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Developing neural network models for early detection of cardiac arrest in emergency department - 13/12/19

Doi : 10.1016/j.ajem.2019.04.006 
Dong-Hyun Jang, Joonghee Kim , You Hwan Jo, Jae Hyuk Lee, Ji Eun Hwang, Seung Min Park, Dong Keon Lee, Inwon Park, Doyun Kim, Hyunglan Chang
 Department of Emergency Medicine, Seoul National University Bundang Hospital, 82, Gumi-ro 173 Beon-gil, Bundang-gu, Seongnam-si, Gyeonggi-do 13620, Republic of Korea 

Corresponding author.

Abstract

Background

Automated surveillance for cardiac arrests would be useful in overcrowded emergency departments. The purpose of this study is to develop and test artificial neural network (ANN) classifiers for early detection of patients at risk of cardiac arrest in emergency departments.

Methods

This is a single-center electronic health record (EHR)-based study. The primary outcome was the development of cardiac arrest within 24 h after prediction. Three ANN models were trained: multilayer perceptron (MLP), long-short-term memory (LSTM), and hybrid. These were compared to other classifiers including the modified early warning score (MEWS), logistic regression, and random forest. We used AUROC, sensitivity, specificity, positive predictive value (PPV), and negative predictive value (NPV) for the comparison.

Results

During the study period, there were a total of 374,605 ED visits and 2,910,321 patient status updates. The ANN models (MLP, LSTM, and hybrid) achieved higher AUROC (AUROC: 0.929, 0.933, and 0.936; 95% confidential interval: 0.926–0.932, 0.930–0.936, and 0.933–0.939, respectively) compared to the non-ANN models, and the hybrid model exhibited the best performance. The ANN classifiers displayed higher performance in most of the test characteristics when the threshold levels of the classifiers were fixed to display the same positive result as those at the three MEWS thresholds (score ≥ 3, ≥4, and ≥5), and when compared with each other.

Conclusions

The ANN improves upon MEWS and conventional machine learning algorithms for the prediction of cardiac arrests in emergency departments. The hybrid ANN model utilizing both baseline and sequence information achieved the best performance.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Cardiac arrest, Deep learning, Emergency department, Monitoring, Early warning system


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Vol 38 - N° 1

P. 43-49 - janvier 2020 Retour au numéro
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