Análise da generalização de algoritmos de machine learning e suas aplicações na otimização de decisões em saúde

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Borba, Mariane Furtado
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Decisões em Saúde; Generalização; Generalization; Health Decisions; Machine Learning; Modelos Preditivos; Predictive Models
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/6/6141/tde-05022024-163230/

A utilização de algoritmos de inteligência artificial tem crescido rapidamente nos últimos anos, aumentando o seu potencial de aplicação em saúde pública. Algoritmos de machine learning (ML) são capazes de auxiliar na predição de desfechos complexos e na tomada de decisões por parte dos profissionais da área da saúde. Esta tese tem como objetivo analisar a capacidade de generalização dos algoritmos na área da saúde e aplicar modelos de ML para predições utilizando dados tabulares frequentemente coletados nos sistemas de saúde. A tese será defendida sob a forma de três artigos científicos. O primeiro artigo realizou uma revisão sistemática da literatura sobre a capacidade de generalização de modelos de ML em saúde. Os resultados indicaram que, apesar de ainda limitada, a literatura sobre generalização em saúde está crescendo nos últimos anos em parte como uma demanda das próprias revistas científicas. O segundo artigo desenvolveu e avaliou a performance da validação externa de um algoritmo de ML no contexto da predição de risco de mortalidade neonatal. O modelo foi desenvolvido utilizando Extreme Gradient Boosting (XGB) em dados de São Paulo de 2012 a 2015, incluindo 807.932 nascidos vivos e 5.518 óbitos neonatais. Foi realizada a validação externa do algoritmo em 1.161 municípios brasileiros, incluindo todas as capitais de estado para o ano ele 2016, totalizando 2.848.052 nascidos vivos e 23.948 óbitos neonatais. Os resultados mostraram que os municípios que ofertam estruturas de maior complexidade obtiveram uma performance similar ou mesmo superior ao modelo base desenvolvido com dados do município de São Paulo. No terceiro e último artigo desta tese, foi realizada uma análise da aplicação da técnica de generalização conhecida como transfer learning nos dados da Rede IACOV-BR para predizer óbito entre pacientes internados por Covid-19 usando dados de prontuário de 16.236 pacientes de 18 hospitais brasileiros coletados no primeiro trimestre de 2020 durante o início da pandemia de Covid-19 no Brasil. A abordagem desse artigo propôs uma comparação entre uma nova solução capaz de predizer o progresso clínico dos pacientes com Covid- 19 versus a abordagem já aplicada para predições tabulares em saúde. Os resultados indicam que apesar de promissora, a técnica de transfer learning convencional não se mostrou superior aos resultados de performance obtidos localmente com os algoritmos de boosting utilizados para dados tabulares. Os resultados desta tese apontam para a importância da generalização dos algoritmos de ML em saúde, ao mesmo tempo que os desafios técnicos ainda persistem em relação à manutenção da performance preditiva nas diferentes localidades.