機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以幫助膿毒癥護(hù)理中的關(guān)鍵決策

麻省理工學(xué)院和馬薩諸塞州綜合醫(yī)院(MGH)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種預(yù)測(cè)模型，可以指導(dǎo)臨床醫(yī)生決定何時(shí)為急診室膿毒癥患者提供可能挽救生命的藥物。

膿毒癥是最常見(jiàn)的入院原因之一，也是重癥監(jiān)護(hù)病房中最常見(jiàn)的死亡原因之一。但絕大多數(shù)這些患者首先通過(guò)急診室進(jìn)入。治療通常始于抗生素和靜脈注射液，一次幾升。如果患者反應(yīng)不佳，他們可能會(huì)進(jìn)入感染性休克，其血壓下降至危險(xiǎn)低，器官衰竭。然后它經(jīng)常離開(kāi)ICU，臨床醫(yī)生可以減少或停止液體并開(kāi)始使用去甲腎上腺素和多巴胺等血管加壓藥物，以提高和維持患者的血壓。

這就是事情變得棘手的地方。長(zhǎng)時(shí)間使用液體可能沒(méi)有用，甚至可能導(dǎo)致器官損傷，因此早期血管加壓劑干預(yù)可能是有益的。事實(shí)上，早期血管加壓劑給藥與膿毒性休克的死亡率提高有關(guān)。另一方面，過(guò)早或不需要給予血管加壓劑會(huì)帶來(lái)其自身的負(fù)面健康后果，例如心律失常和細(xì)胞損傷。但是，何時(shí)進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變并沒(méi)有明確的答案; 臨床醫(yī)生通常必須密切監(jiān)測(cè)患者的血壓和其他癥狀，然后進(jìn)行判斷。

在本周美國(guó)醫(yī)學(xué)信息學(xué)協(xié)會(huì)年度研討會(huì)上發(fā)表的一篇論文中，麻省理工學(xué)院和MGH的研究人員描述了一個(gè)模型，該模型從緊急護(hù)理敗血癥患者的健康數(shù)據(jù)中“學(xué)習(xí)”并預(yù)測(cè)患者是否需要在接下來(lái)的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)使用血管加壓藥。在這項(xiàng)研究中，研究人員為ER膿毒癥患者編制了第一份此類(lèi)數(shù)據(jù)集。在測(cè)試中，該模型可以預(yù)測(cè)超過(guò)80%的時(shí)間對(duì)血管加壓藥的需求。

研究人員表示，早期預(yù)測(cè)可以防止不需要血管加壓劑的患者不必要的ICU停留，或者為病人開(kāi)始ICU的早期準(zhǔn)備。

“在需要血管加壓劑和誰(shuí)沒(méi)有[在急診室]之間具有良好的辨別能力是很重要的，”第一作者Varesh Prasad博士說(shuō)。哈佛 - 麻省理工學(xué)院健康科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生。“我們可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)預(yù)測(cè)患者是否需要血管加壓藥。如果在那段時(shí)間內(nèi)，患者得到3升靜脈輸液，那可能是過(guò)量的。如果我們提前知道這些升液無(wú)論如何都不會(huì)有幫助，他們會(huì)可能早就開(kāi)始使用血管加壓藥了。“

在臨床環(huán)境中，該模型可以在床邊監(jiān)測(cè)器中實(shí)施，例如，其跟蹤患者并且向經(jīng)常忙碌的ER中的臨床醫(yī)生發(fā)送關(guān)于何時(shí)開(kāi)始血管加壓劑和減少流體的警報(bào)。麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所的WM Keck職業(yè)發(fā)展教授，共同作者托馬斯赫爾特說(shuō)：“這種模式將是一個(gè)在后臺(tái)工作的警惕或監(jiān)視系統(tǒng)。“有許多膿毒癥病例[臨床醫(yī)生]清楚地了解，或者不需要任何支持?；颊咴诔醮卧\斷時(shí)可能會(huì)生病，以至于醫(yī)生確切知道該做什么。但也有”灰色區(qū)域“。這些工具變得非常重要。“

