前庭导水管综合征儿童声能传递特点及机器学习模型构建

木怡, 蒋雯, 林欢, 等. 前庭导水管综合征儿童声能传递特点及机器学习模型构建[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2024, 38(3): 207-211. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2024.03.005
引用本文: 木怡, 蒋雯, 林欢, 等. 前庭导水管综合征儿童声能传递特点及机器学习模型构建[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2024, 38(3): 207-211. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2024.03.005
MU Yi, JIANG Wen, LIN Huan, et al. Wideband acoustic immittance characteristics and machine learning-based diagnostic model for children with large vestibular aqueduct syndrome[J]. J Clin Otorhinolaryngol Head Neck Surg, 2024, 38(3): 207-211. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2024.03.005
Citation: MU Yi, JIANG Wen, LIN Huan, et al. Wideband acoustic immittance characteristics and machine learning-based diagnostic model for children with large vestibular aqueduct syndrome[J]. J Clin Otorhinolaryngol Head Neck Surg, 2024, 38(3): 207-211. doi: 10.13201/j.issn.2096-7993.2024.03.005

前庭导水管综合征儿童声能传递特点及机器学习模型构建

  • 基金项目:
    江苏省研究生科研与实践创新计划项目(No:KYCX23_2940)
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Wideband acoustic immittance characteristics and machine learning-based diagnostic model for children with large vestibular aqueduct syndrome

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  • 目的 探讨大前庭导水管综合征(large vestibular aqueduct syndrome,LVAS)儿童的声能传递特点,以及基于宽频声导抗(wideband acoustic immittance,WAI)和机器学习(machine learning,ML)技术的LVAS诊断模型构建。方法 回顾性分析38例(76耳)LVAS儿童和44例(88耳)听力正常儿童的病史、听力检查、颞骨CT扫描和WAI测试结果。对WAI可解释变量进行统计分析,并构建多变量诊断模型。结果 2组在耳别、性别、年龄等因素上差异均无统计学意义(P>0.05)。LVAS组在1 000~2 519 Hz的吸收率显著低于对照组,而在4 000~6 349 Hz的吸收率显著高于对照组(P < 0.05)。WBA在5 039 Hz的环境压力下具有一定的诊断价值(AUC=0.767)。多变量诊断模型具有较高的诊断价值(AUC>0.8),其中K-Nearest Neighbor(KNN)模型表现最佳(AUC=0.961)。结论 LVAS儿童的声能传递特点与正常儿童有显著差异,基于WAI和ML技术的诊断模型具有较高的准确性和可靠性,为WAI测试的智能化诊断提供了新思路和方法。
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  • 图 1  LVAS组与对照组WBA比较

    图 2  ROC曲线分析

    表 1  LVAS组与对照组基线资料比较

    项目 正常组 LVAS组 P
    年龄/岁 5.56±3.48 4.47±2.94 0.135
    性别/例(%) 0.443
      男 24(54.55) 23(60.53)
      女 20(45.45) 15(39.47)
    耳别/例(%) 0.665
      左 42(47.78) 38(50.00)
      右 46(52.22) 38(50.00)
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    表 2  LVAS组与对照组的WBA、YM和YP比较 X±S

