Dynamic Bayesian networks (DBNs) are increasingly used in healthcare due to their ability to model complex temporal relationships in patient data while maintaining interpretability, an essential feature for clinical decision-making. However, existing approaches to handling missing data in longitudinal clinical datasets are largely derived from static Bayesian networks literature, failing to properly account for the temporal nature of the data. This gap limits the ability to quantify uncertainty over time, which is particularly critical in settings such as intensive care, where understanding the temporal dynamics is fundamental for model trustworthiness and applicability across diverse patient groups. Despite the potential of DBNs, a full Bayesian framework that integrates missing data handling remains underdeveloped. In this work, we propose a novel Gibbs sampling-based method for learning DBNs from incomplete data. Our method treats each missing value as an unknown parameter following a Gaussian distribution. At each iteration, the unobserved values are sampled from their full conditional distributions, allowing for principled imputation and uncertainty estimation. We evaluate our method on both simulated datasets and real-world intensive care data from critically ill patients. Compared to standard model-agnostic techniques such as MICE, our Bayesian approach demonstrates superior reconstruction accuracy and convergence properties. These results highlight the clinical relevance of incorporating full Bayesian inference in temporal models, providing more reliable imputations and offering deeper insight into model behavior. Our approach supports safer and more informed clinical decision-making, particularly in settings where missing data are frequent and potentially impactful.


翻译:动态贝叶斯网络(DBNs)因其能够建模患者数据中复杂的时序关系并保持可解释性——这一临床决策的关键特性,在医疗健康领域的应用日益广泛。然而,现有处理纵向临床数据集中缺失数据的方法主要源自静态贝叶斯网络文献,未能充分考虑数据的时间特性。这一局限削弱了随时间量化不确定性的能力,在重症监护等场景中尤为关键——理解时序动态对于模型可信度及跨患者群体的适用性至关重要。尽管DBNs潜力显著,整合缺失数据处理的完整贝叶斯框架仍发展不足。本研究提出一种基于吉布斯采样的新方法,用于从不完整数据中学习DBNs。该方法将每个缺失值视为服从高斯分布的未知参数,在每次迭代中从未观测值的完全条件分布中采样,从而实现基于原则的插补与不确定性估计。我们在模拟数据集和重症患者真实临床数据上评估了该方法。与MICE等标准模型无关技术相比,本贝叶斯方法展现出更优的重构精度与收敛特性。这些结果凸显了在时序模型中引入完整贝叶斯推断的临床价值,能提供更可靠的插补结果并深化对模型行为的理解。本方法支持更安全、更明智的临床决策,尤其在缺失数据频繁且可能产生重大影响的场景中具有特殊意义。

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