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Machine Learning-Based Predictive Modeling of Surgical Intervention in Glaucoma Using Systemic Data From Electronic Health Records - 28/11/19

Doi : 10.1016/j.ajo.2019.07.005 
Sally L. Baxter a, b, Charles Marks b, c, Tsung-Ting Kuo b, Lucila Ohno-Machado b, d, Robert N. Weinreb a,
a Viterbi Family Department of Ophthalmology, Hamilton Glaucoma Center and Shiley Eye Institute, University of California, San Diego, La Jolla, California, USA 
b UCSD Health Department of Biomedical Informatics, University of California, San Diego, La Jolla, California, USA 
c Interdisciplinary Research on Substance Use Joint Doctoral Program, University of California, San Diego and San Diego State University, San Diego, California, USA 
d Division of Health Services Research and Development, Veterans Administration San Diego Healthcare System, La Jolla, California, USA 

Inquiries to Robert N. Weinreb, MD, UCSD Shiley Eye Institute, 9415 Campus Point Drive, Mail Code 0946, La Jolla CA, 92093-0946UCSD Shiley Eye Institute9415 Campus Point DriveMail Code 0946La JollaCA92093-0946

Abstract

Purpose

To predict the need for surgical intervention in patients with primary open-angle glaucoma (POAG) using systemic data in electronic health records (EHRs).

Design

Development and evaluation of machine learning models.

Methods

Structured EHR data of 385 POAG patients from a single academic institution were incorporated into models using multivariable logistic regression, random forests, and artificial neural networks. Leave-one-out cross-validation was performed. Mean area under the receiver operating characteristic curve (AUC), sensitivity, specificity, accuracy, and Youden index were calculated for each model to evaluate performance. Systemic variables driving predictions were identified and interpreted.

Results

Multivariable logistic regression was most effective at discriminating patients with progressive disease requiring surgery, with an AUC of 0.67. Higher mean systolic blood pressure was associated with significantly increased odds of needing glaucoma surgery (odds ratio [OR] = 1.09, P < .001). Ophthalmic medications (OR = 0.28, P < .001), non-opioid analgesic medications (OR = 0.21, P = .002), anti-hyperlipidemic medications (OR = 0.39, P = .004), macrolide antibiotics (OR = 0.40, P = .03), and calcium blockers (OR = 0.43, P = .03) were associated with decreased odds of needing glaucoma surgery.

Conclusions

Existing systemic data in the EHR has some predictive value in identifying POAG patients at risk of progression to surgical intervention, even in the absence of eye-specific data. Blood pressure-related metrics and certain medication classes emerged as predictors of glaucoma progression. This approach provides an opportunity for future development of automated risk prediction within the EHR based on systemic data to assist with clinical decision-making.

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Vol 208

P. 30-40 - décembre 2019 Retour au numéro
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