非代償性心不全または慢性閉塞性肺疾患の増悪の診断モデル開発のための機械学習

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12709 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

心不全 (HF) と慢性閉塞性肺疾患 (COPD) は、一般人口に最も大きな悪影響を与える 2 つの慢性疾患であり、代償不全の早期発見が重要な目的です。 ただし、適切な診断パフォーマンスを実現している診断モデルはほとんどありません。 この試験の目的は、生理学的パラメーターに基づく機械学習技術を使用して、非代償性心不全または COPD 悪化の診断モデルを開発することでした。 非代償性心不全および/または COPD 増悪のために入院した合計 135 人の患者が募集されました。 各患者は 3 回の評価を受けました。1 回は非代償期 (入院中)、もう 2 回は代償期 (退院後 30 日の自宅) で連続して行われました。 各評価では、心拍数 (HR) と酸素飽和度 (Ox) を、6 分間の歩行期間中、その後 4 分間の回復期間中に継続的に記録しました (パルスオキシメーターを使用)。 診断モデルを開発するために、最初に分類アルゴリズムを通じて HR と Ox に関連する予測特性が選択されました。 潜在的な予測因子には、年齢、性別、ベースライン疾患 (心不全または COPD) が含まれていました。 次に、さまざまな機械学習手法を通じて、診断分類モデル (補償フェーズと非補償フェーズ) が開発されました。 開発したモデルの診断性能は、感度 (S)、特異度 (E)、精度 (A) に従って評価されました。 非代償性心不全患者22名、COPD増悪患者25名、および両方の非代償性病状を有する患者13名からのデータが分析に含まれた。 最初に評価された HR と Ox の 96 個の特性のうち、19 個が選択されました。 年齢、性別、ベースライン疾患はモデルに大きな識別力を与えませんでした。 S 値と E 値が 80% を超える手法は、ロジスティック回帰 (S: 80.83%; E: 86.25%; A: 83.61%) およびサポート ベクター マシン (S: 81.67%; E: 85%; A: 82.78%) でした。テクニック。 開発された診断モデルは、非代償性心不全または COPD の悪化に対して良好な診断性能を達成しました。 私たちの知る限り、この研究は、COPD患者とHF患者の両方に適用できる可能性のある代償不全の診断モデルを報告した最初の研究です。 ただし、これらの結果は暫定的なものであり、確認するにはさらなる調査が必要です。

心不全 (HF) と慢性閉塞性肺疾患 (COPD) は、一般集団に最も大きな悪影響を及ぼす 2 つの慢性疾患です1、2、3。 代償不全（心不全の場合）または増悪（COPDの場合）は、自律性と生活の質に影響を及ぼし、死亡率や入院または救急サービスへの訪問の必要性を増加させるため、特に重要です4、5、6、7。 したがって、これらの疾患の代償不全の早期発見を可能にする方法の開発は、そのような発見によってより迅速な回復が可能になり、入院などの大規模な介入の必要性を回避できるため重要です8,9。

両方の疾患の代償不全を早期に検出するためにこれまでに開発された方法の通常のアプローチは、継続的または断続的に適用される予測モデルまたは診断アルゴリズムを使用した臨床パラメーターの外来モニタリングに基づいています。 HF に関しては、非侵襲的な生理学的パラメータに基づくアルゴリズムの系統的レビュー 11 により、このタイプのアルゴリズムで最も頻繁に考慮される生理学的パラメータが特定されました。それは、体液過負荷のマーカーとしての体重 (96%)、血圧 (85%)、心拍数 (HR) です。 (61%)、酸素飽和度 (Ox) (23%)、および心拍リズム (17%)。 しかし、代償不全を検出するためのパラメータの最適な組み合わせはまだ確立されておらず、体重は広く使用されているものの、多くの誤った警告を生成することが多く、心臓代償不全を検出する感度が低いです。 COPDでは、HFとは異なり、最も一般的に考慮される生理学的パラメータはOxとHR10、および肺機能検査（肺活量測定）です。 いくつかの研究 12、13、14 では、COPD の悪化に至るまでの数日間のこれらのパラメーターの差異が計算されています。 したがって、Ox では、ベースラインから 1 ～ 2 ポイントまたは 1 ～ 1.24 標準偏差 (SD) の減少が報告されており、HR では、ベースラインから 1 分あたり 5 ～ 7 拍または 3 SD の上昇が報告されています。 両方の状態の前述のパラメーターの中で、Ox と HR は現在、患者の日常業務中に無停止技術デバイスを介して遠隔かつ確実に監視できる生理学的パラメーターであるため、Ox と HR を強調しました。