医学中的机器学习利用了财富的医疗保健数据来提取知识，促进临床决策，最终改善护理。然而，在缺乏人口统计分集的数据集上培训的ML模型可以在适用于不足的人群时产生次优绩效（例如少数民族，社会经济地位较低），因此延续了健康差异。在这项研究中，我们评估了四种型分类，以预测高氯血症 - 一种经常由ICU人口中的侵袭性流体给药的条件 - 并将其在种族，性别和保险亚组中进行比较。我们观察到，除了基于实验室的患者的模型性能之外，还要添加社会决定因素特征。 40个模型 - 亚组中的40分，亚组测试产生了显着不同的AUC分数，提示在将ML模型应用于社会决定簇子组时的差异。我们敦促未来的研究人员设计主动调整潜在偏见的模型，并包括他们研究中的子组报告。

背景：几项研究突出了考虑急性冠状动脉综合征（ACS）诊断和治疗性差异的重要性。然而，几乎已经研究了ACS子群中的性别特异性风险标志物。本研究旨在探索机器学习（ML）模型，以识别从电子健康记录（EHR）的公共数据库中的ACS子群体中的妇女和男性的住院死亡率标志。方法：从医疗信息MART中提取1,299名患有的ST升高的心肌梗死（Stemi）和2,820名非St-Expation心肌梗死患者进行重症监护（MIMIC）-III数据库。我们培训和验证了死亡率预测模型，并使用了可解释性技术来识别每个子群体的性别特异性标记。结果：基于极端梯度升压的模型（XGBoost）实现了最高性能：STEMI和AUC = 0.94（95 \％CI：0.80- 0.90）为nstemi。对于STEMI，女性的顶部标记是慢性肾功能衰竭，心率高，年龄超过70岁。对于男性来说，顶部标记是急性肾功能衰竭，高肌钙蛋白T水平，年龄超过75岁。然而，对于NStemi，女性的顶部标记较低，肌钙蛋白水平低，尿素水平高，80多年。对于男性来说，顶部标记是高心率，肌酐水平，年龄超过70岁。结论：我们的结果表明，通过解释ehrs培训的ML死亡率模型，通过解释ML死亡率模型显示不同ACS子群的可能的显着和相干的性别特异性风险标记。在妇女与男性的确定风险标志中观察到差异，突出了考虑性别特异性标记在实施更适当的治疗策略和更好的临床结果方面的重要性。

口服食物挑战（OFC）对于准确诊断患者的食物过敏至关重要。但是，患者不愿接受OFC，对于那些这样做的患者，在农村/社区医疗保健环境中，对过敏症患者的使用率有限。通过机器学习方法对OFC结果的预测可以促进在家中食品过敏原的删除，在OFC中改善患者和医师的舒适度，并通过最大程度地减少执行的OFC的数量来节省医疗资源。临床数据是从共同接受1,284个OFC的1,12例患者那里收集的，包括临床因素，包括血清特异性IgE，总IgE，皮肤刺测试（SPTS），症状，性别和年龄。使用这些临床特征，构建了机器学习模型，以预测花生，鸡蛋和牛奶挑战的结果。每种过敏原的最佳性能模型是使用凹入和凸内核（LUCCK）方法创建的，该方法在曲线（AUC）（AUC）下分别用于花生，鸡蛋和牛奶OFC预测为0.76、0.68和0.70， 。通过Shapley添加说明（SHAP）的模型解释表明，特定的IgE以及SPTS的Wheal和Flare值高度预测了OFC结果。该分析的结果表明，机器学习有可能预测OFC结果，并揭示了相关的临床因素进行进一步研究。

A significant level of stigma and inequality exists in mental healthcare, especially in under-served populations, which spreads through collected data. When not properly accounted for, machine learning (ML) models learned from data can reinforce the structural biases already present in society. Here, we present a systematic study of bias in ML models designed to predict depression in four different case studies covering different countries and populations. We find that standard ML approaches show regularly biased behaviors. However, we show that standard mitigation techniques, and our own post-hoc method, can be effective in reducing the level of unfair bias. We provide practical recommendations to develop ML models for depression risk prediction with increased fairness and trust in the real world. No single best ML model for depression prediction provides equality of outcomes. This emphasizes the importance of analyzing fairness during model selection and transparent reporting about the impact of debiasing interventions.

