原始论文gydF4y2Ba
摘要gydF4y2Ba
背景:gydF4y2Ba急诊科(ED)分诊系统分类和优先考虑患者从高风险到不太紧急仍然是一个挑战。gydF4y2Ba
摘要目的:gydF4y2Ba本研究包括80,433名患者,旨在利用在急诊科分诊过程中收集的信息开发成人患者重症监护结果的机器学习算法预测模型,并使用韩国分诊和敏锐度量表(KTAS)将其性能与基线模型进行比较。gydF4y2Ba
方法:gydF4y2Ba为了预测重症监护的需要,我们从分类信息中使用了13个预测指标:年龄、性别、ED到达方式、ED发作和到达的时间间隔、ED就诊原因、主诉、收缩压、舒张压、脉搏率、呼吸率、体温、血氧饱和度和意识水平。采用logistic回归建立KTAS基线模型,采用极限梯度增强(XGB)和深度神经网络(DNN)算法生成13个变量的机器学习模型。鉴别用受试者工作特征曲线下面积(AUROC)测定。评价了Hosmer-Lemeshow检验的校正能力和净重分类指数的再分类能力。分析采用标定图和偏相关图。gydF4y2Ba
结果:gydF4y2Ba全变量集模型的AUROC(0.833-0.861)优于基线模型(0.796)。AUROC为0.861 (95% CI 0.848-0.874)的XGB模型比DNN模型0.833 (95% CI 0.819-0.848)的判别性能更好。在净重分类指数为正的情况下,XGB和DNN模型的重分类效果优于基线模型。XGB模型校正良好(Hosmer-Lemeshow检验;gydF4y2BaPgydF4y2Ba> . 05);然而,DNN显示出较差的校准能力(Hosmer-Lemeshow test;gydF4y2BaPgydF4y2Ba<措施)。我们进一步解释了变量与重症监护预测之间的非线性关联。gydF4y2Ba
结论:gydF4y2Ba我们的研究表明,使用急诊科分诊初始信息的XGB模型在预测需要重症监护的患者方面的表现优于使用KTAS的传统模型。gydF4y2Ba
doi: 10.2196/30770gydF4y2Ba
关键字gydF4y2Ba
介绍gydF4y2Ba
急诊科(ED)人满为患已成为一个世界性的主要卫生保健问题。gydF4y2Ba
-gydF4y2Ba ]。因此,大多数急诊科都有分诊,以应对不断增长的患者数量[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。急诊科分诊是对高危病人进行优先排序和决定病人急诊科护理过程的第一个风险评估[gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。在分诊时准确识别需要立即护理的患者并为急诊科患者提供快速护理是至关重要的,因为延迟护理可能导致许多临床疾病的发病率和死亡率增加[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba五级分诊系统,包括加拿大分诊和敏度度量表(CTAS)、曼彻斯特分诊系统(MTS)和紧急情况严重程度指数(ESI),被广泛使用[gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。韩国分诊和敏锐度量表(KTAS)是在2012年以cta为基础开发的,自2016年起在韩国全国范围内作为ED分诊工具使用[gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。虽然急诊科已经建立了五级分诊制度,但由于其严重依赖医疗服务提供者的主观判断,因此存在很大的可变性,因此需要改进[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba极端梯度增强(XGB)和深度神经网络(dnn)等机器学习算法具有拟合大型数据集中预测因子和结果之间非线性关系的优势[gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。最近的文献表明,使用分诊信息的机器学习预测模型在筛选有住院、重症监护病房(ICU)入院、死亡率和重症监护风险的ED患者时,比使用传统的五级分诊评分方法的基线模型表现更好。重症监护病房被定义为ICU入院和死亡率的综合结果[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba临床预测模型的特征应该是辨别性(discriminate)和校准性(calibration),前者表明模型区分将发生事件的患者和不会发生事件的患者的能力有多强,后者指的是预测与观察结果之间的一致性[gydF4y2Ba
-gydF4y2Ba ]。系统综述报道,用于临床预测的机器学习模型研究几乎总是使用受试者工作特征(AUROC)曲线下的面积来评估判别性能,而风险预测的可靠性,即校准,很少被评估[gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。在以往大多数关于急症分诊的研究中,提供了与鉴别能力有关的性能指标,但评估预测与真实风险的接近程度的校准却很少报道。Raita等人使用四种机器学习算法提供了急诊科分诊预测重症监护结果的AUROC [gydF4y2Ba ]。Kwon等人评估了基于深度学习的重症患者分诊和敏锐度评分模型的辨识度[gydF4y2Ba ]。Goto等人[gydF4y2Ba ]研究了机器学习方法在预测急诊科哮喘和慢性阻塞性肺疾病加重患者重症监护结果方面的判别性能。然而,在回顾的研究中,重症监护结果模型的校准并未作为一项性能衡量指标。校准不良的预测算法模型可能会产生误导,可能导致不正确和潜在有害的临床决策[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。因此,需要对急诊科危重患者分诊时的预测模型中校准的性能进行评估。gydF4y2Ba此外,迄今为止还没有研究调查过机器学习模型在ED分类中的可解释性。机器学习的可解释性定义为机器学习用户理解和解释机器学习模型所做预测的程度[gydF4y2Ba
