Validação de um Algoritmo de Inteligência Artificial para a Predição Diagnóstica de Doença Coronariana: Comparação com um Modelo Estatístico Tradicional / Validation of an Artificial Intelligence Algorithm for Diagnostic Prediction of Coronary Disease: Comparison with a Traditional Statistical Model

Resumo Fundamento: A análise prognóstica multivariada tem sido realizada tradicionalmente por modelos de regressão. No entanto, muitos algoritmos surgiram, capazes de traduzir uma infinidade de padrões em probabilidades. A acurácia dos modelos de inteligência artificial em comparação à de modelos estatísticos tradicionais não foi estabelecida na área médica. Objetivo: Testar a inteligência artificial como um algoritmo preciso na predição de doença coronariana no cenário de dor torácica aguda, e avaliar se seu desempenho é superior a do modelo estatístico tradicional. Métodos: Foi analisada uma amostra consecutiva de 962 pacientes admitidos com dor torácica. Dois modelos probabilísticos de doença coronariana foram construídos com os primeiros 2/3 dos pacientes: um algoritmo machine learning e um modelo logístico tradicional. O desempenho dessas duas estratégias preditivas foi avaliado no último terço de pacientes. O modelo final de regressão logística foi construído somente com variáveis significativas a um nível de significância de 5%. Resultados: A amostra de treinamento tinha idade média de 59 ± 15 anos, 58% do sexo masculino, e uma prevalência de doença coronariana de 52%. O modelo logístico foi composto de nove preditores independentes. O algoritmo machine learning foi composto por todos os candidatos a preditores. Na amostra teste, a área sob a curva ROC para predição de doença coronariana foi de 0,81 (IC95% = 0,77 - 0,86) para o algoritmo machine learning, similar à obtida no modelo logístico (0,82; IC95% = 0,77 - 0,87), p = 0,68. Conclusão: O presente estudo sugere que um modelo machine learning acurado não garante superioridade à um modelo estatístico tradicional

Abstract Background: Multivariate prognostic analysis has been traditionally performed by regression models. However, many algorithms capable of translating an infinity of patterns into probabilities have emerged. The comparative accuracy of artificial intelligence and traditional statistical models has not been established in the medical field. Objective: To test the artificial intelligence as an accurate algorithm for predicting coronary disease in the scenario of acute chest pain and evaluate whether its performance is superior to traditional statistical model. Methods: A consecutive sample of 962 patients admitted with chest pain was analyzed. Two probabilistic models of coronary disease were built using the first two-thirds of patients: a machine learning algorithm and a traditional logistic model. The performance of these two predictive strategies were evaluated in the remaining third of patients. The final logistic regression model had significant variables only, at the 5% significance level. Results: The training sample had an average age of 59 ± 15 years, 58% males, and a 52% prevalence of coronary disease. The logistic model was composed of nine independent predictors. The machine learning algorithm was composed of all candidates for predictors. In the test sample, the area under the ROC curve for prediction of coronary disease was 0.81 (95% CI = 0.77 - 0.86) for the machine learning algorithm, similar to that obtained in logistic model (0.82; 95% CI = 0.77 - 0.87), p = 0.68. Conclusion: The present study suggests that an accurate machine learning prediction tool did not prove to be superior to the statistical model of logistic regression.

Validation of an Artificial Intelligence Algorithm for Diagnostic Prediction of Coronary Disease: Comparison with a Traditional Statistical Model. / Validação de um Algoritmo de Inteligência Artificial para a Predição Diagnóstica de Doença Coronariana: Comparação com um Modelo Estatístico Tradicional.

BACKGROUND: Multivariate prognostic analysis has been traditionally performed by regression models. However, many algorithms capable of translating an infinity of patterns into probabilities have emerged. The comparative accuracy of artificial intelligence and traditional statistical models has not been established in the medical field. OBJECTIVE: To test the artificial intelligence as an accurate algorithm for predicting coronary disease in the scenario of acute chest pain and evaluate whether its performance is superior to traditional statistical model. METHODS: A consecutive sample of 962 patients admitted with chest pain was analyzed. Two probabilistic models of coronary disease were built using the first two-thirds of patients: a machine learning algorithm and a traditional logistic model. The performance of these two predictive strategies were evaluated in the remaining third of patients. The final logistic regression model had significant variables only, at the 5% significance level. RESULTS: The training sample had an average age of 59 ± 15 years, 58% males, and a 52% prevalence of coronary disease. The logistic model was composed of nine independent predictors. The machine learning algorithm was composed of all candidates for predictors. In the test sample, the area under the ROC curve for prediction of coronary disease was 0.81 (95% CI = 0.77 - 0.86) for the machine learning algorithm, similar to that obtained in logistic model (0.82; 95% CI = 0.77 - 0.87), p = 0.68. CONCLUSION: The present study suggests that an accurate machine learning prediction tool did not prove to be superior to the statistical model of logistic regression.

FUNDAMENTO: A análise prognóstica multivariada tem sido realizada tradicionalmente por modelos de regressão. No entanto, muitos algoritmos surgiram, capazes de traduzir uma infinidade de padrões em probabilidades. A acurácia dos modelos de inteligência artificial em comparação à de modelos estatísticos tradicionais não foi estabelecida na área médica. OBJETIVO: Testar a inteligência artificial como um algoritmo preciso na predição de doença coronariana no cenário de dor torácica aguda, e avaliar se seu desempenho é superior a do modelo estatístico tradicional. MÉTODOS: Foi analisada uma amostra consecutiva de 962 pacientes admitidos com dor torácica. Dois modelos probabilísticos de doença coronariana foram construídos com os primeiros 2/3 dos pacientes: um algoritmo machine learning e um modelo logístico tradicional. O desempenho dessas duas estratégias preditivas foi avaliado no último terço de pacientes. O modelo final de regressão logística foi construído somente com variáveis significativas a um nível de significância de 5%. RESULTADOS: A amostra de treinamento tinha idade média de 59 ± 15 anos, 58% do sexo masculino, e uma prevalência de doença coronariana de 52%. O modelo logístico foi composto de nove preditores independentes. O algoritmo machine learning foi composto por todos os candidatos a preditores. Na amostra teste, a área sob a curva ROC para predição de doença coronariana foi de 0,81 (IC95% = 0,77 ­ 0,86) para o algoritmo machine learning, similar à obtida no modelo logístico (0,82; IC95% = 0,77 ­ 0,87), p = 0,68. CONCLUSÃO: O presente estudo sugere que um modelo machine learning acurado não garante superioridade à um modelo estatístico tradicional.