A Deep Learning–Based Approach for Prediction of Vancomycin Treatment Monitoring: Retrospective Study Among Patients With Critical Illness
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Vancomycin pharmacokinetics are highly variable in patients with critical illnesses, and clinicians commonly use population pharmacokinetic (PPK) models based on a Bayesian approach to dose. However, these models are population-dependent, may only sometimes meet the needs of individual patients, and are only used by experienced clinicians as a reference for making treatment decisions. To assist real-world clinicians, we developed a deep learning-based decision-making system that predicts vancomycin therapeutic drug monitoring (TDM) levels in patients in intensive care unit. OBJECTIVE: This study aimed to establish joint multilayer perceptron (JointMLP), a new deep-learning model for predicting vancomycin TDM levels, and compare its performance with the PPK models, extreme gradient boosting (XGBoost), and TabNet. METHODS: We used a 977-case data set split into training and testing groups in a 9:1 ratio. We performed external validation of the model using 1429 cases from Kangwon National University Hospital and 2394 cases from the Medical Information Mart for Intensive Care-IV (MIMIC-IV). In addition, we performed 10-fold cross-validation on the internal training data set and calculated the 95% CIs using the metric. Finally, we evaluated the generalization ability of the JointMLP model using the MIMIC-IV data set. RESULTS: Our JointMLP model outperformed other models in predicting vancomycin TDM levels in internal and external data sets. Compared to PPK, the JointMLP model improved predictive power by up to 31% (mean absolute error [MAE] 6.68 vs 5.11) on the internal data set and 81% (MAE 11.87 vs 6.56) on the external data set. In addition, the JointMLP model significantly outperforms XGBoost and TabNet, with a 13% (MAE 5.75 vs 5.11) and 14% (MAE 5.85 vs 5.11) improvement in predictive accuracy on the inner data set, respectively. On both the internal and external data sets, our JointMLP model performed well compared to XGBoost and TabNet, achieving prediction accuracy improvements of 34% and 14%, respectively. Additionally, our JointMLP model showed higher robustness to outlier data than the other models, as evidenced by its higher root mean squared error performance across all data sets. The mean errors and variances of the JointMLP model were close to zero and smaller than those of the PPK model in internal and external data sets. CONCLUSIONS: Our JointMLP approach can help optimize treatment outcomes in patients with critical illnesses in an intensive care unit setting, reducing side effects associated with suboptimal vancomycin administration. These include increased risk of bacterial resistance, extended hospital stays, and increased health care costs. In addition, the superior performance of our model compared to existing models highlights its potential to help real-world clinicians.
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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 | 0,002 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».