modelos de inteligência artificial na análise da monitorização

276 Pages·2012·17.92 MB·Portuguese

PORTO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOMÉDICAS ABEL SALAZAR
J9
UNIVERSIDADE DO PORTO
MODELOS DE INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL NA ANÁLISE DA
MONITORIZAÇÃO DE EVENTOS CLÍNICOS ADVERSOS,
DISFUNÇÃO/FALÊNCIA DE ÓRGÃOS E PROGNÓSTICO DO
DOENTE CRÍTICO
ÁLVARO JOSÉ BARBOSA MOREIRA DA SILVA
Dissertação de doutoramento em Ciências Médicas
2007
ÁLVARO JOSÉ BARBOSA MOREIRA DA SILVA
MODELOS DE INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL NA ANALISE DA
MONITORIZAÇÃO DE EVENTOS CLÍNICOS ADVERSOS,
DISFUNÇÃO/FALÊNCIA DE ÓRGÃOS E PROGNÓSTICO DO
DOENTE CRÍTICO
Dissertação de candidatura ao grau de Doutor em Ciências
Médicas apresentada ao Instituto de Ciências Biomédicas de Abel
Salazar da Universidade do Porto
Orientador - Professor Doutor João José Lopes Gomes
Professor Catedrático Convidado
Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar
Universidade do Porto
Co-orientadores
Professor Doutor José Carlos Ferreira Maia Neves
Professor Catedrático
Departamento de Informática, Escola de Engenharia, Universidade
do Minho
Professor Doutor Manuel Filipe Vieira Torres dos Santos
Professor Auxiliar
Departamento de Sistemas de Informação, Escola de EjTgejnharia,
Universidade do Minho
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Trabalho realizado nas seguintes instituições:
Health Services Research Unit do Hospital Universitário de Groningen, Holanda
Serviço de Cuidados Intensivos do Hospital Geral de Santo António, Porto
Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar, Universidade do Porto
Escola de Engenharia da Universidade do Minho
Indice
CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO 9
Agradecimentos 9
1.Âmbito e motivação 11
2. Objectivos 17
3.Organização da dissertação 19
CAPÍTULO II - A AVALIAÇÃO DO PROGNÓSTICO E DA FALÊNCIA DE ÓRGÃOS
EM MEDICINA INTENSIVA 29
1.Introdução 29
2. O prognóstico na Medicina Intensiva 31
3. índices gerais de gravidade da doença e modelos de prognóstico 33
3.1 Descrição e classificação dos índices gerais de gravidade da doença e modelos prognósticos 35
3.2 Cálculo do índice de gravidade e da probabilidade de mortalidade 50
3.3 Validação dos índices gerais de gravidade e modelos prognósticos 52
3.4 Comparação dos modelos 55
4. índices de quantificação da falência múltipla de órgãos 57
4.1 Descrição e classificação dos índices de quantificação da falência de órgãos 60
4.2 Comparação dos índices de avaliação da falência múltipla de órgãos e sistemas 66
5. Limitações dos modelos prognósticos e dos índices de quantificação da falência múltipla de órgãos 68
6. Actualizações dos modelos prognósticos 73
7. Conclusões 75
8. Bibliografia 77
CAPÍTULO III - A DESCOBERTA DE CONHECIMENTO EM MEDICINA INTENSIVA93
1. Introdução 93
2. O Processo da Descoberta de Conhecimento em Base de Dados 95
2.1 Definição 95
2.2 Fases do Processo de Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados 97
2.3 Data Mining 99
2.4 Avaliação dos modelos 117
3. Aplicação das redes neuronais artificiais em Medicina Intensiva 122
4. Vantagens e limitações das redes neuronais artificiais 126
5.Potencialidades da Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados na Medicina Intensiva 128
6. Bibliografia 130
CAPÍTULO IV- INDUÇÃO DE MODELOS DE PREVISÃO DE MORTALIDADE E DA
FALÊNCIA DE ÓRGÃOS E SISTEMAS NO DOENTE GRAVE: CONTRIBUIÇÃO
PESSOAL 141
1. Introdução 141
2. População e métodos 142
3. Indução de modelos de previsão da mortalidade intra-hospitalar 146
3.1. Preâmbulo 146
3.2 Mortality assessment in intensive care units via adverse events using artificial neural networks... 152
4. Indução de modelos de previsão de falência de órgãos e sistemas 173
4.1. Preâmbulo 173
4.2 Multiple Organ Failure Diagnosis Using Adverse Events and Neural Networks 177
4.3 Preâmbulo 186
4.4 Rating organ failure via adverse events using data mining in intensive care medicine 187
4.5 Preâmbulo 205
4.6 Organ Failure Prediction Based On Clinical Adverse Events: A Cluster Model Approach 209
5.Viabilização de sistemas de suporte à decisão inteligente em Medicina Intensiva 222
5.1. Preâmbulo 222
5.2 INTCARE: A Knowledge Discovery based Intelligent Decision Support System for Intensive Care
Medicine 224
6. Bibliografia 247
CAPÍTULO V-DISCUSSÃO GLOBAL 251
l.Bibliografia 263
CAPÍTULO VI - CONCLUSÕES 269
Resumo 271
Resume 274
Abstract 278
CAPÍTULO I
Introdução
CAPITULO I - Introdução
Agradecimentos
Ao Prof. Doutor Lopes Gomes, meu orientador de doutoramento, a quem devo o
estímulo para a realização deste trabalho de investigação.
