鄒立群，姚莉

顱腦損傷是常見的外科疾病之一，主要為外力所致頭顱及顱內(nèi)組織損傷，具有嚴(yán)重性、緊急性、傷殘率高的特點，已經(jīng)成為我國危害較大的疾病之一。據(jù)統(tǒng)計每年全世界有5 000 萬人患有顱腦損傷，已經(jīng)成為年輕人的主要死因[1]。近年來，重癥醫(yī)學(xué)科加強(qiáng)與多科室協(xié)作，承擔(dān)了較多重癥顱腦損傷患者的救治工作。

近年來，Logistic模型在顱腦損傷預(yù)后因素分析中廣泛運用，但此模型要求數(shù)據(jù)指標(biāo)滿足獨立性、正態(tài)性，而且缺乏針對性，無法全面預(yù)測個體性差異。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Back Propagation Neural Network）是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一種，它包含輸出層、輸入層和隱含層。整個過程包括正向傳播和反向傳播，正向傳播是從輸入層輸入信息或數(shù)據(jù)，經(jīng)隱含層處理，最終傳向輸出層；反向傳播與正向傳播方向相反，是將均方誤差信息從輸出層向輸入層傳播，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經(jīng)元的權(quán)值，使得誤差信號最小[2]?；谶@種傳播方式，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可更好地擬合非線性函數(shù)，快速有效挖掘顯著影響因素。本文運用102例顱腦損傷患者的樣本數(shù)據(jù)，構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從選取的10 個指標(biāo)中，篩選出與顱腦損傷預(yù)后相關(guān)性較高的因素，提升了預(yù)測精準(zhǔn)度，科學(xué)地幫助臨床決策。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性納入2018～2022 年入住本院重癥醫(yī)學(xué)科的顱腦損傷患者102 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡＞18歲；傷后6 h 內(nèi)入院；入院前行CT 檢查明確診斷顱腦外傷，影像學(xué)至少具備以下表現(xiàn)之一：硬膜下血腫、硬膜外血腫、腦內(nèi)血腫。排除標(biāo)準(zhǔn)：妊娠或哺乳期女性；腦干出血及罹患惡性腫瘤；嚴(yán)重心、肺、肝、腎等臟器功能衰竭；入院3 d內(nèi)死亡及出院。其中，男66 例（64.7%），女36 例（35.3%）；年齡≥60 歲53例（52%），＜60歲49例（48%）。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 方法

參照既往研究和臨床經(jīng)驗[3,4]，統(tǒng)計所有患者的年齡、性別、入院時平均動脈壓、出血量、血乳酸、血糖、急性生理與慢性健康評分（acute physiology and chronic health evaluation II，APACHEⅡ）、格拉斯哥昏迷評分（Glasgow coma scale，GCS）、是否腦疝形成、彌漫性軸索損傷等10 個指標(biāo)數(shù)據(jù)。其中GCS評分中氣管插管患者的語言反應(yīng)評分默認(rèn)1 分，出血量、腦疝形成、彌漫性軸索損傷主要依靠影像學(xué)診斷。參照格拉斯哥預(yù)后評分（Glasgow outcome scale，GOS）定義，簡化預(yù)后效果界定方式，分為良好、較差、死亡三個等級：良好：是指恢復(fù)良好或輕度殘疾但可在幫助下正常工作生活；較差：是指嚴(yán)重殘疾需他人照料生活或存在生命體征但反應(yīng)較差；死亡。對上述指標(biāo)進(jìn)行分類變量賦值，見表1。根據(jù)病歷隨訪及電話隨訪，獲取入院30 d后的患者預(yù)后效果，良好30 例（29.5%），較差23 例（22.5%），死亡49例（48%）。

表1 分類變量賦值及患者一般資料

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。首先采用χ2檢驗進(jìn)行單因素分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義，篩選出非相關(guān)性指標(biāo)；其次，構(gòu)建BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行多因素分析，根據(jù)顱腦損傷患者一般資料和指標(biāo)數(shù)據(jù)，對患者預(yù)后效果進(jìn)行分類預(yù)測研究。

