评价电休克疗法有效性,确认关键技术参数:人工智能机器学习技术助力真实世界研究
发布日期: 2021/06/03 浏览次数:
图1. Brain Stimulation杂志发表论文首页
 
近日,国际精神学科领域主流杂志Brain Stimulation(影响因子6.565;中科院分区1区)在线发表了一篇由北京安定医院和北京诺道认知医学科技有限公司合作的真实世界研究论文“电休克治疗与精神分裂症患者的低再入院率相关性分析”。本研究基于真实世界数据和机器学习技术得出的主要结论为:接受电休克疗法(Electroconvulsive Therapy,简称:ECT)可有效降低精神分裂症患者再入院风险,欲达到这一目标,电击次数以9次及以上为佳。

电休克疗法(ECT)作为一种物理疗法,适用于难以治愈的精神分裂症患者,许多研究已经证明ECT治疗精神分裂症的有效性和安全性。然而,目前关于ECT与精神分裂症患者再入院率(精神疾病患者治疗的重要结局指标)之间关系的研究资料较少。本研究基于真实世界数据(2131例患者),综合应用了人工智能机器学习技术和倾向性评分匹配(Propensity score matching,PSM)等统计学方法,探讨了ECT治疗与再入院率之间的关系,并挖掘确认出关键的技术参数,为通过最少次数的ECT达到最佳的治疗效果提供了新的证据。

真实世界研究是指针对预设的临床问题,在真实世界环境下收集相关数据(真实世界数据)经过数据清洗、治理,应用适宜的统计学方法,获得药物、医疗技术等干预手段的应用情况及潜在获益-风险的临床证据(真实世界证据)的研究过程。真实世界研究不仅可以用于药物、医疗技术等的临床综合评价(安全性、有效性和经济性),为药物使用和监管决策提供依据,同时也可用于各种医学事件重要影响因素分析及预测模型构建,涉及疾病的病因、转归及预后,个体化/精准用药和药物不良反应等诸多方面。在药物、器械临床综合评价方面,真实世界研究是随机对照试验(RCT)的重要补充,并且在开展特殊人群临床研究时有着独特的优势。医院信息系统内积存了大量数据,是开展真实世界研究的主要场景。

真实世界研究的关键技术包括数据清洗、治理和数据库构建,应用统计学方法(如PSM)消除混杂偏倚等。在真实世界研究中,试验组和对照组之间经常存在混杂偏倚,如年龄、性别、疾病严重程度等,会对结果产生影响。PSM将所有混杂因素进行倾向性评分后,匹配试验组和对照组中分值相同或相近的个体,从而达到减少混杂因素组间偏倚的目的。人工智能机器学习技术可以赋能真实世界研究,挖掘与结局相关的重要变量,并选取一些重要变量作为控制变量在PSM中进行匹配,从而消除试验组和对照组的混杂偏倚。

在本研究中,对2131例患者数据进行了清洗和预处理,考察了人口学指标、诊断信息、住院时间、用药情况和其他治疗等与住院有关的信息,以ECT治疗后3个月或6个月的再入院率作为不同结局指标进行数据分析。应用机器学习技术找到了影响精神分裂症患者再入院率的重要变量,除年龄、性别、婚姻状况、经济状况之外,本研究还选取了与再入院率高度相关的用药情况作为控制变量进行倾向性评分匹配。如图2所示,除年龄、性别、婚姻状况、经济状况等常见信息之外,在3个月再入院组中,还将奥氮平、帕潘立酮、氯氮平纳入了PSM分析;在6个月再入院组中,将帕潘立酮、佐匹克隆、氟哌啶醇、氯氮平纳入了PSM分析。由图3可见,匹配后两条曲线的贴合度更高,说明匹配后消除了组间偏倚,使两组之间数据的平衡性更好。通过机器学习挖掘重要变量,后作为控制变量进行PSM,可有效降低来自真实世界研究中的混杂偏倚,这也是本研究最重要的创新点。

图2. 影响精神分裂症患者再入院率的前8个临床变量的重要性评分。
 
图3. 3个月内和6个月内再入院的精神分裂症患者的倾向评分分布。采用PSM来控制ECT和非ECT组之间临床变量的差异。
 

本研究证实了ECT对精神分裂症的治疗具有积极的作用且治疗次数与再入院率的降低有关(ECT治疗组3个月和6个月的再入院率显著低于未接受ECT的患者;p <0.001)。其次,研究结果表明(图4),接受9次或以上ECT治疗的精神分裂症患者再入院的风险显著降低,为未来的ECT治疗能够最大限度的降低治疗压力及医疗支出提供了有力的证据。

图4. 接受ECT治疗的精神分裂症患者3个月和6个月再入院率的趋势。


首都医科大学附属北京安定医院
首都医科大学附属北京安定医院(以下简称安定医院)创建于1914年,是三级甲等精神专科医院,编制床位800张。安定医院是国家精神心理疾病临床医学研究中心、精神疾病诊断与治疗北京市重点实验室、国家中医神志病重点学科。2020年发布的中国医院专科排行榜(复旦版)中精神医学科第五名。中国心理卫生协会、北京市精神卫生保健所、北京市中西医结合精神卫生研究所等机构挂靠在安定医院。

安定医院历经百年积淀,发展出抑郁症治疗中心、老年精神科、儿童精神科、中西医结合精神科、临床心理科、司法鉴定科、精神康复科等特色化诊疗团队,且多年来承担北京市唯一24小时精神科急诊任务。主持研发的抑郁症全程量化治疗、多种精神科药物血药浓度检测、精神康复治疗技术和神经调控治疗技术等均处于行业前沿,为患者提供了更加精准、安全、优质的医疗服务。

安定医院建设了北京市首批示范性研究型病房、北京市唯一一家精神疾病资源库,主持“基于客观指标和量化评价的抑郁障碍诊疗适宜技术研究”“注意缺陷多动障碍的综合干预策略研究”等“十三五”国家重点研发计划项目,还承担着国家科技支撑项目、国家“重大新药创制”科技重大专项、北京市科委重大科技攻关等多个科研项目,多次获得中华医学会、中华预防医学会和北京市科学技术奖。

北京诺道认知医学科技有限公司
北京诺道认知医学科技有限公司是医疗人工智能新锐企业、国家高新技术企业、中国医师协会智慧医疗专委会委员单位、中国药理学会临床药理专业委员会委员单位、中国卫生信息与健康医疗大数据学会老年医学大数据专委会常委单位。诺道医学聚焦用药场景,依托先进的人工智能和信息化技术,联合领军医疗和科研机构,建立联合实验室网络,构建“药学大脑”,以新技术催生新模式,线上线下联动,形成不同用药场景下的解决方案。

诺道医学真实世界研究团队由医学、药学、信息化、数据治理、数据分析挖掘、医学统计、人工智能多方面专家组成,成员来自北大人民医院、首都医科大学附属北京天坛医院、首都医科大学附属北京友谊医院等国内领军医院,以及清华大学、上海交通大学、悉尼大学、哥伦比亚大学、杜克大学等知名高校,已经形成了包括真实世界数据采集与治理、真实世界研究方法学、自然语言处理、机器学习、深度学习在内的医学数据分析挖掘与人工智能技术体系。目前已授权国家发明专利7项,申报3项PCT国际专利,中标国家重点研发计划、国家自然科学基金重点及面上项目等多项科研课题。