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Enregistrement W7127959986 · doi:10.1093/eurheartj/ehaf784.4427

Integration of machine learning with patient-specific cardiovascular computational fluid dynamics models for predicting hemodynamic instability and identifying underlying cause

2025· article· en· W7127959986 sur OpenAlexaff
K Sughimoto, Daiki Koda, K Maeda, T Miki, Ryutaro Kasai, Takahisa Sakurai, Hajime Sakurai, Jacob Levman, H Liu

Notice bibliographique

RevueEuropean Heart Journal · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueHemodynamic Monitoring and Therapy
Établissements canadiensSt. Francis Xavier University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésHemodynamicsSupport vector machineComputational fluid dynamicsWaveformBlood pressureFeature (linguistics)Intensive careStability (learning theory)Cardiac output

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Background Although experience plays a crucial role in decision-making for critically ill patients following cardiac surgery in the paediatric intensive care unit (PICU), standardised patient care is equally essential. Patient-specific cardiovascular computational fluid dynamics modelling (CFD) can replicate a patient’s detailed haemodynamics as a digital twin. When combined with machine learning, the patient-specific cardiovascular CFD model can identify which haemodynamic parameter is responsible for the disturbance. Purpose By combining machine learning with patient-specific cardiovascular CFD models of children who have undergone cardiac surgery, we aim to predict lactate levels as a marker of haemodynamic stability or instability and identify the most influential haemodynamic parameters affecting lactate level prediction. Methods Twenty-two postoperative children (13 females and 9 males, median age of 7 months, and median weight of 3.2 kg) who underwent definitive biventricular repair were included. In total, 290 blood draws and corresponding arterial waveforms were collected. The radial artery waveforms were reconstructed by minimising the differences between the actual and re-created waveforms derived from patient-specific cardiovascular CFD models. For the machine learning process, three non-linear regression algorithms (Random Forest, Gradient-Boosting Decision Tree, and Support Vector Machines) were compared to determine the best predictive performance for lactate levels, using mean absolute error (MAE) as the evaluation metric, while feature importance was evaluated by Shapley Additive explanation (SHAP) score. The input data included patient characteristics, blood gas data (lactate level), arterial waveform features (heart rate, systolic/diastolic pressure, area under the curve, and peak angle sharpness), and estimated cardiovascular parameters from the patient-specific CFD models (systemic/pulmonary resistance and compliance, and ventricular elastance). The output variable was the lactate level at an arbitrary timing of blood draw. Results The Random Forest demonstrated the lowest mean absolute error (MAE) of 2.93 mg/dL when the recent lactate level was included as an input alongside the patient-specific CFD model parameters. Feature importance analysis revealed that the recent lactate level had the highest SHAP score of 10.05 (83%), followed by heart rate at 0.34 (2.8%), duration since previous blood draw at 0.21 (1.7%), and systemic arterial compliance at 0.21 (1.0%). Conclusion By combining machine learning with patient-specific CFD models, including measured data, lactate levels can be predicted with high accuracy. With this approach, patient-specific CFD models can function as digital twins and help explain the underlying mechanisms of haemodynamic stability and instability in postoperative care in the PICU.Prediction of lactate level Mean absolute error of three algorithms

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,006
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,058
Tête enseignante GPT0,305
Écart entre enseignants0,248 · 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; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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