Strojové učení pro hodnocení rizika relapsu u akutní biliární pankreatitidy. (MINERVA)

Akutní pankreatitida je nejčastější onemocnění slinivky břišní s celosvětovou incidencí 34 případů na 100 000 jedinců. Toto onemocnění čítá celosvětově více než 1,5 milionu nových pacientů ročně, přičemž mortalita se blíží 1 %. Pacienti s mírnou biliární akutní pankreatitidou mohou být po přijetí do nemocnice léčeni indexovou, časnou cholecystektomií (do 3 až 7 dnů od akutní epizody) nebo konzervativně. Zatímco konzervativní léčba může být rezolutní, až 35 % těchto pacientů má recidivu do 30 dnů a vyžaduje urgentní chirurgický zákrok ve výrazně horším celkovém stavu pacienta, což snižuje šance na úspěch. Kromě toho relaps dramaticky zvyšuje šance na chronickou pankreatitidu, rakovinu slinivky břišní, pooperační komplikace a celkovou mortalitu. Epizody relapsu mají také ekonomický dopad na zdravotnická zařízení, protože druhý a delší hospitalizace na pacienta zvyšuje celkové náklady na léčbu na pacienta nejméně o 100 %. Dosud však neexistují žádné standardizované metody pro predikci relapsu biliární akutní pankreatitidy u pacientů, kteří neprodělali časnou cholecystektomii po první epizodě mírné biliární akutní pankreatitidy.

Projekt MINERVA (Strojové učení pro hodnocení rizika relapsu u akutní biliární pankreatitidy) vychází z potřeby klinické praxe přijímat operační rozhodnutí u pacientů, kteří jsou přijati do nemocnice s diagnózou lehké akutní biliární pankreatitidy.

Projekt MINERVA má za cíl dosáhnout následujících cílů a výsledků:

1. Navrhnout novou metodiku pro hodnocení rizika relapsu u pacientů s mírnou biliární akutní pankreatitidou, kteří neprodělali časnou cholecystektomii po první epizodě mírné biliární akutní pankreatitidy;
2. Navrhněte prediktivní model strojového učení využívající architekturu hlubokého učení aplikovanou na data, která lze snadno sbírat od pacientů;
3. Ověřte skóre MINERVA na rozsáhlé, multicentrické, prospektivní kohortě;
4. Umožněte národním a mezinárodním lékařům, zdravotnickému personálu, výzkumníkům a široké veřejnosti volně a snadno přistupovat k výpočtu skóre MINERVA a používat jej ve své každodenní klinické praxi.

Skóre MINERVA poskytne lékařům ověřené a standardizované hodnocení rizika relapsu, které bere v úvahu osobní anamnézu, demografické údaje a laboratorní charakteristiky každého pacienta. Skóre MINERVA bude zdarma a snadno okamžitě vypočítatelné pro veškerý zdravotnický personál; bude kdykoli přístupný na webových stránkách a webové aplikaci MINERVA a poskytne okamžitý a spolehlivý výsledek, který může být jasnou indikací pro nejlepší léčebnou cestu pro lékaře i pro pacienta.

Model skóre MINERVA bude vyvinut na retrospektivní kohortě pacientů (MANCTRA-1, již registrován na ClinicalTrials.gov) a bude ověřena na nové prospektivní multicentrické kohortě.

Retrospektivní kohorta Vývoj modelu a počáteční trénink budou provedeny na retrospektivní kohortě pacientů (n=692) shromážděných během předběžné multicentrické studie, studie MANCTRA-1 (schválené Etickou komisí nemocnice University of Cagliari, MANCTRA-1 - NCT04747990, Prot. PG/2021/7108) vedená PI (Dr. Mauro Podda) a místní univerzita v Cagliari odpovědná za projekt MINERVA.

Prospektivní kohorta Do prospektivní kohorty studie MINERVA bude přijato celkem 430 pacientů.

Metody Skóre MINERVA bude založeno na modelu strojového učení, který bude vyvinut a trénován na retrospektivní kohortě a ověřen na prospektivní kohortě pacientů.

Všechny proměnné modelu budou zpracovány pomocí kernel Principal Component Analysis (kPCA).

Vypočte se konvexní obal bodového grafu hlavních komponent a vyjme se nejmenší obdélník. Obdélník bude transformován na 2D obrázek s pevným rozlišením pomocí průměrování funkcí a normalizace.

Model bude vyvinut na Neapolské univerzitě Federico II Dr. Danielou Pacellou s odborností a dohledem v oblasti strojového učení.

Aby se předešlo nadměrnému přizpůsobení, bude datová sada rozdělena na trénovací sadu, testovací sadu a ověřovací sadu. Kromě toho bude použita k-násobná křížová validace. Výkon modelu MINERVA bude vyhodnocen pomocí nejvíce přijatých měřítek přesnosti, jako je přesnost, vyvolání a AUC (Area Under the ROC Curve). Jeho výkon bude navíc porovnán s výkonem dosaženým pomocí tradičních metod strojového učení (SVM, ANN). Chybějící data budou řešena pomocí imputačních metod.

Proměnné Věk (roky) Pohlaví (Muž:Žena) Předchozí epizody biliární pankreatitidy (Ano; Ne) Přijímání specializace (HepatoPancreatoBiliární chirurgie, Všeobecná chirurgie, Interní lékařství, Gastroenterologie) Index tělesné hmotnosti -BMI- (Kg/m2) Klinická anamnéza diabetu (ne diabetes; ano s orgánovou dysfunkcí; ano bez orgánové dysfunkce) klinická anamnéza chronického plicního onemocnění (ano; ne) klinická anamnéza hypertenze (ano; ne) klinická anamnéza fibrilace síní (ano; ne) klinická anamnéza ischemické choroby srdeční (Ano; Ne) Klinická anamnéza chronického onemocnění ledvin (Ne; Ano při medikaci; Ano při trvalé renální substituční terapii nebo při přípravě na ni) Klinická anamnéza onemocnění krvetvorného systému (Ano; Ne) Pacient na imunosupresivní léčbě v nemocnici přijetí (Ano; Ne) Bílé krvinky -WBC- (buňky/mm3) Neutrofily (buňky/mm3) Krevní destičky (Plt/mm3) INR (International Normalized Ratio) C-reaktivní protein -CRP- (mg/L) Aspartátaminotransferáza - AST- (U/L) Alaninaminotransferáza -ALT- (U/L) Celkový bilirubin (mg/dL) Konjugovaný bilirubin (mg/dL) Gama-glutamil-transpeptidáza -GGT- (U/L) Sérová amyláza (U/L ) Sérová lipáza (U/L) Laktátdehydrogenáza -LDH- (U/L) Choledocholitiáza (Ano; Ano s obstrukcí společných žlučovodů; Ne) Cholangitida (Ano; Ne) ERCP se sfinkterotomií (Ano do 24 hodin od přijetí do nemocnice; Ano do 24-48 hodin od přijetí do nemocnice; Ano do 48-72 hodin od přijetí do nemocnice; Ne) Recidiva akutní biliární pankreatitidy za 30 dní, 60- den, 90 dní, 1 rok.