基于长短期记忆网络和Logistic回归的重症监护病房脑卒中患者院内死亡风险预测

摘要

目的:基于引入注意力机制的长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)和L1正则化的Logistic回归筛选变量,再通过传统的Logistic回归建立重症监护病房(intensive care unit,ICU)脑卒中患者院内死亡风险预测模型并评价模型效果。方法:选取重症医学信息数据库(Medical Information Mart for Intensive Care-Ⅳ,MIMIC-Ⅳ)中的脑卒中患者作为研究对象,以是否发生院内死亡作为结局变量,备选预测因子包括人口学特征、合并症、入院48 h内实验室检查和生命体征检查等。将数据根据结局指标以8∶2的比例随机进行10次训练集和测试集的划分,在训练集上构建LSTM和L1正则化的Logistic回归模型,在测试集上选取重要程度排名前10的变量的并集纳入Logistic回归建立预测模型,以受试者工作特征曲线下面积(area under curve,AUC)、灵敏度、特异度、预测准确度为指标对模型进行评价,并与未预先进行变量筛选的前进法Logistic回归模型的预测效果进行比较。结果:共纳入2755例脑卒中患者的2979条ICU入院记录,其中院内死亡记录占17.66%。两个变量筛选模型中,L1正则化的Logistic回归模型的AUC显著优于LSTM模型(0.819±0.031 vs.0.760±0.018,P<0.001),两个模型中重要程度均位于前10的变量包括年龄、血糖和尿素氮。最终预测模型的AUC为0.85,灵敏度为85.98%,特异度为71.74%,预测准确率为74.26%,优于未预先进行变量筛选的前进法Logistic回归模型。结论:用引入注意力机制的LSTM和L1正则的Logistic回归筛选出的变量的预测效果较好,具有一定的临床价值。