Machine Learning–Enhanced Surveillance for Surgical Site Infections in Patients Undergoing Colon Surgery: Model Development and Evaluation Study
Notice bibliographique
Résumé
Background Surgical site infections (SSIs) are one of the most common health care–associated infections, accounting for nearly 20% of all health care–associated infections in hospitalized patients. SSIs are associated with longer hospital stays, increased readmission rates, higher health care costs, and a mortality rate twice that of patients without infections. Objective This study aimed to develop and evaluate machine learning (ML) models for augmenting SSI surveillance after colon surgery with the goal of improving the efficiency of infection control practices by prioritizing patients at high risk. Methods We conducted a retrospective study using data from 1508 patients undergoing colon surgery treated between 2018 and 2023 at a single academic medical center. Of these 1508 patients, 66 (4.4%) developed SSIs as adjudicated by infection control practitioners following Centers for Disease Control and Prevention National Healthcare Safety Network criteria. Data included 78 structured variables (eg, demographics, comorbidities, vital signs, laboratory tests, medications, and operative details) and 2 features derived from unstructured clinical notes using natural language processing. ML models―logistic regression, random forest, and Extreme Gradient Boosting (XGBoost)―were trained using stratified 80/20 train-test splits. Class imbalance was addressed using cost-sensitive learning and the synthetic minority oversampling technique. Model performance was evaluated using precision, recall, F1-score, area under the receiver operating characteristic curve, and Brier scores for calibration. Results Of the 1508 patients, those who developed SSIs had longer hospital stays (mean 8.1, SD 6.8 days vs mean 6.3, SD 10.5 days; P<.001), higher rates of an American Society of Anesthesiologists score of 3 (52/66, 79% vs 653/1442, 45.3%; P<.001), and elevated white blood cell counts (51/66, 77% vs 734/1442, 50.9%; P<.001). XGBoost achieved the best overall performance with an area under the receiver operating characteristic curve of 0.788, precision of 50%, recall of 38%, and Brier score of 0.035. Random forest yielded perfect precision (100%) but lower recall (23%), with a Brier score of 0.034. Logistic regression showed the highest recall (46%) but the lowest precision (10%), with a Brier score of 0.139. Feature importance analysis using Shapley additive explanations (SHAP) values revealed that the top predictors included recovery duration (SHAP=1.18), SSI keyword frequency (SHAP=1.12), patient age (SHAP=1.12), and American Society of Anesthesiologists score (SHAP=0.94), with natural language processing–derived features ranking among the top 10. Conclusions ML models can augment traditional SSI surveillance by improving early identification of patients at high risk. The XGBoost model offered the best trade-off between discrimination and calibration, suggesting its utility in clinical workflows. Incorporating structured and unstructured electronic health record data enhances model accuracy and clinical relevance, supporting scalable and efficient infection control practices.
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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 | 0,009 | 0,011 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 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 ».