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Supervised classification techniques for prediction of mortality in adult patients with sepsis - 13/07/21

Doi : 10.1016/j.ajem.2020.09.013 
Andrés Rodríguez, MSc a, Deibie Mendoza, MD b, Johana Ascuntar, Spec c, Fabián Jaimes, PhD c, d, e,
a Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia 
b School of Medicine, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia 
c GRAEPIC – Clinical Epidemiology Academic Group (Grupo Académico de Epidemiología Clínica), Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia 
d Department of Internal Medicine; Universidad de Antioquia; Medellín, Colombia 
e Hospital San Vicente Fundación, Medellín, Colombia 

Corresponding author at: Department of Internal Medicine, School of Medicine, University of Antioquia, Medellín, Colombia.Department of Internal MedicineSchool of MedicineUniversity of AntioquiaMedellínColombia

Abstract

Background

Sepsis mortality is still unacceptably high and an appropriate prognostic tool may increase the accuracy for clinical decisions.

Objective

To evaluate several supervised techniques of Artificial Intelligence (AI) for classification and prediction of mortality, in adult patients hospitalized by emergency services with sepsis diagnosis.

Methods

Secondary data analysis of a prospective cohort in three university hospitals in Medellín, Colombia. We included patients >18 years hospitalized for suspected or confirmed infection and any organ dysfunction according to the Sepsis-related Organ Failure Assessment. The outcome variable was hospital mortality and the prediction variables were grouped into those related to the initial clinical treatment and care or to the direct measurement of physiological disturbances. Four supervised classification techniques were analyzed: the C4.5 Decision Tree, Random Forest, artificial neural networks (ANN) and support vector machine (SVM) models. Their performance was evaluated by the concordance between the observed and predicted outcomes and by the discrimination according to AUC-ROC.

Results

A total of 2510 patients with a median age of 62 years (IQR = 46–74) and an overall hospital mortality rate of 11.5% (n = 289). The best discrimination was provided by the SVM and ANN using physiological variables, with an AUC-ROC of 0.69 (95%CI: 0.62; 0.76) and AUC-ROC of 0.69 (95%CI: 0.61; 0.76) respectively.

Conclusion

Deep learning and AI are increasingly used as support tools in clinical medicine. Their performance in a syndrome as complex and heterogeneous as sepsis may be a new horizon in clinical research. SVM and ANN seem promising for improving sepsis classification and prognosis.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Sepsis, In-hospital mortality, Artificial neural networks, Vector support machines, Random Forest


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