Scalable and accurate deep learning with electronic health records

可扩展性 计算机科学 机器学习 人工智能 深度学习 医学诊断 病历 接收机工作特性 互操作性 原始数据 数据挖掘 健康档案 医疗保健 医学 数据库 放射科 操作系统 病理 经济 程序设计语言 经济增长
作者
Alvin Rajkomar,Eyal Oren,Kai Chen,Andrew M. Dai,Nissan Hajaj,Michaela Hardt,Peter J. Liu,Xiaobing Liu,Jake Marcus,Mimi Sun,Patrik Sundberg,Hector Yee,Kun Zhang,Yi Zhang,Gerardo Flores,Gavin E. Duggan,Jamie Irvine,Quoc V. Le,Kurt Litsch,Alexander Mossin,Justin Tansuwan,Wang De,James Wexler,Jimbo Wilson,Dana Ludwig,Samuel L. Volchenboum,Katherine Chou,Michael Pearson,Srinivasan Madabushi,Nigam H. Shah,Atul J. Butte,Michael D. Howell,Claire Cui,Greg S. Corrado,J. Michael Dean
出处
期刊:npj digital medicine [Springer Nature]
卷期号:1 (1) 被引量:1707
标识
DOI:10.1038/s41746-018-0029-1
摘要

Predictive modeling with electronic health record (EHR) data is anticipated to drive personalized medicine and improve healthcare quality. Constructing predictive statistical models typically requires extraction of curated predictor variables from normalized EHR data, a labor-intensive process that discards the vast majority of information in each patient's record. We propose a representation of patients' entire raw EHR records based on the Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR) format. We demonstrate that deep learning methods using this representation are capable of accurately predicting multiple medical events from multiple centers without site-specific data harmonization. We validated our approach using de-identified EHR data from two US academic medical centers with 216,221 adult patients hospitalized for at least 24 h. In the sequential format we propose, this volume of EHR data unrolled into a total of 46,864,534,945 data points, including clinical notes. Deep learning models achieved high accuracy for tasks such as predicting: in-hospital mortality (area under the receiver operator curve [AUROC] across sites 0.93-0.94), 30-day unplanned readmission (AUROC 0.75-0.76), prolonged length of stay (AUROC 0.85-0.86), and all of a patient's final discharge diagnoses (frequency-weighted AUROC 0.90). These models outperformed traditional, clinically-used predictive models in all cases. We believe that this approach can be used to create accurate and scalable predictions for a variety of clinical scenarios. In a case study of a particular prediction, we demonstrate that neural networks can be used to identify relevant information from the patient's chart.
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