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A retrospective analysis of the utility of an artificial neural network to predict ED volume - 28/05/14

Doi : 10.1016/j.ajem.2014.03.011 
Nathan Benjamin Menke, MD, PhD a, Nicholas Caputo, MD, MSc b, , Robert Fraser, MD b, Jordana Haber, MD b, Christopher Shields, MD b, Marie Nam Menke, MD, MPH c
a Division of Medical Toxicology, Department of Emergency Medicine, University of Pittsburgh Medical Center, Pittsburgh, PA 
b Department of Emergency Medicine, Lincoln Medical and Mental Health Center, Bronx, NY 
c Division of Reproductive, Endocrinology, and Infertility, Department of Obstetrics, Gynecology, and Reproductive Sciences, University of Pittsburgh Medical Center, Pittsburgh, PA 

Corresponding author.

Abstract

Objective

The objectives of this study are to design an artificial neural network (ANN) and to test it retrospectively to determine if it may be used to predict emergency department (ED) volume.

Methods

We conducted a retrospective review of patient registry data from February 4, 2007, to December 31, 2009, from an inner city, tertiary care hospital. We harvested data regarding weather, days of week, air quality, and special events to train the ANN. The ANN belongs to a class of neural networks called multilayer perceptrons. We designed an ANN composed of 37 input neurons, 22 hidden neurons, and 1 output neuron designed to predict the daily number of ED visits. The training method is a supervised backpropagation algorithm that uses mean squared error to minimize the average squared error between the ANN's output and the number of ED visits over all the example pairs.

Results

A linear regression between the predicted and actual ED visits demonstrated an R2 of 0.957 with a slope of 0.997. Ninety-five percent of the time, the ANN was within 20 visits.

Conclusion

The results of this study show that a properly designed ANN is an effective tool that may be used to predict ED volume. The scatterplot demonstrates that the ANN is least predictive at the extreme ends of the spectrum suggesting that the ANN may be missing important variables. A properly calibrated ANN may have the potential to allow ED administrators to staff their units more appropriately in an effort to reduce patient wait times, decrease ED physician burnout rates, and increase the ability of caregivers to provide quality patient care. A prospective is needed to validate the utility of the ANN.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Plan


 Grant: None.
☆☆ Conflicts of interest: None.
☆☆☆ Author contributions: NBM and MNM conceived and designed the study. NBM, CS, NC, RF, and JH participated in the data collection. NBM, CS, NC, RF, and JH managed the data, including quality control. MNM provided statistical advice on study design and analyzed the data. NBM drafted the article, and all authors contributed substantially to its revision. NBM takes responsibility for the article as a whole.
 This research was presented as a platform presentation at the 2010 Society for Academic Emergency Medicine Annual Meeting.


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Vol 32 - N° 6

P. 614-617 - juin 2014 Retour au numéro
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