Desarrollo y validación de un clasificador de aprendizaje profundo utilizando radiografías de tórax para predecir el éxito de la extubación en pacientes sometidos a ventilación mecánica invasiva
Autores: Tandon, Pranai; Nguyen, Kim-Anh-Nhi; Edalati, Masoud; Parchure, Prathamesh; Raut, Ganesh; Reich, David L.; Freeman, Robert; Levin, Matthew A.; Timsina, Prem; Powell, Charles A.; Fayad, Zahi A.; Kia, Arash
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Desarrollo y validación de un clasificador de aprendizaje profundo utilizando radiografías de tórax para predecir el éxito de la extubación en pacientes sometidos a ventilación mecánica invasiva
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Decisión
Extubar
Pacientes
Ventilación mecánica invasiva
Aprendizaje profundo
Predictores
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
La decisión de extubar a los pacientes con ventilación mecánica invasiva es crítica; sin embargo, el desempeño de los clínicos en identificar a los pacientes para liberar del ventilador es pobre. Se han desarrollado predictores basados en Machine Learning utilizando datos tabulares; sin embargo, estos no logran capturar el amplio espectro de datos disponibles. Aquí, desarrollamos y validamos un modelo basado en deep learning utilizando radiografías de tórax recopiladas rutinariamente para predecir el resultado de la extubación intentada. Incluimos 2288 pacientes consecutivos ingresados en la UCI Médica de un centro médico académico urbano, que fueron sometidos a ventilación mecánica invasiva, con al menos una radiografía de tórax intubada, y un intento de extubación documentado. Se tomó la última radiografía de tórax antes de la extubación de cada paciente y se dividió en conjuntos de entrenamiento/prueba 79/21, luego se utilizó transfer learning con validación cruzada k-fold en una arquitectura de deep learning pre-entrenada ResNet50. Los tres mejores modelos se ensamblaron para formar un clasificador final. Se utilizó la técnica Grad-CAM para visualizar las regiones de la imagen que impulsan las predicciones. El modelo logró un AUC de 0.66, un AUPRC de 0.94, una sensibilidad de 0.62 y una especificidad de 0.60. El rendimiento del modelo mejoró en comparación con el Índice de Respiración Superficial Rápida (AUC 0.61) y el único estudio previo identificado en este dominio (AUC 0.55), pero aún queda un margen significativo para mejorar y experimentar.
Descripción
La decisión de extubar a los pacientes con ventilación mecánica invasiva es crítica; sin embargo, el desempeño de los clínicos en identificar a los pacientes para liberar del ventilador es pobre. Se han desarrollado predictores basados en Machine Learning utilizando datos tabulares; sin embargo, estos no logran capturar el amplio espectro de datos disponibles. Aquí, desarrollamos y validamos un modelo basado en deep learning utilizando radiografías de tórax recopiladas rutinariamente para predecir el resultado de la extubación intentada. Incluimos 2288 pacientes consecutivos ingresados en la UCI Médica de un centro médico académico urbano, que fueron sometidos a ventilación mecánica invasiva, con al menos una radiografía de tórax intubada, y un intento de extubación documentado. Se tomó la última radiografía de tórax antes de la extubación de cada paciente y se dividió en conjuntos de entrenamiento/prueba 79/21, luego se utilizó transfer learning con validación cruzada k-fold en una arquitectura de deep learning pre-entrenada ResNet50. Los tres mejores modelos se ensamblaron para formar un clasificador final. Se utilizó la técnica Grad-CAM para visualizar las regiones de la imagen que impulsan las predicciones. El modelo logró un AUC de 0.66, un AUPRC de 0.94, una sensibilidad de 0.62 y una especificidad de 0.60. El rendimiento del modelo mejoró en comparación con el Índice de Respiración Superficial Rápida (AUC 0.61) y el único estudio previo identificado en este dominio (AUC 0.55), pero aún queda un margen significativo para mejorar y experimentar.