Design of suitable statistical methods for time series analysis and anomaly detection in antibiotics consumption data

Thesis title: Návrh metod vhodných matematických nástrojů pro analýzu spotřeby antibiotik s důrazem na hodnocení anomálií v datech
Author: Kozáková, Zuzana
Thesis type: Diplomová práce
Supervisor: Pažitný, Peter
Opponents: Komárková, Lenka
Thesis language: Česky
Abstract:
Nadužívání a chybná preskripce antimikrobiálních látek v humánní medicíně snižuje bezpečnost a účinnost léčby, podporuje vznik a šíření rezistentních pa-togenů a celkově ohrožuje udržitelnost zdravotního systému. Analýza a hodno-cení přiměřenosti konzumace antibiotik ve zdravotnickém zařízení napomáhá detekci špatných preskripčních návyků, potenciálních fraudů nebo význam-ných mezníků ve vývoji epidemiologické situace. Využití statistických technik pro nalezení suspektních anomálních bodů ve spotřebě poskytuje odborníkům z oblasti mikrobiologie významné vodítko pro zavedení případných koordino-vaných opatření v místě potřeby. V rámci práce byly navrženy a testovány na reálných datech anonymizovaného zdravotnického zařízení ČR od společnosti Janiga Labs, s.r.o. statistické nástroje vhodné pro analýzu časových řad a detekci potenciálních anomálií v trendu. Vedle metod založených na principu modelování procesů časové řady byla aplikována i technika LOF využívající vzdálenosti měření od sousedních hodnot. Detekční statistiky označily na výběru celkem 251 suspektních měření. Odborná interpretace nejvýznamnějších 15 bodů byla následně konzultována s primářem mikrobiologie daného zařízení. Aplikované matematické nástroje identifikovaly adekvátně anomální spotřebu antibiotik a jejich implementace do systémů nemocnice pro automatické zasílá-ní upozornění o neobvyklém používání ATB může významně napomoci při za-vádění kontrolních a preventivních opatření ve věci racionálního používání an-timikrobiálních látek, a tedy dosahování cílů efektivní antibiotické politiky.
Keywords: dekompozice časové řady; detekce anomálií; antimikrobiální látky; antibiotická rezistence; časové řady
Thesis title: Design of suitable statistical methods for time series analysis and anomaly detection in antibiotics consumption data
Author: Kozáková, Zuzana
Thesis type: Diploma thesis
Supervisor: Pažitný, Peter
Opponents: Komárková, Lenka
Thesis language: Česky
Abstract:
Overuse and misprescription of antimicrobials in human medicine reduces the safety and efficacy of treatment, promotes the emergence and spread of resistant pathogens, and generally endangers the sustainability of the health system. Analyzing and assessing the adequacy of antibiotic consumption in a healthcare facility helps detect poor prescription habits, potential frauds, or significant milestones in the development of an epidemiological situation. Statistical techniques to detect anomalies in consumption provide an important guide to microbiology experts for implementation of most efficient coordinated measures. In this paper, statistical tools suitable for analysis and anomaly detection in time series were reviewed and tested on de-identified real data from a Czech healthcare facility obtained in collaboration with Janiga Labs, s.r.o. The LOF technique, based on neighborhood density comparison, was applied alongside the time-series decomposition based methods. The measures of relative extremity based on ESD test and the modified Z-score indicated a total of 251 possible anomalous measurement. The 15 most significant outliers identified by the proposed methods were subsequently consulted with the head of microbiology at the data providing healthcare facility. This interpretation showed that the methods successfully identified anomalies in antibiotic consumption. Adoption of techniques for automatic notification of unusual use of ATB in hospital systems could significantly improve control and prevention measures for prudent use of antimicrobials and thus support achieving effective antibiotic policy objectives.
Keywords: time series; time series decomposition; antibiotic resistance; antimicrobials; anomaly detection

Information about study

Study programme: Ekonomika a management/Management
Type of study programme: Magisterský studijní program
Assigned degree: Ing.
Institutions assigning academic degree: Vysoká škola ekonomická v Praze
Faculty: Faculty of Management
Department: Department of Management

Information on submission and defense

Date of assignment: 6. 3. 2019
Date of submission: 24. 4. 2020
Date of defense: 9. 6. 2020
Identifier in the InSIS system: https://insis.vse.cz/zp/69053/podrobnosti

Files for download

    Last update: