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

doi:10.3877/cma.j.issn.2095-5820.2025.01.003

Abstract

Abstract:

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.

Key words: preeclampsia, clinical data, pregnancy outcomes, risk assessment, risk factors, predictive model

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]. Chinese Journal of Clinical Laboratory Management(Electronic Edition), 2025, 13(01): 17-26.

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Figures/Tables 12

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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
分组	例数	无	有	无	有	无	有	否	是	否	是
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值		1.89		0.37		0.71		15.27		20.46
P值		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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		19.32		6.79		72.02		93.78
P值		＜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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		16.46		16.47		24.20		2.70
P值		＜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（+++～++++）
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		10.21		1.12		0		0.46		7.45
P值		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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		2.00		9.02		15.81		18.87
P值		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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		9.75		22.55		24.22		0.92
P值		0.002		＜0.001		＜0.001		0.338

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
分组	例数	无	有	无	有	无	有	否	是	否	是
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值		1.89		0.37		0.71		15.27		20.46
P值		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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		19.32		6.79		72.02		93.78
P值		＜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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		16.46		16.47		24.20		2.70
P值		＜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（+++～++++）
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		10.21		1.12		0		0.46		7.45
P值		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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		2.00		9.02		15.81		18.87
P值		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
分组	例数	否	是	否	是	否	是	否	是
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值		9.75		22.55		24.22		0.92
P值		0.002		＜0.001		＜0.001		0.338

项目	β 值	SE 值	Z 值	P 值	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）

项目	β 值	SE 值	Z 值	P 值	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）

影响因素	β 值	SE 值	Z 值	P 值	OR（95%CI）
截距	1.88	0.53	3.55	＜0.001	0.15（0.05～0.43）
脐血流异常	1.44	0.62	2.31	0.021	4.21（1.24～14.25）
尿液分析PRO 阳性	1.04	0.50	2.07	0.038	2.82（1.06～7.53）
发病孕周≤ 34 周	2.83	0.44	6.36	＜0.001	16.94（7.09～40.52）
孕期最高舒张压≥ 110 mmHg	3.09	1.07	2.90	0.004	22.04（2.72～178.69）
UA＞369 μmol/L	1.11	0.44	2.52	0.012	3.03（1.28～7.17）
LDH＞246 U/L	3.41	1.07	3.20	0.001	30.38（3.75～245.79）

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