Inteligência artificial aplicada ao ecossistema de regulação do Estado Rio Grande do Norte (RegulaRN): análises baseadas em machine learning em leitos Covid-19 e leitos gerais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Barreto, Tiago de Oliveira
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60631
Resumo: The process of bed regulations is among the most relevant processes for the Brazilian public health system. It encompasses the entire process of managing and monitoring a patient who requires hospitalization, from the request to their proper admission. However, it is still an area that has little investment in digital health systems and other resources that can favor the better management of the regulatory process. Thus, this work aims to include the area of artificial intelligence within the area of regulating public beds, in order to enhance and assist the decision-making process during bed regulation. In this sense, bed regulation data from two modules of the platform adopted in Rio Grande do Norte, RegulaRN COVID-19 and RegulaRN Leitos Gerais, were used in order to classify the data and predict the patient's outcome. In total, approximately 72,422 bed regulation data were analyzed in different time frames. In addition, a pipeline of characterization, preprocessing, data correlation, definition of metrics for evaluation, data balancing, definition of training and validation data, definition of computational models for data classification and selection of hyperparameters was used. For the RegulaRN COVID-19 platform, the results showed better performance for the accuracy (84.01%), precision (79.57%) and F1-score (81.00%) metrics in the Multilayer Perceptron (MLP) model with Stochastic Gradient Descent (SGD) optimizer. For the recall (84.67%), specificity (84.67%) and ROC-AUC (91.6%) metrics, the best results were obtained by Root Mean Squared Propagation (RMSProp). As for the RegulaRN Leitos Gerais data, the analyses were performed with two datasets: adults and pediatric and neonatal. For the first set, Extreme Gradient Boosting (XGBoost) presented the best accuracy (87.77%) and recall (87.77%) values, Random Forest had the best precision (87.05%), Gradient Boosting had the best F1 Score (87.56%) and for specificity (82.94%) it was obtained by SGD. For the newborn data, the best accuracy (87.50%), recall (87.50%) and F1-Score (88.48%) values were obtained by the Decision Tree classifier, the best precision (90.75%) by Adaboost and the best specificity by MLP Adam. The results allowed us to identify the best models to assist health professionals during the bed regulation process, as well as the scientific findings of this academic work demonstrate that the computational methods used applied through a digital health solution can assist in the decision-making of medical regulators and government institutions in order to strengthen the performance of Brazilian public health.
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In this sense, bed regulation data from two modules of the platform adopted in Rio Grande do Norte, RegulaRN COVID-19 and RegulaRN Leitos Gerais, were used in order to classify the data and predict the patient's outcome. In total, approximately 72,422 bed regulation data were analyzed in different time frames. In addition, a pipeline of characterization, preprocessing, data correlation, definition of metrics for evaluation, data balancing, definition of training and validation data, definition of computational models for data classification and selection of hyperparameters was used. For the RegulaRN COVID-19 platform, the results showed better performance for the accuracy (84.01%), precision (79.57%) and F1-score (81.00%) metrics in the Multilayer Perceptron (MLP) model with Stochastic Gradient Descent (SGD) optimizer. For the recall (84.67%), specificity (84.67%) and ROC-AUC (91.6%) metrics, the best results were obtained by Root Mean Squared Propagation (RMSProp). As for the RegulaRN Leitos Gerais data, the analyses were performed with two datasets: adults and pediatric and neonatal. For the first set, Extreme Gradient Boosting (XGBoost) presented the best accuracy (87.77%) and recall (87.77%) values, Random Forest had the best precision (87.05%), Gradient Boosting had the best F1 Score (87.56%) and for specificity (82.94%) it was obtained by SGD. For the newborn data, the best accuracy (87.50%), recall (87.50%) and F1-Score (88.48%) values