-gydF4y2Ba ]。缺乏解释是建立临床医生信任和在临床实践中广泛采用机器学习模型的障碍[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。解释机器学习算法模型预测结果的合理性,确保模型基于正确的原因做出正确的预测,这是提高临床医生购买的必要条件[gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。因此,在本研究中,我们应用部分依赖图(PDP),一种用于解释预测因子与预测结果之间关系的全局模型不可知论技术,来研究机器学习预测在急诊科临床护理中的可解释性[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba我们利用常规可用的分诊信息开发并验证了危重病护理结果的机器学习预测模型。我们假设,与使用逻辑回归的基线KTAS模型相比,将机器学习算法应用于急诊科分类信息可以提高急诊科患者重症监护结果预测的性能。gydF4y2Ba
方法gydF4y2Ba
研究设计、设置和数据来源gydF4y2Ba
这是一项回顾性研究,研究对象是2016年1月1日至2018年12月31日期间,在一家城市三级医疗学术中心急诊科就诊的患者,该中心每年的人口普查约为7万人。我们收集了人口统计数据(年龄和性别)、急诊科到达的方式、发病和急诊科就诊的时间间隔、急诊科就诊的原因、主诉、初始生命体征测量、KTAS评分和处理结果(急诊科结果和入院结果)。所有数据均来自韩国国家应急部门信息系统。gydF4y2Ba
研究人群gydF4y2Ba
我们考虑了在研究期间到急诊科就诊的成年患者(年龄≥18岁)。我们排除了在分诊时不需要临床结果预测的患者,即到达急诊科时心脏骤停或死亡的患者。此外,我们排除了转到另一家医院或未完成护理的患者,因为无法确定他们的ED结果。未纳入分诊信息缺失或无效的患者(表S1;gydF4y2Ba
).gydF4y2Ba结果gydF4y2Ba
本研究的主要转归是重症监护转归,定义为直接入住ICU或既往研究中住院死亡率的总和[gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba变量与预处理gydF4y2Ba
对于重症监护的预测,我们共纳入了13个变量:年龄、性别、ED到达的方式、发作和ED到达的时间间隔、ED就诊原因、主诉、收缩压(SBP)、舒张压(DBP)、脉搏率(PR)、呼吸率(RR)、体温(BT)、氧饱和度和意识水平,即警觉、言语、疼痛和无反应(AVPU)。急诊科到达的方式分为两种选择:使用救护车或不使用救护车。去急诊室的原因有两个价值,要么是生病,要么是受伤。以统一医学语言系统(UMLS)为基础的主诉是从547个代码中选出的。中描述了变量的预处理细节gydF4y2Ba
(表S1)。gydF4y2Ba模型开发gydF4y2Ba
采用XGB和DNN两种现代预测算法建立了关键结局的预测模型。gydF4y2Ba
XGB算法是一种前沿的梯度增强机制的机器学习应用[gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。梯度增强是一种集成算法,新树专注于调整先前树模型产生的误差[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。我们使用五倍交叉验证在训练集上实现了XGB模型。通过网格搜索选择调优超参数的最大深度为5,学习率为0.1(表S2;gydF4y2Ba ).对于装备学习机制以适应非线性关系和高阶相互作用的DNN算法,[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ],我们使用从网格搜索中选择的三个隐藏层:(1)一个整流线性单元作为激活函数;(2)自适应矩估计作为优化器;(3) drop-out率为10%,lambda为零值,二值交叉熵为损失函数(表S2,gydF4y2Ba ).gydF4y2Ba采用随机抽样将整个数据集分成训练集(80%)和验证集(20%)。在验证数据集中对预测模型的性能进行了评价。gydF4y2Ba
统计分析gydF4y2Ba
对于研究人群的特点,根据重症监护,双尾gydF4y2BatgydF4y2Ba曼-惠特尼测试gydF4y2BaUgydF4y2Ba对连续变量进行检验,对分类变量进行卡方检验或Fisher精确检验。gydF4y2Ba
AUROC评估了作为主要衡量标准的辨析能力,它指的是模型区分发生事件高风险人群和低风险人群的能力[gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba ]。我们使用DeLong检验比较模型间的AUROC [gydF4y2Ba ]。使用净重分类指数(NRI)评估重分类改善[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。NRI量化新模型与参考模型相比在重新分类科目方面的表现[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。采用Hosmer-Lemeshow检验(二元结果预测模型的拟合优度度量)评估模型校准[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。此外,在信度图上描述校准,以表示预测概率与观测结果之间的关系[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。理想的校正应在45度线内[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。报告了性能指标的敏感性、特异性、阳性预测值(ppv)和阴性预测值(npv)。我们使用85%的灵敏度截止点来说明性能。gydF4y2Ba采用置换变量重要性的方法评估和确定每个预测模型的变量重要性,该方法通过测量每个变量被置换时模型预测性能(AUROC)的下降来计算重要性[gydF4y2Ba
-gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba最后,对于最佳预测模型,在平均模型中其他预测因子的效果后,将每个变量的方向和效应大小的PDP可视化[gydF4y2Ba
-gydF4y2Ba ]。更具体地说,通过计算单个变量对预测结果的边际效应而得出的偏相关性表明了一个变量与预测响应之间的关联是线性的还是非线性的[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba小动物——一张长有gydF4y2BaPgydF4y2Ba<的值。05was considered statistically significant, and a 95% CI was provided. All analyses were performed using the R software (version 3.6.1, R Foundation for Statistical Computing).
道德声明gydF4y2Ba
首尔大学医院审查委员会批准了这项研究,并放弃了同意的要求。所有方法均按照相关指南和规定进行。gydF4y2Ba
结果gydF4y2Ba
研究对象特征gydF4y2Ba
从2016年1月1日到2018年12月31日,共有147865例成人急诊就诊。在排除急诊科到达时心脏骤停或死亡的患者(n=401)、转到其他医院的患者(n=6230)、出院时未完成护理的患者(n=2696)和缺失或无效值的患者(n=58,105)后,本研究共纳入80,433名急诊科成年患者,其中3737名(4.6%)确定为危重监护(gydF4y2Ba
).gydF4y2Ba![](https://asset.jmir.pub/assets/e0d5cdb84a6f9e027b386b4f7da60858.png)
本研究的研究人群分为两个样本:(1)训练数据集,包含80%的数据集,有64,346例患者,其中包含3015例(4.7%)重症监护患者;(2)验证数据集,包含剩余20%的数据集,有16,807例患者,其中722例(4.5%)被确定为重症监护患者。训练数据集和验证数据集的特征无显著差异(表S3;gydF4y2Ba
).gydF4y2Ba根据研究结果,ED患者的特征见gydF4y2Ba
.危重患者更有可能是女性,年龄较大,呼叫EMS,并且患病比例高于未接受危重护理的患者。在有无重症监护的患者中,从ED发作到ED到达的时间间隔无显著差异。两组患者的初始生命体征和意识水平有显著差异。危重患者中最常见的主诉是呼吸困难和发热。重症监护组的KTAS中位数为2分(紧急级别),非重症监护组的KTAS中位数为3分(紧急级别)。重症监护组患者的急诊科住院时间为6.4小时,非重症监护组为4.0小时(gydF4y2Ba ).gydF4y2Ba特征gydF4y2Ba | 总(N = 80433)gydF4y2Ba | 艾德gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba放电(n = 76696)gydF4y2Ba | 重症监护(n=3737)gydF4y2Ba | PgydF4y2Ba价值gydF4y2Ba | ||||||
性别,n (%)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | |||||||||
男性gydF4y2Ba | 39210 (48.7)gydF4y2Ba | 37010 (48.3)gydF4y2Ba | 2200 (58.9)gydF4y2Ba | |||||||
女gydF4y2Ba | 41223 (51.3)gydF4y2Ba | 39686 (51.7)gydF4y2Ba | 1537 (41.1)gydF4y2Ba | |||||||
年龄,中位数(IQR)gydF4y2Ba | 61.0 (46.0 - -73.0)gydF4y2Ba | 61.0 (45.0 - -72.0)gydF4y2Ba | 69.0 (58.0 - -77.0)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
发作至ED到达间隔(小时),中位数(IQR)gydF4y2Ba | 23.9 (3.8 - -96.0)gydF4y2Ba | 23.9 (3.8 - -96.0)gydF4y2Ba | 23.1 (4.4 - -95.8)gydF4y2Ba | 。gydF4y2Ba | ||||||
急诊到达方式(EMSgydF4y2BabgydF4y2Ba使用),n (%)gydF4y2Ba | 19264 (24.0)gydF4y2Ba | 17162 (22.4)gydF4y2Ba | 2102 (56.2)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
