基于多维度临床数据的肺炎AI病原学类型判别模型

王霞, 赵玮, 陈征, 等. 基于多维度临床数据的肺炎AI病原学类型判别模型[J]. 临床急诊杂志, 2024, 25(7): 336-342. doi: 10.13201/j.issn.1009-5918.2024.07.003
引用本文: 王霞, 赵玮, 陈征, 等. 基于多维度临床数据的肺炎AI病原学类型判别模型[J]. 临床急诊杂志, 2024, 25(7): 336-342. doi: 10.13201/j.issn.1009-5918.2024.07.003
WANG Xia, ZHAO Wei, CHEN Zheng, et al. AI pathogen type discrimination model for pneumonia based on multi-dimensional clinical data etiology[J]. J Clin Emerg, 2024, 25(7): 336-342. doi: 10.13201/j.issn.1009-5918.2024.07.003
Citation: WANG Xia, ZHAO Wei, CHEN Zheng, et al. AI pathogen type discrimination model for pneumonia based on multi-dimensional clinical data etiology[J]. J Clin Emerg, 2024, 25(7): 336-342. doi: 10.13201/j.issn.1009-5918.2024.07.003

基于多维度临床数据的肺炎AI病原学类型判别模型

详细信息

AI pathogen type discrimination model for pneumonia based on multi-dimensional clinical data etiology

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  • 目的 基于肺炎患者的临床资料,建立肺炎人工智能(artificial intelligence,AI)病原学类型判别模型,预测肺炎的责任病原体,帮助临床医生选择合适的抗感染治疗方案。方法 回顾性地收集了北京天坛医院急诊科与呼吸科在2018年1月—2020年12月收治的197例肺炎患者的临床资料。选取158例(80%)患者资料作为建模组,构建肺炎AI病原学类型判别模型,39例(20%)作为验证组,验证模型的预测效果。同时,将验证组预测结果与20名急诊科医师的病原学诊断结果进行对比。结果 基于多维度临床数据构建的肺炎AI病原学类型判别模型的病原学验证精度为94.87%。20名急诊科医师病原学诊断的准确率分别为7.69%、15.38%、10.26%、10.26%、15.38%、17.95%、12.82%、10.26%、25.64%、17.95%、7.69%、5.13%、12.80%、20.51%、17.95%、7.69%、28.21%、12.82%、23.08%、15.38%,该模型的验证精度高于临床医师病原学诊断的平均准确率(94.87% vs 14.74%)。结论 借助既往肺炎患者的临床资料,本研究创建了基于多维度临床数据的肺炎AI病原学类型判别模型,该模型可用于早期预测肺炎患者的责任病原体,为临床医生早期制定经验性抗感染治疗方案提供参考。受限于样本量,本模型的临床价值有待进一步研究。
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  • 图 1  stacking集成学习

    图 2  基于机器学习和集成学习的肺炎文本分类模型

    表 1  建模组与验证组肺炎患者的临床特征比较

    临床资料 建模组
    (158例)
    验证组
    (39例)
    P
    年龄/岁 52(42.39~56.42) 66(54.89~68.34) 0.060
    性别/例(%) 0.820
      男 90(56.96) 23(58.87)
      女 68(43.04) 16(41.03)
    病史/例(%)
      受凉/淋雨 14(8.86) 6(15.38) 0.227
      咳嗽 120(75.95) 37(94.87) 0.109
      咳痰 103(65.19) 36(96.31) 0.101
      乏力 4(2.53) 10(25.64) 0.071
      胸闷/憋气 44(27.85) 25(64.10) 0.063
      呼吸困难 12(7.59) 4(10.26) 0.393
      发热 65(41.14) 22(56.41) 0.085
      寒战 11(6.96) 3(7.69) 0.550
      头痛 4(2.53) 5(12.82) 0.016
      咽痛 6(3.80) 2(5.13) 0.494
      肌痛 8(5.06) 0 0.165
    化验检查
      白细胞/(×109/L) 12.36(4.38) 12.09(5.00) 0.015
      中性粒细胞/(×109/L) 8.1(3.74) 9.66(4.89) 0.216
      PCT/(ng/mL) 0.32(0.62~2.13) 0.31(0.51~3.63) 0.489
      CRP/(mg/L) 90.44(79.14) 110.18(89.24) 0.392
    痰细菌学检测结果/例(%)
      支原体 18(11.39) 4(10.26) 0.551
      军团菌 8(5.06) 3(7.69) 0.376
      肺炎链球菌 11(6.96) 2(5.13) 0.506
      大肠埃希菌 8(5.06) 2(5.13) 0.624
      铜绿假单胞菌 16(10.13) 7(17.94) 0.140
      肺炎克雷伯菌 23(14.56) 7(17.94) 0.598
      流感嗜血杆菌 7(4.43) 1(2.56) 0.506
      鲍曼不动杆菌 32(20.25) 6(15.38) 0.490
      金黄色葡萄球菌 23(14.56) 5(12.82) 0.781
      嗜麦芽窄食单胞菌 12(7.59) 2(5.13) 0.450
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    表 2  建模组与验证组肺炎患者的影像学特征比较 例(%)