如今，人工智能（AI）已成为临床和远程医疗保健应用程序的基本组成部分，但是最佳性能的AI系统通常太复杂了，无法自我解释。可解释的AI（XAI）技术被定义为揭示系统的预测和决策背后的推理，并且在处理敏感和个人健康数据时，它们变得更加至关重要。值得注意的是，XAI并未在不同的研究领域和数据类型中引起相同的关注，尤其是在医疗保健领域。特别是，许多临床和远程健康应用程序分别基于表格和时间序列数据，而XAI并未在这些数据类型上进行分析，而计算机视觉和自然语言处理（NLP）是参考应用程序。为了提供最适合医疗领域表格和时间序列数据的XAI方法的概述，本文提供了过去5年中文献的审查，说明了生成的解释的类型以及为评估其相关性所提供的努力和质量。具体而言，我们确定临床验证，一致性评估，客观和标准化质量评估以及以人为本的质量评估作为确保最终用户有效解释的关键特征。最后，我们强调了该领域的主要研究挑战以及现有XAI方法的局限性。

疾病鉴定是观察健康研究中的核心，常规活动。队列影响下游分析，例如如何表征病情，定义患者的风险以及研究哪些治疗方法。因此，至关重要的是要确保选定的队列代表所有患者，而与他们的人口统计学或社会决定因素无关。虽然在构建可能影响其公平性的表型定义时有多种潜在的偏见来源，但在表型领域中考虑不同定义在患者亚组中的影响并不是标准。在本文中，我们提出了一组最佳实践来评估表型定义的公平性。我们利用预测模型中常用的既定公平指标，并将其与常用的流行病学队列描述指标联系起来。我们描述了一项针对克罗恩病和2型糖尿病的实证研究，每个研究都有从两组患者亚组（性别和种族）中从文献中获取的多种表型定义。我们表明，根据不同的公平指标和亚组，不同的表型定义表现出较大和不同的性能。我们希望拟议的最佳实践可以帮助构建公平和包容的表型定义。

风险评分广泛用于临床决策，通常由逻辑回归模型产生。基于机器学习的方法可以很好地识别重要的预测因子，但这种“黑匣子”变量选择限制解释性，并且从单个模型评估的可变重要性可以偏置。我们提出了一种强大而可解释的可解释的可解释选择方法，使用最近开发的福利可变重要性云（福利维奇）占模型的可变性。我们的方法评估和可视化了深入推理和透明变量选择的总变量贡献，并过滤出非重要贡献者来简化模型构建步骤。我们从可变贡献中获得了一个集合变量排名，这很容易与自动化和模块化的风险分数发生器，自动摩托，以方便的实现。在对早期死亡或意外再入住的研究中，福糖选定了6个候选变量中的6个，以创建一个良好的性能，从机器学习的排名到一个16变量模型具有类似的性能。

心脏病已成为对人类生活产生重大影响的最严重疾病之一。在过去的十年中，它已成为全球人民死亡的主要原因之一。为了防止患者进一步损害，准确地诊断为心脏病是一个重要因素。最近，我们看到了非侵入性医学程序的用法，例如医学领域的基于人工智能的技术。专门的机器学习采用了多种算法和技术，这些算法和技术被广泛使用，并且在较少的时间以诊断心脏病的准确诊断非常有用。但是，对心脏病的预测并不是一件容易的事。医疗数据集的规模不断增加，使从业者了解复杂的特征关系并做出疾病预测是一项复杂的任务。因此，这项研究的目的是从高度维数据集中确定最重要的风险因素，这有助于对心脏病的准确分类，并减少并发症。为了进行更广泛的分析，我们使用了具有各种医学特征的两个心脏病数据集。基准模型的分类结果证明，相关特征对分类精度产生了很大的影响。即使功能减少，与在全功能集中训练的模型相比，分类模型的性能随着训练时间的减少而显着提高。