急诊科就诊原因,n (%)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | |||||||||
疾病gydF4y2Ba | 73645 (91.6)gydF4y2Ba | 70021 (91.3)gydF4y2Ba | 3624 (97.0)gydF4y2Ba | |||||||
受伤gydF4y2Ba | 6788 (8.4)gydF4y2Ba | 6675 (8.7)gydF4y2Ba | 113 (3.0)gydF4y2Ba | |||||||
初始生命体征数据中位数(IQR)gydF4y2Ba | ||||||||||
SBPgydF4y2BacgydF4y2Ba毫米汞柱,gydF4y2Ba | 141.0 (126.0 - -165.0)gydF4y2Ba | 142.0 (126.0 - -165.0)gydF4y2Ba | 133.0 (113.0 - -160.0)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
菲律宾gydF4y2BadgydF4y2Ba毫米汞柱,gydF4y2Ba | 81.0 (72.0 - -92.0)gydF4y2Ba | 82.0 (72.0 - -92.0)gydF4y2Ba | 75.0 (63.0 - -88.0)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
公关gydF4y2BaegydF4y2Ba次/分钟,gydF4y2Ba | 86.0 (74.0 - -101.0)gydF4y2Ba | 86.0 (74.0 - -101.0)gydF4y2Ba | 94.0 (77.0 - -112.0)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
RRgydF4y2BafgydF4y2Ba次/分钟gydF4y2Ba | 18.0 (16.0 - -20.0)gydF4y2Ba | 18.0 (16.0 - -20.0)gydF4y2Ba | 20.0 (18.0 - -24.0)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
英国电信gydF4y2BaggydF4y2Ba°CgydF4y2Ba | 36.5 (36.3 - -36.7)gydF4y2Ba | 36.5 (36.3 - -36.7)gydF4y2Ba | 36.5 (36.3 - -37.0)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
热点;gydF4y2Ba2gydF4y2BahgydF4y2Ba, %gydF4y2Ba | 97.0 (96.0 - -98.0)gydF4y2Ba | 97.0 (96.0 - -98.0)gydF4y2Ba | 97.0 (94.0 - -98.0)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
非警报,n (%)gydF4y2Ba | 3592 (4.5)gydF4y2Ba | 2858 (3.7)gydF4y2Ba | 734 (19.6)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
主诉,n (%)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | |||||||||
呼吸困难gydF4y2Ba | 7705 (9.6)gydF4y2Ba | 6793 (8.9)gydF4y2Ba | 912 (24.4)gydF4y2Ba | |||||||
发热gydF4y2Ba | 7275 (9.0)gydF4y2Ba | 6991 (9.1)gydF4y2Ba | 284 (7.6)gydF4y2Ba | |||||||
腹部疼痛gydF4y2Ba | 5302 (6.6)gydF4y2Ba | 5136 (6.7)gydF4y2Ba | 166 (4.4)gydF4y2Ba | |||||||
胸部疼痛gydF4y2Ba | 5042 (6.3)gydF4y2Ba | 4487 (5.9)gydF4y2Ba | 555 (14.9)gydF4y2Ba | |||||||
头晕gydF4y2Ba | 3550 (4.4)gydF4y2Ba | 3505 (4.6)gydF4y2Ba | 45 (1.2)gydF4y2Ba | |||||||
其他人gydF4y2Ba | 51559 (64.1)gydF4y2Ba | 49784 (64.9)gydF4y2Ba | 1775 (47.5)gydF4y2Ba | |||||||
KTASgydF4y2Ba我gydF4y2Ba水平,n (%)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | |||||||||
1:复苏gydF4y2Ba | 870 (1.1)gydF4y2Ba | 404 (0.5)gydF4y2Ba | 466 (12.5)gydF4y2Ba | |||||||
2:紧急gydF4y2Ba | 12646 (15.7)gydF4y2Ba | 10692 (13.9)gydF4y2Ba | 1954 (52.3)gydF4y2Ba | |||||||
3:紧急gydF4y2Ba | 47977 (59.6)gydF4y2Ba | 46702 (60.9)gydF4y2Ba | 1275 (34.1)gydF4y2Ba | |||||||
