儿童难治性支原体肺炎预后预测模型构建及应用

廖丽娟,余俊浩

(深圳市龙华区妇幼保健院,儿科,518000)

肺炎支原体肺炎(mycoplasma pneumoniae pneumonia,MPP)是我国超过5岁的儿童常见的一种社区获得类肺炎。怎样科学地对MPP患儿实施诊治是当前关键问题。而MPP的最佳治疗时机是发热后的5-10d,而若病程超过2周却仍持续发热,亦或是病情未出现好转者,则较易形成后遗症。近几年,临床认为肺炎支原体感染是自限性疾病,大部分儿童肺炎支原体肺炎为一良性过程,大环内酯类药物可控制患儿病情[1]。但是,在临床上,对一部分患儿采取积极的、正规的抗支原体感染治疗,病情不能控制,症状及体征进一步加重,表现为体温不降,甚至持续升高、剧烈咳嗽不能缓解、肺部影像学进一步加重,合并一些肺内和肺外并发症,为难治性支原体肺炎,且难治或重症病例逐渐增多[2]。考虑到难治性支原体肺炎预后与多种影响因素之间存在复杂非线性问题,本项目引入了神经网络方法进行难治性支原体肺炎预后的研究,基于BP 神经网络建立并考证判别难治性支原体肺炎预后预测神经网络,以期能够构建出一套符合龙华区妇幼保健院实际情况的难治性支原体肺炎预后预警指标体系并提供针对性的危机管理对策和措施,为提供理论支持和切实可行的干预手段提供参考依据,最大限度的改善患儿的预后,填补该领域相关报道的空白,产生良好的预期社会效益和经济效益。现报道如下。

1 资料和方法

1.1 临床资料

选取2022年5月到2023年11月于深圳市龙华区妇幼保健院治疗的难治性支原体肺炎患儿100例。纳入标准:①患儿均满足第八版《诸福堂实用儿科学》中的有关诊断标准:②治疗超过1周后症状并未改善;③肺部影像学表明有大片实变区域坏死,且支气管镜检查可见黏液栓及黏膜坏死;④患儿家属自愿参与此次研究,已签知情同意书,并由本单位医学伦理委员会进行审核批准。排除标准:①严重气管/肺发育不良/畸形;②先天型心脏病;③遗传代谢病;④免疫缺陷病等;⑤资料不全。本次研究已得到医院伦理委员会的核准。

1.2 研究方法

由本院儿科医师收集以下资料:1、患儿性别;2、年龄;3、父母文化程度;4、家庭收入状况;5、体重指数;6、是否特异体质;7、热程;8、血常规白细胞数;9、中性粒细胞数;10、淋巴细胞数;11、血小板数;12、中性粒细胞与淋巴细胞比值(NLR);13、血小板与淋巴细胞比值(PLR);14、C反应蛋白(CRP);15、D-二聚体(DD);16、降钙素原(PCT);17、乳酸脱氢酶(LDH)。

1.3 难治性支原体肺炎预后评价方法

按照以下方面进行评价:①临床症状;②体征;③X 线改变;④肺实变部分。痊愈(①②③已恢复到正常,CT 显示④基本吸收):0分。显效(①②③中至少两项已恢复到正常):1分。部分显效(①②③有所好转,但未完全恢复,CT 显示④吸收<50%):2分。无效(①②③无改变,甚至加重,CT 显示④无变化或增大):3分。0-1分说明预后极佳;>1分但≤3分说明预后一般。>3分说明预后较差,分值越高代表远期预后也越差。将得分0-3 分的患儿72例记为预后良好组,得分>3分的患儿28例记为预后不良组。

1.4 BP神经网络具体操作方法

(1)整理数据:

序号 预后 NLR PLR CRP PCT D二聚体 LDH 1 1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 2 2 B1 B2 B3 B4 B5 B6 3 0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 4 1 D1 D2 D3 D4 D5 D6 n N1 N2 N3 N4 N5 N6

