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Clinical and Molecular Hepatology
预测ICU中急性慢性肝衰竭合并多器官衰竭患者短期死亡风险

2025-10-30

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本研究开发了基于机器学习的预测模型,用于评估合并多器官衰竭的急性慢性肝衰竭患者的30天死亡风险。CatBoost和随机森林模型在AUC值上优于传统评分系统(如CLIF-C ACLF和MELD 3.0),并提供在线预测工具,为临床决策提供实用支持。

 

文献概述
本文《Predictive machine learning model in intensive care unit patients with acute-on-chronic liver failure and two or more organ failures》,发表于《Clinical and Molecular Hepatology》杂志,回顾并总结了针对ICU中急性慢性肝衰竭(ACLF)合并多器官衰竭患者短期死亡风险的机器学习模型开发与验证。研究比较了不同机器学习算法与传统评分系统(如MELD、CLIF-C)的预测能力,结果显示新模型具有更高的AUC值和临床实用性。

背景知识
急性慢性肝衰竭(ACLF)是肝硬化患者中严重的临床并发症,常伴随多个器官功能衰竭,导致短期死亡率显著升高。目前常用的评分系统(如MELD和CLIF-C ACLF)在预测ACLF患者死亡风险方面存在局限,尤其是在不同器官衰竭的权重分配上。机器学习模型具有更强的非线性关系建模能力,可基于多维临床数据提供更精准的个体化预测。尽管已有研究尝试建立ACLF评分,但其预测精度和泛化能力仍有待提升。本研究旨在利用大型ICU数据库(MIMIC-IV)开发并验证可解释的机器学习模型,通过SHAP分析揭示关键预测变量,并构建在线工具以促进临床应用。该研究为ACLF患者的管理提供了新的决策支持工具,具有显著的临床转化潜力。

 

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研究方法与实验
本研究基于MIMIC-IV数据库,筛选符合NACSELD和EASL-CLIF标准的ACLF患者队列。研究纳入1,511名符合NACSELD标准的患者和1,692名符合EASL-CLIF标准的患者,分别使用CatBoost和随机森林模型进行30天死亡率预测。通过SHAP分析解释模型,并进行内部和外部验证。此外,构建在线预测工具以实现模型的临床转化。

关键结论与观点

  • CatBoost模型在NACSELD队列中AUC达到00.87,随机森林模型在EASL-CLIF队列中AUC达到0.83。
  • 两个简化模型在保留前12个关键预测因子的情况下仍保持高预测精度,AUC分别为0.89和0.81。
  • 模型在内部和外部验证中均表现良好,且在不同亚组(如酒精性肝病、感染、出血等)中保持稳定性能。
  • SHAP分析揭示INR、年龄、呼吸频率、血清肌酐等变量在死亡风险预测中具有高影响力。
  • 研究团队开发了交互式在线预测工具,便于临床医生输入患者数据并获取个体化死亡风险评估。

研究意义与展望
本研究首次在ACLF合并多器官衰竭患者中应用可解释机器学习模型,并通过SHAP分析揭示关键临床预测因子的层级关系。研究结果表明,机器学习模型在预测短期死亡率方面优于传统评分系统,为临床决策提供了更精准的工具。未来可进一步优化模型以适应不同医疗系统,并探索其在移植评估、资源分配和治疗决策中的应用。此外,该在线工具可扩展至多中心研究,验证其跨人群适用性。

 

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结语
本文基于MIMIC-IV数据库,构建并验证了CatBoost和随机森林机器学习模型,用于预测ACLF合并多器官衰竭患者的30天死亡风险。研究结果表明,这两个模型在预测能力上优于传统评分系统,且通过SHAP分析提供了可解释的临床变量贡献排序。此外,研究团队开发了交互式在线预测平台,可为临床医生提供个体化死亡风险评估。这些模型不仅提高了死亡风险预测的精度,也为ACLF患者的临床管理提供了新的工具。未来研究可进一步扩展至多中心数据,优化模型的泛化能力,并探索其在移植评估和治疗决策中的应用。该研究代表了机器学习在肝病重症监护中的重要进展,具有显著的临床转化潜力。

 

文献来源:
Yee Hui Yeo, Mengyi Zhang, Martin S McCoy, Jonel Trebicka, and Fanpu Ji. Predictive machine learning model in intensive care unit patients with acute-on-chronic liver failure and two or more organ failures. Clinical and Molecular Hepatology.
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