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中华临床实验室管理电子杂志 ›› 2025, Vol. 13 ›› Issue (01) : 17 -26. doi: 10.3877/cma.j.issn.2095-5820.2025.01.003

自动化与信息化

基于机器学习法构建子痫前期患者不良妊娠结局的临床预测模型
闫玉1,2, 张建新1,2, 李宏伟1,2, 卫元2, 丁燕子1,2, 付梦宇1,2, 张雪薇1,2, 阚玫麟2, 袁恩武1,2,()   
  1. 1. 450052 河南郑州,郑州大学第三附属医院检验科
    2. 450052 河南郑州,郑州大学第三临床医学院
  • 收稿日期:2024-10-08 出版日期:2025-02-28
  • 通信作者: 袁恩武
  • 基金资助:
    河南省医学科技攻关计划省部共建重点项目(SBGJ202302081)

Construction of a clinical prediction model for adverse pregnancy outcomes in patients with preeclampsia based on machine learning methods

Yu Yan1,2, Jianxin Zhang1,2, Hongwei Li1,2, Yuan Wei2, Yanzi Ding1,2, Mengyu Fu1,2, Xuewei Zhang1,2, Meilin Kan2, Enwu Yuan1,2,()   

  1. 1. Department of Laboratory Medicine, the Third Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou Henan 450052, China
    2. The Third Clinical Medical College of Zhengzhou University, Zhengzhou Henan 450052, China
  • Received:2024-10-08 Published:2025-02-28
  • Corresponding author: Enwu Yuan
引用本文:

闫玉, 张建新, 李宏伟, 卫元, 丁燕子, 付梦宇, 张雪薇, 阚玫麟, 袁恩武. 基于机器学习法构建子痫前期患者不良妊娠结局的临床预测模型[J/OL]. 中华临床实验室管理电子杂志, 2025, 13(01): 17-26.

Yu Yan, Jianxin Zhang, Hongwei Li, Yuan Wei, Yanzi Ding, Mengyu Fu, Xuewei Zhang, Meilin Kan, Enwu Yuan. Construction of a clinical prediction model for adverse pregnancy outcomes in patients with preeclampsia based on machine learning methods[J/OL]. Chinese Journal of Clinical Laboratory Management(Electronic Edition), 2025, 13(01): 17-26.

目的

分析子痫前期患者发生不良妊娠结局的危险因素,构建并验证预测模型。

方法

本研究采用回顾性分析,纳入2021年1月至2024年3月在郑州大学第三附属医院确诊为子痫前期并分娩的患者资料。根据是否发生不良妊娠结局,将患者分为不良组和非不良组。经筛选后,使用单因素和多因素logistic回归分析患者临床数据;通过R语言4.2.1对筛选出的独立危险因素绘制列线图,建立预测模型,并计算受试者工作特征曲线。通过曲线下面积(AUC)和Hosmer-Lemeshow(H-L)检验评估模型的区分度、校准度及临床效用,并采用Bootstrap自抽样法和十折交叉验证对预测模型进行内部验证。

结果

本研究共纳入472例子痫前期患者进行建模,其中不良组患者428例,非不良组患者44例。多因素logistic回归分析显示,子痫前期患者发生不良妊娠结局的独立危险因素(P<0.05)包括发病孕周≤34周、孕期最高舒张压≥110 mmHg、脐血流异常、尿液分析尿蛋白阳性、尿酸>369 μmol/L、乳酸脱氢酶>246 U/L。基于这些独立危险因素构建的临床预测模型,AUC值为0.942(95% CI:0.909~0.975),最佳截断值为0.836,对应特异性为84.1%,敏感性为92.1%。H-L拟合优度检验结果显示χ2=4.969,P=0.761,表明模型校准良好。决策曲线分析显示模型在临床决策中可获得较高净获益。模型验证显示该模型具备良好的泛化能力和实际应用价值。

结论

本研究基于临床数据筛选出6个独立危险因素,用于构建子痫前期患者不良妊娠结局预测模型,模型预测性能表现较优(AUC=0.942),校准度P=0.761,表明预测模型临床应用潜力较大。

Objective

To analyze the risk factors for adverse pregnancy outcomes in patients with preeclampsia (PE) and to develop and validate a predictive model.