4 .不那么紧急gydF4y2Ba | 16637 (20.7)gydF4y2Ba | 16599 (21.6)gydF4y2Ba | 38 (1.0)gydF4y2Ba | |||||||
5: NonurgentgydF4y2Ba | 2303 (2.9)gydF4y2Ba | 2299 (3.0)gydF4y2Ba | 4 (0.1)gydF4y2Ba | |||||||
埃德•洛gydF4y2BajgydF4y2Ba(小时),中位数(IQR)gydF4y2Ba | 4.1 (2.4 - -7.3)gydF4y2Ba | 4.0 (2.4 - -7.2)gydF4y2Ba | 6.4 (3.7 - -10.4)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | ||||||
ED配置,n (%)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | |||||||||
ED放电gydF4y2Ba | 57014 (70.9)gydF4y2Ba | 57014 (74.3)gydF4y2Ba | 0 (0.0)gydF4y2Ba | |||||||
沃德承认gydF4y2Ba | 19123 (23.8)gydF4y2Ba | 18630 (24.3)gydF4y2Ba | 493 (13.2)gydF4y2Ba | |||||||
加护病房gydF4y2BakgydF4y2Ba入学gydF4y2Ba | 3170 (3.9)gydF4y2Ba | 0 (0.0)gydF4y2Ba | 3170 (84.8)gydF4y2Ba | |||||||
或gydF4y2BalgydF4y2Ba入学gydF4y2Ba | 1080 (1.3)gydF4y2Ba | 1052 (1.4)gydF4y2Ba | 28日(0.7)gydF4y2Ba | |||||||
ED死亡率gydF4y2Ba | 46 (0.1)gydF4y2Ba | 0 (0.0)gydF4y2Ba | 46 (1.2)gydF4y2Ba | |||||||
住院死亡率,n (%)gydF4y2Ba | 804 (1.0)gydF4y2Ba | 0 (0.0)gydF4y2Ba | 804 (21.5)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba |
一个gydF4y2Ba急诊科。gydF4y2Ba
bgydF4y2BaEMS:紧急医疗服务。gydF4y2Ba
cgydF4y2Ba收缩压:收缩压。gydF4y2Ba
dgydF4y2BaDBP:舒张压。gydF4y2Ba
egydF4y2BaPR:脉搏率。gydF4y2Ba
fgydF4y2BaRR:呼吸频率。gydF4y2Ba
ggydF4y2BaBT:体温。gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba热点;gydF4y2Ba2gydF4y2Ba:氧饱和度。gydF4y2Ba
我gydF4y2BaKTAS:韩式分诊和急症量表。gydF4y2Ba
jgydF4y2BaLOS:停留时间。gydF4y2Ba
kgydF4y2BaICU:重症监护病房。gydF4y2Ba
lgydF4y2Ba手术室:手术室。gydF4y2Ba
主要分析gydF4y2Ba
验证数据集的分类结果见gydF4y2Ba
验证队列的预测性能指标,包括敏感性、特异性、PPV和NPV,见gydF4y2Ba
.XGB和DNN模型的灵敏度为0.85,高于基线模型(0.65,95% CI为0.61-0.68),截止值为KTAS 2。作为权衡,使用单一KTAS变量的传统模型的特异性为0.85 (95% CI 0.84-0.86),高于XGB模型的特异性0.71 (95% CI 0.70-0.72)和DNN模型的特异性0.64 (95% CI 0.64-0.65)。由于重症监护结果的发生率较低,所有模型均具有较高的NPV, 95% CI范围为0.98至0.99。gydF4y2Ba按KTAS水平划分的实际及预测结果数目载于gydF4y2Ba
.对于验证数据集,基线模型正确地识别出469名在分诊级别1和2中需要重症监护的患者,占所有重症监护结果的65.0%。然而,在这些高敏度类别中,它对2296名患者进行了过度分类。使用单一KTAS变量的传统模型低估了35%需要重症监护的患者,无法预测3至5级分诊的所有重症监护结果(253例)。与基线模型相比,XGB模型将KTAS 1级和2级的假阳性病例从2296例减少到1533例,将KTAS 3级到5级的假阴性病例从253例减少到80例。gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba | 歧视gydF4y2Ba | 重新分类gydF4y2Ba | 校准gydF4y2Ba | |||
AUROCgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba(95%置信区间)gydF4y2Ba | PgydF4y2Ba价值gydF4y2BabgydF4y2Ba | 个新名词gydF4y2BacgydF4y2Ba(95%置信区间)gydF4y2Ba | PgydF4y2Ba价值gydF4y2Ba | h lgydF4y2BadgydF4y2Ba测试中,gydF4y2BaPgydF4y2Ba价值gydF4y2Ba | ||
KTASgydF4y2BaegydF4y2Ba | 0.796 (0.781 - -0.811)gydF4y2Ba | 参考gydF4y2Ba | 参考gydF4y2Ba | 参考gydF4y2Ba | .80gydF4y2Ba | |
