An Artificial Neural Network–Based Pediatric Mortality Risk Score: Development and Performance Evaluation Using Data From a Large North American Registry
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: In the pediatric intensive care unit (PICU), quantifying illness severity can be guided by risk models to enable timely identification and appropriate intervention. Logistic regression models, including the pediatric index of mortality 2 (PIM-2) and pediatric risk of mortality III (PRISM-III), produce a mortality risk score using data that are routinely available at PICU admission. Artificial neural networks (ANNs) outperform regression models in some medical fields. OBJECTIVE: In light of this potential, we aim to examine ANN performance, compared to that of logistic regression, for mortality risk estimation in the PICU. METHODS: The analyzed data set included patients from North American PICUs whose discharge diagnostic codes indicated evidence of infection and included the data used for the PIM-2 and PRISM-III calculations and their corresponding scores. We stratified the data set into training and test sets, with approximately equal mortality rates, in an effort to replicate real-world data. Data preprocessing included imputing missing data through simple substitution and normalizing data into binary variables using PRISM-III thresholds. A 2-layer ANN model was built to predict pediatric mortality, along with a simple logistic regression model for comparison. Both models used the same features required by PIM-2 and PRISM-III. Alternative ANN models using single-layer or unnormalized data were also evaluated. Model performance was compared using the area under the receiver operating characteristic curve (AUROC) and the area under the precision recall curve (AUPRC) and their empirical 95% CIs. RESULTS: Data from 102,945 patients (including 4068 deaths) were included in the analysis. The highest performing ANN (AUROC 0.871, 95% CI 0.862-0.880; AUPRC 0.372, 95% CI 0.345-0.396) that used normalized data performed better than PIM-2 (AUROC 0.805, 95% CI 0.801-0.816; AUPRC 0.234, 95% CI 0.213-0.255) and PRISM-III (AUROC 0.844, 95% CI 0.841-0.855; AUPRC 0.348, 95% CI 0.322-0.367). The performance of this ANN was also significantly better than that of the logistic regression model (AUROC 0.862, 95% CI 0.852-0.872; AUPRC 0.329, 95% CI 0.304-0.351). The performance of the ANN that used unnormalized data (AUROC 0.865, 95% CI 0.856-0.874) was slightly inferior to our highest performing ANN; the single-layer ANN architecture performed poorly and was not investigated further. CONCLUSIONS: A simple ANN model performed slightly better than the benchmark PIM-2 and PRISM-III scores and a traditional logistic regression model trained on the same data set. The small performance gains achieved by this two-layer ANN model may not offer clinically significant improvement; however, further research with other or more sophisticated model designs and better imputation of missing data may be warranted.
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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 | 0,013 | 0,021 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».