Fuerscher entwéckelen Maschinnléiereinstrument fir nekrotiséierend Enterocolitis bei virzäitegen Puppelcher virauszesoen

Nekrotiséierend Enterocolitis (NEC) ass eng liewensgeféierlech Darmkrankheet vu Virzäit. Charakteriséiert duerch plötzlech a progressiv intestinal Entzündung an Tissue Doud, et beaflosst bis zu 11, 000 virzäiteg Puppelcher an den USA jäerlech, an 15-30% vun de betraffene Puppelcher stierwen un NEC. Iwwerliewend konfrontéiere sech dacks laangfristeg intestinal an neurodevelopmental Komplikatiounen.

Fuerscher vu Columbia Engineering an der University of Pittsburgh hunn e sensiblen a spezifesche fréie Warnsystem entwéckelt fir den NEC bei virzäitegen Puppelcher virauszesoen ier d'Krankheet optrieden. De Prototyp prognostizéiert den NEC präzis a fréi, Benotzt Hocker Mikrobiome Funktiounen kombinéiert mat klineschen an demographesche Informatioun. D'Pilotstudie gouf quasi den 23. Juli um ACM CHIL 2020 presentéiert.

"Et ass erstaunlech wéi mir d'Maschinn Léiere kënne benotze fir ze verhënneren datt dëst mat Puppelcher geschitt, "sot de Co-Autor vun der Studie, Ansaf Salleb-Aouissi, e Senior Lektor an der Disziplin vum Informatik Departement bei Columbia Engineering an e Spezialist fir kënschtlech Intelligenz a seng Uwendungen op medizinesch Informatik. "Mir hunn d'Daten gekuckt an en Tool entwéckelt dat wierklech nëtzlech ka sinn, souguer Liewen-spueren. "

Wann d'Dokteren den NEC präzis virausgesinn ier de Puppelchen tatsächlech krank gëtt, et ginn e puer ganz einfach Schrëtt, déi se kéinte huelen-; d'Behandlung kéint Stoppen vu Fudder enthalen, IV Flëssegkeeten ginn, an Antibiotike starten fir déi schlëmmste Resultater wéi laangfristeg Behënnerung oder Doud ze vermeiden. "

Thomas Hooven, Studéier Lead Auteur an Assistent Professer, Universitéit vu Pittsburg

Hooven, deen seng Zesummenaarbecht mam Salleb-Aouissi ugefaang huet wéi hien en Assistent Professer fir Pädiatrie an der Division of Neonatology-Perinatology am Columbia University Medical Center war. Hien ass elo en Assistent Professer fir Pädiatrie an der Division of Newborn Medicine an der University of Pittsburgh School of Medicine.

Momentan, et gëtt keen Tool fir virauszegesinn wéi virzäiteg Puppelcher d'Krankheet kréien, an dacks gëtt den NEC net unerkannt bis et ze spéit ass fir effektiv z'intervenéieren. NEC ass den allgemengsten intestinalen Noutfall bei virzäitegen Puppelcher. Et charakteriséiert sech duerch séier progressiv intestinal Nekrose, Bakterien, Acidose, an héich Tariffer vu Morbiditéit a Mortalitéit.

D'Ursaachen vum NEC sinn net gutt verstanen, awer verschidde Studien hu sech op Verännerunge vum Darmmikrobiom konzentréiert, d'Bakterien am Daarm deenen hir Zesummesetzung aus DNA Sequencing vu klenge Hockerproben bestëmmt ka ginn.

D'Fuerscher hypothetiséiert datt eng Maschinnléieren Approche fir klinesch Modeller ze maachen, demographesch, a Mikrobiomdate vu virzäitege Patienten kënnen Diskriminatioun vu Patienten mat engem héije Risiko fir NEC laang virum klineschen Ufank vun der Krankheet erlaben, déi fréi Interventioun erlaben a schwéier Komplikatioune reduzéieren.

Hooven, Salleb-Aouissi, a Lin benotzt Daten aus enger 2016 NIH klinescher Studie vu virzäitegen Puppelcher, deenen hir Hocker a verschiddenen amerikaneschen neonatalen ICUe gesammelt gouf tëscht 2009 an 2013. D'Team iwwerpréift 2, 895 Hocker Proben vun 161 virzäiteg Puppelcher, 45 vun deenen NEC entwéckelt hunn.

