Physiological Complexity of Acute Traumatic Brain Injury in Patients Treated with a Brain Oxygen Protocol: Utility of Symbolic Regression in Predictive Modeling of a Dynamical System
Notice bibliographique
Résumé
Predictive modeling of emergent behavior, inherent to complex physiological systems, requires the analysis of large complex clinical data streams currently being generated in the intensive care unit. Brain tissue oxygen protocols have yielded outcome benefits in traumatic brain injury (TBI), but the critical physiological thresholds for low brain oxygen have not been established for a dynamical patho-physiological system. High frequency, multi-modal clinical data sets from 29 patients with severe TBI who underwent multi-modality neuro-clinical care monitoring and treatment with a brain oxygen protocol were analyzed. The inter-relationship between acute physiological parameters was determined using symbolic regression (SR) as the computational framework. The mean patient age was 44.4±15 with a mean admission GCS of 6.6±3.9. Sixty-three percent sustained motor vehicle accidents and the most common pathology was intra-cerebral hemorrhage (50%). Hospital discharge mortality was 21%, poor outcome occurred in 24% of patients, and good outcome occurred in 56% of patients. Criticality for low brain oxygen was intracranial pressure (ICP) ≥22.8 mm Hg, for mortality at ICP≥37.1 mm Hg. The upper therapeutic threshold for cerebral perfusion pressure (CPP) was 75 mm Hg. Eubaric hyperoxia significantly impacted partial pressure of oxygen in brain tissue (PbtO 2 ) at all ICP levels. Optimal brain temperature (T br ) was 34–35°C, with an adverse effect when T br ≥38°C. Survivors clustered at \documentclass{aastex}\usepackage{amsbsy}\usepackage{amsfonts}\usepackage{amssymb}\usepackage{bm}\usepackage{mathrsfs}\usepackage{pifont}\usepackage{stmaryrd}\usepackage{textcomp}\usepackage{portland, xspace}\usepackage{amsmath, amsxtra}\pagestyle{empty}\DeclareMathSizes{10}{9}{7}{6}\begin{document}$${ \rm PbtO}_2\, \cong\, 25 { \rm mm}$$ \end{document} Hg vs. non-survivors \documentclass{aastex}\usepackage{amsbsy}\usepackage{amsfonts}\usepackage{amssymb}\usepackage{bm}\usepackage{mathrsfs}\usepackage{pifont}\usepackage{stmaryrd}\usepackage{textcomp}\usepackage{portland, xspace}\usepackage{amsmath, amsxtra}\pagestyle{empty}\DeclareMathSizes{10}{9}{7}{6}\begin{document}$$\cong $$ \end{document} 18 mm Hg. There were two mortality clusters for ICP: High ICP/low PbtO 2 and low ICP/low PbtO 2 . Survivors maintained PbtO 2 at all ranges of mean arterial pressure in contrast to non-survivors. The final SR equation for cerebral oxygenation is: \documentclass{aastex}\usepackage{amsbsy}\usepackage{amsfonts}\usepackage{amssymb}\usepackage{bm}\usepackage{mathrsfs}\usepackage{pifont}\usepackage{stmaryrd}\usepackage{textcomp}\usepackage{portland, xspace}\usepackage{amsmath, amsxtra}\pagestyle{empty}\DeclareMathSizes{10}{9}{7}{6}\begin{document}$$PbtO_ {2} = 6.32774 + \cos ( - 12.9753*CPP ) + \frac {23.2796} {FiO_ {2}} - 1.32622*ICP$$ \end{document} . The SR-model of acute TBI advances new physiological thresholds or boundary conditions for acute TBI management: PbtO 2 ≥25 mmHg; ICP≤22 mmHg; CPP≈60–75 mmHg; and T br ≈34–37°C. SR is congruous with the emerging field of complexity science in the modeling of dynamical physiological systems, especially during pathophysiological states. The SR model of TBI is generalizable to known physical laws. This increase in entropy reduces uncertainty and improves predictive capacity. SR is an appropriate computational framework to enable future smart monitoring devices.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».