L'adaptation de LSTM aux données collectées à des fréquences irrégulières pour faire des prédictions dans le contexte de la réanimation médicale

Adaptive time-aware LSTM for predicting and interpreting ICU patient trajectories from irregular data

• Auteur / Autrice : Mamadou Ben Hamidou Cissoko
• Direction : Nicolas Lachiche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 23/10/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Jonathan Weber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Sinoquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sandra Bringay, Thomas Guyet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médecine personnalisée

Médecine prédictive

Informatique médicale

Mots clés libres

EHR

LSTM

Irrégularité temporelle

Modélisation de la trajectoire de santé du patient

Médecine prédictive personnalisée

Prédiction de la mortalité et de la durée de séjour

Prévision des séries temporelles

EHR

LSTM

Timing Irregularity

Patient's health trajectory modeling

Personalized predictive medicine

Mortality and Length of stay Prediction

Time series forecasting

Résumé

En médecine prédictive personnalisée, modéliser avec précision la maladie et les processus de soins d'un patient est crucial en raison des dépendances temporelles à long terme inhérentes. Cependant, les dossiers de santé électroniques (DSE) se composent souvent de données épisodiques et irrégulières, issues des admissions hospitalières sporadiques, créant des schémas uniques pour chaque séjour hospitalier.Par conséquent, la construction d'un modèle prédictif personnalisé nécessite une considération attentive de ces facteurs pour capturer avec précision le parcours de santé du patient et aider à la prise de décision clinique.LSTM sont efficaces pour traiter les données séquentielles comme les DSE, mais ils présentent deux limitations majeures : l'incapacité à interpréter les résultats des prédictions et à prendre en compte des intervalles de temps irréguliers entre les événements consécutifs. Pour surmonter ces limitations, nous introduisons de nouveaux réseaux neuronaux à mémoire dynamique profonde appelés Multi-Way Adaptive et Adaptive Multi-Way Interpretable Time-Aware LSTM (MWTA-LSTM etAMITA), conçus pour les données séquentielles collectées de manière irrégulière.L'objectif principal des deux modèles est de tirer parti des dossiers médicaux pour mémoriser les trajectoires de maladie et les processus de soins, estimer les états de maladie actuels et prédire les risques futurs, offrant ainsi un haut niveau de précision et de pouvoir prédictif.

In personalized predictive medicine, accurately modeling a patient's illness and care processes is crucial due to the inherent long-term temporal dependencies. However, Electronic Health Records (EHRs) often consist of episodic and irregularly timed data, stemming from sporadic hospital admissions, which create unique patterns for each hospital stay. Consequently, constructing a personalized predictive model necessitates careful consideration of these factors to accurately capture the patient's health journey and assist in clinical decision-making. LSTM networks are effective for handling sequential data like EHRs, but they face two significant limitations: the inability to interpret prediction results and to take into account irregular time intervals between consecutive events. To address limitations, we introduce novel deep dynamic memory neural networks called Multi-Way Adaptive and Adaptive Multi-Way Interpretable Time-Aware LSTM (MWTA-LSTM and AMITA) designed for irregularly collected sequential data. The primary objective of both models is to leverage medical records to memorize illness trajectories and care processes, estimate current illness states, and predict future risks, thereby providing a high level of precision and predictive power.