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BiPETE: A Bi-Positional Embedding Transformer Encoder for Risk Assessment of Alcohol and Substance Use Disorder with Electronic Health Records

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저자

Daniel S. Lee, Mayra S. Haedo-Cruz, Chen Jiang, Oshin Miranda, LiRong Wang

개요

본 논문은 전자 건강 기록(EHR)을 사용하여 질병 위험을 예측하기 위한 Transformer 기반 딥러닝 모델인 BiPETE(Bi-Positional Embedding Transformer Encoder)를 제안합니다. BiPETE는 불규칙한 방문 간격과 통일된 구조의 부재로 인한 시간적 종속성 문제를 해결하기 위해 회전 위치 임베딩(relative visit timing)과 사인 임베딩(visit order)을 통합하여 단일 질병 예측을 수행합니다. 두 개의 정신 건강 코호트(우울증 및 외상 후 스트레스 장애(PTSD))의 EHR 데이터를 사용하여 알코올 및 약물 사용 장애(ASUD) 위험을 예측하도록 BiPET를 훈련시켰으며, 기존 모델보다 성능이 우수함을 보였습니다. 또한, 통합 기울기(Integrated Gradients) 방법을 사용하여 모델 예측을 해석하고 ASUD 위험 및 보호와 관련된 주요 임상 특징을 식별했습니다.

시사점, 한계점

BiPETE는 EHR 데이터를 사용한 질병 위험 예측에서 기존 모델보다 뛰어난 성능을 보였습니다.
듀얼 위치 인코딩 전략의 효과를 확인했습니다.
모델 예측을 해석하여 ASUD 위험과 관련된 주요 임상 특징을 식별함으로써 위험 평가 프로세스에 대한 이해를 높였습니다.
대규모 사전 학습 없이 훈련되어 실제 데이터에 적용 가능성을 높였습니다.
두 개의 정신 건강 코호트(우울증 및 PTSD)에 국한된 연구이므로 다른 질병 및 코호트에 대한 일반화는 추가 연구가 필요합니다.
모델의 성능은 데이터의 질과 양에 따라 달라질 수 있습니다.
모델 해석 결과의 임상적 유용성에 대한 추가 검증이 필요합니다.
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