XGBgydF4y2BafgydF4y2Ba | 0.861 (0.848 - -0.874)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | 0.293 (0.219 - -0.366)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | 。gydF4y2Ba | |
款gydF4y2BaggydF4y2Ba | 0.833 (0.819 - -0.848)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | 0.032 (0.024 - -0.041)gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba | <.001gydF4y2Ba |
一个gydF4y2BaAUROC:接收机工作特性下的面积。gydF4y2Ba
bgydF4y2BaPgydF4y2BaAUROC值采用DeLong检验法计算。gydF4y2Ba
cgydF4y2BaNRI:净重分类指数。gydF4y2Ba
dgydF4y2Ba霍斯默-莱梅索测验。gydF4y2Ba
egydF4y2BaKTAS:韩式分诊和急症量表。gydF4y2Ba
fgydF4y2BaXGB:极端梯度增强。gydF4y2Ba
ggydF4y2BaDNN:深度神经网络。gydF4y2Ba
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模型gydF4y2Ba | 信用评分底线gydF4y2Ba | TPgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba | 《外交政策》gydF4y2BabgydF4y2Ba | TNgydF4y2BacgydF4y2Ba | FNgydF4y2BadgydF4y2Ba | 灵敏度(95% CI)gydF4y2Ba | 特异性(95% CI)gydF4y2Ba | PPVgydF4y2BaegydF4y2Ba(95%置信区间)gydF4y2Ba | 净现值gydF4y2BafgydF4y2Ba(95%置信区间)gydF4y2Ba |
基线KTASgydF4y2BaggydF4y2Ba | 0.156gydF4y2BahgydF4y2Ba | 469gydF4y2Ba | 2296gydF4y2Ba | 13069年gydF4y2Ba | 253gydF4y2Ba | 0.65 (0.61 - -0.68)gydF4y2Ba | 0.85 (0.84 - -0.86)gydF4y2Ba | 0.17 (0.16 - -0.18)gydF4y2Ba | 0.98 (0.98 - -0.98)gydF4y2Ba |
XGBgydF4y2Ba我gydF4y2Ba | 0.036gydF4y2Ba | 616gydF4y2Ba | 4476gydF4y2Ba | 10889年gydF4y2Ba | 106gydF4y2Ba | 0.85 (0.83 - -0.88)gydF4y2Ba | 0.71 (0.70 - -0.72)gydF4y2Ba | 0.12 (0.11 - -0.13)gydF4y2Ba | 0.99 (0.99 - -0.99)gydF4y2Ba |
款gydF4y2BajgydF4y2Ba | 0.444gydF4y2Ba | 614gydF4y2Ba | 5475gydF4y2Ba | 9890gydF4y2Ba | 108gydF4y2Ba | 0.85 (0.82 - -0.88)gydF4y2Ba | 0.64 (0.64 - -0.65)gydF4y2Ba | 0.10 (0.09 - -0.11)gydF4y2Ba | 0.99 (0.99 - -0.99)gydF4y2Ba |
一个gydF4y2BaTP:真正的积极。gydF4y2Ba
bgydF4y2BaFP:假阳性。gydF4y2Ba
cgydF4y2BaTN:真正的否定。gydF4y2Ba
dgydF4y2BaFN:假阴性。gydF4y2Ba
egydF4y2BaPPV:阳性预测值。gydF4y2Ba
fgydF4y2BaNPV:负的预测值。gydF4y2Ba
ggydF4y2BaKTAS:韩式分诊和急症量表。gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba经logistic回归,基线模型的截止概率为0.156,对应的KTAS评分为2。gydF4y2Ba
我gydF4y2BaXGB:极端梯度增强。gydF4y2Ba
jgydF4y2BaDNN:深度神经网络。gydF4y2Ba
KTASgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba水平gydF4y2Ba | 实际重症监护,n (%)gydF4y2Ba | 基准模型gydF4y2Ba | XGBgydF4y2BabgydF4y2Ba模型gydF4y2Ba | |||||||
TPgydF4y2BacgydF4y2Ba | 《外交政策》gydF4y2BadgydF4y2Ba | TNgydF4y2BaegydF4y2Ba | FNgydF4y2BafgydF4y2Ba | TPgydF4y2Ba | 《外交政策》gydF4y2Ba | TNgydF4y2Ba | FNgydF4y2Ba | |||
