Machine Learning techniques for work development: Testing urine analysis for urine culture

Authors

  • Somporn Thabua Department of Medical Technology and Clinical Pathology, Phukhieo Chalermprakiat hospital, Chaiyaphum province

Keywords:

Urinalysis, Urine Culture, Machine Learning

Abstract

Background: Urine analysis (UA) is a simple and cost-effective test. The presence of WBC indicates bacterial infection and inflammation. Applying machine learning techniques to pre-screen urine samples before sending them for culture can reduce workload and costs.

Objective: To develop and compare the performance of the most suitable machine learning model for predicting urinary tract infections (UTIs) using urine analysis data.

Methods: A retrospective study was conducted using urine culture data from 2022. Data from 345 urine samples, including UA results and culture results, were analyzed. Various machine learning models were developed and evaluated using Orange software. Model performance was assessed using metrics such as sensitivity, specificity, positive predictive value, negative predictive value, and accuracy.

Results: The decision tree model demonstrated the highest performance in predicting UTIs. A WBC count of ≥ 3-5 cells/HPF was significantly associated with UTIs. When evaluated using the decision tree model, a WBC count cutoff of ≥ 3-5 cells/HPF yielded a sensitivity of 96.0%, specificity of 80.0%, positive predictive value of 81.5%, negative predictive value of 96.0%, and an overall accuracy of 88.0%.

Conclusion: The decision tree model is a highly effective tool for predicting UTIs. Using a WBC count of ≥ 3-5 cells/HPF as a cutoff for urine culture can serve as a guideline for screening urine samples.

References

Chang R, Greene MT, Chenoweth CE, Kuhn L, Shuman E, Rogers MA, et al. Epidemiology of hospital-acquired urinary tract-related bloodstream infection at a university hospital. Infect Control Hosp Epidemiol 2011;32(11):1127-9.

Wilson ML, Gaido L. Laboratory diagnosis of urinary tract infections in adult patients. Clin Infect Dis 2004;38(8):1150-8.

Schmiemann G, Kniehl E, Gebhardt K, Matejczyk MM, Hummers-Pradier E. The diagnosis of urinary tract infection: A systematic review. Dtsch Arztebl Int 2010;107(21):361-7.

Mercaldo ND, Lau KF, Zhou XH. Confidence intervals for predictive values with an emphasis on case-control studies. Stat Med 2007;26(10):2170-83.

ปิยะ ศิริลักษณ์, นิศารัตน์ โอภาสเกียรติกุล, สุรศักดิ์ หมื่นพล, [บรรณาธิการ]. แนวทางการตรวจทางห้องปฏิบัติการอย่างสมเหตุผล (Rational Laboratory Use, RLU). นนทบุรี : สำนักมาตรฐานห้องปฏิบัติการ กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ กระทรวงสาธารณสุข, 2566.

Hay AD, Birnie K, Busby J, Delaney B, Downing H, Dudley J, et al. The diagnosis of urinary tract infection in young children (DUTY): A diagnostic prospective observational study to derive and validate a clinical algorithm for the diagnosis of urinary tract infection in children presenting to primary care with an acute illness. Health Technol Assess 2016;20(51):291-294.

ศุภสิทธิ์ พรรณารุโณทัย, ทรงยศ พิลาสันต์, วิไลลักษณ์ แสงศรี, ปฤษฐพร กิ่งแก้ว, [บรรณาธิการ]. คู่มือการประเมินเทคโนโลยีด้านสุขภาพในประเทศไทย ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2564. นนทบุรี : โครงการประเมินเทคโนโลยีและนโยบายด้านสุขภาพ, 2564.

Alqahtani A, Alsubai S, Binbusayyis A, Sha M, Gumaei A, Zhang YD. Prediction of urinary tract infection in IoT-fog environment for smart toilets using modified attention-based ANN and machine learning algorithms. Appl Sci 2023;13:5859-60.

วนิดา พงษ์สงวน, ทิพยา ถินสูงเนิน, มาโนช ถินสูงเนิน. การพัฒนาแบบจําลองปัจจัยที่มีผลต่อการเป็นโรคเบาหวานด้วยเทคนิคต้นไม้ตัดสินใจ. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏมหาสารคาม 2561;1(1):1-8.

ชลธิศา พลทองมาก, พุธษดี ศิริแสงตระกุล. การวิเคราะห์ความเสี่ยงการเป็นโรคไวรัสตับอักเสบซี โดยต้นไม้การตัดสินใจและทฤษฎีเบย์เซี่ยน. (ออนไลน์). 2553. (เข้าถึงเมื่อวันที่ 17 มกราคม 2566: http://202.28.94.51/SAR/sar52/files/25540001_Paper%20NCCIT2011-168-%E0%B8%8A%E0%B8%A5%E0%B8%98%E0%B8%B4%E0%B8%A9%E0%B8%B2.pdf)

อาทิตยา ปุ๊กมะดัน. การประเมินประสิทธิภาพการใช้แถบน้ำยาสำเร็จรูปตรวจสารเคมีในปัสสาวะเปรียบเทียบกับการเพาะเชื้อในปัสสาวะเพื่อวิจัยการติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ ณ โรงพยาบาลสิรินธร. (ออนไลน์). 2558. (เข้าถึงเมื่อวันที่ 17 มกราคม, 2566 :http://www.msdbangkok.go.th/dowload%20file/Personal/Succeed/290663/2.pdf)

พุทรา ชลสวัสดิ์, เบญจมาภรณ์ วงษ์พันธุ์, จันทวรรณ สัตยารักษ์, อัสรินดา อับดุลกานาน. การเปรียบเทียบผลการตรวจวิเคราะห์ปัสสาวะด้วยแถบทดสอบกับการเพาะเชื้อเพื่อวินิจฉัยการติดเชื้อทางเดินปัสสาวะ. วารสารเทคนิคการแพทย์ 2563;48(3):751-61.

Little P, Turner S, Rumsby K, Warner G, Moore M, Lowes JA, et al. Dipsticks and diagnostic algorithms in urinary tract infection: Development and validation, randomised trial, economic analysis, observational cohort and qualitative study. Health Technol Assess 2009;13(19): iii-iv, ix-xi, 1-73.

Published

2024-12-31 — Updated on 2025-01-03

Versions

Issue

Section

Original Article