基于MIMIC-III的ICU病人風(fēng)險(xiǎn)可視化評(píng)估研究

賀辰露，姚佳錦，徐 弘，陳圣杭，包耿琿，郭文平

（臺(tái)州學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，浙江 臨海 317000）

0 引言

重癥監(jiān)護(hù)室（Intensive Care Unit，ICU）是為重癥或昏迷患者提供隔離場(chǎng)所和設(shè)備，提供最佳護(hù)理的一類重要病房。同時(shí)ICU也是一個(gè)醫(yī)療信息密集、差錯(cuò)高發(fā)的場(chǎng)所，呈現(xiàn)出患者病情危重集中、治療時(shí)間緊迫持續(xù)、人力資源相對(duì)不足、工作強(qiáng)度大等特點(diǎn)。因此對(duì)ICU病人進(jìn)行多維度實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)于醫(yī)生選擇合適的治療方案，及時(shí)對(duì)病人進(jìn)行干預(yù)，提高ICU病人的治愈率，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ICU病人風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估現(xiàn)狀

目前，臨床上對(duì)ICU病人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要采用基于得分的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)（Score-based system）。常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)有：早期預(yù)警評(píng)分系統(tǒng)（Modified Early Warning Score,MEWS）［1］，急性生理學(xué)與慢性健康評(píng)價(jià)（Acute Physiology and Chronic Health Evaluation,Apache III）［2］，簡(jiǎn)化的急性生理學(xué)評(píng)分（Simplified Acute Physiology Score,SAPS II）［3］，膿毒癥相關(guān)的器官衰竭評(píng)估（Sepsis-related Organ Failure Assessment,SOFA）［4］等。雖然這些風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)在臨床得到了廣泛使用［5-6］，但在實(shí)際使用中卻存在以下一些問題：

（1）目前在臨床上還是以手工計(jì)算為主，速度慢并且容易出錯(cuò)［7］。

（2）這些評(píng)分系統(tǒng)一般獨(dú)立使用，由于評(píng)估側(cè)重點(diǎn)不同，往往很難對(duì)病人的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估。

（3）無法對(duì)病人的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時(shí)評(píng)估，因此很難實(shí)時(shí)觀察病人的治療效果。

隨著大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)的發(fā)展，如何自動(dòng)從電子病歷數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)的醫(yī)學(xué)指標(biāo)，運(yùn)用多個(gè)評(píng)分系統(tǒng)對(duì)病人進(jìn)行多維度的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，是一個(gè)亟待解決的問題。

2 系統(tǒng)需求分析與設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)ICU病人的多維度實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，系統(tǒng)需求分析如下：

（1）能自動(dòng)從電子病歷數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)的醫(yī)學(xué)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分系統(tǒng)的自動(dòng)評(píng)估；

（2）多種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)可以直接顯示在同一界面里，以供醫(yī)生對(duì)病人的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估；

（3）能針對(duì)特定病人連續(xù)實(shí)時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以觀察治療效果。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，所需的醫(yī)學(xué)指標(biāo)從重癥監(jiān)護(hù)室數(shù)據(jù)庫MIMIC－III（Medical Information Mart for Intensive Care,MIMIC－III）［8］中進(jìn)行提取，可視化采用 D3（Data-Driven Documents）［9］進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)總體框架如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)總體框架

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 數(shù)據(jù)獲取來源

為了驗(yàn)證方法的有效性，所需的醫(yī)學(xué)指標(biāo)從MIMIC-III中自動(dòng)獲取。MIMIC-III是美國麻省理工學(xué)院和哈佛醫(yī)學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的重癥監(jiān)護(hù)室數(shù)據(jù)庫，也是目前唯一對(duì)公眾開放的重癥監(jiān)護(hù)室數(shù)據(jù)庫。

MIMIC-III收集了2001—2012年期間38597位成人病人的49785次住院記錄，以及2001—2008年期間7870次新生兒的住院記錄，并且經(jīng)過良好的去隱私處理。MIMIC-III數(shù)據(jù)庫是一個(gè)設(shè)計(jì)良好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，包含了多種類型ICU（外科監(jiān)護(hù)室、內(nèi)科監(jiān)護(hù)室、創(chuàng)傷外科監(jiān)護(hù)室、新生兒監(jiān)護(hù)室、心臟病監(jiān)護(hù)室、心外恢復(fù)監(jiān)護(hù)室）的數(shù)據(jù)，共有26張表，按表內(nèi)容的相關(guān)程度可分為四類，分別是：