1:复苏(n=178, 1.1%)gydF4y2Ba | 98 (13.6)gydF4y2Ba | 98gydF4y2Ba | 80gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 96gydF4y2Ba | 77gydF4y2Ba | 3.gydF4y2Ba | 2gydF4y2Ba | |
2 .紧急(n=2587, 16.1%)gydF4y2Ba | 371 (51.4)gydF4y2Ba | 371gydF4y2Ba | 2216gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 347gydF4y2Ba | 1456gydF4y2Ba | 760gydF4y2Ba | 24gydF4y2Ba | |
3:紧急(n=9559, 59.4%)gydF4y2Ba | 244 (33.8)gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 9315gydF4y2Ba | 244gydF4y2Ba | 170gydF4y2Ba | 2622gydF4y2Ba | 6693gydF4y2Ba | 74gydF4y2Ba | |
4:不太紧急(n=3312, 20.6%)gydF4y2Ba | 9 (1.2)gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 3303gydF4y2Ba | 9gydF4y2Ba | 3.gydF4y2Ba | 297gydF4y2Ba | 3006gydF4y2Ba | 6gydF4y2Ba | |
5:不紧急(n=451, 2.8%)gydF4y2Ba | 0 (0.0)gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 451gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | 24gydF4y2Ba | 427gydF4y2Ba | 0gydF4y2Ba | |
总数(n= 16086, 100%)gydF4y2Ba | 722 (100)gydF4y2Ba | 469gydF4y2Ba | 2296gydF4y2Ba | 13069年gydF4y2Ba | 253gydF4y2Ba | 616gydF4y2Ba | 4476gydF4y2Ba | 10889年gydF4y2Ba | 106gydF4y2Ba |
一个gydF4y2BaKTAS:韩式分诊和急症量表。gydF4y2Ba
bgydF4y2BaXGB:极端梯度增强。gydF4y2Ba
cgydF4y2BaTP:真正的积极。gydF4y2Ba
dgydF4y2BaFP:假阳性。gydF4y2Ba
egydF4y2BaTN:真正的否定。gydF4y2Ba
fgydF4y2BaFN:假阴性。gydF4y2Ba
变量重要性和部分依赖性图gydF4y2Ba
我们计算了XGB和DNN模型中基于排列的变量重要性gydF4y2Ba
.被列为最优先级的变量是XGB模型的主要抱怨和DNN模型的EMS使用。尽管XGB和DNN模型之间的变量重要性排名不同,但列表中较高的变量,包括主要投诉、EMS使用、年龄、AVPU、PR和RR,是相同的。gydF4y2Ba对于定义为最终预测模型的XGB模型,每个变量与验证数据集的预测结果之间的关系见gydF4y2Ba
.PDP显示了单个变量对预测结果的边际效应。PDP上y轴的值为重症监护的预测概率。所有生命体征变量对关键结果预测的非线性关联被证明。年龄,RR和SpOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba我们在XGB模型中发现危重监护预测模式,表明年龄越大,RR越高,SpO越低,被归类为危重监护患者的概率越高gydF4y2Ba2gydF4y2Ba.对于收缩压、舒张压和PR,我们观察到每个生命体征与危重监护预测之间呈u型关系。gydF4y2Ba![](https://asset.jmir.pub/assets/972b85bddd729f3c2c5c069df269553a.png)
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讨论gydF4y2Ba
主要研究结果gydF4y2Ba
本研究基于80,433例成人急诊科患者的数据,采用XGB和DNN两种现代机器学习方法对常规收集的分诊信息(年龄、性别、急诊科到达方式、起诊至急诊科到达时间间隔、急诊科就诊原因、主诉、6个生命体征、急诊科住院时间)进行分析。与使用KTAS的传统基线模型(AUROC 0.796)相比,该预测模型在验证队列和净重分类方面的AUROC为0.833至0.861,表现出优越的判别性能。XGB模型比DNN模型具有更好的鉴别能力(AUROC为0.861)。我们发现XGB模型在预测重症监护结果方面校准良好(Hosmer-Lemeshow检验;gydF4y2BaPgydF4y2Ba> . 05)。gydF4y2Ba