2 結(jié)果

2.1 單因素分析

年齡、平均動脈壓、出血量、腦疝形成、血乳酸、血糖、GCS評分、APACHEⅡ評分、彌漫性軸索損傷等因素有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），性別因素?zé)o統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

表2 患者臨床資料的單因素分析

2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

基于χ2檢驗的結(jié)論，將性別因素排除，其余9個指標(biāo)納入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層，輸入層單元數(shù)為9。隱含層數(shù)常規(guī)選擇1，隱含層節(jié)點根據(jù)經(jīng)驗公式及湊試法選取8，激活函數(shù)為雙曲正切；預(yù)后為輸出層，輸出層單元數(shù)為3，激活函數(shù)為恒等式，誤差函數(shù)為平方和。將所有樣本隨機(jī)分為訓(xùn)練集、檢驗集、堅持集，訓(xùn)練集用于發(fā)現(xiàn)和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)潛在規(guī)律，建立模型；檢驗集為模型內(nèi)置驗證，用于快速調(diào)參，減小泛化誤差，獲取最優(yōu)模型；堅持集可作為外置驗證，評估模型最終性能，并具有預(yù)測能力。三者樣本比例設(shè)置為5∶3∶2，見圖1。

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作示意圖

根據(jù)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得出預(yù)后為良好、較差、死亡的預(yù)測概率值，帶回模型中，繪制出三者的受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic curve，ROC），其曲線下面積area under the curve，AUC）可作為評價模型預(yù)測效能的指標(biāo)，本研究預(yù)后為良好、較差、死亡的預(yù)測概率值A(chǔ)UC值分別為0.805（95%CI0.719～0.890，P＜0.05）、0.831（95%CI0.751～0.911，P＜0.05）、0.855（95%CI0.780～0.931，P＜0.05），說明模型預(yù)測能力較強(qiáng)。通過坐標(biāo)可計算出最佳臨界點，此時預(yù)測為良好的靈敏度、特異度、約登指數(shù)分別為0.816、0.792、0.608；預(yù)測為較差的靈敏度、特異度、約登指數(shù)分別為0.878、0.698、0.576；預(yù)測為死亡的靈敏度、特異度、約登指數(shù)分別為0.837、0.698、0.535，見圖2、圖3。根據(jù)模型結(jié)果顯示，APACHEⅡ評分重要性100%，彌漫性軸索損傷重要性87.3%，血糖重要性76.5%，血乳酸重要性76.0%，GCS 評分重要性67.8%，腦疝形成重要性62.6%，出血量重要性53.4%，年齡和平均動脈壓對預(yù)后影響較小，見圖4。

圖2 預(yù)后的預(yù)測概率為較差和死亡的ROC曲線

圖3 預(yù)后的預(yù)測概率為良好的ROC曲線

圖4 各因素與顱腦損傷預(yù)后效果的相關(guān)性

3 討論

3.1 顱腦損傷患者預(yù)后模型預(yù)測效能良好

本研究預(yù)測概率為良好、較差、死亡的AUC 值分別為0.805、0.831、0.855，模型預(yù)測能力較強(qiáng)。分析原因可能是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)資料并無要求，可輸入連續(xù)性變量，能充分利用資料信息，且有非線性映射能力、自我學(xué)習(xí)、容錯性強(qiáng)的特點；另外在選取數(shù)據(jù)資料時，覆蓋了生命體征監(jiān)測、神經(jīng)系統(tǒng)查體與評分、影像學(xué)檢查、實驗室檢查等多個方面，進(jìn)行χ2檢驗篩選有效變量。本研究將χ2檢驗和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可提高模型的預(yù)測精準(zhǔn)性和擬合效果。

3.2 顱腦損傷患者預(yù)后影響因素分析

χ2檢驗和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)果顯示，性別因素對于患者預(yù)后無明顯影響；APACHEⅡ評分、彌漫性軸索損傷、血糖、血乳酸、GCS 評分、腦疝形成、出血量與預(yù)后密切相關(guān)，年齡和平均動脈壓對預(yù)后影響較小。

