关键词:
机器学习
关节液
免疫因子
膝骨关节炎(OA)
类风湿关节炎(RA)
摘要:
目的基于膝关节液中免疫因子、细胞计数分类、膝关节液涂片结果等25个指标,建立用于区分膝骨关节炎(OA)与类风湿关节炎(RA)的机器学习模型。方法分别选取100例和40例择期进行膝关节置换术的OA与RA患者。在术前抽取患者的膝关节液,检测其中的有核细胞计数及分类,测量免疫因子包括肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)、IL-6、IL-8、IL-15、基质金属蛋白酶3(MMP3)、MMP9、MMP13、类风湿因子(RF)、血清淀粉样蛋白A(SAA)、C-反应蛋白(CRP)等的表达水平,并进行涂片染色及镜检分类。通过单因素二元Logistic回归、Lasso回归和多因素二元Logistic回归筛选OA或RA的独立影响因子。基于独立影响因子分别构建逻辑回归、随机森林和支持向量机3种机器学习模型。使用受试者工作特征曲线(ROC)、校准曲线、决策曲线分析(DCA)对各模型进行评价和比较。结果共筛选出5个用于区分OA与RA的膝关节液指标,分别是IL-1β[优势比(OR)=10.512,95%可信区间(95%CI)为1.048-105.42,P=0.045)、IL-6(OR=1.007,95%CI为1.001-1.014,P=0.022)、MMP9(OR=3.202,95%CI为1.235-8.305,P=0.017)、MMP13(OR=1.002,95%CI为1-1.004,P=0.049)、RF(OR=1.091,95%CI为1.01-1.179,P=0.026)。综合ROC、校准曲线、DCA的结果,随机森林模型的准确性(0.979)、敏感度(0.98)、曲线下面积(AUC为0.996,95%CI为0.991-1)均最高,且具有良好的有效性和可行性,其区分能力优于其他2种模型。结论基于膝关节液免疫因子建立的机器学习模型在区分OA与RA方面有一定价值,能够为临床早期鉴别诊断和防治OA与RA提供参考。