基于sMRI的可解释性机器学习模型在预测精神分裂症患者攻击暴力行为中的价值
Value of interpretable machine learning models based on sMRI in predicting aggressive and violent behaviors in schizophrenia patients
摘要目的 通过基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry,VBM),比较具有攻击暴力行为与无攻击暴力行为精神分裂症(schizophrenia,SCZ)患者之间的结构磁共振成像(structural MRI,sMRI)特征差异,并构建机器学习模型,实现对攻击暴力行为SCZ患者的早期识别预测.材料与方法 回顾性分析2023年3月至2025年6月在山东省戴庄医院住院确诊为SCZ的患者146例,其中攻击暴力行为组77例,无攻击暴力行为组69例.对比两组患者的临床指标及sMRI形态学特征差异,并构建SCZ患者攻击暴力行为的机器学习预测模型.结果 两组患者之间的临床指标差异均无统计学意义(P>0.05);攻击暴力组的左侧岛叶皮层厚度、左侧梭状回皮层厚度、左侧岛盖部高斯曲率、右侧岛叶皮层厚度、左侧岛盖部平均曲率、右侧前额叶中后部皮层厚度低于无攻击暴力组(P<0.05).在四种机器学习预测模型中,逻辑回归(logistic regression,LR)、决策树(decision tree,DT)、随机森林(random forest,RF)、支持向量机(support vector machine,SVM)的曲线下面积(area under the curve,AUC)分别为0.824、0.821、0.917、0.940;DeLong检验结果显示,SVM模型的预测效能最高(P<0.05).SHAP(SHapley Additive exPlanations)分析表明,左侧岛叶皮层厚度是预测SCZ攻击暴力行为的核心特征.决策曲线分析(decision curve analysis,DCA)显示四种模型均具有较高的临床决策指导价值.结论 基于sMRI的机器学习模型可有效预测SCZ患者的攻击暴力行为,其中SVM模型的预测性能最优.
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