脓毒症分诊不再只给黑箱概率:ShAprox把沙普利值写成可加方程,外部测试AUC 0.824
核心概要
脓毒症早期识别常在患者到达急诊分诊时就要做出,但神经网络只给出概率,临床医生难以核对依据。ShAprox把每个特征的沙普利值拟合成曲线或均值,再与基准率相加得到预测概率,使决策过程成为可直接阅读的加和式。在两个NHS信托共28072次就诊记录上,ShAprox外部测试AUC为0.824,与神经网络的0.818相当,且训练与内部测试表现更接近。
深度剖析
脓毒症预测模型可以在患者刚进入急诊分诊时,仅凭首次生命体征、人口学信息和合并症给出未来脓毒症诊断的概率,并且这个概率由每个特征各自的贡献相加而成,临床医生能逐项查看。 此前用于脓毒症预警的NEWS2和St. John脓毒症智能体属于专家系统,按预设规则打分;机器学习模型虽然能更早预测,但SHAP和LIME等解释工具不足以让临床医生信任黑箱输出。 在两个急性NHS信托的28072次就诊记录上,ShAprox外部测试AUC为0.824、SAS为0.906,神经网络NNS1分别为0.818和0.911;内部测试上ShAprox为0.735和0.807,NNS1为0.756和0.814。
预测方程由各特征的近似沙普利值函数与一个基准率相加构成,连续特征用三次拟合曲线,二值特征用均值,因此同一血压读数对任何患者贡献相同,小幅变化只带来小幅预测变化。 沙普利值原本是博弈论中按参与者贡献分配收益的概念,SHAP把它用于逐例解释,但只给出事后归因,不能直接充当预测模型本身。 训练集来自Site 1的80%数据,内部测试用其余20%,Site 2的14978次就诊全部作为外部测试;模型输入为55个变量,经40%丢弃率和三层隐藏层训练106轮。
启示与展望
结果覆盖两个急性NHS信托中2019年3月至2020年8月经急诊入院、且诊断属于疑似脓毒症名单的成年患者,共28072次就诊记录。模型只使用首次记录的生命体征、年龄、性别、族裔和Elixhauser合并症,不使用血检结果。作者指出,在投入急诊病房前应在全部急诊患者上重新训练和验证。
数据集限于疑似脓毒症患者,作者认为非此类患者的生命体征和特征可能明显不同,但这一点尚不确定。非脓毒症患者的生命体征缺失更多,缺失值按健康范围随机填补。作者还指出,巴基斯坦族裔降低预测值不应作因果解读,可能反映混杂因素或Site 1的编码差异。
