关键词:
脑出血
病情恶化
风险预测模型
机器学习
人工神经网络
摘要:
目的:
了解脑出血患者术后病情恶化的发生现状,分析相关影响因素;构建基于机器学习的术后病情恶化风险预测模型,评估模型的整体预测性能与临床适用性。旨在为临床医护人员提供高效便捷的辅助风险评估工具,为早期识别高危患者、优化围手术期管理及制定个体化干预策略提供理论依据与实践参考。
方法:
回顾性分析2018年1月至2024年10月入住贵州省某三级甲等医院急诊神经科,诊断为脑出血的患者,基于医院电子病历系统收集患者的一般资料、手术相关资料、实验室观察指标及影像学资料。将所有患者数据按照7:3的比例划分为训练集和测试集,使用Epi Data 3.1软件进行数据录入,Python 3.9软件进行统计分析。对训练集数据进行单因素分析,采用LASSO及多因素Logistic回归分析筛选脑出血患者术后病情恶化的危险因素,并基于筛选出的变量构建Logistic回归模型;同时,以单因素分析中具有统计学意义的变量作为输入变量,构建人工神经网络模型。在测试集中对Logistic回归模型和人工神经网络模型进行验证,绘制受试者工作特征曲线、校准曲线及混淆矩阵,并计算准确率、灵敏度、特异度、F1值、Brier score、受试者工作特性曲线下面积及其95%置信区间,以评估模型的预测性能及适用性。
结果:
1.本研究共纳入脑出血手术患者536例,168例患者发生病情恶化,发生率为31.3%。
***回归模型的预测变量为:入院NIHSS评分(OR=1.107,95%CI:1.063-1.154)、机械通气(OR=42.640,95%CI:17.083-106.432)、术后再出血(OR=6.455,95%CI:2.260-18.435)、颅内感染(OR=8.475,95%CI:1.680-42.753)、血小板计数(OR=0.995,95%CI:0.990-0.999)、脑疝(OR=2.368,95%CI:0.859-6.524);回归方程为:Logit(P)=-4.039+0.102×入院NIHSS评分+3.753×机械通气+1.865×术后再出血+2.137×颅内感染-0.006×血小板计数+0.862×脑疝。
3.人工神经网络预测模型引入注意力机制,筛选出的前10位重要特征变量依次为:血肿破入脑室、入院NIHSS评分、发病至手术时间、血小板计数、入院GCS评分、机械通气、颅内感染、脑疝、收缩压、术后再出血。
4.在训练集中,模型评价指标如下:Logistic回归模型精确率为85.71%,召回率为85.00%,准确率为90.67%,F1值为85.36%,Brier score为0.066,AUC值为0.965(95%CI:0.941-0.988);人工神经网络预测模型精确率为84.62%、召回率为91.67%、准确率为92.00%,F1值为87.93%,Brier score为0.047,AUC值为0.975(95%CI:0.955-0.995)。
5.在测试集中,模型评价指标如下:Logistic回归模型精确率为69.09%,召回率为79.17%,准确率为83.23%,F1值为73.79%,Brier score为0.117,AUC值为0.924(95%CI:0.870-0.978);人工神经网络预测模型精确率为71.96%,召回率为85.42%,准确率为85.71%,F1值为78.09%,Brier score为0.115,AUC值为0.930(95%CI:0.879-0.982)。
结论:
1.本研究基于脑出血患者常规临床资料,识别术后病情恶化的主要危险因素。依据注意力机制排序,前10位重要特征变量依次为:血肿破入脑室、入院NIHSS评分、发病至手术时间、血小板计数、入院GCS评分、机械通气、颅内感染、脑疝及术后再出血。
2.本研究基于Logistic回归与人工神经网络构建脑出血患者术后病情恶化的风险预测模型,两个模型预测性能良好,可为脑出血患者术后病情恶化的早期识别及个体化干预策略的制定提供理论支持与实践参考。
3.当研究侧重于明确脑出血患者术后病情恶化的独立危险因素及其效应方向时,Logistic回归因结构简洁、结果可解释性强更为适用;若关注模型整体预测性能,并期望深入挖掘多维特征间的潜在关联,则人工神经网络模型更具优势。