A Causal and interpretable machine learning framework for postcranioplasty risk prediction and surgical decision support

判别式 机器学习 反事实思维 人工智能 随机森林 因果推理 医学 支持向量机 决策树 决策支持系统 推论 集合(抽象数据类型) 危险分层 计算机科学 数据集 因果模型 临床试验 风险评估 校准 随机对照试验 统计推断 预测建模 数据挖掘 调车 线性判别分析 梅德林
作者
Wenbo Li,Bao Wang,T. Li,Y. Ma,Haoyong Jin,Jiangli Zhao,Zhiwei Xue,Na Su,Yanya He,Jiaqi Shi,Xuchen Liu,Ling Li,Tianzi Wang,Jiwei Wang,C. Li,Can Yan,Yang Ma,Qichao Qi,Yu Guo,Weiguo Li
出处
期刊:npj digital medicine [Springer Nature]
标识
DOI:10.1038/s41746-026-02370-6
摘要

Abstract Cranioplasty is associated with a substantial burden of postoperative complications. In this multicenter study, we developed a machine learning–based clinical decision-support tool to predict the risk of postoperative complications following cranioplasty. A set of nine features was selected for model development. Among the 15 algorithms evaluated, the random forest model demonstrated the best overall performance and was validated on data from both spatial and temporal external cohorts (AUROC = 0.949, internal cross-validation; 0.930, geographical validation; and 0.932, temporal validation). Subgroup analyses by age and sex demonstrated consistently high discriminative performance (lowest AUROC = 0.927) and good calibration (O/E ratio = 1.16, 95% CI: 0.97–1.40). Analysis of causal effects of modifiable intraoperative variables on postoperative complications, with diverse counterfactual explanations and causal inference methods, including double machine learning and the T-learner framework, revealed a protective effect of subcutaneous negative-pressure drainage (ATE = −0.241) and titanium mesh (ATE = −0.191). Finally, we present the model as an accessible web-based tool for individualized, real-time clinical decision-making ( http://www.cranioplastycomplicationprediction.top ). These findings provide a practical framework for postoperative risk stratification and support the optimization of intraoperative decision-making in cranioplasty.
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