Interpretable machine learning models for early prediction of Crohn’s disease and ulcerative colitis in a nationwide health system

医学 十分位 溃疡性结肠炎 机器学习 接收机工作特性 人工智能 逻辑回归 炎症性肠病 Boosting(机器学习) 疾病 回顾性队列研究 预测建模 病历 风险评估 危险分层 梯度升压 电子健康档案 队列 弗雷明翰风险评分 克罗恩病 集成学习 疾病严重程度 相对风险 队列研究 曲线下面积 急诊分诊台 梅德林 试验预测值 健康档案 内科学 体质指数 重症监护医学 电子病历 置信区间 年轻人 临床决策支持系统 结肠切除术 决策树
作者
Eyal Haluts,Emma Dyer,Amir Ben Tov,Revital Kariv,Elhanan Borenstein,Nathaniel A. Cohen
出处
期刊:Journal of Crohn's and Colitis [Oxford University Press]
卷期号:20 (10)
标识
DOI:10.1093/ecco-jcc/jjag166
摘要

BACKGROUND & AIMS: Delayed diagnosis of inflammatory bowel disease (IBD) is associated with worse outcomes. Existing prediction studies often rely on small cohorts or specialized biomarkers that limit scalability. We evaluated whether machine learning models based on routinely collected clinical data can predict future Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC) years before diagnosis in a large population-based cohort. METHODS: We conducted a retrospective study using electronic medical records from Maccabi Health Services (Israel), including 81 960 individuals (21 695 with IBD). Longitudinal laboratory tests, body mass index, demographics, and comorbidities were used to train Explainable Boosting Machine (EBM) models. Two frameworks were examined: (1) diagnosis-anchored prediction 0.5-2 years before diagnosis, and (2) age-based screening, estimating risk at predefined ages with future prediction windows. Performance was assessed using area under the receiver operating characteristic curve (AUROC) and relative risk (RR) in high-risk subgroups. RESULTS: In diagnosis-anchored models, AUROC for CD ranged from 0.71 to 0.75 up to 2 years before diagnosis and from 0.62 to 0.64 for UC. In age-based screening, the best performance was observed at age 25 with a 1-11-year prediction window (AUROC 0.72 for CD; 0.70 for UC). Individuals in the top decile of predicted risk had an approximately 3-fold higher risk of future IBD, with RR remaining >2.5 for CD and >2.0 for UC for shorter windows. Kaplan-Meier analyses showed clear separation between high- and low-risk groups (P < .001). CONCLUSIONS: EBM models using routine clinical data can identify individuals at increased future IBD risk, supporting scalable, interpretable population-level risk stratification and earlier evaluation.

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