were obtained by the Decision Tree classifier, the best precision (90.75%) by Adaboost and the best specificity by MLP Adam. The results allowed us to identify the best models to assist health professionals during the bed regulation process, as well as the scientific findings of this academic work demonstrate that the computational methods used applied through a digital health solution can assist in the decision-making of medical regulators and government institutions in order to strengthen the performance of Brazilian public health.O processo de regulação de leitos está entre um dos processos mais relevantes para o sistema de saúde público brasileiro. Ele contempla todo o processo de gestão e monitoramento de um paciente que necessita de internação, desde a solicitação até o seu devido internamento. Contudo, ainda é uma área que possui pouco investimento em sistemas de saúde digitais e outros recursos que possam favorecer a melhor condução do processo regulatório. Desse modo, este trabalho objetiva incluir a área de inteligência artificial dentro da área de regulação de leitos públicos, a fim potencializar e auxiliar o processo de tomada de decisão durante a regulação de leitos. Nesse sentido, foram utilizados dados de regulação de leitos de dois módulos da plataforma adotada no Rio Grande do Norte, RegulaRN COVID-19 e RegulaRN Leitos Gerais, a fim de classificar os dados e prever o desfecho do paciente. Ao todo, foram analisados cerca de 72.422 dados de regulação de leitos em diferentes recortes temporais, além disso, foi utilizado um pipeline de caracterização, pré-processamento, correlação de dados, definição de métricas para avaliação, balanceamento dos dados, definição de dados de treinamento e validação, definição de modelos computacionais para classificação dos dados e seleção dos hiperparâmetros. Para a plataforma RegulaRN COVID-19, os resultados mostraram melhor desempenho para as métricas de acurácia (84,01%), precisão (79,57%) e F1-score (81,00%) no modelo Multilayer Perceptron com otimizador Stochastic Gradient Descent (SGD). Já para as métricas revogação (84,67%), especificidade (84,67%) e ROC-AUC (91,6%) os melhores resultados foram obtidos pela Root Mean Squared Propagation (RMSProp). Quanto aos dados do RegulaRN Leitos Gerais, as análises foram feitas com dois conjuntos de dados: adultos e pediátricos e neonatais. Para o primeiro conjunto o Extreme Gradient Boosting (XGBoost) apresentou melhores valores de acurácia (87,77%) e revogação (87,77%), Random Forest melhor precisão (87,05%), Gradient Boosting melhor F1 Score (87,56%) e para a especificidade (82,94%) foi obtido pelo SGD. Já para os dados de neonatos, obteve-se melhores valores de acurácia (87,50%), revogação (87,50%) e F1-Score(88,48%) o classificador Decision Tree, melhor precisão (90,75%) o AdaBoost e melhor especificidade o PMC Adam. Os resultados permitiram identificar os melhores modelos para auxiliar os profissionais de saúde durante o processo de regulação de leitos, assim como, os achados científicos deste trabalho acadêmico demonstram que os métodos computacionais utilizados aplicados por meio de uma solução de saúde digital podem auxiliar na tomada de decisão de reguladores médicos e instituições governamentais a fim de fortalecer o desempenho da saúde pública brasileira.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOValentim, Ricardo Alexsandro de Medeiroshttps://orcid.org/0000-0002-4399-9518http://lattes.cnpq.br/7875886647905077https://orcid.org/0000-0002-9216-8593http://lattes.cnpq.br/3181772060208133Dória Neto, Adrião DuarteCortez, Lyane RamalhoMorais, Antonio Higor Freire deMachado, Guilherme MedeirosSantos, João Paulo Queiroz dosBarreto, Tiago de Oliveira2024-11-12T22:44:11Z2024-11-12T22:44:11Z2024-09-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfBARRETO, Tiago de Oliveira. Inteligência artificial aplicada ao ecossistema de regulação do Estado Rio Grande do Norte (RegulaRN): análises baseadas em machine learning em leitos Covid-19 e leitos gerais. Orientador: Dr. Ricardo Alexsandro de Medeiros Valentim. 2024. 135f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60631info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-11-12T22:44:51Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/60631Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-11-12T22:44:51Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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