Methods

This retrospective study included data from patients diagnosed with preeclampsia (PE) who delivered at the Third Affiliated Hospital of Zhengzhou University-Henan Provincial Maternal and Child Health Hospital from January 2021 to March 2024. Patients were categorized into adverse and non-adverse outcome groups based on the occurrence of adverse pregnancy outcomes. After screening, univariate and multivariate logistic regression analyses were used to evaluate clinical data. Independent risk factors identified were then utilized to develop a nomogram and construct a predictive model via R software 4.2.1. The receiver operating characteristic curve was calculated, and the model's discrimination, calibration, and clinical utility were assessed through the area under the curve (AUC) and Hosmer-Lemeshow (H-L) test. Internal validation of the predictive model was performed using the bootstrap resampling method and ten-fold cross-validation.

Results

A total of 472 PE patients were included in this study to construct the model, comprising 428 patients with adverse pregnancy outcomes and 44 without. Multivariate logistic regression analysis identified independent risk factors for adverse pregnancy outcomes in PE patients (P<0.05), including gestational age at onset ≤34 weeks, peak diastolic blood pressure during pregnancy ≥110 mmHg, abnormal umbilical artery blood flow, positive urine protein analysis, serum uric acid >369 μmol/L, and lactate dehydrogenase >246 U/L. Based on these independent risk factors, a clinical predictive model was constructed, yielding an AUC of 0.942 (95% CI:0.909~0.975). The optimal cutoff value was 0.836, with a specificity of 84.1% and sensitivity of 92.1%. The H-L goodness-of-fit test indicated good calibration of the model (χ2=4.969, P=0.761). Decision curve analysis shows that the model can achieve higher net benefits in clinical decision-making. The model validation shows that the model has good generalization ability and practical application value.

Conclusion

Based on clinical data, this study identified 6 independent risk factors to construct a predictive model for adverse pregnancy outcomes in preeclampsia patients. The model demonstrated strong predictive performance, with an AUC of 0.942 and good calibration (P=0.761), indicating substantial potential for clinical application.

