人工知能を用いた全血球計算における静脈内輸液混入の特定とそれに続く不必要な赤血球輸血
Carly Maucione1, Nathan McLamb1, Mark A Zaydman1
1Department of Pathology and Immunology, Washington University School of Medicine, St. Louis, Missouri, USA.
Insights
機械学習モデルは、全血球計算(CBC)における静脈内輸液混入を特定できるようになり、検査室の精度が向上した。これにより、不必要な輸血を防ぎ、患者の安全性を高めることができる。
科学分野:
- 臨床病理学
- 医療情報学
- 機械学習の応用
背景:
- 血液サンプル中の静脈内(IV)液混入は、全血球計算(CBC)測定に重大な誤差を引き起こす。
- 現在の方法では、IV混入を回顧的に特定するためのゴールドスタンダードがなく、品質改善を妨げている。
研究 の 目的:
- CBC結果におけるIV液混入の網羅的かつ回顧的な特定のための機械学習(ML)モデルを開発および検証すること。
- これらのMLモデルの複数の機関にわたる実世界での適用可能性を評価すること。
主な方法:
- CBCからのヘモグロビン、血小板、白血球数を用いたシミュレートされたIV液混入によりMLモデルをトレーニングした。
- モデルは、専門家レビュー済みのデータセットに対して検証され、2つの機関からの1年間の実際のCBCデータでテストされた。
主要な成果:
- MLモデルは、汚染されたCBC結果と汚染されていないCBC結果を区別する上で高い精度を示した(AUC 0.972および0.957)。
- 入院患者のCBCの約2%が汚染されていると予測され、輸血の6%から9%が不必要であった可能性がある。
- このモデルは、大規模なIV液混入の特定に効果的であることが証明された。
結論:
- 機械学習は、CBCにおけるIV液混入を特定するための効率的かつ効果的な方法を提供する。
- 患者の安全性と検査室の運用における利点を完全に実現するには、前向き研究やリアルタイム検出を含むさらなる研究が必要である。
Background:
Specimens contaminated with intravenous (IV) fluids can lead to considerable measurement errors in complete blood counts (CBCs), posing challenges for laboratory operations and clinical decision-making. There is no gold-standard method for retrospectively identifying these events, making it difficult to target quality improvement initiatives or optimize laboratory detection protocols.
Study Design And Methods:
This study aimed to develop and validate machine learning (ML) models to retrospectively identify IV fluid contamination in CBC results at scale across two institutions. The models were trained on simulated contamination in CBCs using prior, current, and post hemoglobin concentrations, platelet counts, and white blood cell counts, then validated against expert-reviewed datasets. Real-world applicability was assessed using 1 year's worth of CBC results from each institution.
Results:
The models effectively discriminated contaminated from non-contaminated results on real-world datasets, with areas under the receiver operating characteristic curve of 0.972 and 0.957, and areas under the precision-recall curve of 0.723 and 0.619. In 1 year of CBC data, ~2% of inpatient CBC trios were predicted as contaminated across both institutions. 6%-9% of inpatient transfusions for which a CBC trio was available were deemed potentially unnecessary using a rule set validated by expert chart review.
Discussion:
The findings support the feasibility of using ML to identify IV fluid contamination in CBC results efficiently and effectively. Further work, including prospective real-world evaluations, targeted quality improvement initiatives, and development of real-time detection models, is necessary before realizing the potential benefits to patient safety, laboratory operations, and patient blood management.
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