Машинное обучение для разработки диагностических моделей декомпенсированной сердечной недостаточности или обострения хронической обструктивной болезни легких

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12709 (2023) Цитировать эту статью

48 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Сердечная недостаточность (СН) и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) являются двумя хроническими заболеваниями, оказывающими наибольшее неблагоприятное воздействие на население в целом, и раннее выявление их декомпенсации является важной задачей. Однако очень немногие диагностические модели достигли адекватной диагностической эффективности. Целью этого исследования была разработка диагностических моделей декомпенсированной сердечной недостаточности или обострения ХОБЛ с помощью методов машинного обучения, основанных на физиологических параметрах. Всего было включено 135 пациентов, госпитализированных по поводу декомпенсированной сердечной недостаточности и/или обострения ХОБЛ. Каждому пациенту было проведено три обследования: одно в декомпенсированной фазе (при поступлении в стационар) и еще два последовательно в компенсированной фазе (дома, через 30 дней после выписки). При каждой оценке частота сердечных сокращений (ЧСС) и насыщение кислородом (Ох) регистрировались непрерывно (с помощью пульсоксиметра) в течение периода ходьбы в течение 6 минут, за которым следовал период восстановления продолжительностью 4 минуты. Для разработки диагностических моделей изначально с помощью алгоритмов классификации были выбраны прогностические характеристики, связанные с ЧСС и Ox. Потенциальные предикторы включали возраст, пол и исходное заболевание (сердечная недостаточность или ХОБЛ). Затем модели диагностической классификации (компенсированная и декомпенсированная фазы) были разработаны с использованием различных методов машинного обучения. Диагностическую эффективность разработанных моделей оценивали по чувствительности (S), специфичности (Е) и точности (А). В анализ были включены данные 22 пациентов с декомпенсированной сердечной недостаточностью, 25 с обострением ХОБЛ и 13 с обеими декомпенсированными патологиями. Из 96 первоначально оцененных характеристик ЧСС и Ох было выбрано 19. Возраст, пол и исходное заболевание не обеспечивали большей различительной способности моделей. Методами со значениями S и E выше 80% были логистическая регрессия (S: 80,83%; E: 86,25%; A: 83,61%) и машина опорных векторов (S: 81,67%; E: 85%; A: 82,78%). техники. Разработанные диагностические модели показали хорошую диагностическую эффективность при декомпенсации СН или обострении ХОБЛ. Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором сообщается о диагностических моделях декомпенсации, потенциально применимых как к пациентам с ХОБЛ, так и к пациентам с СН. Однако эти результаты являются предварительными и требуют дальнейшего расследования для подтверждения.

Сердечная недостаточность (СН) и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) являются двумя хроническими заболеваниями, оказывающими наибольшее неблагоприятное воздействие на население в целом1,2,3. Декомпенсация (при СН) или обострение (при ХОБЛ) особенно важны, поскольку они влияют на автономность и качество жизни, а также повышают смертность и необходимость госпитализации или посещения служб неотложной помощи4,5,6,7. Поэтому разработка методов, позволяющих раннее выявление декомпенсации этих заболеваний, важна, поскольку такое выявление обеспечивает более быстрое выздоровление и позволяет избежать необходимости серьезного вмешательства, такого как госпитализация8,9.

Обычный подход разработанных к настоящему времени методов выявления ранней декомпенсации обоих заболеваний основан на амбулаторном мониторинге клинических параметров с использованием прогностических моделей или диагностических алгоритмов, применяемых постоянно или периодически10,11. Что касается СН, систематический обзор алгоритмов, основанных на неинвазивных физиологических параметрах11, выявил наиболее часто рассматриваемые физиологические параметры для этого типа алгоритмов: вес как маркер перегрузки жидкостью (96%), артериальное давление (85%), частота сердечных сокращений (ЧСС). (61%), сатурация кислорода (Ox) (23%) и сердечный ритм (17%). Однако оптимальная комбинация параметров для выявления декомпенсации еще не установлена, а масса тела, хотя и широко используется, часто вызывает множество ложных сигналов тревоги и имеет низкую чувствительность для выявления сердечной декомпенсации. При ХОБЛ, в отличие от СН, наиболее часто учитываемыми физиологическими показателями являются Ох и ЧСС10, а также функциональные пробы легких (спирометрия). В нескольких исследованиях12,13,14 были рассчитаны различия этих параметров в дни, предшествующие обострению ХОБЛ. Так, для Ох сообщалось о снижении на 1–2 балла или 1–1,24 стандартных отклонения (СО) от исходного уровня, а для ЧСС сообщалось о повышении на 5–7 ударов в минуту или на 3 СО от исходного уровня. Среди вышеупомянутых параметров для обоих состояний мы выделили Ox и ЧСС, поскольку они являются физиологическими параметрами, которые в настоящее время можно удаленно и надежно контролировать с помощью бесперебойных технологических устройств во время повседневной жизни пациентов.