快速准确地检测该疾病可以大大帮助减少任何国家医疗机构对任何大流行期间死亡率降低死亡率的压力。这项工作的目的是使用新型的机器学习框架创建多模式系统，该框架同时使用胸部X射线（CXR）图像和临床数据来预测COVID-19患者的严重程度。此外，该研究还提出了一种基于nom图的评分技术，用于预测高危患者死亡的可能性。这项研究使用了25种生物标志物和CXR图像，以预测意大利第一波Covid-19（3月至6月2020年3月至6月）在930名Covid-19患者中的风险。提出的多模式堆叠技术分别产生了89.03％，90.44％和89.03％的精度，灵敏度和F1分数，以识别低风险或高危患者。与CXR图像或临床数据相比，这种多模式方法可提高准确性6％。最后，使用多元逻辑回归的列线图评分系统 - 用于对第一阶段确定的高风险患者的死亡风险进行分层。使用随机森林特征选择模型将乳酸脱氢酶（LDH），O2百分比，白细胞（WBC）计数，年龄和C反应蛋白（CRP）鉴定为有用的预测指标。开发了五个预测因素参数和基于CXR图像的列函数评分，以量化死亡的概率并将其分为两个风险组：分别存活（<50％）和死亡（> = 50％）。多模式技术能够预测F1评分为92.88％的高危患者的死亡概率。开发和验证队列曲线下的面积分别为0.981和0.939。

COVID-19的大流行造成了毁灭性的经济和社会破坏，使全球医疗机构的资源紧张。这导致全国范围内呼吁模型预测Covid-19患者的住院和严重疾病，以告知有限医疗资源的分配。我们回应针对儿科人群的其中一种。为了应对这一挑战，我们使用电子健康记录研究了针对儿科人群的两项预测任务：1）预测哪些儿童更有可能住院，而2）在住院儿童中，哪些孩子更有可能出现严重的症状。我们通过新颖的机器学习模型MEDML应对国家儿科Covid-19数据挑战。 MEDML根据超过600万个医学概念的医学知识和倾向得分提取了最预测的特征，并通过图神经网络（GNN）结合了异质医学特征之间的功能间关系。我们使用来自国家队列协作（N3C）数据集的数据评估了143,605名患者的MEDML，并在143,605名患者的住院预测任务中评估了严重性预测任务的11,465名患者。我们还报告了详细的小组级和个人级特征的重要性分析，以评估模型的解释性。与最佳的基线机器学习模型相比，MEDML的AUROC得分高达7％，AUPRC得分高达14％，并且自大流行以来的所有九个国家地理区域以及所有三个月的跨度都表现良好。我们的跨学科研究团队开发了一种将临床领域知识纳入新型机器学习模型的框架的方法，该框架比当前最新的数据驱动的功能选择方法更具预测性和可解释。

偏见标志着病史，导致影响边缘化群体的不平等护理。观察数据中缺失的模式通常反映了这些群体差异，但是算法对群体特定缺失的算法公平含义尚不清楚。尽管具有潜在的影响，但归因通常还是被遗忘的预处理步骤。充其量，从业者通过优化整体绩效来指导选级选择，而忽略了这种预处理如何加强不平等。我们的工作通过研究插补如何影响下游算法的公平性来质疑这种选择。首先，我们提供了临床存在机制与特定组的遗失模式之间关系的结构化视图。然后，通过模拟和现实世界实验，我们证明了插补选择会影响边缘化的群体绩效，并且没有归因策略始终降低差异。重要的是，我们的结果表明，当前的做法可能危害健康平等，因为在人口层面上类似地执行插补策略可能会以不同的方式影响边缘化的群体。最后，我们提出了缓解因机器学习管道的忽视步骤而导致的不平等的建议。

Although prediction models for delirium, a commonly occurring condition during general hospitalization or post-surgery, have not gained huge popularity, their algorithmic bias evaluation is crucial due to the existing association between social determinants of health and delirium risk. In this context, using MIMIC-III and another academic hospital dataset, we present some initial experimental evidence showing how sociodemographic features such as sex and race can impact the model performance across subgroups. With this work, our intent is to initiate a discussion about the intersectionality effects of old age, race and socioeconomic factors on the early-stage detection and prevention of delirium using ML.

