Joint modelling of hospitalizations and survival in heart failure patients : a discrete nonparametric frailty approach

Heart Failure is a largely diffused chronic condition, consisting in the deterioration of the function of the heart, which may ends in the patient's death. In particular, in Italy almost 600.000 persons suffer from this disease, which is considered the main cause of hospitalization for 65+ patients. The disease prevalence and the impact over the sanitary system have made this pathology object of study, both from the clinical and administrative point of view. In particular, several researches have focused on the investigation of the effect that different drugs associated to the treatment and the corresponding adherence to treatment have on the survival as well as on the clinical path a patient comes across. In this work we analyze data coming from the Lombardy region administrative database, focusing on the joint modelling of the patient's clinical path evolution in terms of hospitalizations and survival, evaluating the effect that the adherence to a Heart Failure specific drug (i.e. ACE inhibitors) treatment has upon them. The goal of this thesis is a methodological discussion, aimed at spotting the most promising tool to jointly model a recurrent events process and a terminal event one, with a focus on frailty models. We present as the main result our innovative model, in which the two processes of interest are jointly modelled through a multivariate discrete non parametric frailty. This frailty formulation reveals a big potential from an interpretative point of view, especially for the application at hand. In fact, it enables a more direct analysis of the induced partition of patients in subpopulations characterized by different levels of frailty, which can be easily translated in a providers' assessment. We also provide a comparative study to assess the effectiveness of our model in a controlled setting.

Lo Scompenso Cardiaco è una condizione cronica largamente diffusa, che consiste nel deterioramento della funzione del cuore, e che può, nei casi più gravi, portare alla morte. In Italia, in particolare, circa 600,000 persone soffrono di questa patologia, che è la prima causa di ospedalizzazione nella fascia degli ultrasessantacinquenni. L'incidenza sulla popolazione, la possibilità di gravi conseguenze e l'impatto sul sistema sanitario hanno reso questa malattia oggetto di studio, sia dal punto di vista clinico che amministrativo. In particolare, numerose ricerche si sono concentrate sull'effetto che i diversi farmaci usati nel trattamento della malattia, e la corrispondente aderenza a tale trattamento, hanno sia sulla probabilità di sopravvivenza sia sul decorso clinico dei pazienti. In questo lavoro analizziamo i dati provenienti dalla banca dati amministrativa di Regione Lombardia, concentrandoci sulla modellazione congiunta dell'evoluzione del percorso clinico dei pazienti in termini di ospedalizzazioni e di sopravvivenza, valutando l'effetto che l'aderenza a un trattamento con farmaci specifici (ACE inibitori) ha su queste ultime. Lo scopo di questa tesi è una discussione metodologica, il cui obiettivo è trovare lo strumento più promettente per modellare un processo di eventi ricorrenti congiuntamente a un evento terminale, con focus sui modelli frailty. Presentiamo come risultato principale un nostro modello innovativo, in cui i due processi sono modellati congiuntamente tramite una frailty multivariata che segue una distribuzione discreta non parametrica. Tale formulazione della frailty mostra un particolare potenziale dal punto di vista interpretativo, specialmente per quanto riguarda l'applicazione considerata, visto che permette un'analisi diretta del raggruppamento dei pazienti in sottopopolazioni caratterizzate da differenti livelli di fragilità, che può facilmente tradursi in uno strumento per l'assesment ospedaliero. Forniamo anche uno studio comparativo con l'obiettivo di verificare l'efficacia del nostro modello in un ambiente controllato.