚项法(如Lasso回归),通过引入正则化项自动进行特征选择,有效处理变量间的共线性问题;以及Boruta法,这是一种基于随机森林的包裹式特征选择方法,通过比较原始特征与随机生成的特征的重要性,来识别出对模型有显著贡献的真实特征。这些技术的比较与展示,为构建高效预测模型奠定了坚实基础。
2、模型构建与性能评价:模型构建是数据分析的核心环节,而模型性能评价则是检验模型有效性的重要手段。本文简要回顾了模型构建的常用技术,并强调了模型评价的重要性,包括但不限于准确率、召回率、F1分数、ROC曲线及AUC值等评估指标的应用,它们共同构成了全面评估模型性能的框架。
3、模型优化策略:为进一步提升模型效能,本文详细介绍了多种优化技术。首先,超参数调节通过自动化或人工方式调整模型参数,如学习率、正则化强度等,以寻找最优配置;其次,概率校准技术用于调整模型输出的概率估计,使之更接近真实情况;最后,模型堆叠(Stacking)通过组合多个基础模型的预测结果,利用元模型进行最终预测,往往能显著提升整体性能。
4、模型解释:即量化预测变量对于模型预测结果的贡献。 模型的解释性对于理解和信任模型预测结果至关重要。介绍了两种流行的模型解释工具——SHAP(Shapley Additive exPlanations)和LIME(Local Interpretable Model-agnostic Explanations),并展示了它们在实际应用中的代码实现。SHAP通过计算每个特征对模型预测结果的贡献值,提供了全局和局部的解释;而LIME则通过训练局部简单模型来近似复杂模型的局部行为,使解释更加直观易懂。
5、确定决策阈值:介绍了传统的基于0.5或最佳约登指数选择阈值的方法,还深入探讨了DCA(Decision Curve Analysis)法。DCA通过综合考虑不同阈值下的净收益,为临床决策提供科学依据,使预测模型更好地服务于临床实践。同时,也指出了传统阈值选择方法可能存在的局限性,强调了结合临床实际需求进行阈值选择的重要性。
6、模型载体:为了让复杂的预测模型更好地服务于临床,选择合适的模型载体至关重要。与列线图相比,Web APP凭借其丰富的功能、良好的交互性和易用性,成为模型展示和应用的最佳形式。通过Web APP,用户可以方便地输入患者信息,快速获得预测结果,并基于预测结果做出临床决策,极大地提高了医疗服务的效率和质量。
为了更好地说明以上观点, 在和鲸社区上建立了多个项目来展示以上步骤的代码,使用内置的数据集,运行更方便,欢迎大家参考。