Patients with severe Coronavirus disease 19 (COVID-19) typically require supplemental oxygen as an essential treatment. We developed a machine learning algorithm, based on a deep Reinforcement Learning (RL), for continuous management of oxygen flow rate for critical ill patients under intensive care, which can identify the optimal personalized oxygen flow rate with strong potentials to reduce mortality rate relative to the current clinical practice. Basically, we modeled the oxygen flow trajectory of COVID-19 patients and their health outcomes as a Markov decision process. Based on individual patient characteristics and health status, a reinforcement learning based oxygen control policy is learned and real-time recommends the oxygen flow rate to reduce the mortality rate. We assessed the performance of proposed methods through cross validation by using a retrospective cohort of 1,372 critically ill patients with COVID-19 from New York University Langone Health ambulatory care with electronic health records from April 2020 to January 2021. The mean mortality rate under the RL algorithm is lower than standard of care by 2.57% (95% CI: 2.08- 3.06) reduction (P<0.001) from 7.94% under the standard of care to 5.37 % under our algorithm and the averaged recommended oxygen flow rate is 1.28 L/min (95% CI: 1.14-1.42) lower than the rate actually delivered to patients. Thus, the RL algorithm could potentially lead to better intensive care treatment that can reduce mortality rate, while saving the oxygen scarce resources. It can reduce the oxygen shortage issue and improve public health during the COVID-19 pandemic.


翻译:19(COVID-19)型重科罗纳病毒病患者通常需要补充氧气,作为基本治疗。我们根据深入强化学习(RL)法,开发了一种机器学习算法,用于持续管理受特护的关键病人的氧流率,这种算法可以确定最佳个人化氧流率,与目前的临床实践相比,这极有可能降低死亡率。基本上,我们模拟了COVID-19型病人的氧流轨迹及其健康结果,作为Markov决定程序。根据个人病人特点和健康状况,学习基于强化学习的氧气控制政策,实时建议氧气流率降低死亡率。我们通过交叉验证评估了拟议方法的绩效,使用了来自纽约大学兰格内健康护理19(COVI-19-19)型重病患者的追溯组群,从2020年4月至2021年1月的电子健康记录中,1 372个重度个人化氧气流率。根据RVD型算法的平均死亡率低于护理标准2.57%(95% CI:2.08-3.06) 死亡率下降(P<0.0001),根据护理标准,从7.94%降低氧气流死亡率,降低死亡率为5.37 %,而根据我们氧气流算法,平均氧气流下降为1.95。

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