Many fundamental problems affecting the care of critically ill patients lead to similar analytical challenges: physicians cannot easily estimate the effects of at-risk medical conditions or treatments because the causal effects of medical conditions and drugs are entangled. They also cannot easily perform studies: there are not enough high-quality data for high-dimensional observational causal inference, and RCTs often cannot ethically be conducted. However, mechanistic knowledge is available, including how drugs are absorbed into the body, and the combination of this knowledge with the limited data could potentially suffice -- if we knew how to combine them. In this work, we present a framework for interpretable estimation of causal effects for critically ill patients under exactly these complex conditions: interactions between drugs and observations over time, patient data sets that are not large, and mechanistic knowledge that can substitute for lack of data. We apply this framework to an extremely important problem affecting critically ill patients, namely the effect of seizures and other potentially harmful electrical events in the brain (called epileptiform activity -- EA) on outcomes. Given the high stakes involved and the high noise in the data, interpretability is critical for troubleshooting such complex problems. Interpretability of our matched groups allowed neurologists to perform chart reviews to verify the quality of our causal analysis. For instance, our work indicates that a patient who experiences a high level of seizure-like activity (75% high EA burden) and is untreated for a six-hour window, has, on average, a 16.7% increased chance of adverse outcomes such as severe brain damage, lifetime disability, or death. We find that patients with mild but long-lasting EA (average EA burden >= 50%) have their risk of an adverse outcome increased by 11.2%.


翻译:影响重病患者护理的许多根本问题也导致类似的分析挑战:医生无法轻易地估计危险医疗条件或治疗的影响,因为医疗条件和药物的因果关系交织在一起。他们也无法轻易地进行研究:没有足够的高质量数据进行高层次的观察性因果关系推断,而RCT往往无法进行伦理学研究。但是,存在机械学知识,包括药物如何被吸收到身体中,而这种知识与有限数据相结合可能就足够了 -- -- 如果我们知道如何将它们结合起来的话。在这项工作中,我们提出了一个框架,用于对在50个复杂条件下患重病病人的因果关系进行可解释的估计:药物和观察之间的相互作用,病人的数据集并不大,机械学知识可以替代缺乏数据。我们将这个框架应用于一个影响病人的极其重要的问题,即: 药物如何被吸收到身体中去,以及这种知识与有限的数据相结合 -- -- 如果我们知道如何把它们结合起来。

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