A Novel Integrated Framework to Ensure Better Data Quality in Big Data Analytics over Cloud Environment

With advent of Big Data Analytics, the healthcare system is increasingly adopting the analytical services that is ultimately found to generate massive load of highly unstructured data. We reviewed the existing system to find that there are lesser number of solutions towards addressing the problems of data variety, data uncertainty, and data speed. It is important that an error-free data should arrive in analytics. Existing system offers single-hand solution towards single platform. Therefore, we introduced an integrated framework that has the capability to address all these three problems in one execution time. Considering the synthetic big data of healthcare, we carried out the investigation to find that our proposed system using deep learning architecture offers better optimization of computational resources. The study outcome is found to offer comparatively better response time and higher accuracy rate as compared to existing optimization technqiues that is found and practiced widely in literature

A Powerful Paradigm for Cardiovascular Risk Stratification Using Multiclass, Multi-Label, and Ensemble-Based Machine Learning Paradigms: A Narrative Review

Background and Motivation: Cardiovascular disease (CVD) causes the highest mortality globally. With escalating healthcare costs, early non-invasive CVD risk assessment is vital. Conventional methods have shown poor performance compared to more recent and fast-evolving Artificial Intelligence (AI) methods. The proposed study reviews the three most recent paradigms for CVD risk assessment, namely multiclass, multi-label, and ensemble-based methods in (i) office-based and (ii) stress-test laboratories. Methods: A total of 265 CVD-based studies were selected using the preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses (PRISMA) model. Due to its popularity and recent development, the study analyzed the above three paradigms using machine learning (ML) frameworks. We review comprehensively these three methods using attributes, such as architecture, applications, pro-and-cons, scientific validation, clinical evaluation, and AI risk-of-bias (RoB) in the CVD framework. These ML techniques were then extended under mobile and cloud-based infrastructure. Findings: Most popular biomarkers used were office-based, laboratory-based, image-based phenotypes, and medication usage. Surrogate carotid scanning for coronary artery risk prediction had shown promising results. Ground truth (GT) selection for AI-based training along with scientific and clinical validation is very important for CVD stratification to avoid RoB. It was observed that the most popular classification paradigm is multiclass followed by the ensemble, and multi-label. The use of deep learning techniques in CVD risk stratification is in a very early stage of development. Mobile and cloud-based AI technologies are more likely to be the future. Conclusions: AI-based methods for CVD risk assessment are most promising and successful. Choice of GT is most vital in AI-based models to prevent the RoB. The amalgamation of image-based strategies with conventional risk factors provides the highest stability when using the three CVD paradigms in non-cloud and cloud-based frameworks

Contribuciones de las técnicas machine learning a la cardiología. Predicción de reestenosis tras implante de stent coronario

[ES]Antecedentes: Existen pocos temas de actualidad equiparables a la posibilidad de la tecnología actual para desarrollar las mismas capacidades que el ser humano, incluso en medicina. Esta capacidad de simular los procesos de inteligencia humana por parte de máquinas o sistemas informáticos es lo que conocemos hoy en día como inteligencia artificial. Uno de los campos de la inteligencia artificial con mayor aplicación a día de hoy en medicina es el de la predicción, recomendación o diagnóstico, donde se aplican las técnicas machine learning. Asimismo, existe un creciente interés en las técnicas de medicina de precisión, donde las técnicas machine learning pueden ofrecer atención médica individualizada a cada paciente. El intervencionismo coronario percutáneo (ICP) con stent se ha convertido en una práctica habitual en la revascularización de los vasos coronarios con enfermedad aterosclerótica obstructiva significativa. El ICP es asimismo patrón oro de tratamiento en pacientes con infarto agudo de miocardio; reduciendo las tasas de muerte e isquemia recurrente en comparación con el tratamiento médico. El éxito a largo plazo del procedimiento está limitado por la reestenosis del stent, un proceso patológico que provoca un estrechamiento arterial recurrente en el sitio de la ICP. Identificar qué pacientes harán reestenosis es un desafío clínico importante; ya que puede manifestarse como un nuevo infarto agudo de miocardio o forzar una nueva resvascularización del vaso afectado, y que en casos de reestenosis recurrente representa un reto terapéutico. Objetivos: Después de realizar una revisión de las técnicas de inteligencia artificial aplicadas a la medicina y con mayor profundidad, de las técnicas machine learning aplicadas a la cardiología, el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido desarrollar un modelo machine learning para predecir la aparición de reestenosis en pacientes con infarto agudo de miocardio sometidos a ICP con implante de un stent. Asimismo, han sido objetivos secundarios comparar el modelo desarrollado con machine learning con los scores clásicos de riesgo de reestenosis utilizados hasta la fecha; y desarrollar un software que permita trasladar esta contribución a la práctica clínica diaria de forma sencilla. Para desarrollar un modelo fácilmente aplicable, realizamos nuestras predicciones sin variables adicionales a las obtenidas en la práctica rutinaria. Material: El conjunto de datos, obtenido del ensayo GRACIA-3, consistió en 263 pacientes con características demográficas, clínicas y angiográficas; 23 de ellos presentaron reestenosis a los 12 meses después de la implantación del stent. Todos los desarrollos llevados a cabo se han hecho en Python y se ha utilizado computación en la nube, en concreto AWS (Amazon Web Services). Metodología: Se ha utilizado una metodología para trabajar con conjuntos de datos pequeños y no balanceados, siendo importante el esquema de validación cruzada anidada utilizado, así como la utilización de las curvas PR (precision-recall, exhaustividad-sensibilidad), además de las curvas ROC, para la interpretación de los modelos. Se han entrenado los algoritmos más habituales en la literatura para elegir el que mejor comportamiento ha presentado. Resultados: El modelo con mejores resultados ha sido el desarrollado con un clasificador extremely randomized trees; que superó significativamente (0,77; área bajo la curva ROC a los tres scores clínicos clásicos; PRESTO-1 (0,58), PRESTO-2 (0,58) y TLR (0,62). Las curvas exhaustividad sensibilidad ofrecieron una imagen más precisa del rendimiento del modelo extremely randomized trees que muestra un algoritmo eficiente (0,96) para no reestenosis, con alta exhaustividad y alta sensibilidad. Para un umbral considerado óptimo, de 1,000 pacientes sometidos a implante de stent, nuestro modelo machine learning predeciría correctamente 181 (18%) más casos en comparación con el mejor score de riesgo clásico (TLR). Las variables más importantes clasificadas según su contribución a las predicciones fueron diabetes, enfermedad coronaria en 2 ó más vasos, flujo TIMI post-ICP, plaquetas anormales, trombo post-ICP y colesterol anormal. Finalmente, se ha desarrollado una calculadora para trasladar el modelo a la práctica clínica. La calculadora permite estimar el riesgo individual de cada paciente y situarlo en una zona de riesgo, facilitando la toma de decisión al médico en cuanto al seguimiento adecuado para el mismo. Conclusiones: Aplicado inmediatamente después de la implantación del stent, un modelo machine learning diferencia mejor a aquellos pacientes que presentarán o no reestenosis respecto a los discriminadores clásicos actuales