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基于机器学习结合 MALDI - TOF MS 平台快速鉴别耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌
Authors Wang J , Xia C, Wu Y, Tian X, Zhang K, Wang Z
Received 20 March 2022
Accepted for publication 2 July 2022
Published 12 July 2022 Volume 2022:15 Pages 3703—3710
DOI https://doi.org/10.2147/IDR.S367209
Checked for plagiarism Yes
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Editor who approved publication: Professor Héctor M Mora-Montes
背景:快速检测并识别耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌 (CRKP) 对于患者抗生素规范用药至关重要。机器学习结合基质辅助激光解析电离飞行时间质谱 (MALDI-TOF MS) 有着快速、可靠、低成本的物种鉴定能力以及简化抗菌素敏感性检测的潜力。
方法:应用 MALDI-TOF MS 平台对临床收集的肺炎克雷伯杆菌进行数据采集,然后使用随机森林(RF)算法以及非线性支持向量机 (SVM) 构建 RF 模型、SVM 模型以及降维模型(SVM-K)。通过计算模型的准确度、敏感度、特异度以及受试工作者曲线下面积(AUC)以评估模型性能。
结果:RF 模型、SVM 模型和 SVM-K 模型都具有良好的分类性能,准确率分别为 0.88,0.88,0.91;敏感性分别为 0.82,0.85,0.87;特异性分别为 0.93,0.92,0.94;AUC 分别为 0.9101,0.9298,0.9342。SVM-K 模型构建过程中,根据平均准确性的改变,最优降维范围在 105-153 之间,平均准确性达到 0.9 以上。根据 RF 算法得出重要性排名前 10 的峰特征,其中 6515Da 出现在 56.8% 的 CRKP 分离株中,5.3% 的 CSKP 分离株中,具有最佳分类重要性。
结论:RF 模型、SVM 模型和 SVM-K 模型在区分 CRKP 和 CSKP 上都具有优良的分类性能。机器学习结合 MALDI-TOF MS 进行数据分析可开发出一种快速区分 CRKP 和 CSKP 的方法。
Keywords: Klebsiella pneumoniae , RF, SVM, SVM-K, MALDI-TOF MS