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预测精神分裂症30天非计划再入院风险的机器学习和可解释性研究

 

Authors Tan Y , Chen G, Wang S, Zhan X, Cheng R , Qiao L, Zhang Z, Liu Y

Received 25 February 2025

Accepted for publication 2 July 2025

Published 28 July 2025 Volume 2025:21 Pages 1509—1521

DOI https://doi.org/10.2147/NDT.S522675

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Editor who approved publication: Professor Taro Kishi

谭雨婷1,2*,陈桂玲3*,王书阁1,占星新4,程蓉1,2,乔林茹1,张志霞1,刘亚萍1

1武汉科技大学附属天佑医院护理部,湖北武汉,430064

2武汉科技大学医学部,湖北武汉,430065

3武汉科技大学附属天佑医院精神医学科,湖北武汉,430064

4新余学院公共卫生与健康学院,江西新余,338004

[第一作者]谭雨婷、陈桂玲。*这些作者对本工作贡献相同。

[通讯作者]张志霞、刘亚萍。Emailzzx13476805827@126.com; bzmulyp@126.com

目的:挖掘精神分裂症患者的电子病历数据,基于机器学习构建30天非计划再入院风险预测模型,并引入SHAPSHapley Additive exPlanation)方法对模型进行解释,为临床治疗提供决策指导。

方法:通过回顾性研究,在湖北省武汉市某三级甲等医院精神医学科选取202111日至2024630日期间,至少有一次住院记录的1123名精神分裂症患者作为研究对象。使用多元线性回归和特征重要性方法筛选变量,分别构建逻辑回归(logistic regressionLR)、决策树(decision treeDT)、随机森林(random forestRF)、支持向量机(support vector machineSVM)和极限梯度提升(extreme gradient boostingXGB)共五种机器学习算法。应用受试者工作特征曲线下面积(area under the receiver operating characteristic curveAUC)来验证五个模型的预测能力,并利用SHAP解释模型各个特征对预测结果的贡献。

结果:30天非计划再入院率为30.54%343/1123)。预测30天非计划再入院的LRDTRFXGBSVM模型的AUC值分别为0.7940.7170.8230.8300.810。其中XGB模型的性能明显优于其他模型AUC值为0.830,准确率为0.7768,精确率为0.6116,召回率为0.7255F1评分为0.6637SHAP值分析解释躯体共病数量、病程持续时间、最近一次住院时长、停药史和性别是30天非计划再入院风险预测的重要影响因素。

结论:XGB风险预测模型可以精准预测精神分裂症患者30天非计划再入院风险。结合SHAP方法可为患者的个性化风险预测提供明确解释,为临床治疗的早期干预和过渡期护理提供精准、科学的决策支持,以降低精神分裂症患者的非计划再入院率,改善其预后效果。

关键词:精神分裂症;非计划再入院;预测;机器学习;可解释性