创新动态预测模型:精准洞察阿尔茨海默病进程,助力医疗决策新突破

【字体: 时间:2025年04月27日 来源:Artificial Intelligence in Medicine 6.1

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  为解决现有 MCI 转 AD 动态生存预测模型的不足,研究人员开展基于受限平均生存时间(RMST)时间尺度指标的贝叶斯联合模型(JM)研究。开发了 LM-ST 和 JM-LT 模型,其预测性能优于静态模型,为医疗决策提供科学依据。

  在当今社会,老龄化问题日益凸显,神经系统疾病也逐渐成为人们关注的焦点,其中阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)更是备受瞩目。AD 作为一种不可逆的神经退行性疾病,正无情地侵蚀着无数患者的生活。全球约有 5700 万人饱受痴呆症的折磨,而 AD 在其中占据了 60%-80% 的比例。它就像大脑中的 “慢性杀手”,以渐进性的脑生化和形态病理变化为特征,目前尚无有效的治疗手段能够阻挡其发展的脚步。
轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment,MCI)作为 AD 的前驱阶段,患者虽存在一定程度的认知损伤,但仍能维持日常活动。这群患者有着不同的进展为 AD 的风险,是预测 AD 发病风险的潜在研究对象。然而,目前缺乏能够精准预测 MCI 向 AD 转化,并及时识别高风险 MCI 患者的有效方法,这成为了医学领域亟待攻克的难题。

以往的研究探索了影像标记物、生物标志物和神经认知测试等预测 MCI 向 AD 进展的因素。其中,神经认知测试凭借其价格低廉、操作简便、无创等优势,在大规模认知筛查中发挥着重要作用,像临床痴呆评定量表总和(Clinical Dementia Rating-sum of Boxes,CDRSB)评分和 13 项阿尔茨海默病评估量表(13-item Alzheimer's Disease Assessment Scale,ADAS13)评分,都是关键的预测因素。

在长期监测 MCI 患者的过程中,神经认知测试分数(如 CDRSB 和 ADAS13 评分)会随时间发生变化。患者们迫切希望了解自己在整个病程中的预后情况,想知道在不同观察时间点(s)进展为 AD 的可能性。但传统的静态生存预测模型,如 Cox 回归,只能利用基线测量(s0)的信息,无法纳入后续测量数据,也只能从基线时间点进行预测,远远不能满足患者的需求。

现有的动态生存预测模型大多基于风险率模型,可患者最关心的是 “我还要多久会进展为 AD?” 为了直接回答这个问题,本研究选择受限平均生存时间(Restricted Mean Survival Time,RMST)作为研究指标,它指的是在固定时期内(如感兴趣的时间段)的预期生存时间,可通过计算 Kaplan-Meier 生存曲线下的面积得到估计值。但现有的动态 RMST 方法只能处理单个纵向协变量。

为了突破这些困境,来自未知研究机构的研究人员开展了深入研究。他们提出了基于 RMST 时间尺度指标的贝叶斯联合模型(Bayesian joint model,JM),该模型不仅能实现动态预测,还能捕捉多个纵向协变量的轨迹。同时,研究人员结合地标法(Landmark,LM),开发了用于短期动态预测的 LM-ST 模型和用于长期动态预测的 JM-LT 模型,并利用阿尔茨海默病神经影像学倡议(Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative,ADNI)数据库进行研究。

研究人员使用的主要关键技术方法包括:提出贝叶斯 JM 方法,结合地标法(LM)构建并应用动态预测模型(LM-ST 和 JM-LT 模型),利用 ADNI 数据库中的数据进行模型开发和验证。

研究结果


  1. 模型开发数据集情况:模型开发数据集(ADNI1 和 ADNIGO)包含 503 人,删失率为 53.1% 。患者随访时间在 0.42-16.4 年之间,中位随访时间为 3 年,总体 3 年生存率(无 AD 率)为 49.9%。
  2. 外部验证数据集情况:外部验证数据集(ADNI2 和 ADNI3)有 484 人,删失率达 70.5%。患者随访时间范围是 0.39-11.8 年,中位随访时间为 2.9 年。
  3. 模型预测性能比较:通过内部和外部验证发现,LM-ST 和 JM-LT 模型的预测性能优于静态 RMST 模型。研究人员还创建了用于这两个动态预测模型的在线网络工具,以便于临床应用。

研究结论与讨论


这项研究意义重大,它提出的基于 RMST 的贝叶斯 JM 方法,结合现有的 LM 方法,从短期和长期两个角度解释了 MCI 向 AD 的进展过程,成功解答了患者关心的 “我还要多久会进展为 AD 阶段?” 这一问题。这有助于临床医生更准确地预测患者病情,做出更科学的医疗决策,为阿尔茨海默病的防治提供了新的方向和有力的支持。该研究成果发表在《Artificial Intelligence in Medicine》上,有望推动相关领域的进一步发展,为攻克阿尔茨海默病带来新的希望。

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