首先,我们将前n组难治性支原体肺炎的影响因素指标作为输入,即(NLR,PLR,CRP,PCT,D 二聚体,LDH),对应预后数值记作输出。以premnmx()函数进行归一化。数据集:(每一列对应一组的输入训练集,其中行数表示输入层的神经元个数,而列数表示输入训练集的组数)

(2)模型建立

BP网络包含输入/出层和隐层,其中隐层存在一层或者多层。图2属于m×k×n的三层BP网络模型,选择S型传递函数,以反传误差函数(Ti是期望输出、Oi是网络计算输出),调节网络权/阈值,最终使误差函数E获得极小。

图2 m×k×n 三层BP网络模

(3)模型求解

①网络结构设计a) 输入/出层设计

该模型将数据各项指标用作输入,将预后数值用作输出,输入/出层的节点数分别是n和1。

b) 隐层设计

选取隐层神经元的个数参照以下公式:

其中,n为输入层神经元个数,m为输出层神经元个数,a为[1,10]之间的常数。

②激励函数的选取

选择tansig用于隐层神经元的有关激励函数。因网络输出可归一至[-1,1], 因此预测模型选S型对数函数(tansig)用于输出层神经元的有关激励函数。

(4)模型的实现

将MATLAB中所含神经网络工具箱进行网络训练。

1.5 观察指标

分析难治性支原体肺炎患儿预后的单因素及预后的影响因素,以及BP神经网络模型结果。

1.6 统计学方法

对收集到的资料应用SPSS20.0统计软件包进行分析难治性支原体肺炎患儿的临床资料,计量资料用(±s)表示,计数资料采用(n%)表示,χ2检验。P<0.05示差异有统计学意义,双侧检验。采用Logistic回归分析筛选难治性支原体肺炎预后影响因素,然后采用多元Logistic回归构建难治性支原体肺炎预后预警模型,最后使用Matlab R2010b工具包进行基于BP神经网络构建难治性支原体肺炎预后的人工神经网络模型。α入=0.05,α出=0.10。

2 结果

2.1 难治性支原体肺炎患儿预后的单因素分析

预后不良组的年龄明显低于预后良好组,中性粒细胞数目、淋巴细胞数目、血小板数目、NLR、PLR、CRP、DD、PCT 及LDH 水平明显高于预后良好组(P<0.05),见表1。

表1 难治性支原体肺炎患儿预后的单因素分析(例,%)

2.2 难治性支原体肺炎患儿预后的影响因素

根据Logistic回归分析发现,难治性支原体肺炎患儿预后的影响因素包含NLR、PLR、CRP、DD、PCT 及LDH,见表2。

表2 难治性支原体肺炎患儿预后的影响因素

2.3 BP神经网络模型

模型由每组数据的NLR、PLR、CRP、DD、PCT及LDH 各项指标作为输入,以预后数值作为输出,所以输入层的节点数为n,输出层的节点数为1。经过模型优化后,产生的最大AUC 值为0.877(95%CI:0.704～0.961),准确度是94.27%,存在良好的一致性。

3 讨论

难治性支原体肺炎可出现肺内外的并发症,临床治疗效果差,病情迁延不愈,可留下后遗症,影响患儿生活质量,甚至引起患儿死亡。可见,发现影响难治性支原体肺炎预后的影响因素,给予针对性的积极干预治疗意义重大。但是,迄今为止,关于难治性支原体肺炎患儿预后危险因素的研究所见甚少。有哪些因素会影响患儿预后是学者们和临床医师非常关注的焦点问题[3]。为此,本项目通过合理统计学方法挖掘出影响难治性支原体肺炎预后的危险因素,构建难治性支原体肺炎患儿预后Logistic回归预测模型,对于此类疾病患儿的预后评价具有积极的意义。

