Utilizing Machine Learning for Proactive Post-Operative Patient Management (Preprint)
Notice bibliographique
Résumé
Background: Postoperative complications contribute significantly to patient morbidity and mortality. Early prediction of such complications could enable the care team to intervene promptly and improve patient outcomes. Existing surgical risk scores are easy to use but lack accuracy and do not provide individualized risk or guidance for clinical decision-making. Objective: This study aimed to develop and evaluate machine learning models using the INSPIRE perioperative dataset to predict whether an individual patient will require critical postoperative interventions-ventilatory support, extracorporeal membrane oxygenation (ECMO), an intra-aortic balloon pump (IABP), or continuous renal replacement therapy (CRRT). Methods: Four artificial neural network models and 4 random forest classifiers were trained and tested using the publicly available INSPIRE dataset (131,000 surgical cases). Preoperative laboratory data, medication use, surgery type, and intraoperative vital signs were used as inputs. The dataset was randomly divided into a 70% training set (91,000 cases) and a 30% test set (38,998 cases), with a temporal split to prevent leakage. Model performance was assessed using accuracy, sensitivity, specificity, positive and negative predictive values, and area under the curve (AUC). Results: The artificial neural network models achieved high predictive performance for ECMO (accuracy 98.9%; AUC 0.992), ventilatory support (accuracy 97.7%; AUC 0.995), IABP (accuracy 98.0%; AUC 0.992), and CRRT (accuracy 94.9%; AUC 0.983). In the test set of 38,998 patients, the neural network models correctly classified 38,569 cases for ECMO, 38,097 for ventilatory support, 38,230 for IABP, and 37,021 for CRRT, corresponding to accuracies of 98.9%, 97.7%, 98.0%, and 94.9%, respectively. The corresponding random forest classifiers achieved accuracies of 98.0%, 99.0%, 98.2%, and 96.5%, respectively, with similar AUC values. These results indicate that the models can reliably identify patients who will or will not require lifesaving postoperative interventions despite the marked class imbalance. Our work began in April 2023, with the research concept taking shape over the following 1 to 2 months. Model development spanned approximately 3 to 4 months and was followed by 1 month of testing and validation conducted by other computer scientists. Conclusions: Machine learning models trained and tested on the INSPIRE dataset can provide individualized risk estimates for critical postoperative interventions. By supplying accurate predictions before or during surgery, these models can support proactive perioperative planning (eg, intensive care unit bed allocation and device readiness).
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Étiquettes directes de modèles (non validées)
Étiquettes de catégorie et de devis d'étude par modèle, issues des rondes d'étiquetage. C'est une sortie machine, non validée, et le désaccord entre modèles est livré comme donnée. Aucun devis ici n'est encore validé contre MEDLINE.
| Bras | Catégories | Devis d'étude | Confiance |
|---|---|---|---|
| gemma | aucune catégorie Domaine: non disponible · Genre: Empirique Porte sur le système de recherche canadien: non · Porte sur un sujet canadien: non | Simulation ou modélisation | low |
| gpt | aucune catégorie Domaine: non disponible · Genre: Empirique Porte sur le système de recherche canadien: non · Porte sur un sujet canadien: non | Autre devis | low |
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 | 0,001 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,006 | 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 validéeÉtiqueté directement par 2 modèles lisant le dossier complet.
Les modèles divergent sur des parties de cette classification; chaque voix est préservée dans la section en fin de page.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».