【論文摘要】運用演算法找出肺阻塞患者併發急性呼吸衰竭預後之重要變數

【論文摘要】Using algorithms to identify important variables in the prognosis of patients with pulmonary obstruction complicated by acute respiratory failure

10.6269/JRT.202407_23(2).0009

陳秀華；陳信均；林育志；黃正魁

慢性阻塞性肺病（COPD） ； 機械學習（Machine Learning, ML） ； 演算法（algorithm）

呼吸治療

23卷2期（2024 / 07 / 01）

56 - 57

繁體中文;英文

前言：世界衛生組織於2019年發布慢性阻塞性肺病（COPD）為全球十大死因第三名，衛生福利部國健署2022年指出慢性下呼吸道疾病為台灣十大死因第8名，並且在台灣健保資料庫中呼吸器依賴病人有15%是肺阻塞族群，COPD因呼吸道長期發炎導致呼吸道結構發生不可逆氣流受限，患者一旦發生急性呼吸衰竭時，氣道功能會因發炎反應而嚴重受阻，然而在脫離呼吸器過程時會更顯艱鉅。因此，本研究回溯蒐集肺阻塞併發急性呼吸衰竭個案的初期臨床數據，盼藉由機械學習（Machine Learning, ML）決策樹演算法，找出影響該疾病ICU預後之重要變數。研究方法：本研究已通過人體試驗委員會審查小組審查（編號：B11201015），是病歷回溯性（Retrospective）觀察型研究。資料數據為2019年1月至2020年12月，在本院內科加護病房有COPD病史或COPD主診斷之呼吸衰竭個案，排除：外科手術及已納管「全民健康保險呼吸器依賴患者整合性照護前瞻性支付方式」呼吸器依賴（IDS）族群。研究變數有人口統計、APACHE II score、ICU 48小時內生化血液檢驗值及住院期間Albumin等。ICU預後分類，依健保IDS定義呼吸器使用結果分：呼吸器脫離成功、呼吸器依賴下轉、病危死亡。研究模型選用CHAID（Chi-square Automatic Interaction Detector），此演算法是透過計算節點P值，進行樹狀模型特徵值分析。研究結果：資料庫清洗後，符合GOLD氣流受限程度分級或有胸腔專科醫師診斷COPD共收57位個案，依GOLD嚴重度分為1-4級，1級（n=7人）、2級（n=13人）、3級（n=16人）及4級（n=7人），有14位個案無本院就診紀錄或因肺功能困難判讀，故無法進行疾病嚴重程度分級。本實驗結果CHAID演算法模型（圖一）顯示，節點0是57位個案在ICU預後分佈，脫離成功有30位（52.63%）、呼吸器依賴下轉19位（33.33%）、死亡8位（14.03%），分析如下：1.Albumin是ICU預後的最重要特徵值，Albumin≤ 2.96 g/dl（n=22人），呼吸器依賴下轉13位（59.09%）、死亡5位（22.72%）、脫離成功僅有4位（18.18%）；Albumin 2.96～3.11 g/dl（n=12人），脫離成功有9位（75%）、死亡3位（25%）；當Albumin值>3.11 g/dl（n=23人），則脫離成功有17位（73.91%）、呼吸器依賴下轉有6位（26.08%）、發現死亡率是0%。2.在Albumin≤ 2.96 g/dl（n=22人）情況下，其中有使用升壓劑11位，結果呼吸器依賴下轉有6位（54.54%）、死亡5位（45.45%）、發現無脫離成功個案；無使用升壓劑同樣有11位，其中呼吸器依賴下轉有7位（63.63%）、脫離成功4位（36.36%）、同時發現死亡率為0。3.當Albumin值>3.11 g/dl（n=23人），且Cr.≤ 1.27 mg/dl條件下（n=12人），呼吸器脫離成功高達100%；Cr.:1.27-1.820 mg/dl（n=4人），呼吸器依賴下轉個案則是100%；Cr. >1.820 mg/dl（n=7人）死亡率為0。4.CHAID演算法矩陣驗證，得到模型正確率（Accuracy）為87.72%，模型預測在ICU呼吸器使用結果應下轉：實際19位下轉、但有4位是呼吸器脫離成功（該模型預測失敗）；模型預測在ICU呼吸器使用結果成功：實際26位成功、有3位是死亡；模型預測在ICU呼吸器使用結果死亡：實際上5位死亡，正確率100%（表一）。5.利用權重平均法（Weighted-Average）得到模型精確率（Precision）達92.17%，召回率（Recall）80.52%，F1-score為85.95%。。6.模型預測在ICU呼吸器使用結果應死亡：實際上5位死亡，正確率100%。（表格略）結論與建議：過去研究提及，肺功能嚴重程度不影響急性呼吸衰竭預後，本實驗也同時驗證肺功能嚴重度不影響ICU預後，在實驗模型決策樹CHAID演算法的結果得知Albumin、升壓劑、Cr.、PH、PLT、HCO3為COPD患者呼吸器使用結果分析的重要特徵值，當Albumin≤2.96g/dl的情況下，呼吸器脫離成功僅佔18.18%，若合併使用升壓劑，在ICU脫離成功率是0，另一重要發現為Albumin值>3.1 g/dl時，其死亡率是0。本研究發現Albumin是模型中的首要特徵值，同時也驗證特徵值對ICU預後影響之重要性，盼未來能結合智慧醫療擴大個案量及臨床數據，以驗證並建立更臻完善的呼吸治療預測模型。