临床研究
基于机器学习算法构建老年人呼吸机相关肺炎早期预警模型
中华老年医学杂志, 2023,42(6) : 670-675. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-9026.2023.06.009
摘要
目的

开发并验证有创机械通气24 h内预警老年人呼吸机相关肺炎(VAP)的机器学习(ML)模型,为老年人VAP的临床管理提供更多证据与思路。

方法

基于MIMIC Ⅳ 2.2数据库提取重症监护室中急性呼吸衰竭且进行有创机械通气老年患者的临床数据,以VAP为结局指标,按7∶3的比例将患者分为训练集与测试集,在训练集中使用4种ML算法建模,用测试集验证模型性能,并将模型在相同的数据集中与序贯器官衰竭评分(SOFA)、全身炎症反应综合征评分(SIRS)、风险评分包括急性生理评分(APS Ⅲ)评分做比较。

结果

共纳入1 859例老年患者,336例患者诊断为VAP。ML模型的受试者工作曲线的曲线下面积(AUC)均高于临床风险评分(SOFA评分0.44、SIRS评分0.49、APS Ⅲ评分0.46),其中LightGBM模型和XGBoost模型的预测性能最佳,AUC分别为0.85(95%CI:0.82~0.88)和0.84(95%CI:0.81~0.87)。运用SHAP进一步解释模型,结果显示,SOFA神经系统评分、白细胞计数最大值、呼吸频率最大值、碱剩余最大值以及年龄变量是模型早期预测老年人VAP的重要因素。

结论

运用机器学习算法构建老年人VAP的早期预警模型,对临床及时启动和调整治疗方案具有重要指导意义,未来应进一步开展模型的外部验证工作。

引用本文: 时铭蔚, 李君, 孙春萍, 等.  基于机器学习算法构建老年人呼吸机相关肺炎早期预警模型 [J] . 中华老年医学杂志, 2023, 42(6) : 670-675. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-9026.2023.06.009.
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老年呼吸机相关肺炎(VAP)患者因免疫退化、年龄相关的生理和解剖学改变和伴有慢性疾病等原因通常预后更差,老年人VAP的防治刻不容缓。早期识别发生VAP的高风险人群有助于为其提供优化的抗生素处方与护理以预防VAP的进展,目前研究认为VAP发生的危险因素包括年龄、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、格拉斯哥昏迷评分<9分以及护理相关的因素如床头角度、紧急插管等。但显然单一指标往往无法做出有效、准确的预测,多指标联合使用将是预测VAP的应用趋势,确定最佳的指标组合以及使用的规则存在很大困难,错误的组合可能会掩盖大量数据背后的临床意义。机器学习(ML)为我们提供了新思路,它可以自动从大数据中学习建立模型,且最大化每个指标的价值,以优化临床数据的使用。目前ML在预测感染性疾病和患者预后方面均展现了优势,ML衍生的脓毒症早期预测模型帮助改善和促进了患者的护理[1,2],所以ML也极有可能会增强早期预警老年人VAP的能力。本研究基于重症监护医学市场信息市场(MIMIC Ⅳ)2.2版数据库[3],开发并验证可以在有创机械通气24 h内预警老年人VAP的ML模型,为老年VAP患者的临床管理提供更多的证据与思路。

 
 
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