Wéinst der Komplexitéit vun de Mikrobiomedaten, d'Fuerscher hunn e puer Daten virbereet Schrëtt gemaach fir seng Dimensionalitéit ze reduzéieren, an d'kompositiv an hierarchesch Natur vun dësen Donnéeën unzegoen fir se fir Maschinnléieren ze notzen.

"NEC representéiert eng exzellent Uwendung aus enger Maschinnléierperspektiv, "sot de Salleb-Aouissi." D'Lektioune, déi mir aus eiser neier Technik geléiert hunn, kéinte gutt an aner genetesch oder proteomesch Datensätz iwwersetzen an nei Maschinnléiere Algorithmen fir Gesondheetsdaten usetzen. "

D'Team huet verschidde Maschinnléiermethoden bewäert fir déi bescht Strategie ze bestëmmen fir den NEC aus Mikrobiomedaten virauszesoen. Si hunn optimal Leeschtung vun enger gateder Opmierksamkeet-baséiert Multiple Instanz Léieren (MIL) Approche fonnt.

Well mënschlech Mikrobiome kënne verännert ginn, d'MIL Methoden adresséieren de sequentiellen Aspekt vum Problem. Zum Beispill, an den éischten 20 Deeg nodeems e Puppelchen gebuer ass, dem Mikrobiom vum Puppelchen geet duerch eng drastesch Ännerung. Vill Studien hu gewisen datt Puppelcher mat enger méi héijer Diversitéit vum Mikrobiom typesch méi gesond sinn.

"Dëst huet eis geduecht datt d'Verännerungen an der Mikrobiom Diversitéit hëllefe kënnen z'erklären firwat e puer Puppelcher méi wahrscheinlech krank vum NEC sinn, "sot den Adam (Yun Chao) Lin, en Informatik MS Student a Co-Autor vun der Studie, deenen hir Aarbecht un dësem Projet hie gefuerdert huet elo en Doktorat ze maachen.

Amplaz Mikrobiome Proben vun engem Puppelchen als onofhängeg ze gesinn, d'Team representéiert all Patient als eng Sammlung vu Proben an huet Opmierksamkeetmechanismen ugewannt fir déi komplex Bezéiungen tëscht de Proben ze léieren. De Maschinnléiere Algorithmus "kuckt" op all Täsch a probéiert aus sengem Inhalt ze roden ob de Puppelchen betraff ass oder net.

A widderholl Versich, d'Fäegkeet vum Modell fir betraffe vun net betraffe Puppelcher z'ënnerscheeden hat e gudde Gläichgewiicht vu Empfindlechkeet a Spezifizitéit. "D'Gebitt Ënnert der ROC Curve (AUC) ass ongeféier 0,9, wat beweist wéi gutt eis Modeller si fir z'ënnerscheeden tëscht betraffenen an net beaflosst Patienten, "Salleb-Aouissi bemierkt.

"Eisen ass deen éischten effektive System fir e klinesch uwendbare Maschinnléiermodell dee Mikrobiom kombinéiert, demographesch, a klinesch Donnéeën déi gesammelt a kontrolléiert kënne ginn an Echtzäit an enger neonataler ICU. Mir si begeeschtert iwwer d'Verlängerung vun hirer Uwendbarkeet op en neit Gebitt vu prediktiven Iwwerwaachung an der Medizin. "

D'Fuerscher entwéckelen elo eng netinvasiv standalone Testplattform fir korrekt Identifikatioun vu Puppelcher mat engem héije Risiko fir NEC virum klineschen Ufank, fir déi schlëmmste Resultater ze vermeiden. Wann d'Plattform fäerdeg ass, si maachen e randomiséierte klineschen Test fir hir Prognosen vun hirer Technik an engem Echtzäit neonatalen ICU Kohort ze validéieren.

"Fir déi éischte Kéier kann ech eng Zukunft virstellen wou Elteren vu virzäitegen Puppelcher, an hir medizinesch Teams, liewen net méi a konstanter Angscht virum NEC, "sot den Hooven.

• Rot Fleesch auswiesselen fir Planzbaséiert Fleeschalternativen senkt de kardiovaskuläre Risiko
• Studie fënnt Beweiser fir Darmdysbiose bei Leit mat der Huntingtons Krankheet