Machine learning with electrocardiograms to optimize mortality risk stratification in patients with suspected acute coronary syndrome
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Funding Acknowledgements Type of funding sources: Public grant(s) – National budget only. Main funding source(s): National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) and National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS). Background The importance of risk stratification in patients with suspected acute coronary syndrome (ACS) extends beyond diagnosis and immediate treatment. It influences the precision of care delivery and the allocation of resources to those at highest risk of adverse events. Purpose We sought to evaluate the prognostic value of electrocardiogram (ECG) feature-based machine learning models to risk-stratify long-term mortality in those with suspected ACS. Methods This was a multicenter prospective observational cohort study of consecutive, non-traumatic patients evaluated at the emergency department for suspected ACS. The derivation cohort included 4,015 patients from a University Medical Center (age 59±16 years, 47% women, 80% training with 10-fold cross-validation and 20% testing). Ascertainment of all-cause death was based on numerous data sources, including the Centers for Disease Control and Prevention’s National Death Index registry. We trained six machine learning methods for survival analysis using 73 morphological ECG features from presenting prehospital 10-second 12-lead ECGs. We used predicted risk scores in a variational Bayesian Gaussian mixture model to define three risk groups corresponding to low, moderate, and high-risk and compared the resulting classification performance against the HEART score. The external testing cohort included 3,095 patients from a University (age 59±15 years, 44% women). Results The mortality rate was 20.3% in the derivation cohort after an average follow-up period of 3.53 years (IQR 1.75 - 5.32). Extra Survival Trees outperformed other forecasting models during cross-validation. In the internal testing cohort, the derived risk groups were significantly predictive of survival (Kaplan-Meier log-rank test statistic = 121.14, p<0.001), outperforming the classification performance using the HEART score (Figure 1). Our machine learning-based risk stratification model detected >90% of death events missed by low-risk HEART score (Figure 2). Ruling-out the low-risk group, it achieved a negative predictive value of 93.4% with a sensitivity of 85.9% (compared to 89.0% and 75.0%, respectively, for the HEART score). This classification performance generalized well to our external testing cohort. Compared to those in the low-risk group, patients at moderate (OR = 3.62 [1.35-9.74]) and high (OR = 6.12 [2.38-15.75]) risk had significantly higher odds of 30-day cardiovascular death (n=109, 3.5%). Conclusions Using only features from the 10-second 12-lead ECG, we derived and externally validated a machine learning model that stratifies the mortality risk of patients during long-term follow up. This model outperformed current standard of care based on the HEART score. Future work should validate the potential of this decision-support tool in influencing treatment plans and resource allocation.Figure 1.Clustering performanceFigure 2.Sankey diagram
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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 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| 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 ».