Prediction models using artificial intelligence and longitudinal data from electronic health records: a systematic methodological review

Objective: To describe and appraise the use of artificial intelligence (AI) techniques that can cope with longitudinal data from electronic health records (EHRs) to predict health-related outcomes. Methods: This review included studies in any language that: EHR was at least one of the data sources, collected longitudinal data, used an AI technique capable of handling longitudinal data, and predicted any health-related outcomes. We searched MEDLINE, Scopus, Web of Science, and IEEE Xplorer from inception to January 3, 2022. Information on the dataset, prediction task, data preprocessing, feature selection, method, validation, performance, and implementation was extracted and summarized using descriptive statistics. Risk of bias and completeness of reporting were assessed using a short form of PROBAST and TRIPOD, respectively. Results: Eighty-one studies were included. Follow-up time and number of registers per patient varied greatly, and most predicted disease development or next event based on diagnoses and drug treatments. Architectures generally were based on Recurrent Neural Networks-like layers, though in recent years combining different layers or transformers has become more popular. About half of the included studies performed hyperparameter tuning and used attention mechanisms. Most performed a single train-test partition and could not correctly assess the variability of the model’s performance. Reporting quality was poor, and a third of the studies were at high risk of bias. Conclusions: AI models are increasingly using longitudinal data. However, the heterogeneity in reporting methodology and results, and the lack of public EHR datasets and code sharing, complicate the possibility of replication.The project received a research grant from the Carlos III Institute of Health, Ministry of Economy and Competitiveness (Spain), awarded on the 2019 call under the Health Strategy Action 2013-2016, within the National Research Programme oriented to Societal Challenges, within the Technical, Scientific and Innovation Research National Plan 2013-2016 (reference PI19/00535), and the PFIS Grant FI20/00040, cofunded with European Union ERDF (European Regional Development Fund) funds. The project has also been partially funded by Generalitat de Catalunya through the AGAUR (grant numbers 2021-SGR-01033, 2021-SGR-01537).Peer ReviewedPostprint (published version

Estudi de la Malaltia Pulmonar Obstructiva Crònica en l’àmbit d’Atenció Primària de Salut. Impacte d’un programa d’educació mèdica dirigit als professionals sanitaris