表1 两组患者临床资料比较
分组 例数 既往妊娠高血压症史 既往慢性高血压史 子痫前期病史 脐血流异常 FGR
非不良组 44 44(100.00) 0(0.00) 42(95.45) 2(4.55) 43(97.73) 1(2.27) 40(90.91) 4(9.09) 44(100.00) 0(0.00)
不良组 428 401(93.69) 27(6.31) 392(91.59) 36(8.41) 399(93.22) 29(6.78) 262(61.21) 166(38.79) 288(67.29) 140(32.71)
χ 2 1.89 0.37 0.71 15.27 20.46
P 0.169 0.544 0.400 <0.001 <0.001
分组 例数 尿液分析 PRO 阳性 高龄(≥ 35 岁) 分娩孕周≤ 34 周 发病孕周≤ 34 周
非不良组 44 15(34.09) 29(65.91) 38(86.36) 6(13.64) 44(100.00) 0(0.00) 33(75.00) 11(25.00)
不良组 428 46(10.75) 382(89.25) 288(67.29) 140(32.71) 146(34.11) 282(65.89) 60(14.02) 368(85.98)
χ 2 19.32 6.79 72.02 93.78
P <0.001 0.009 <0.001 <0.001
分组 例数 孕期最高收缩压≥ 160 mmHg 孕期最高舒张压≥ 110 mmHg 孕期最高平均动脉压≥120 mmHg 孕次≤ 1 次
非不良组 44 35(79.55) 9(20.45) 43(97.73) 1(2.27) 38(86.36) 6(13.64) 26(59.09) 18(40.91)
不良组 428 203(47.43) 225(52.57) 294(68.69) 134(31.31) 203(47.43) 225(52.57) 304(71.03) 124(28.97)
χ 2 16.46 16.47 24.20 2.70
P <0.001 <0.001 <0.001 0.1
分组 例数 产次 = 0 次 临床症状数量≥ 1 个 PRO 定性(+) PRO 定性(++) PRO 定性(+++~++++)
非不良组 44 12(27.27) 32(72.73) 15(34.09) 29(65.91) 36(81.82) 8(18.18) 36(81.82) 8(18.18) 32(72.73) 12(27.27)
不良组 428 225(52.57) 203(47.43) 114(26.64) 314(73.36) 352(82.24) 76(17.76) 331(77.34) 97(22.66) 219(51.17) 209(48.83)
χ 2 10.21 1.12 0 0.46 7.45
P 0.001 0.291 0.944 0.496 0.006
分组 例数 PLT ≤ 100× 109/L ALT ≥ 40 U/L AST ≥ 35 U/L ALB ≤ 30 g/L
非不良组 44 44(100.00) 0(0.00) 44(100.00) 0(0.00) 44(100.00) 0(0.00) 34(77.27) 10(22.73)
不良组 428 400(93.46) 28(6.54) 354(82.71) 74(17.29) 312(72.90) 116(27.10) 184(42.99) 244(57.01)
χ 2 2.00 9.02 15.81 18.87
P 0.157 0.003 <0.001 <0.001
分组 例数 Cr ≥ 73 μmol/L UA>369 μmol/L LDH>246 U/L FIB>4 g/L
非不良组 44 44(100.00) 0(0.00) 29(65.91) 15(34.09) 43(97.73) 1(2.27) 20(45.45) 24(54.55)
不良组 428 349(81.54) 79(18.46) 130(30.37) 298(69.63) 258(60.28) 170(39.72) 227(53.04) 201(46.96)
χ 2 9.75 22.55 24.22 0.92
P 0.002 <0.001 <0.001 0.338
表2 分类变量的单因素分析结果
项目 β SE Z P OR(95%CI
既往有妊娠高血压症史 15.36 761.37 0.02 0.984 4 668 258.71(0.00~Inf)
既往有慢性高血压史 0.66 0.74 0.88 0.378 1.93(0.45~8.30)
有子痫前期病史 1.14 1.03 1.11 0.268 3.13(0.42~23.48)
脐血流异常 1.85 0.53 3.46 <0.001 6.34(2.23~18.03)
FGR 17.69 908.88 0.02 0.984 48 028 140.85(0.00~Inf)
尿液分析PRO 阳性 1.46 0.35 4.11 <0.001 4.30(2.15~8.60)
高龄(≥ 35 岁) 1.12 0.45 2.49 0.013 3.08(1.27~7.45)
分娩孕周≤ 34 周 19.37 1055.83 0.02 0.985 257 531 229.79(0.00~Inf)
发病孕周≤ 34 周 2.91 0.37 7.77 <0.001 18.40(8.82~38.37)
孕期最高收缩压≥ 160 mmHg 1.46 0.39 3.78 <0.001 4.31(2.02~9.19)
孕期最高舒张压≥ 110 mmHg 2.98 1.02 2.93 0.003 19.60(2.67~143.80)
孕期最高平均动脉压≥ 120 mmHg 1.95 0.45 4.33 <0.001 7.02(2.91~16.95)
孕次≤ 1 次 -0.53 0.32 -1.63 0.103 0.59(0.31~1.11)
产次= 0 次 -1.08 0.35 -3.08 0.002 0.34(0.17~0.67)
临床症状数量≥ 1 个 0.35 0.34 1.05 0.293 1.42(0.74~2.75)
PRO 定性(+) -0.03 0.41 -0.07 0.944 0.97(0.43~2.17)
PRO 定性(++) 0.28 0.41 0.68 0.497 1.32(0.59~2.93)
PRO 定性(+++~++++) 0.93 0.35 2.65 0.008 2.54(1.28~5.07)
PLT ≤ 100×109/L 15.36 747.65 0.02 0.984 4 679 929.36(0.00~Inf)
ALT ≥ 40 U/L 16.48 758.24 0.02 0.983 14 374 426.28(0.00~Inf)
AST ≥ 35 U/L 17.61 998.49 0.02 0.986 44 333 668.55(0.00~Inf)
ALB ≤ 30 g/L 1.51 0.37 4.04 <0.001 4.51(2.17~9.36)
Cr ≥ 73 μmol/L 16.50 733.85 0.02 0.982 14 580 363.55(0.00~Inf)
UA>369 μmol/L 1.49 0.33 4.44 <0.001 4.40(2.30~8.54)
LDH>246 U/L 3.34 1.02 3.29 <0.001 28.33(3.87~207.57)
FIB>4 g/L -0.30 0.32 0.96 0.339 0.74(0.40~1.38)
表3 分类变量的多因素分析结果
图1 子痫前期不良妊娠结局风险模型 注:输入患者的临床参数(如怀孕周数、最高舒张压、脐血流异常等)计算得分,通过总得分估算发生不良妊娠结局的风险。
图2 预测模型ROC曲线
图3 预测模型校准图 注:预测曲线接近理想曲线,表明模型具有较好的校准能力和稳定性,能够在不同的数据样本下保持较高的预测准确性。
图4 预测模型DCA曲线 注:红色虚线与蓝色虚线表示CI
图5 Bootstrap方法自抽样1000次后ROC曲线
图6 Bootstrap方法自抽样1000次后C统计量的频数分布图
图7 Bootstrap方法抽样1000次后模型内部验证的校准曲线
图8 十折交叉验证ROC曲线
图9 去除UA和LDH变量后的模型ROC曲线
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