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A aprendizagem de máquina pode prever pacientes pediatras de ECMO em risco da lesão cerebral

Quando os bebês ou as crianças recém-nascidas com aflição do coração ou do pulmão se estão esforçando para sobreviver, os doutores giram frequentemente para um formulário da manutenção das funções vitais que usa os pulmões artificiais. Este tratamento, chamado o oxigenação de Extracorporal Membrana (ECMO), foi creditado com o salvamento de vidas incontáveis. Mas em alguns casos, pode igualmente conduzir à lesão cerebral a longo prazo.

Agora, uma equipa de investigação conduzida por cientistas do sudoeste de UT mostrou que um programa de aprendizagem da máquina pode prever, mais exactamente do que os doutores, que os bebês e as crianças são mais provável sofrer a lesão cerebral após ECMO. O estudo foi publicado no mês passado no jornal da medicina clínica.

Os doutores tiveram sempre alguma intuição sobre quem pôde ser em risco, mas até aqui nós realmente não tivemos os bons dados para localizar que factores estão precipitando a lesão cerebral de ECMO. Eu não penso que nós poderemos eliminar inteiramente estes ferimentos, mas eu espero que com melhores previsões nós podemos abrandar o risco.”

Lakshmi Raman, M.D., líder do estudo, professor adjunto da pediatria em UT do sudoeste e um especialista crítico do cuidado na saúde de crianças

ECMO trabalha distribuindo o sangue fora do corpo de um paciente, bombeando o através de um dispositivo que adicione o oxigênio, remova o dióxido de carbono, e mantenha o sangue morno antes do retornar ao corpo. ECMO é usado em crianças e em adultos, mas os pacientes os mais freqüentes são neonatos. A terapia tomam a pressão fora do coração e os pulmões quando se amadurecer ou se recuperar de ferimento.

Muitos pacientes trataram com o ECMO terminam acima com complicações do cérebro, contudo, e os doutores não compreendem inteiramente por que. As lesões cerebrais foram atribuídas frequentemente às drogas dediluição dadas durante ECMO, mas os estudos não suportaram essa relação.

“Eu tornei-me realmente interessado ver se nós poderíamos vir acima com um algoritmo que tomasse todos estes factores diferentes e os tentasse identificar o que predispor alguns pacientes à lesão cerebral,” dissesse Raman.

Raman e seus colaboradores usaram dados em 174 pacientes sob a idade de 18, incluindo 70 bebês sob 30 dias velho, que foi tratado com o ECMO no centro médico Dallas das crianças entre 2010 e 2019. Em cada caso, as imagens do CT ou do MRI do cérebro do paciente após ECMO estavam disponíveis. A lesão cerebral foi detectada por uma varredura em 81, ou por 51 por cento, dos pacientes.

Os pesquisadores incorporaram dados em cada paciente - incluindo a idade, peso, género, medicamentações, tipo de ECMO, razão principal para ECMO, e quanto tempo receberam ECMO - em um programa de aprendizagem da máquina chamado uma rede neural que fosse projectada identificar testes padrões nos conjunto de dados. O programa analisado sobre 35.000 horas clínicas do tratamento de ECMO e 1,4 milhão pontos de dados através de 35 variáveis.

O modelo resultante teve uma taxa de uma sensibilidade de 73 por cento de prever a lesão cerebral após ECMO e taxa de uma especificidade de 80 por cento. Este bata para fora a potência da previsão dos clínicos, que tinham suspeitado a lesão cerebral em 61 pacientes, com uma sensibilidade de 39 por cento e de uma especificidade de 69 por cento.

Surpreendentemente, se um paciente estava em drogas do anticoagulante, ou na dosagem daquelas drogas, teve pouco efeito na lesão cerebral. A frequência cardíaca de um paciente e a pressão sanguínea, contudo, foram encontradas ajudar o modelo a prever os danos cerebrais.

“Eu penso este significa provavelmente que nós precisamos de se centrar mais atenção sobre aquelas variáveis da circulação sanguínea,” diz Raman. “Nós já estamos começando fazer o trabalho nesse sentido.”

O modelo da previsão não está indo ser usado clìnica muito em breve; Raman e seus colegas estão planeando os estudos maiores que incluem pacientes de ECMO em outros centros médicos. Os pesquisadores esperam identificar as características que podem ajudar doutores a prever que pacientes a maioria de benefício de ECMO com menos risco.

Source:
Journal reference:

Shah,N., et al. (2020) Neural Networks to Predict Radiographic Brain Injury in Pediatric Patients Treated with Extracorporeal Membrane Oxygenation.  Journal of Clinical Medicine. doi.org/10.3390/jcm9092718.