    频率/Hz 峰值压力 环境压力
    对照组 LVAS组 P 对照组 LVAS组 P
    WBA
      226 0.10±0.46 0.12±0.06 0.191 0.10±0.05 0.11±0.06 0.218
      324 0.15±0.07 0.17±0.09 0.135 0.14±0.06 0.16±0.09 0.126
      385 0.20±0.08 0.22±0.10 0.081 0.18±0.08 0.20±0.10 0.124
      500 0.28±0.11 0.30±0.12 0.198 0.25±0.10 0.27±0.12 0.389
      629 0.37±0.13 0.40±0.15 0.138 0.34±0.12 0.35±0.14 0.545
      793 0.50±0.15 0.52±0.16 0.533 0.47±0.14 0.45±0.16 0.480
      1 000 0.64±0.15 0.59±0.17 0.046 0.60±0.15 0.51±0.18 < 0.001
      1 259 0.73±0.13 0.60±0.17 < 0.001 0.71±0.14 0.53±0.18 < 0.001
      1 587 0.78±0.13 0.61±0.18 < 0.001 0.79±0.13 0.56±0.19 < 0.001
      2 000 0.80±0.16 0.64±0.18 < 0.001 0.80±0.16 0.62±0.20 < 0.001
      2 519 0.77±0.20 0.67±0.19 0.001 0.76±0.20 0.67±0.20 0.002
      3 174 0.66±0.23 0.70±0.19 0.180 0.65±0.23 0.69±0.20 0.254
      4 000 0.43±0.24 0.63±0.29 < 0.001 0.43±0.24 0.62±0.29 < 0.001
      5 039 0.33±0.19 0.52±0.26 < 0.001 0.33±0.19 0.52±0.26 < 0.001
      6 349 0.22±0.13 0.37±0.21 < 0.001 0.22±0.13 0.38±0.21 < 0.001
      8 000 0.26±0.19 0.31±0.19 0.063 0.26±0.19 0.32±0.19 0.053
    YM
      226 1.29±0.43 1.50±0.62 0.011 1.24±0.37 1.40±0.61 0.032
      678 3.54±1.11 3.90±2.04 0.155 3.40±1.04 3.52±2.00 0.606
      800 4.20±1.27 4.53±3.04 0.362 4.07±1.22 4.15±3.26 0.814
      1 000 5.21±1.71 4.77±2.33 0.146 5.14±1.72 4.47±2.65 0.044
    YP
      226 1.34±0.07 1.35±0.09 0.313 1.35±0.09 1.34±0.11 0.799
      678 1.05±0.20 1.01±0.22 0.248 1.08±0.21 1.05±0.22 0.324
      800 0.94±0.25 0.89±0.29 0.237 2.45±9.56 0.96±0.28 0.145
      1 000 2.22±9.58 4.47±15.03 0.237 2.29±9.54 3.07±11.74 0.625
    WBA:宽频吸收率;YM:导纳幅值;YP:导纳相位。
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    表 3  WAI可解释特征的诊断价值分析

    考核指标 AUC Cut-off值 灵敏度 特异度
    WBATPP/Hz
      1 000 0.415 -1.000 1.000 < 0.001
      1 259 0.252 -1.000 1.000 < 0.001
      1 587 0.198 -1.000 1.000 < 0.001
      2 000 0.208 0.985 0.013 0.989
      2 519 0.318 0.475 0.921 0.126
      4 000 0.754 0.556 0.724 0.736
      5 039 0.767 0.495 0.658 0.828
      6 349 0.734 0.305 0.632 0.828
    YMTPP/Hz
      226 0.343 1.830 1.000 0.011
    WBA0/Hz
      1 000 0.340 -1.000 1.000 < 0.001
      1 259 0.171 -1.000 1.000 < 0.001
      1 587 0.126 -1.000 1.000 < 0.001
      2 000 0.190 -1.000 1.000 < 0.001
      2 519 0.333 0.515 0.855 0.161
      4 000 0.736 0.670 0.592 0.851
      5 039 0.765 0.469 0.671 0.793
      6 349 0.743 0.271 0.737 0.736
    YM0/Hz
      226 0.366 7.090 0.026 1.000
      1 000 0.279 1.635 1.000 0.023
    共振频率 0.652 930.500 0.472 0.841
    WBATPP:峰值压力下的吸收率;WBA0:环境压力下的吸收率;YMTPP:峰值压力下的导纳幅值;YM0:环境压力下的导纳幅值。
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    表 4  模型准确率汇总表 %

    模型 训练集 测试集
    C5.0 93.02 80.00
    RF 93.02 85.00
    KNN 83.72 83.50
    BP 91.47 77.50
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    表 5  模型在测试集上的模型评价

    模型 灵敏度/% 特异度/% AUC
    C5.0 95.00 95.00 0.858
    RF 80.77 75.00 0.916
    KNN 95.24 94.74 0.961
    BP 95.50 87.70 0.919
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出版历程
收稿日期:  2023-07-14
修回日期:  2023-09-28
刊出日期:  2024-03-03

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