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Machine Learning Predicts Bleeding Risk in Atrial Fibrillation Patients on Direct Oral Anticoagulant - 14/04/25

Doi : 10.1016/j.amjcard.2025.02.030 
Rahul Chaudhary a, b, c, , Mehdi Nourelahi d, Floyd W. Thoma a, Walid F. Gellad e, Wei-Hsuan Lo-Ciganic e, f, g, Rohit Chaudhary h, Anahita Dua i, Kevin P. Bliden j, Paul A. Gurbel j, Matthew D. Neal k, Sandeep Jain a, Aditya Bhonsale a, Suresh R. Mulukutla a, l, Yanshan Wang b, d, m, n, Matthew E. Harinstein a, Samir Saba a, #, Shyam Visweswaran b, d, #
a Heart and Vascular Institute, University of Pittsburgh Medical Center, Pittsburgh, Pennsylvania 
b Department of Computer Science, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 
c AI-HEART Lab, Pittsburgh, Pennsylvania 
d Department of Biomedical Informatics, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 
e Division of General Internal Medicine, School of Medicine, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 
f Center for Pharmaceutical Policy and Prescribing, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 
g Geriatric Research Education and Clinical Center, North Florida/South Georgia Veterans Health System, Gainesville 
h Uniting New South Wales, Autralian Capital Territory, Sydney, Australia 
i Division of Vascular and Endovascular Surgery, Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts 
j Sinai Center of Thrombosis Research and Drug Development, Sinai Hospital of Baltimore, Baltimore, Maryland 
k Department of Surgery, Trauma and Transfusion Medicine Research Center, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 
l Clinical Analytics, University of Pittsburgh Medical Center, Pittsburgh, Pennsylvania 
m Department of Health Information Management, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 
n Clinical and Translational Science Institute, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 

Corresponding author:

Highlights

ML models outperformed conventional scores in predicting major bleeding in AF.
Random forest achieved an AUC of 0.76 vs HAS-BLED's AUC of 0.57 (p < 0.001).
SHAP analysis identified new bleeding risk factors like BMI and cholesterol profile.
Study included 24,468 AF patients on DOACs with a 5-year follow-up for bleeding events.
ML models offer more personalized bleeding risk assessment for AF patients on DOACs.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Predicting major bleeding in nonvalvular atrial fibrillation (AF) patients on direct oral anticoagulants (DOACs) is crucial for personalized care. Alternatives like left atrial appendage closure devices lower stroke risk with fewer nonprocedural bleeds. This study compares machine learning (ML) models with conventional bleeding risk scores (HAS-BLED, ORBIT, and ATRIA) for predicting bleeding events requiring hospitalization in AF patients on DOACs at their index cardiologist visit. This retrospective cohort study used electronic health records from 2010 to 2022 at the University of Pittsburgh Medical Center. It included 24,468 nonvalvular AF patients (age ≥18) on DOACs, excluding those with prior significant bleeding or warfarin use. The primary outcome was hospitalization for bleeding within one year, with follow-up at one, two, and five years. ML algorithms (logistic regression, classification trees, random forest, XGBoost, k-nearest neighbor, naïve Bayes) were compared for performance. Of 24,468 patients, 553 (2.3%) had bleeding within one year, 829 (3.5%) within two years, and 1,292 (5.8%) within five years. ML models outperformed HAS-BLED, ATRIA, and ORBIT in 1-year predictions. The random forest model achieved an AUC of 0.76 (0.70 to 0.81), G-Mean of 0.67, and net reclassification index of 0.14 compared to HAS-BLED's AUC of 0.57 (p < 0.001). ML models showed superior results across all timepoints and for hemorrhagic stroke. SHAP analysis identified new risk factors, including BMI, cholesterol profile, and insurance type. In conclusion, ML models demonstrated improved performance to conventional bleeding risk scores and uncovered novel risk factors, offering potential for more personalized bleeding risk assessment in AF patients on DOACs.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : atrial fibrillation, direct oral anticoagulants, machine learning, risk prediction, major bleeding, hemorrhagic stroke


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