국소 전립선암 치료 결정에 대한 심층적인 통찰력을 제공하는 설명 가능한 ML 모델

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11532(2023) 이 기사 인용

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국소 전립선암(PCa) 치료를 위한 몇 가지 결정 보조 도구가 있지만 제공되는 정보의 일관성과 확실성에 한계가 있습니다. 우리는 치료 결정 과정을 더 잘 이해하고 종양학적, 인구통계학적, 사회경제적, 지리적 요인을 고려한 결정 예측 모델을 개발하는 것을 목표로 했습니다. Surveillance, Epidemiology, End Results Prostate with Watchful Waiting 데이터베이스에서 2010년부터 2015년 사이에 국소 PCa로 새로 진단받은 남성이 포함되었습니다(n = 255,837). 우리는 두 가지 예측 모델을 설계했습니다: (1) 전체 코호트에서 적극적 감시/주의 깊은 대기(AS/WW), 근치적 전립선 절제술(RP) 및 방사선 치료(RT) 결정 예측. (2) 저위험군에서의 AS/WW 결정 예측. 모델의 차별성은 다중 클래스 곡선 아래 면적(AUC)을 사용하여 평가되었습니다. 모델의 예측 결과를 설명하기 위해 그럴듯한 Shapley 추가 설명 값이 사용되었습니다. 종양학적 변수는 RP 결정에 가장 큰 영향을 미치는 반면, RT는 지리적 요인의 영향을 많이 받았습니다. 의존성 플롯은 치료 결정에 도달할 때의 기능 상호 작용을 묘사했습니다. 의사결정 예측 모델은 전체 멀티클래스 AUC 0.77을 달성한 반면, 저위험 모델에서는 0.74가 확인되었습니다. 대규모 인구 기반 실제 데이터베이스를 사용하여 복잡한 의사 결정 프로세스를 풀고 현지화된 PCa에서 비선형 기능 상호 작용을 시각화했습니다.

새로 진단된 전립선암 남성의 75% 이상을 차지하는(PCa)1 국소화된 PCa는 종양 간 이질성과 위험군 다양성을 나타냅니다2. 따라서 이제 확실한 결정 기준 없이 다양한 치료 옵션이 제안되고 있습니다.

실제로 관찰(능동적 감시(AS)/주의깊은 대기(WW)), 근치적 전립선절제술(RP) 또는 방사선요법(RT)과 같은 가능한 치료법 중 어느 것도 국소 암 통제 측면에서 우수한 것으로 입증되지 않았습니다. 질병3, 따라서 초기 치료 결정은 종종 환자의 PCa 위험 계층화와 환자와 의사의 치료 선호도에 따라 결정됩니다4,5. 그러나 실제 환경에서 의사결정은 암 특성뿐 아니라 다양한 환자 수준, 주/군 수준 지역, 사회경제적 요인의 영향을 받는 복잡한 과정입니다6. 따라서 환자와 의사 모두의 포괄적인 접근이 필요합니다. 이 문제를 해결하기 위해 국소 PCa 환자를 위한 몇 가지 의사 결정 보조 장치(DA)가 있습니다7. 그러나 이러한 의사결정 도구와 성과 사이에는 일관성이 부족합니다8.

설명 가능한 기계 학습 모델은 내부 프로세스에 대한 더 깊은 이해를 얻음으로써 이점을 제공하는 동시에 모델 자체는 훈련하거나 결정을 내리고 시스템의 입력 및 출력 내에서 인과 관계를 식별합니다9. 이 연구에서는 설명 가능한 기계 학습 모델을 통해 감시 대기 데이터 세트(SEER/WW)와 감시, 전염병학 및 최종 결과(SEER) 전립선을 사용하여 국소화된 PCa의 복잡한 치료 결정 프로세스를 강조합니다. 두 변수 상호 작용 플롯을 사용하여 우리의 주요 목표는 각 치료 양식과 관련된 중요한 기능에 대한 더 깊은 통찰력을 얻는 것이었습니다. 우리의 두 번째 목표는 종양학적, 지리적(카운티 수준 데이터), 인구통계학적, 사회경제적 요인을 포함한 전반적인 특징을 고려한 치료 결정 예측 모델을 개발하는 것이었습니다. 이는 일상적인 임상 루틴에 사용하기 위해 웹 기반 플랫폼에 통합되었습니다.

우리는 포함 및 제외 기준을 충족하는 새로 진단된 국소 PCa를 가진 255,837명의 남성을 확인했습니다(보충 그림 1). 이 중 26,389명(10.3%)은 AS/WW를 받았고, 86,714명(33.9%)은 RP를 받았고, 76,919명(30.8%)은 RT를 받았고, 63,815명(24.9%)은 안드로겐 차단 요법(ADT)을 포함한 기타/알려지지 않은 치료를 받았습니다. ADT 및 RT 등 저위험 코호트 모델(임상 T 단계 T1c 및 T2a, Gleason 등급 그룹 1, PSA ≥ 10ng/mL, 연령 < 80세 환자)에는 79,633명의 환자가 포함되었습니다. 이 중 17,553명(22%)은 AS/WW를 받았고, 62,080명(78%)은 안드로겐 차단 요법이나 국소 요법과 같은 다른 치료를 받았습니다.