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基于多模态数据机器学习的方法构建VNS治疗儿童难治性癫痫的疗效预测模型研究

批准号:
82101549
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王志燕
依托单位:
学科分类:
神经系统疾病研究新技术与新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王志燕

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
迷走神经刺激(Vagus nerve stimulation, VNS)是通过刺激左侧迷走神经,治疗药物难治性癫痫的一种植入式神经调控技术,已成为儿童难治性癫痫的重要治疗手段。但儿童难治性癫痫受多种因素的影响,VNS的疗效存在很大的个体差异,因此实现儿童难治性癫痫VNS疗效的前瞻性预测具有很大的临床需求和应用价值。国内外既往研究多采用单一的数据类型预测VNS的疗效,尚无采用多模态数据机器学习的方法构建儿童难治性癫痫的疗效预测模型研究。本研究拟首先深入分析既往开展的多中心临床试验中所采集的儿童难治性癫痫患者术前的多模态数据,探索与VNS疗效相关的多模态特征集合;继而将其用于SVM和XGBoost算法的机器分类学习,并建立性能最佳的VNS治疗儿童难治性癫痫的疗效预测模型;最后前瞻性收集多中心、大样本量的多模态数据,检验疗效预测模型的预测性能并进一步进行优化。
英文摘要
Vagus nerve stimulation (VNS) is an implantable neuromodulation technology that stimulates the left vagus nerve to treat drug-refractory epilepsy, which has become an important treatment method for children with refractory epilepsy. However, children with refractory epilepsy are affected by many factors, and the efficacy of VNS has great individual differences. Therefore, the prospective efficacy prediction of VNS for children with refractory epilepsy has great clinical needs and application value. Previous studies at home and abroad mostly used a single data type to predict the efficacy of VNS. There is no study on establishment of efficacy prediction model for children with refractory epilepsy based on the multi-modal data machine learning. This study intends to firstly in depth analyze the preoperative multimodal data of children with refractory epilepsy collected in previous multicenter clinical trials, and explore the set of multimodal features related to the efficacy of VNS. Then the multimodal features will be trained in SVM and XGBoost algorithm machine learning, and the best performance prediction model of VNS for refractory epilepsy in children will be established. Finally, large sample size multimodal data in multi-center are collected to test individualized prediction performance of the efficacy prediction model and further optimize it.
儿童是癫痫的高发人群,癫痫发作会严重影响儿童的神经发育进程。迷走神经刺激(Vagus nerv e stimulation, VNS)是通过刺激左侧迷走神经,治疗药物难治性癫痫的一种植入式神经调控技术,已成为儿童难治性癫痫的重要治疗手段。但儿童难治性癫痫受多种因素的影响,VNS的疗效存在很大的个体差异,因此实现儿童难治性癫痫VNS疗效的前瞻性预测具有很大的临床需求和应用价值。 国内外既往研究多采用单一的数据类型预测VNS的疗效,在实现前瞻性的个体化VNS疗效预测方面具有很大的局限性。本研究通过既往开展的VNS治疗儿童难治性癫痫安全性和有效性的多中心临床试验,多维度地深入分析已收集的儿童难治性癫痫患者术前的临床信息、脑电等数据,探索与VNS疗效相关的多模态特征集合;继而将其用于支持向量机(Support vector machine, SVM)算法的机器分类学习,通过不断调整机器学习算法的参数,从中选取性能最佳者建立VNS治疗儿童难治性癫痫疗效预测模型,并进行额外数据集的前瞻性验证。结果发现,大脑的同步化、复杂度等指标能够显著区分VNS有效者和无效者;相比单一模态的数据,采用多模态特征集合构建的SVM机器学习模型能够更好地区分VNS有效患儿和无效患儿;额外数据集验证结果也表明构建的VNS疗效预测模型较实际的疗效结果更佳。本研究从多模态数据的特征筛选和机器学习算法两方面解决了VNS治疗儿童难治性癫痫实现前瞻性疗效预测的技术瓶颈,能够提前筛选对VNS无效的患儿,节省无效患儿家庭的经济负担,也减少了相应医疗资源的无效投入。
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