Timely ICU Outcome Prediction Utilizing Stochastic Signal Analysis and Machine Learning Techniques with Readily Available Vital Sign Data

计算机科学 边距(机器学习) 人工智能 生命体征 机器学习 重症监护 医疗保健 特征提取 深度学习 特征(语言学) 结果(博弈论) 数据挖掘 医学 重症监护医学 数学 数理经济学 语言学 哲学 外科 经济 经济增长
作者
Shaodong Wang,Yiqun Jiang,Qing Li,W Zhang
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (9): 5587-5599
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3416039
摘要

The ICU is a specialized hospital department that offers critical care to patients at high risk. The massive burden of ICU-requiring care requires accurate and timely ICU outcome predictions for alleviating the economic and healthcare burdens imposed by critical care needs. Existing research faces challenges such as feature extraction difficulties, low accuracy, and resource-intensive features. Some studies have explored deep learning models that utilize raw clinical inputs. However, these models are considered non-interpretable black boxes, which prevents their wide application. The objective of the study is to develop a new method using stochastic signal analysis and machine learning techniques to effectively extract features with strong predictive power from ICU patients' real-time time series of vital signs for accurate and timely ICU outcome prediction. The results show the proposed method extracted meaningful features and outperforms baseline methods, including APACHE IV (AUC = 0.750), deep learning-based models (AUC = 0.732, 0.712, 0.698, 0.722), and statistical feature classification methods (AUC = 0.765) by a large margin (AUC = 0.869). The proposed method has clinical, management, and administrative implications since it enables healthcare professionals to identify deviations from prognostications timely and accurately and, therefore, to conduct proper interventions.

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