（1）病人人口學(xué)信息及院內(nèi)周轉(zhuǎn)信息（6張表）。

（2）病人在監(jiān)護(hù)室住院期間采集的各類信息（8張表）。

（3）醫(yī)院記錄系統(tǒng)采集的各類信息（7張表）。

（4）字典信息（5張表）。

3.2 與數(shù)據(jù)庫的連接

連接數(shù)據(jù)庫的代碼如下：

3.3 評(píng)分系統(tǒng)的可視化實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的可視化采用D3實(shí)現(xiàn)。D3是美國斯坦福大學(xué)可視化小組開發(fā)的且完全開源的JavaScript庫，使用簡(jiǎn)單，可以通過Web實(shí)現(xiàn)交互的可視化。

3.4 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，醫(yī)生可以通過“病人id”或“病歷id”進(jìn)行查詢，前端界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)前端查詢界面

3.5 多維度實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

系統(tǒng)同時(shí)提供四種評(píng)分系統(tǒng)（MEWS，APACHE，SAPS，SOFA）的實(shí)時(shí)展示，方便醫(yī)生從不同維度評(píng)估病人的身體狀況，如圖3所示：

圖3 多種評(píng)分系統(tǒng)同時(shí)展示

（1）從MEWS評(píng)分系統(tǒng)（0-3分病情穩(wěn)定，4-7分需密切關(guān)注患者病情，≥8分患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)較大）來看，該病人一直穩(wěn)定在4分，提醒醫(yī)護(hù)人員關(guān)注即可。

（2）從APACHE評(píng)分系統(tǒng)（0-71分，分?jǐn)?shù)越高表示病情越重，預(yù)后越差，病死率越高）來看，中間有一段分值變化較大，且位于高位，說明該時(shí)間段病情較為嚴(yán)重，而后基本穩(wěn)定，說明病情趨穩(wěn)。

（3）從SAPS評(píng)分系統(tǒng)（0-163分，＜40分屬于低風(fēng)險(xiǎn)患者，＞70分時(shí)死亡率接近100%）來看，除了中間有一段時(shí)間跳到40分以上，總體在40分以下，表示其死亡風(fēng)險(xiǎn)較低。

（4）從SOFA評(píng)分系統(tǒng)（1-4分，0分表示正常，4分最差）來看，該病人的器官功能正常。

系統(tǒng)也可實(shí)時(shí)查看特定病人的得分情況。以SAPS評(píng)分系統(tǒng)為例，當(dāng)鼠標(biāo)放在某一時(shí)刻，系統(tǒng)會(huì)顯示某一時(shí)刻的具體時(shí)間和得分，如圖4所示，某位病人在2144年1月26日8點(diǎn)，其SAPS得分為33分，說明該病人屬于低風(fēng)險(xiǎn)患者。因?yàn)镸IMIC-III的數(shù)據(jù)經(jīng)過隱私保護(hù)處理，所以顯示的時(shí)間不是真實(shí)的時(shí)間。通過實(shí)時(shí)查看病人的得分情況，醫(yī)生可以很方便地觀察到治療干預(yù)后的治療效果。

圖4 實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4 結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)有ICU病人的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題，本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)集成多種評(píng)分系統(tǒng)的ICU病人風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可視化分析系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用D3可視化分析技術(shù)，自動(dòng)從電子病歷中提取相應(yīng)醫(yī)學(xué)指標(biāo)，在同一界面中集成了MEWS、APACHE、SAPS、SOFA四種評(píng)分系統(tǒng)，幫助醫(yī)生從不同維度對(duì)病人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，同時(shí)也可實(shí)時(shí)查看特定病人的得分情況。在重癥監(jiān)護(hù)室數(shù)據(jù)庫（MIMIC-III）上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)可以為醫(yī)生評(píng)估病情，及時(shí)對(duì)病人進(jìn)行干預(yù)提供決策支持。