    影像学特征 建模组
    (158例)
    验证组
    (39例)
    P
    双肺感染 68(43.04) 21(53.85) 0.225
      磨玻璃影 16(23.53) 3(14.29) 0.282
      斑片影 8(11.76) 5(23.81) 0.172
      炎性改变 44(64.71) 13(61.90) 0.815
      合并支扩 36(52.94) 3(14.29) 0.002
      合并肺气肿 24(79.41) 11(52.38) 0.161
      合并肺大疱 19(27.94) 4(19.05) 0.306
      合并气胸 5(7.35) 1(0) 0.565
      合并胸腔积液 32(47.06) 8(38.10) 0.470
      合并支气管壁增厚 18(26.47) 6(28.57) 0.850
    单肺感染 90(56.96) 18(46.15) 0.225
      单肺多叶 54(60.00) 11(61.11) 0.930
        磨玻璃影 10(18.52) 1(9.09) 0.401
        斑片影 6(11.11) 1(9.09) 0.662
        炎性改变 38(70.37) 9(81.82) 0.357
        合并支扩 12(22.22) 2(18.18) 0.562
        合并肺气肿 17(31.48) 1(9.09) 0.124
        合并肺大疱 7(12.96) 0 0.254
        合并气胸 3(5.56) 0 0.568
        合并胸腔积液 19(35.19) 3(27.27) 0.449
        合并支气管壁增厚 24(44.44) 4(36.36) 0.441
    单肺单叶 36(40.00) 7(38.89) 0.930
      磨玻璃影 8(22.22) 2(28.57) 0.524
      斑片影 2(5.56) 0 0.698
      炎性改变 26(72.22) 5(71.43) 0.644
      合并支扩 3(8.33) 0 0.579
      合并肺气肿 8(22.22) 0 0.209
      合并肺大疱 2(5.56) 0 0.698
      合并气胸 1(0) 0 0.837
      合并胸腔积液 2(5.56) 0 0.698
      合并支气管壁增厚 15(41.67) 4(57.14) 0.365
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    表 3  建模组内部验证结果

    肺炎病原体 金标准检测个数 模型输出结果/个 准确率/% 错误输出病原类型
    正确 错误
    支原体 18 18 0 100.00 -
    军团菌 8 8 0 100.00 -
    肺炎链球菌 11 11 0 100.00 -
    金黄色葡萄球菌 23 22 1 95.65 鲍曼不动杆菌
    大肠埃希菌 8 8 0 100.00 -
    铜绿假单胞菌 16 15 1 93.75 肺炎克雷伯菌
    肺炎克雷伯菌 23 22 1 95.65 鲍曼不动杆菌
    流感嗜血杆菌 7 7 0 100.00 -
    鲍曼不动杆菌 32 30 2 93.75 肺炎克雷伯菌×2
    嗜麦芽窄食单胞菌 12 12 0 100.00 -
    总体 158 153 5 96.83 -
    注:肺炎克雷伯菌×2表示2例错误输出病原类型均为肺炎克雷伯菌。
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    表 4  验证组验证结果

    肺炎病原体 金标准检测个数 模型输出结果/个 准确率/% 错误输出病原类型
    正确 错误
    支原体 4 4 0 100.00 -
    军团菌 3 3 0 100.00 -
    肺炎链球菌 2 2 0 100.00 -
    金黄色葡萄球菌 5 5 0 100.00 -
    大肠埃希菌 2 2 0 100.00 -
    铜绿假单胞菌 7 7 0 100.00 -
    肺炎克雷伯菌 7 7 0 100.00 -
    流感嗜血杆菌 1 0 1 0 大肠埃希菌
    鲍曼不动杆菌 6 5 1 83.33 肺炎克雷伯菌
    嗜麦芽窄食单胞菌 2 2 0 100.00 -
    总体 39 37 2 94.87 -
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    表 5  AI病原学判别模型判别结果与20名医师诊断结果

    分组 诊断正确/个 诊断错误/个 正确率/% P
    AI模型组 37 2 94.87
    医师1 3 36 7.69 <0.01
    医师2 6 33 15.38 <0.01
    医师3 4 35 10.26 <0.01
    医师4 4 35 10.26 <0.01
    医师5 6 33 15.38 <0.01
    医师6 7 32 17.95 <0.01
    医师7 5 34 12.82 <0.01
    医师8 4 35 10.26 <0.01
    医师9 10 29 25.64 <0.01
    医师10 7 32 17.95 <0.01
    医师11 3 36 7.69 <0.01
    医师12 2 37 5.13 <0.01
    医师13 5 34 12.82 <0.01
    医师14 8 31 20.51 <0.01
    医师15 7 32 17.95 <0.01
    医师16 3 36 7.69 <0.01
    医师17 11 28 28.21 <0.01
    医师18 5 34 12.82 <0.01
    医师19 9 30 23.08 <0.01
    医师20 6 33 15.38 <0.01
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出版历程
收稿日期:  2024-01-08
刊出日期:  2024-07-10

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