Assessing SOFA score trajectories in sepsis using machine learning: A pragmatic approach to improve the accuracy of mortality prediction.


Journal

PloS one
ISSN: 1932-6203
Titre abrégé: PLoS One
Pays: United States
ID NLM: 101285081

Informations de publication

Date de publication:
2024
Historique:
received: 18 12 2023
accepted: 04 03 2024
medline: 28 3 2024
pubmed: 28 3 2024
entrez: 28 3 2024
Statut: epublish

Résumé

An increasing amount of longitudinal health data is available on critically ill septic patients in the age of digital medicine, including daily sequential organ failure assessment (SOFA) score measurements. Thus, the assessment in sepsis focuses increasingly on the evaluation of the individual disease's trajectory. Machine learning (ML) algorithms may provide a promising approach here to improve the evaluation of daily SOFA score dynamics. We tested whether ML algorithms can outperform the conventional ΔSOFA score regarding the accuracy of 30-day mortality prediction. We used the multicentric SepsisDataNet.NRW study cohort that prospectively enrolled 252 sepsis patients between 03/2018 and 09/2019 for training ML algorithms, i.e. support vector machine (SVM) with polynomial kernel and artificial neural network (aNN). We used the Amsterdam UMC database covering 1,790 sepsis patients for external and independent validation. Both SVM (AUC 0.84; 95% CI: 0.71-0.96) and aNN (AUC 0.82; 95% CI: 0.69-0.95) assessing the SOFA scores of the first seven days led to a more accurate prognosis of 30-day mortality compared to the ΔSOFA score between day 1 and 7 (AUC 0.73; 95% CI: 0.65-0.80; p = 0.02 and p = 0.05, respectively). These differences were even more prominent the shorter the time interval considered. Using the SOFA scores of day 1 to 3 SVM (AUC 0.82; 95% CI: 0.68 0.95) and aNN (AUC 0.80; 95% CI: 0.660.93) led to a more accurate prognosis of 30-day mortality compared to the ΔSOFA score (AUC 0.66; 95% CI: 0.58-0.74; p < 0.01 and p < 0.01, respectively). Strikingly, all these findings could be confirmed in the independent external validation cohort. The ML-based algorithms using daily SOFA scores markedly improved the accuracy of mortality compared to the conventional ΔSOFA score. Therefore, this approach could provide a promising and automated approach to assess the individual disease trajectory in sepsis. These findings reflect the potential of incorporating ML algorithms as robust and generalizable support tools on intensive care units.

Identifiants

pubmed: 38547245
doi: 10.1371/journal.pone.0300739
pii: PONE-D-23-42005
doi:

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Journal Article

Langues

eng

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e0300739

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Copyright: © 2024 Palmowski et al. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.

Déclaration de conflit d'intérêts

The authors have declared that no competing interests exist.

Auteurs

Lars Palmowski (L)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Hartmuth Nowak (H)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.
Zentrum für Künstliche Intelligenz, Medizininformatik und Datenwissenschaften, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Bochum, Germany.

Andrea Witowski (A)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Björn Koos (B)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Alexander Wolf (A)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Maike Weber (M)

Medizinische Fakultät, Medizinisches Proteom-Center, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.
Zentrum für Proteindiagnostik (PRODI), Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Daniel Kleefisch (D)

Medizinische Fakultät, Medizinisches Proteom-Center, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.
Zentrum für Proteindiagnostik (PRODI), Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Matthias Unterberg (M)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Helge Haberl (H)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Alexander von Busch (A)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Christian Ertmer (C)

Klinik für Anästhesiologie, Operative Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Münster, Münster, Germany.

Alexander Zarbock (A)

Klinik für Anästhesiologie, Operative Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Münster, Münster, Germany.

Christian Bode (C)

Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Universitätsklinikum Bonn, Bonn, Germany.

Christian Putensen (C)

Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Universitätsklinikum Bonn, Bonn, Germany.

Ulrich Limper (U)

Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Universität Witten/Herdecke, Krankenhaus Köln-Merheim, Köln, Germany.

Frank Wappler (F)

Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Universität Witten/Herdecke, Krankenhaus Köln-Merheim, Köln, Germany.

Thomas Köhler (T)

Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensiv-, Rettungsmedizin und Schmerztherapie, Klinikum Herford, Herford, Germany.
Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin, AMEOS-Klinikum Halberstadt, Halberstadt, Germany.

Dietrich Henzler (D)

Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensiv-, Rettungsmedizin und Schmerztherapie, Klinikum Herford, Herford, Germany.

Daniel Oswald (D)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Klinikum Westfalen, Dortmund, Germany.

Björn Ellger (B)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Klinikum Westfalen, Dortmund, Germany.

Stefan F Ehrentraut (SF)

Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Universitätsklinikum Bonn, Bonn, Germany.

Lars Bergmann (L)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Katharina Rump (K)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Dominik Ziehe (D)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Nina Babel (N)

Centrum für Translationale Medizin, Medizinische Klinik I, Marien Hospital Herne, Universitätsklinikum der Ruhr-Universität Bochum, Herne, Germany.

Barbara Sitek (B)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.
Medizinische Fakultät, Medizinisches Proteom-Center, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Katrin Marcus (K)

Medizinische Fakultät, Medizinisches Proteom-Center, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Ulrich H Frey (UH)

Klinik für Anästhesiologie, Operative Intensivmedizin, Schmerz- und Palliativmedizin, Marien Hospital Herne, Universitätsklinikum der Ruhr-Universität Bochum, Bochum, Germany.

Patrick J Thoral (PJ)

Department of Intensive Care Medicine, Laboratory for Critical Care Computational Intelligence, Amsterdam Cardiovascular Science (ACS), Amsterdam Infection and Immunity Institute (AI&II), Amsterdam UMC, Location VUmc, Vrije Universiteit Amsterdam, Amsterdam, The Netherlands.

Michael Adamzik (M)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Martin Eisenacher (M)

Medizinische Fakultät, Medizinisches Proteom-Center, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.
Zentrum für Proteindiagnostik (PRODI), Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

Tim Rahmel (T)

Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, Ruhr Universität Bochum, Bochum, Germany.

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