該論文的共同作者是麻省理工學(xué)院研究生James C. Lynch; 和Trent D. Gillingham，Saurav尼泊爾，Michael R. Filbin和Andrew T. Reisner，所有MGH。Heldt還是麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的電氣和生物醫(yī)學(xué)工程助理教授，也是電子研究實(shí)驗(yàn)室的首席研究員。

已經(jīng)建立了其他模型來(lái)預(yù)測(cè)哪些患者在ICU中有膿毒癥或何時(shí)施用血管加壓劑的風(fēng)險(xiǎn)。但這是第一個(gè)接受ER培訓(xùn)的模型，Heldt說(shuō)。“[ICU]是大多數(shù)膿毒癥患者的后期階段.ER是患者接觸的第一個(gè)點(diǎn)，您可以做出可以改變結(jié)果的重要決策，”Heldt說(shuō)。

主要挑戰(zhàn)是缺乏ER數(shù)據(jù)庫(kù)。幾年來(lái)，研究人員與MGH臨床醫(yī)生合作，編制了2014年至2016年期間在MGH急診室接受治療的近186,000名患者的醫(yī)療記錄。數(shù)據(jù)集中的一些患者在醫(yī)院就診的前48小時(shí)內(nèi)接受了血管加壓藥，而其他患者沒(méi)有。兩位研究人員手動(dòng)審查了所有可能感染性休克患者的記錄，包括血管加壓劑給藥的確切時(shí)間和其他注釋。(從敗血癥癥狀出現(xiàn)到血管加壓藥開(kāi)始的平均時(shí)間約為6小時(shí)。)

這些記錄是隨機(jī)分割的，70%用于訓(xùn)練模型，30%用于測(cè)試。在訓(xùn)練中，該模型從需要或不需要血管加壓藥的患者中提取了58種可能的特征中的28種。特征包括血壓，從最初入院ER開(kāi)始的經(jīng)過(guò)時(shí)間，給予的總體液量，呼吸率，精神狀態(tài)，氧飽和度和心臟搏出量的變化 - 每次心跳泵送多少血液。

在測(cè)試中，該模型以設(shè)定的時(shí)間間隔分析新患者中的許多或所有這些特征，并尋找指示最終需要血管加壓劑或不需要血管加壓劑的患者的模式?；谠撔畔?，它在每個(gè)間隔預(yù)測(cè)患者是否需要血管加壓劑。在預(yù)測(cè)患者是否需要在接下來(lái)的兩個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使用血管加壓劑時(shí)，該模型在80%到90%的時(shí)間內(nèi)是正確的，這可以平均防止超過(guò)半升或更多的給藥液體。

“該模型基本上采用了一組當(dāng)前的生命體征，以及一些軌跡的樣子，并確定當(dāng)前的觀察結(jié)果表明該患者可能需要血管加壓劑，或者這組變量表明該患者不需要血管加壓劑，”普拉薩德說(shuō)。

接下來(lái)，研究人員旨在擴(kuò)大工作范圍，以生成更多工具，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)ER患者最初是否有膿毒癥或感染性休克的風(fēng)險(xiǎn)。“我們的想法是將所有這些工具集成到一個(gè)管道中，這有助于在他們第一次進(jìn)入急診室時(shí)管理護(hù)理，”Prasad說(shuō)。

這個(gè)想法是為了幫助MGH等主要醫(yī)院的急診室的臨床醫(yī)生，每年看到大約110,000名患者，專(zhuān)注于膿毒癥最危險(xiǎn)的人群。“膿毒癥的問(wèn)題在于患者的表現(xiàn)常常掩蓋了潛在疾病過(guò)程的嚴(yán)重性，”Heldt說(shuō)。“如果有人患有虛弱并且感覺(jué)不對(duì)，可以通過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)液體治療。但是，在某些情況下，它們會(huì)有潛在的敗血癥并且可能很快惡化。我們希望能夠分辨出哪些患者如果不加以治療，它們會(huì)變得更好，并且處于關(guān)鍵的道路上。“