MIMIC IV+eICU+协和医院回顾性队列 | 基于预测模型的血压反应指数(BPRI)对脓毒性休克患者住院死亡率的预测分析

文摘   2024-09-26 19:18   美国  

医学科研新动向

Blood pressure response index and clinical outcomes in patients with septic shock: a multicenter cohort study

脓毒症休克

<MIMIC IV,eICU>

脓毒性休克是由全身性感染引起的急性循环衰竭,其主要病理生理特征包括外周血管阻力显著降低、血压下降及组织灌注不足,导致器官功能障碍甚至死亡等。尽管血管活性药物(如去甲肾上腺素)的应用是治疗脓毒性休克的标准方案之一,但目前仍缺乏能够实时评估患者对这些药物反应性和治疗效果的有效工具。已有研究尝试使用血管活性药物评分(VIS)来预测脓毒症患者的预后,但这些研究多集中在新生儿或儿童群体,且多数为单中心研究,缺乏大规模多中心验证。此外,这些评估方法在反映患者血管张力方面存在一定局限性,难以提供即时的、精确的临床信息。本研究提出并验证了一种新的血压反应指数(BPRI),该指数通过计算平均动脉压(MAP)与血管活性药物评分(VIS)的比值来反映患者对血管活性药物的反应性。BPRI不仅能够快速、无创地评估患者的血管状态,还可用于预测脓毒症患者的临床结局。

研究设计

本研究是一项多中心回顾性队列研究,数据来源包括北京协和医院内部队列、MIMIC-IV数据库和eICU-CRD数据。研究对象为确诊为脓毒症并入住ICU的成人患者,且所有患者均在脓毒症早期(确诊后7天内)接受过至少一种血管活性药物治疗。
  1. 研究人群(Population): 符合Sepsis-3诊断标准的脓毒症患者,年龄在18岁以上,且至少接受过一种血管活性药物治疗。
  2. 干预措施(Intervention): 使用血管活性药物,计算其血管活性药物评分(VIS)。
  3. 对照(Comparison): 对比BPRI与SOFA评分和APS评分的预测能力。
  4. 结果(Outcomes): 主要结局为住院死亡率,次要结局包括短期BPRI的动态变化。
  5. 研究设计(Study Design): 回顾性队列研究。

  • 图1A:BPRI的计算方法及其作用机理。研究通过将MAP除以VIS来计算BPRI,以此作为评估血管反应性的指标。图中详细展示了BPRI的计算公式,并说明了其在评估脓毒症患者对血管活性药物反应中的应用。
  • 图1B:研究设计与数据分析流程的概述。展示了数据提取、BPRI计算、与其他评分系统的比较分析过程,以及基于机器学习的动态风险模型构建。
  • 图1C:展示了BPRI与住院死亡率之间的关系分析流程,特别是BPRI在不同时间段的变化及其与临床结局的关系。
  • 图1D-F:展示了研究中采用的机器学习方法,包括特征提取、模型训练和验证的具体流程,并说明了XGBoost模型的选择依据及其性能评估。

核心结果

1. BPRI与其他评分在不同时间段内预测住院死亡率的AUROC对比

在168小时内,BPRI的AUROC值始终高于0.7,表现出稳定的预测能力。具体而言,在内部队列中,BPRI在24小时、48小时和168小时的AUROC值分别为0.78、0.76和0.78,显著优于SOFA评分和APS评分。在MIMIC-IV和eICU-CRD队列中,BPRI的表现与SOFA评分相当,且显著优于APS评分(p < 0.05)。这些结果表明,BPRI作为一种无创且简便的指标,具有良好的临床应用价值,能够在早期识别高危患者。

2. BPRI与住院死亡率的L形关系曲线

在内部队列中,BPRI与住院死亡率的关系呈现出明显的L形曲线,当BPRI低于7.1时,住院死亡率显著增加。具体而言,当BPRI低于7.1时,住院死亡率的OR值为1.32(95% CI 1.20–1.45),表明每单位BPRI的下降将显著增加患者死亡风险。相反,当BPRI高于7.1时,住院死亡率随BPRI的增加变化不大(OR = 0.99,95% CI 0.97–1.01)。类似的L形关系也在MIMIC-IV和eICU-CRD队列中得到验证,其临界值分别为6.8和7.2。这些结果提示,BPRI可以作为一种重要的早期预警工具,用于识别高死亡风险的脓毒症患者。

3. 特征分析与模型评估

  • 图4A:SHAP分析显示乳酸水平、SOFA评分、白细胞计数、心率和葡萄糖水平是影响BPRI短期变化的最重要特征。此外,呼吸支持和最新的12小时累计液体平衡也是影响BPRI变化的关键干预因素。SHAP分析中,乳酸水平的变化对BPRI的影响最大,反映了其在脓毒症患者中的重要性。
  • 图4B:SHAP依赖性图进一步揭示了上述特征对BPRI变化的具体影响,尤其是在乳酸水平较高或较低时,BPRI的变化趋势。这些图表清晰地展示了不同特征的影响程度和方向,为临床治疗提供了数据支持。
  • 图4C-D:XGBoost模型的性能评估结果显示,基于10个最重要特征的简化模型在内部测试集中的AUROC值为0.63-0.64,显示出较好的预测能力。此外,简化模型在MIMIC-IV和eICU-CRD队列中的AUROC值分别为0.62和0.59,进一步验证了模型的泛化能力。


本研究提出并验证了一种新的血压反应指数(BPRI),作为无创指标,用于评估脓毒性休克患者对血管活性药物的反应性。通过对大量患者数据的回顾性分析,研究结果表明,BPRI在预测住院死亡率方面表现优于传统的预后评分系统(如SOFA评分和APS评分)。BPRI不仅具有简便、快速的计算特点,还能在临床实践中提供更为精准的风险评估,帮助医生在脓毒症的早期阶段识别高危患者并制定个性化治疗方案,从而提高患者的生存率。

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