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可解释机器学习模型预测心脏骤停患者院内死亡风险:基于MIMIC-Ⅳ 2.0数据库

2023-06-13龚欢欢柯晓伟王爱民李湘民

协和医学杂志 2023年3期
关键词:特征模型

龚欢欢,柯晓伟,王爱民,李湘民

中南大学湘雅医院急诊科,长沙 410008

心脏骤停是成人死亡的主要原因之一,全球每年新增病例达800万至900万,而我国每年约54万人发生心脏骤停且该数据呈逐年上升趋势[1]。心脏骤停后机体血流循环中断,数分钟内即可导致脑缺血死亡,即使进行有效的心肺复苏,短期死亡风险仍较高,而住院期间转归是临床医生及患者家属最迫切关注的问题。准确预测心脏骤停患者院内死亡风险有助于治疗方案的优化、临床决策的制订以及和谐医患关系的建立。由于心脏骤停病因的多样性和病情的复杂性、危重性,传统指标如神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)、S100β、脑电图、颅脑影像学表现、格拉斯哥昏迷评分(Glasgow coma score,GCS)、急性生理学评分系统Ⅲ(acute physiology score Ⅲ,APSⅢ)在此类患者死亡风险的预测中难度较大[2]。

近年来,伴随计算机性能的巨大突破,医工融合现象逐渐明显,机器学习算法逐步被引入医学领域。Ngiam等[3]研究表明,对于病情严重、临床数据广泛且复杂患者的健康评估,机器学习算法的表现优于传统方法。基于其运行速度快、可高效处理大数据的优势[4],机器学习算法已广泛用于多种危重症患者的预后评估[5-9]。在心脏骤停方面,既往大量研究已证实,基于机器学习算法构建的模型在此类人群神经功能评定、疾病复发风险预测方面表现出良好的性能[10-13]。但此类模型存在“黑盒子”问题,即缺乏临床易于理解的可解释性。2020年Lundberg等[14]建立了Shapley加法解释(Shapley additive explanation,SHAP)算法用以解释任何机器学习模型的输出,其不仅可根据SHAP值正负性反映变量对模型的影响程度,并可通过SHAP值对模型中每个变量的贡献进行量化,突破了机器学习模型难以解释的“黑盒子”问题[15]。……

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