本研究结果显示,预后不良组的年龄明显低于预后良好组,中性粒细胞数目、淋巴细胞数目、血小板数目、NLR、PLR、CRP、DD、PCT 及LDH 水平明显高于预后良好组(P<0.05)。这提示了上述指标可能与难治性支原体肺炎患儿的预后存在较为紧密的关联。分析原因,年龄较高的患儿预后较好的原因主要考虑与其肺部发育较为成熟等因素有关。而其他指标的变化差异则主要可能与患儿的病情严重程度具有一定的关系。目前,在国内外,关于难治性支原体肺炎尚无明确统一的诊断标准。国内人们基本认同:经正规抗支原体感染治疗1周左右病情无减轻,发热、咳嗽及胸部X 线表现无改善或继续加重者,肺部病变较一般支原体肺炎重,且大多合并肺外多系统损害,病程一般在3 周以上,甚至迁延不愈[4]。近年来,刘金荣等[5]认为高热7天以上,CRP超过40mg/L,同时肺部影像学表明存在大片高密度的均匀实变,则可认为确诊。难治性支原体肺炎的发病机制至今仍不明确,人们认为其发病机制主要涉及患儿机体免疫功能紊乱、同时有其他病原微生物感染,肺炎支原体对大环内酯类抗生素产生耐药,支原体对肺及支气管组织的直接侵犯,高凝状态等方面因素。难治性支原体肺炎免疫功能紊乱是导致难治性支原体肺炎致病及病情发展加重的主要因素之一。难治性支原体肺炎可出现肺内外严重并发症,临床治疗效果差,病情迁延不愈,可留下后遗症,影响患儿生活质量,甚至引起患儿死亡。可见,发现影响难治性支原体肺炎预后的影响因素,给予针对性的积极干预治疗意义重大。本研究根据Logistic回归分析发现,难治性支原体肺炎患儿预后的影响因素包含NLR、PLR、CRP、DD、PCT 及LDH。经过BP 模型优化后,产生的最大AUC 值为0.877(95%CI:0.704～0.961),准确度是94.27%,存在良好的一致性。目前,有文献报道了肺炎支原体肺炎儿童发生难治性支原体肺炎的危险因素[6-8],如:部分研究认为,年龄越小的患儿,越容易发生难治性支原体肺炎,这可能与年幼儿自身因素相关,其免疫系统功能较弱,同时肺组织发育不够成熟,纤毛运动较差,气道较狭窄等,使得肺炎支原体感染对婴幼儿肺部造成的损伤更大,更易导致难治性支原体肺炎。但是,也有部分研究认为,年长儿更易出现难治性支原体肺炎,可能与年长儿童免疫系统发育更趋完善、免疫应答易过强等有关。而王建[9]对患儿年龄进行分层分析,结果发现0～3岁、7～9岁的OR 值均<1,为难治性支原体肺炎的保护因素。但本文未发现年龄属于危险因素,原因可能与患儿的个体差异等因素有关。有研究显示,普通肺炎支原体肺炎患儿白细胞计数、C 反应蛋白、红细胞沉降率亦有升高,但是发生难治性支原体肺炎的患儿三者升高更明显,现有报道以定量研究为主,因此,无统一的参考标准。部分定性研究中,把C 反应蛋白≥40mg/L作为发生难治性支原体肺炎的危险因素,甚至可≥100mg/L[10]。周兰芝[11]认为当C 反应蛋白≥22.05mg/L时,提示为难治性支原体肺炎。刘金荣等[11]认为当C反应蛋白为40mg/L临界值时,诊断难治性支原体肺炎的敏感性为96%,特异性为90%。另有研究报道,C 反应蛋白≥42.0mg/L、乳酸脱氢酶>450.0U/L 的患儿更易进展为RMPP[12-13];也有不同观点,即C 反应蛋白和乳酸脱氢酶早期预测RMPP 进展的截断值应分别设为19.5mg/L和474.5U/L,另一方面,患儿可能存在混合感染,最终产生了相应的病理变化[14-15]。

综上所述,儿童难治性支原体肺炎预后预测模型所产生的应用效果较好,值得在临床上推广应用。