对世界各地的急诊部门（ED）服务的需求不断增长，特别是在Covid-19大流行下。风险三环在优先考虑最需要它们的患者的有限医疗资源方面发挥着至关重要的作用。最近，普遍使用电子健康记录（EHR）已经产生了大量的存储数据，伴随着开发可改善紧急护理的预测模型的巨大机会。然而，没有基于大型公共EHR的广泛接受的ED基准，这是新的研究人员可以轻松访问的基准。填补这种差距的成功可以使研究人员更快，方便地开始研究，而无需详细数据预处理，并促进不同研究和方法之间的比较。在本文中，基于医疗信息MART为重症监护IV急诊部门（MIMIC-IV-ED）数据库，我们提出了一款公共ED基准套件，并获得了从2011年到2019年的50万ED访问的基准数据集。三个ed已经介绍了基于预测任务（住院，关键结果和72小时ED Revisit），其中实施了各种流行的方法，从机器学习方法到临床评分系统进行了实施。他们的性能结果评估并进行了比较。我们的代码是开源，因此任何具有访问模仿-IV-ED的人都可以遵循相同的数据处理步骤，构建基准，并重现实验。本研究提供了洞察力，建议，以及未来研究人员的协议，以处理原始数据并快速建立紧急护理模型。

最近显示外部眼睛照片显示出糖尿病性视网膜疾病和HBA1C升高的迹象。在本文中，我们评估外部眼睛照片是否包含有关其他系统性医疗状况的信息。我们开发了一个深度学习系统（DLS），该系统将外部眼睛的照片作为输入，并预测多个全身参数，例如与肝脏有关的参数（白蛋白，AST）；肾脏（EGFR使用无种族的2021 CKD-EPI肌酐方程，尿液ACR）；骨与矿物质（钙）;甲状腺（TSH）;和血数（HGB，WBC，血小板）。开发利用了49,015例糖尿病患者的151,237张图像，在加利福尼亚州洛杉矶县的11个地点接受糖尿病眼镜筛查。评估重点是9个预先指定的全身参数，并利用了3个验证集（a，b，c），涵盖了28,869名患有和没有糖尿病的患者，在加利福尼亚州洛杉矶县和大亚特兰大地区的3个独立地点进行了眼睛筛查。我们将结合了可用临床人口统计学变量的基线模型（例如年龄，性别，种族/种族，糖尿病年）进行了比较。相对于基线，DLS在检测AST> 36，钙<8.6，egfr <60，HGB <11，血小板<150，ACR> = 300和WBC <4时，在检测AST> 36，钙<8.6，Egfr <60，HGB <60，HGB <60，calcium <8.6，Egfr <60，calcium <8.6和wbc <4时，达到了统计学上的显着性能，并且类似于开发集的人口），其中DLS的AUC超过基线的AUC，增长了5.2-19.4％。在验证集B和C方面，与开发集相比，患者人群的差异很大，DLS的表现优于ACR> = 300的基线，而HGB <11升至7.3-13.2％。我们的发现提供了进一步的证据，表明外部眼睛照片包含跨越多器官系统的全身健康生物标志物。需要进一步的工作来研究这些生物标志物是否以及如何转化为临床影响。

医院住宿时间（LOS）是最重要的医疗保健度量之一，反映了医院的服务质量，有助于改善医院调度和管理。LOS预测有助于成本管理，因为留在医院的患者通常在资源受到严重限制的情况下这样做。在这项研究中，我们通过机器学习和统计方法审查了LOS预测的论文。我们的文献综述考虑了对卒中患者LOS预测的研究研究。一些受访的研究表明，作者达成了相应的结论。例如，患者的年龄被认为是一些研究中卒中患者LOS的重要预测因子，而其他研究则认为年龄不是一个重要因素。因此，在该领域需要额外的研究以进一步了解卒中患者LOS的预测因子。

高血压是心血管疾病的主要原因和过早死亡。不同的高血压亚型可能在其预后变化，并且需要不同的治疗方法。个人的高血压风险由遗传和环境因素以及它们的相互作用决定。在这项工作中，我们研究了911名非洲裔美国人和1171名欧洲美国人在高血压遗传流行病学网络（Hypergen）Cohort中。我们使用环境变量和基于不同标准选择的遗传功能组建造的高血压子类型分类模型。拟合模型提供了洞察高血压亚型的遗传景观，这可能有助于未来的个性化诊断和治疗高血压。

