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Novel pneumonia score based on a machine learning model for predicting mortality in pneumonia patients on admission to the intensive care unit - 12/08/23

Doi : 10.1016/j.rmed.2023.107363 
Bin Wang a, , 1 , Yuanxiao Li b, 1 , Ying Tian c , Changxi Ju c , Xiaonan Xu b , Shufen Pei d
a Department of Infectious Diseases, Second Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou, China 
b Department of Pediatric Gastroenterology, Lanzhou University Second Hospital, Lanzhou, China 
c Department of Clinical Medicine, Lanzhou University Second Hospital, Lanzhou, China 
d Department of Clinical Medicine, North Sichuan Medical College, Nanchong, China 

Corresponding author. Department of Infectious Diseases, Second Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine, 88 Jie Fang Lu, Shangcheng District, Hangzhou, Zhejiang, 310009, China.Department of Infectious DiseasesSecond Affiliated HospitalZhejiang University School of Medicine88 Jie Fang LuShangcheng DistrictHangzhouZhejiang310009China

Abstract

Background

Scores for predicting the long-term mortality of severe pneumonia are lacking. The purpose of this study is to use machine learning methods to develop new pneumonia scores to predict the 1-year mortality and hospital mortality of pneumonia patients on admission to the intensive care unit (ICU).

Methods

The study population was screened from the MIMIC-IV and eICU databases. The main outcomes evaluated were 1-year mortality and hospital mortality in the MIMIC-IV database and hospital mortality in the eICU database. From the full data set, we separated patients diagnosed with community-acquired pneumonia (CAP) and ventilator-associated pneumonia (VAP) for subgroup analysis. We used common shallow machine learning algorithms, including logistic regression, decision tree, random forest, multilayer perceptron and XGBoost.

Results

The full data set of the MIMIC-IV database contained 4697 patients, while that of the eICU database contained 13760 patients. We defined a new pneumonia score, the "Integrated CCI-APS", using a multivariate logistic regression model including six variables: metastatic solid tumor, Charlson Comorbidity Index, readmission, congestive heart failure, age, and Acute Physiology Score III. The area under the curve (AUC) and accuracy of the integrated CCI-APS were assessed in three data sets (full, CAP, and VAP) using both the test set derived from the MIMIC-IV database and the external validation set derived from the eICU database. The AUC value ranges in predicting 1-year and hospital mortality were 0.784–0.797 and 0.691–0.780, respectively, and the corresponding accuracy ranges were 0.723–0.725 and 0.641–0.718, respectively.

Conclusions

The main contribution of this study was a benchmark for using machine learning models to build pneumonia scores. Based on the idea of integrated learning, we propose a new integrated CCI-APS score for severe pneumonia. In the prediction of 1-year mortality and hospital mortality, our new pneumonia score outperformed the existing score.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Existing pneumonia scores have limited predictive performance.
Among the machine learning models, XGBoost had the best performance.
In the prediction of mortality, our new pneumonia score performs well.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Pneumonia, Intensive care unit, Mortality, Severity scores, Machine learning


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Article 107363- octobre 2023 Retour au numéro
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  • Home-based pulmonary rehabilitation for adults with severe asthma exposed to psychosocial chronic stressors
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  • Effect of bronchial thermoplasty on static and dynamic lung compliance and resistance in patients with severe persistent asthma
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