Алгоритм построения функции риска расширенной модели кокса и его применение на базе данных больных раком предстательной железы

Введение. В медицине и связанных с нею отраслях для анализа выживаемости используются биоинспирированные подходы, среди которых особое место занимает регрессионная модель Кокса. Практика ее применения описана в теоретической и прикладной литературе. Однако требует тщательной проработки существенный недостаток данного метода. Дело в том, что признаки коррелируют с функцией риска линейно, и модель не задействует более сложные зависимости. Это создает трудности при исследовании анализа выживаемости. Представленная работа нацелена на решение данной проблемы. Объект изучения - расширенная модель Кокса, в которой функция риска включает нелинейную комбинацию признаков.Материалы и методы. Использовалась база данных больных раком предстательной железы, так как в мировой онкологии это широко распространенный диагноз. Определен класс расширенных моделей Кокса с аддитивно-мультипликативной функцией риска. Для решения задачи методом оптимизации построена функция приспособленности, которая оценивает результаты прогнозов, количество признаков, а также степень переобучения модели - сложность и нагруженность составленной функции риска. Для оптимизации функции приспособленности разработан алгоритм муравьев-опылителей. Он имитирует размножение цветковых растений с помощью насекомых-опылителей и состоит из трех частей: муравьиный алгоритм, генетический алгоритм и алгоритм опыления. Качество обучения модели Кокса оценивали по С-индексу.Результаты исследования. Предложен метаэвристический алгоритм оптимизации муравьев-опылителей, позволяющий строить функции риска расширенной модели Кокса. Набор параметров для обучения стандартной модели Кокса - весь используемый комплекс признаков: распространенность опухолевого процесса, время удвоения простатспецифического антигена (ПСА), сумма баллов по шкале Глисона, сывороточная концентрация ПСА на момент постановки диагноза, возраст и образование пациента, резус-фактор. Значение c-индекса обученной модели - 0,853691. Расширенная модель Кокса с найденной аддитивно-мультипликативной функцией риска имеет более высокий показатель С-индекса - 0,856241 с меньшим количеством используемых признаков (распространенность опухолевого процесса, время удвоения ПСА и сумма баллов по Глисону). По качеству этот подход не уступает классической модели Кокса или превосходит ее. Сокращение числа задействованных признаков должно повысить оперативность врачебного решения и ускорить начало лечения.Обсуждение и заключение. Представленный алгоритм построения моделей анализа выживаемости повысил точность предсказания наступления терминального события и уменьшил количество используемых для этой цели признаков. Разница в точности для исследуемого набора данных представляется несущественной - С-индекс возрос с 0,853691 до 0,856241 (на 0,3 %). При этом количество принимаемых во внимание признаков сократилось с 7 до 3 (на 57,1 %). Следовательно, предложенный метод эффективно решает задачу выбора признаков и может быть применен для повышения качества прогнозирования.