Conception d'un systeme decisionnel pour la reduction des hospitalisations potentiellement evitables

Decision support system for enhancing health care services to reduce potentially avoidable hospitalizations

• Auteur / Autrice : Tu Ngo
• Direction : Anne Laurent, Carmen Gervet, Grégoire Mercier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 21/07/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Sandra Bringay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Laurent, Carmen Gervet, Grégoire Mercier, Sandra Bringay, Ricard Gavaldà, Adrien Coulet, Catherine Quantin, Vera Georgescu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ricard Gavaldà, Adrien Coulet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage automatique

Exploration de données

Données géospatiales

Mots clés libres

Donnees geospatiales

Fouille de donnees

Contraintes

Donnees de sante

Apprentissage automatique

Geospatial information

Data mining

Constraints

Health care

Machine learning

Résumé

Les hospitalisations potentiellement évitables (HPE) sont les admissions à l'hôpital qui auraient pu être évitées grâce à des traitements rapides et efficaces. Les taux élevés de HPE sont associés à de nombreux facteurs. Ces facteurs comprennent des taux de mortalité élevés, une faible densité de médecins de soins primaires, un faible revenu médian ou de faibles niveaux d'éducation ainsi que des caractéristiques organisationnelles des systèmes de santé telles qu'une mauvaise coordination entre les soins de santé. fournisseurs. D'un autre côté, ces hospitalisations évitables sont associées à un coût de plusieurs centaines de millions d'euros pour l'assurance maladie. En d'autres termes, la réduction des HPE améliore non seulement la qualité de vie des patients, mais pourrait également faire économiser des coûts substantiels grâce aux traitements des patients. Par conséquent, les autorités sanitaires sont très intéressées par des solutions améliorant les services de santé pour réduire les HPE. Certaines études récentes en France ont suggéré que l'augmentation du nombre d'infirmières dans certaines zones géographiques pourrait conduire à une réduction des taux des HPE. Dans notre approche, après avoir évalué certaines méthodes de régression courantes, nous avons étendu la machine à vecteurs de support pour la régression à l'information spatiale. Cette approche nous permet de sélectionner non seulement les zones géographiques mais aussi le nombre d'infirmières à ajouter dans ces zones pour la plus forte réduction du nombre des HPE. Concrètement, notre approche est appliquée en Occitanie, en France et les zones géographiques mentionnées ci-dessus sont les bassins de vie (BV).D'un autre côté, la température extrême pourrait être un facteur potentiel associé à des taux élevés de HPE. Par conséquent, une partie de nos travaux consiste à mesurer l'impact de la température extrême sur les HPE ainsi qu'à inclure ces données environnementales dans notre approche ci-dessus. Dans nos travaux, nous avons utilisé les valeurs de température mesurées toutes les heures par des capteurs dans les stations météorologiques. Cependant, ces valeurs sont parfois discontinues et nous avons besoin d'une méthode d'imputation pour ces valeurs manquantes. Dans la littérature, deux approches les plus populaires traitant de cette étape de traitement exploitent soit la composante spatiale soit la composante temporelle des données de température. Respectivement, ces approches sont des méthodes d'interpolation spatiale telles que la pondération de distance inverse (IDW) et des modèles de séries temporelles tels que la moyenne mobile intégrée autorégressive (ARIMA). Pour nous aider à choisir la méthode la plus fiable, nous proposons une nouvelle approche qui combine les deux dimensions pour améliorer les performances en termes de qualité. Les résultats montrent que par rapport aux méthodes IDW et ARIMA, notre approche fonctionne mieux à 100% et 99,8% (604 sur 605) stations météorologiques respectivement.De plus, l'amélioration de la coordination entre les prestataires de soins de santé pourrait conduire à la réduction des HPE. Dans le cas où les patients changeraient d’hôpital pour des traitements, afin d’assurer des traitements efficaces et de haute qualité, les médecins devraient avoir accès au dossier médical des patients des hôpitaux précédents. Par conséquent, nous proposons une approche graphique pour résoudre ce problème. En particulier, nous modélisons d'abord les flux de données des patients entre les hôpitaux sous forme de graphique pondéré non orienté dans lequel les nœuds et les bords présentent respectivement les hôpitaux et la quantité de flux de patients. Ensuite, après avoir évalué deux méthodes de regroupement de graphes courantes, nous personnalisons celle qui convient le mieux à nos besoins. Notre résultat fournit des informations intéressantes par rapport aux approches basées sur les limites administratives.

Potentially avoidable hospitalizations (PAHs) are the hospital admissions that could have been prevented with timely and effective treatments. The high rates of PAHs are associated with many factors. These factors include high mortality rates, low density of primary care physicians, lack of continuity of care, and lack of access to primary care, low median income or low education levels as well as organizational features of health systems such as poor coordination between health care providers. On the other side, in France, there are about 300,000 PAHs every year. These preventable hospitalizations are associated with a cost of several hundred million Euros for the Health Insurance. In other words, reducing PAHs not only enhances patients’ quality of life but also could save substantial costs due to patient treatments. Therefore, health authorities are highly interested in solutions improving health care services to reduce PAHs.Some recent studies in France have suggested that increasing the number of nurses in selected geographic areas could lead to the reduction of the rates of PAHs in those areas. In our approach, after evaluating some common regression methods, we extended the support vector machine for regression to spatial information. This approach allows us to select not only the geographic areas but also the number of to-be-added nurses in these areas for the biggest reduction in the number of PAHs. Specifically, our approach is applied in the Occitanie region, France and geographic areas mentioned above are the cross-border living areas (fr. Bassins de vie - BVs). However, our approach can be extended at the national level or to other regions or countries.On the other side, the extreme temperature could be one potential factor associated with high rates of PAHs. Therefore, a part of our works is to measure the impact of the extreme temperature to PAHs as well as to include this environmental data in our approach above. In our works, we used the temperature values measured hourly by sensors at the weather stations. However, these values are sometimes discontinuous and we need an imputation method for these missing values. In the literature, two most popular approaches dealing with this processing step exploit either the spatial component or temporal component of the temperature data. Respectively, these approaches are spatial interpolation methods such as Inverse Distance Weighted (IDW) and time-series models such as Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA). To help us select the more reliable method, we first compare the performances of both approaches. In addition, we propose a novel approach that combines both dimensions to improve the performance in terms of quality. The results show that compared with IDW and ARIMA methods, our approach performs better at 100% and 99.8% (604 over 605) weather stations respectively.In addition, as mentioned at the beginning, improving the coordination between the health care providers could lead to the reduction of the PAHs. Moreover, in the cases that the patients change hospitals for treatments, to ensure efficient and high-quality treatments, doctors would need access to the patients’ medical records at the previous hospitals. Therefore, health authorities are interested in building hospital communities whereby medical records can be shared among the hospitals. Therefore, we propose a graph-based approach to address this problem. Particularly, we first model data flows of patients between hospitals as an undirected weighted graph in which nodes and edges present the hospitals and the amount of patient flows respectively. Then, after evaluating two common graph clustering methods, we customize the more suitable one for our needs. Our result provides interesting insights compared with approaches based on administrative boundaries