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Enregistrement W4404872124 · doi:10.2196/67969

Multimodal Pain Recognition in Postoperative Patients: Machine Learning Approach

2024· article· en· W4404872124 sur OpenAlexvenueno aff
Ajan Subramanian, Rui Cao, Emad Kasaeyan Naeini, Seyed Amir Hossein Aqajari, Thomas Hughes, Michael-David Calderon, Kai Zheng, Nikil Dutt, Pasi Liljeberg, Sanna Salanterä, Ariana M. Nelson, Amir M. Rahmani

Notice bibliographique

RevueJMIR Formative Research · 2024
Typearticle
Langueen
DomainePsychology
ThématiqueEmotion and Mood Recognition
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPreprintMultimodal therapyPostoperative painMedicineComputer scienceArtificial intelligenceAnesthesiaSurgeryWorld Wide Web

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Acute pain management is critical in postoperative care, especially in vulnerable patient populations that may be unable to self-report pain levels effectively. Current methods of pain assessment often rely on subjective patient reports or behavioral pain observation tools, which can lead to inconsistencies in pain management. Multimodal pain assessment, integrating physiological and behavioral data, presents an opportunity to create more objective and accurate pain measurement systems. However, most previous work has focused on healthy subjects in controlled environments, with limited attention to real-world postoperative pain scenarios. This gap necessitates the development of robust, multimodal approaches capable of addressing the unique challenges associated with assessing pain in clinical settings, where factors like motion artifacts, imbalanced label distribution, and sparse data further complicate pain monitoring. OBJECTIVE: This study aimed to develop and evaluate a multimodal machine learning-based framework for the objective assessment of pain in postoperative patients in real clinical settings using biosignals such as electrocardiogram, electromyogram, electrodermal activity, and respiration rate (RR) signals. METHODS: The iHurt study was conducted on 25 postoperative patients at the University of California, Irvine Medical Center. The study captured multimodal biosignals during light physical activities, with concurrent self-reported pain levels using the Numerical Rating Scale. Data preprocessing involved noise filtering, feature extraction, and combining handcrafted and automatic features through convolutional and long-short-term memory autoencoders. Machine learning classifiers, including support vector machine, random forest, adaptive boosting, and k-nearest neighbors, were trained using weak supervision and minority oversampling to handle sparse and imbalanced pain labels. Pain levels were categorized into baseline and 3 levels of pain intensity (1-3). RESULTS: The multimodal pain recognition models achieved an average balanced accuracy of over 80% across the different pain levels. RR models consistently outperformed other single modalities, particularly for lower pain intensities, while facial muscle activity (electromyogram) was most effective for distinguishing higher pain intensities. Although single-modality models, especially RR, generally provided higher performance compared to multimodal approaches, our multimodal framework still delivered results that surpassed most previous works in terms of overall accuracy. CONCLUSIONS: This study presents a novel, multimodal machine learning framework for objective pain recognition in postoperative patients. The results highlight the potential of integrating multiple biosignal modalities for more accurate pain assessment, with particular value in real-world clinical settings.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesCharge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)
Catégories consensuellesCharge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Autre devis · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,898
Score d'incertitude au seuil0,999

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,003

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.

Tête enseignante Opus0,079
Tête enseignante GPT0,411
Écart entre enseignants0,332 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.

Devis d'étudeAutre devis
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations8
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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