El treball d’aquesta tesi consisteix en proporcionar una visió global dels pacients amb Malaltia Pulmonar Obstructiva Crònica (MPOC) i avaluar l’efectivitat d’un programa d’educació mèdica integral dirigit als professionals sanitaris d’Atenció Primària de Salut (APS) comparat amb la pràctica habitual. Aquesta tesi fa una incursió en el diagnòstic, el maneig i l’estat de salut dels pacients amb MPOC i pretén aportar a través de tres estudis publicats en revistes d’impacte un coneixement més profund sobre l’ús de l’espirometria, l’impacte de programes d’educació integral en metges i infermeres dels pacients amb MPOC i l’evolució de la qualitat de vida dels pacients MPOC al llarg del temps dins l’àmbit d’APS. El primer estudi es dedica a conèixer l’estat d’utilització de l’espirometria en l’atenció dels malalts amb MPOC. Com a aportació més important indica la infrautilització de l’espirometria dins l’àmbit d’APS. La seva realització durant el seguiment no es va associar a unes pautes diferents de tractament ni a un abordatge més complet de la malaltia. A més, es va observar variabilitat significativa en la realització d’espirometries diagnòstiques entre els diferents centres d’APS. Tot i que darrerament s’ha difós molt l’ús de l’espirometria en el primer nivell assistencial, aquests resultats posen de manifest que l’espirometria continua sent infrautilitzada i que hi ha una necessitat d’Implementar programes per millorar l’ús de l’espirometria a l’APS. El segon estudi mostra que la implementació d’un programa d’educació integral en Atenció Primària dirigida als professionals de la salut, basat en l’aplicació de diferents estratègies i focalitzat en aspectes d’educació sanitaria recomanats per les Guies de Pràctica Clínica no va aconseguir els canvis esperats en la qualitat de vida dels pacients MPOC a l’any de seguiment. No obstant això, en aquest estudi es va observar un canvi de conducta en els professionals i en conseqüència una millora en el maneig clínic i en els estils de vida dels pacients tot i que no es va acompanyar de cap millora ni en l’evolució clínica ni en l’estat de salut dels malalts MPOC al cap d’un any de seguiment. Aquets resultats controvertits proporcionen nova evidencia sobre l’impacte en els pacients MPOC d’un programa d’intervenció dels metges i infermeres, i poden ajudar en el desenvolupament de futurs programes educatius per professionals sanitaris i pacients amb MPOC més efectius. Els resultats del tercer estudi indiquen que els pacients amb MPOC atesos a l’APS no presenten un deteriorament important en el seu estat de salut després d’un any de seguiment, quan es consideren globalment. Tot i així, hem detectat una gran variabilitat a nivell individual. Un terç dels pacients (36,7%) van presentar una millora clínicament rellevant de la seva QVRS, associada a l’inici de la polimedicació, visites al pneumòleg, dieta equilibrada, deixar de realitzar rehabilitació respiratòria, deixar de fumar, i no ser un exacerbador freqüent. D’altra banda, un altre terç (29,2%) dels pacients amb MPOC van presentar un empitjorament clínicament rellevant de la seva QVRS, associat a un increment dels símptomes i dels ingressos hospitalaris. El disseny de l’estudi va permetre observar que la incidència de determinats factors clínics i de tractament durant el seguiment influenciaven més la QVRS que no la seva persistència La valoració d’aquests canvis pot ajudar als professionals sanitaris a millorar l’atenció i satisfacció del pacient.The main aim of this PhD Thesis is to provide an overview of the patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and to evaluate the effectiveness of a comprehensive health education programme for primary health care (PHC) professionals compared with standard clinical practice. This thesis includes the results from 3 published articles that analyze three essential elements of COPD: diagnosis, management and health status of patients with COPD. The articles evaluate the actual use of spirometry, the impact on patients with COPD of comprehensive education programmes for health professionals and the progression of quality of life (QoL) of patients with COPD in the PHC setting. The main observation of the first study, which examined the actual use of spirometry for patients with COPD, is the underuse of spirometry in PHC. Moreover, the use of spirometry during follow up was not associated with changes in clinical management or with a more comprehensive approach to the disease. Also, a significant variability in the use of diagnostic spirometry was observed between primary care centres. Despite the recent expansion in the use of spirometry in PHC, the results of this study highlight the underuse of this technique and the need to implement programmes to improve the use of spirometry in PHC. The results of the second study show that the implementation of a comprehensive education programme for PHC professionals based on different strategies and health education as recommended in the clinical practice guidelines did not achieve the expected improvement in QoL for patients with COPD at 1-year follow up. Indeed, the change in attitudes of professionals that resulted in better clinical care and better patient lifestyle was not associated with significant improvements in the clinical progression or health status of patients with COPD. These conflicting results underline the need for more effective educational programmes for health professionals and COPD patients. The results of the third study indicate that the health status of patients with COPD does not significantly deteriorate after a year of follow up in PHC. However, a great individual variability was detected. Indeed, a third of the patients showed a significant improvement in their health-related quality of life (HRQoL), which was associated with the start of polymedication, visits to the respiratory medicine specialist and of a balanced diet and with stopping respiratory rehabilitation, quitting smoking and not being a frequent exacerbator. Another third of COPD patients showed a significant worsening in their HRQoL associated with an increase in symptoms and hospital admissions. The design of the study demonstrated that the incidence of some clinical symptoms had a greater impact on the HRQoL than their persistence. The results of this study will help health professionals to improve care and satisfaction for the patient with COPD