Development and Comparative Analysis of Machine Learning Models for Hypoxemia Severity Triage in CBRNE Emergency Scenarios Using Physiological and Demographic Data from Medical-Grade Devices
Notice bibliographique
Résumé
This paper presents the development of machine learning (ML) models to predict hypoxemia severity during emergency triage, especially in Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, and Explosive (CBRNE) events, using physiological data from medical-grade sensors. Gradient Boosting Models (XGBoost, LightGBM, CatBoost) and sequential models (LSTM, GRU) were trained on physiological and demographic data from the MIMIC-III and IV datasets. A robust preprocessing pipeline addressed missing data, class imbalances, and incorporated synthetic data flagged with masks. Gradient Boosting Models (GBMs) outperformed sequential models in terms of training speed, interpretability, and reliability, making them well-suited for real-time decision-making. While their performance was comparable to that of sequential models, the GBMs used score features from six physiological variables derived from the enhanced National Early Warning Score (NEWS) 2, which we termed NEWS2+. This approach significantly improved prediction accuracy. While sequential models handled temporal data well, their performance gains did not justify the higher computational cost. A 5-minute prediction window was chosen for timely intervention, with minute-level interpolations standardizing the data. Feature importance analysis highlighted the significant role of mask and score features in enhancing both transparency and performance. Temporal dependencies proved to be less critical, as Gradient Boosting Models were able to capture key patterns effectively without relying on them. This study highlights ML's potential to improve triage and reduce alarm fatigue. Future work will integrate data from multiple hospitals to enhance model generalizability across clinical settings.
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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 | 0,003 | 0,006 |
| 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 | 0,001 |
| 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 | 0,001 |
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 ».