Ao Prof. Doutor Maia Neves e Prof. Doutor Filipe Santos por terem co-orientado este
trabalho, num esforço de complementaridade entre as áreas científicas da Medicina
Intensiva e da Informática.
Aos Professores Doutores Joaquim Maia e Henrique Barros por me terem iniciado
na investigação científica e ensinado a trilhar este caminho enriquecedor da prática
clínica.
À Direcção do Serviço de Cuidados Intensivos do Hospital Geral de Santo António
por me ter proposto a elaboração desta tese de doutoramento.
Ao Dr. Reis Miranda pelo convite que me dirigiu, conjuntamente com o então director
de serviço, Dr. Manuel Brandão, para participar activamente no projecto EURICUS-II
e aceder à base de dados resultante desse projecto.
Ao Prof. Dr. Vítor Ribeiro, pelo seu incondicional apoio e disponibilidade.
Ao Prof. Doutor Nuno Grande, pela sua isenção, sentido de justiça e apoio
incomensurável e imprescindível.
Ao Prof. Dr. Caetano Pereira por ter investido, com amizade, no ultrapassar de
contrariedades.
Ao meu colega e amigo Dr. Pedro Amorim que acreditou sempre na possibilidade da
concretização deste projecto e me apoiou desde o primeiro momento.
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CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO
Ao amigo Dr. Pedro Sousa e Silva, por ter tornado possível a concretização deste
projecto. Sem a sua amizade, disponibilidade e investimento profissional, nada teria
sido possível.
Ao amigo Eng.° Pedro Gago, "companheiro de estrada", pela sua enorme
disponibilidade em apoiar este trabalho através dos seus comentários e incentivos. A
sua cumplicidade e amizade foram sempre estímulos para percorrer este caminho.
Ao amigo Eng.° Fillipe Pinto, pela disponibilidade e interesse demonstrados.
Ao Prof. Doutor Paulo Cortez, pela forma empenhada como disponibilizou os seus
conhecimentos para que este trabalho tivesse sucesso.
Aos meus colegas do Serviço de Cuidados Intensivos do Hospital Geral de Santo
António.
Aos meus pais, à minha mulher e aos meus filhos pelo partilhar de emoções e pelas
capacidades inesgotáveis de incentivo, apoio e carinho.
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1.Âmbito e motivação
Apresenta-se a introdução à dissertação,
motivos que levaram à escolha do tema,
objectivos propostos e organização do
documento.
Entre os desenvolvimentos mais marcantes da Medicina do Século XX surgiu a
Medicina Intensiva, definida como uma área multidisciplinar das Ciências Médicas
que aborda especificamente a prevenção, diagnóstico e tratamento de situações de
doença aguda potencialmente reversíveis, em doentes que apresentam falência de
uma ou mais funções vitais, eminente (s) ou estabelecida (s).
A Medicina Intensiva aumentou a capacidade de salvar vidas em risco e a sobrevida
de doentes portadores de doença grave.
Resultado dos desenvolvimentos da tecnologia, temos assistido na Medicina
Intensiva ao crescimento sustentado da quantidade de dados1 disponíveis à
cabeceira do doente grave.
A dimensão dos recursos, a complexidade crescente das doenças, a introdução de
novas tecnologias de monitorização do doente e a progressiva informatização das
Unidades de Cuidados Intensivos (UCIs), via implementação de sistemas de
informação2 clínica, têm contribuído para que a UCI seja um ambiente gerador de um
volume exponencial de informação3 e à formação de bases de dados extensas
(Hanson & Marshall, 2001).
Existem bases de dados com mais de duas mil variáveis sobre um doente(lmhoff,
1998) e estima-se que um intensivista, durante a visita clínica, possa ser confrontado
com o desafio de analisar e integrar mais de duzentas variáveis respeitantes a um
doente grave (Morris & Gardner, 1992). Mesmo um intensivista experiente muitas
1 Representação da informação sob uma forma convencional adequada à comunicação, à interpretação ou ao
processamento. APDSI-Associação para a Promoção e Desenvolvimento da Sociedade de Informação. (2007).
"Glossário da Sociedade da Informação - Versão 2007."
2 Sistema constituído por recursos humanos, recursos materiais (o equipamento) e procedimentos que possibilitam a
aquisição, o armazenamento, o processamento e a difusão da informação pertinente ao funcionamento de uma
organização, quer o sistema esteja informatizado ou não.lbid.
3 Dados e factos que foram organizados e comunicados de forma coerente e com significado e a partir dos quais se
podem tirar conclusões. Ibid.
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