本研究的目的是在急诊科分诊阶段准确区分高危患者和不太紧急的患者。对重症患者的快速评估和急诊科护理对于最大化临床结果至关重要,为分诊时的预测提供了强有力的依据[gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba ]。先前的研究已经证明,目前的五级分诊系统(如ESI、MTS和KTAS)在识别高风险患者、低分级间一致性和同一分诊级别内的高可变性方面的能力不佳。gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。因此,研究人员研究了包含人口统计学变量、急诊科到达模式、主诉和从分诊信息中提取的生命体征的机器学习模型,以支持急诊科临床医生准确、快速的决策。这项研究是对早期研究的延伸。基于XGB算法的重症监护结果预测的判别性能增益,该算法在处理变量与预测结果之间的非线性相互作用方面具有优势。gydF4y2Ba在本研究中,大量(85.5%)不需要重症监护的患者被划分为KTAS 3 - 5级(占总人数的83.2%),而大多数(64.8%)危重患者组被划分为KTAS 1 - 2级(占总人数的16.8%)。我们证明,XGB模型正确地检测出了在基线模型中被划分为低视力KTAS水平3至5的危重患者。减少假阴性病例的能力为在急诊科分诊中采用机器学习算法模型提供了强有力的理由,在急诊科分诊中,准确快速地识别高风险患者是至关重要的。此外,我们观察到XGB模型减少了假阳性病例的数量,这些病例在基线模型中被过度分类为高视力水平1到2,这可能会防止ED实践中过度利用资源。gydF4y2Ba
本研究证明了XGB模型预测的危重症发生概率与观察到的危重症发生比例吻合。中的校准图gydF4y2Ba
可视化了XGB模型的预测概率是如何校准的。尽管校准在预测模型中对支持临床医生决策很重要,但系统综述发现,校准的评估远远少于歧视[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ],这是有问题的,因为校准不当会使预测具有误导性[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba -gydF4y2Ba ]。机器学习算法容易出现过拟合[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。由于过拟合,大多数机器学习算法,特别是神经网络,在使用新数据进行验证时,会产生较差的校准[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。然而,XGB通过在目标函数中嵌入正则化项来控制模型复杂度,以避免过拟合[gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ]。我们的研究结果表明,XGB模型预测ED高危患者的概率是可靠的。gydF4y2Ba解释块盒机器学习的预测已经成为重点。对于模型的全局解释,我们可视化了使用pdp预测危重患者时变量与结果之间的非线性关系(gydF4y2Ba
).XGB算法解释说,平均而言,较高的RR和较低的SpOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba与重症监护结果的高概率相关,收缩压、舒张压和PR与结果之间存在u型关系。XGB模型的解释清晰地反映了生命体征特征,符合医学知识。有几种解释技术用于全局和局部级别的机器学习解释。未来对机器学习算法预测的多层次解释的研究是有必要的。gydF4y2Ba利用分诊信息和XGB算法,本研究中用于预测高危患者的人工智能模型可以在不增加额外负担的情况下在急诊科环境中实施,可以支持临床医生在急诊科分诊早期做出及时准确的决策,从而改善患者的健康结局,并有助于有效的急诊科资源配置。gydF4y2Ba
限制gydF4y2Ba
这项研究有几个局限性。首先,我们使用的数据来自一个三级护理大学医院的单一急诊科;因此,需要外部验证来推广结果。其次,该研究没有解决如何将预测模型部署到临床途径中;因此,未来的研究应用预测模型在分诊是必要的。gydF4y2Ba
结论gydF4y2Ba
该研究表明,与传统的KTAS方法相比,使用在急诊科常规收集的初始分类信息,机器学习模型提高了在预测急诊科需要重症监护的患者时的区分和净重分类。此外,我们证明了XGB模型可以很好地校准并解释符合医学知识的生命体征预测因子的非线性特征。gydF4y2Ba
作者的贡献gydF4y2Ba
HY设计了研究,制定并实施了建模方法,分析了建模结果,并起草了原始稿件。JHP为数据解释和手稿的最终起草做出了贡献。JC监督了模型的开发和评估,并参与了手稿的最终起草。gydF4y2Ba
利益冲突gydF4y2Ba
没有宣布。gydF4y2Ba
gydF4y2Ba补充文件包括(1)急诊科临床结局预测的变量描述,(2)超参数优化,(3)训练数据集和验证数据集之间研究人群基线特征的比较。gydF4y2Ba
DOCX文件,30kbgydF4y2Ba参考文献gydF4y2Ba
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G·艾森巴赫编辑;提交28.05.21;由T Goto同行评审;对作者的评论18.06.21;修订版收到27.06.21;接受27.07.21;发表20.09.21gydF4y2Ba
版权gydF4y2Ba©Hyoungju Yun, Jinwook Choi, Jeong Ho Park最初发表于JMIR医学信息学(https://medinform.www.mybigtv.com), 2021年9月20日。gydF4y2Ba
这是一篇在知识共享署名许可(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)条款下发布的开放获取文章,该许可允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制,前提是原始作品(首次发表在JMIR Medical Informatics上)被适当引用。必须包括完整的书目信息,到https://medinform.www.mybigtv.com/上原始出版物的链接,以及版权和许可信息。gydF4y2Ba