受益于医疗保健数据的数字化和计算能力的发展，机器学习方法越来越多地用于医疗领域。在医疗保健机器学习中已经确定了公平性问题，导致对有限医疗资源的不公平分配或某些群体的健康风险过多。因此，解决公平问题最近引起了医疗保健社区的越来越多的关注。然而，机器学习的机器学习与机器学习中的公平性的交集仍在研究中。在这篇综述中，我们通过暴露公平问题，总结可能的偏见，整理缓解方法并指出挑战以及未来的机会来建立桥梁。

Tuberculosis (TB), an infectious bacterial disease, is a significant cause of death, especially in low-income countries, with an estimated ten million new cases reported globally in $2020$. While TB is treatable, non-adherence to the medication regimen is a significant cause of morbidity and mortality. Thus, proactively identifying patients at risk of dropping off their medication regimen enables corrective measures to mitigate adverse outcomes. Using a proxy measure of extreme non-adherence and a dataset of nearly $700,000$ patients from four states in India, we formulate and solve the machine learning (ML) problem of early prediction of non-adherence based on a custom rank-based metric. We train ML models and evaluate against baselines, achieving a $\sim 100\%$ lift over rule-based baselines and $\sim 214\%$ over a random classifier, taking into account country-wide large-scale future deployment. We deal with various issues in the process, including data quality, high-cardinality categorical data, low target prevalence, distribution shift, variation across cohorts, algorithmic fairness, and the need for robustness and explainability. Our findings indicate that risk stratification of non-adherent patients is a viable, deployable-at-scale ML solution.

目的：Shapley添加说明（SHAP）是一种流行的事后技术，用于解释黑匣子模型。尽管已经对数据不平衡对预测模型的影响进行了广泛的研究，但在基于Shap的模型解释方面，它在很大程度上仍然未知。这项研究试图研究数据不平衡对深度学习模型的Shap解释的影响，并提出一种减轻这些影响的策略。材料和方法：我们建议在解释黑匣子模型时在背景中调整类别的类别，并在形状中进行解释数据。我们的数据平衡策略是构成背景数据和解释数据，同等分布。为了评估数据调整对模型解释的影响，我们建议将Beeswarm图用作定性工具，以识别“异常”解释伪像，并定量测试可变重要性和预测能力之间的一致性。我们在一项实证研究中证明了我们提出的方法，该研究使用医学信息MART（MIMIC-III）数据预测住院死亡率和多层概念。结果：使用数据平衡策略将使我们能够减少蜜蜂图图中的工件数量，从而减轻数据不平衡的负面影响。此外，通过平衡策略，来自相应重要性排名的顶级变量表明歧视能力得到了改善。讨论和结论：我们的发现表明，平衡的背景和解释数据可以帮助减少偏斜的数据分布引起的解释结果中的噪声，并提高可变重要性排名的可靠性。此外，这些平衡程序提高了在临床应用中识别出异常特征的患者方面的可能性。

传统机器学习方法面临两种主要挑战，在处理医疗保健预测分析任务方面。首先，医疗保健数据的高维性质需要劳动密集型和耗时的过程，为每项新任务选择适当的功能集。其次，这些方法依赖于特征工程来捕获患者数据的顺序性，这可能无法充分利用医疗事件的时间模式及其依赖性。最近的深度学习方法通​​过解决医疗数据的高维和时间挑战，对各种医疗保健预测任务显示了有希望的性能。这些方法可以学习关键因素（例如，医学概念或患者）的有用表示及其与高维原始或最低处理的医疗保健数据的相互作用。在本文中，我们系统地审查了专注于推进和使用深神经网络的研究，以利用患者结构化时间序列数据进行医疗保健预测任务。为了识别相关研究，搜索MEDLINE，IEEE，SCOPUS和ACM数字图书馆于2021年2月7日出版的研究。我们发现研究人员在十个研究流中为深度时间序列预测文献做出了贡献：深入学习模型，缺少价值处理，不规则处理，患者表示，静态数据包容，关注机制，解释，纳入医疗本体，学习策略和可扩展性。本研究总结了这些文献流的研究见解，确定了几个关键研究差距，并提出了未来的患者时间序列数据深入学习的研究机会。