APACHEⅡ評分是重癥醫(yī)學(xué)常用評分之一，涵蓋慢性健康評分、急性生理學(xué)評分和年齡評分，分值越高，表示病情越重，預(yù)后效果越差。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型顯示，APACHEⅡ評分與預(yù)后相關(guān)性高達(dá)100%，這可能由于顱腦損傷導(dǎo)致多臟器功能不全、病理生理較復(fù)雜，常規(guī)評分只能反映單一系統(tǒng)或臟器功能，難以評估整體，而APACHEⅡ評分因包含多個急慢性指標(biāo)，較其他評分系統(tǒng)更加全面合理[5]。

本研究顯示，未形成腦疝的患者死亡率為25%，腦疝形成的患者死亡率為60%，是未形成腦疝者的2.4倍。這可能由于顱腦損傷后出現(xiàn)腦水腫、顱內(nèi)壓增高，使部分腦組織通過顱內(nèi)交通孔道擠壓到壓力較低位置，形成腦疝。疝出的腦組織擠壓周圍的血管及神經(jīng)等結(jié)構(gòu)，造成其缺血缺氧，加重腦水腫[6]，從而引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，甚至死亡。因此，對于明確由顱腦損傷導(dǎo)致腦疝形成的患者，應(yīng)盡早行顱腦手術(shù)，減輕顱高壓，防止患者發(fā)生中樞功能衰竭導(dǎo)致死亡。

顱腦損傷患者大多產(chǎn)生顱內(nèi)血腫，一般幕下血腫超過10 mL，幕上血腫超過20 mL，即可引起腦水腫及顱高壓，出現(xiàn)腦血管損傷及血管痙攣，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞腫脹壞死，釋放毒素，引起繼發(fā)性損傷[7]。另有報道血腫量超過50 mL患者死亡率明顯升高。本次研究結(jié)果提示出血量大于30 mL 的患者死亡率為73%，出血量小于30 mL的死亡率為39%。且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型提示出血量與預(yù)后相關(guān)性強(qiáng)，因此認(rèn)為出血量為預(yù)后的重要影響因素。

正常情況下人體的內(nèi)環(huán)境處于穩(wěn)態(tài)，急性顱腦損傷打破平衡，導(dǎo)致機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)。興奮下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸和藍(lán)斑-交感-腎上腺髓質(zhì)軸，導(dǎo)致交感神經(jīng)興奮、迷走神經(jīng)被抑制，兒茶酚胺急劇分泌。刺激升糖激素分泌，并抑制胰島素的分泌，從而出現(xiàn)應(yīng)激性高血糖。并且在急性顱腦損傷時，腦組織處于缺血缺氧狀態(tài)，無氧代謝可使葡萄糖轉(zhuǎn)化為氫離子及乳酸，引起機(jī)體代謝性酸中毒，從而引發(fā)繼發(fā)性腦損傷[8-9]。本次研究中入院血糖值＜11.1 mmol/L的患者預(yù)后良好比例較大，而死亡率較低。多因素分析提示入院血糖值正態(tài)化重要性為76.5%。故認(rèn)為入院血糖值與顱腦損傷患者預(yù)后密切相關(guān)。

GCS評分是最經(jīng)常應(yīng)用的評估顱腦損傷的指標(biāo)之一[10]，包括睜眼反應(yīng)、運動反應(yīng)及語言反應(yīng)，GCS評分高低一定程度上能反映患者腦干、大腦皮質(zhì)的損傷程度，評分越低，預(yù)后效果往往更差。從χ2檢驗結(jié)果可以看出，GCS評分＜8分的患者預(yù)后良好率較低，死亡率明顯較高。因此，GCS 評分可作為預(yù)測顱腦損傷患者預(yù)后和死亡的評分工具，具有良好的特異性和準(zhǔn)確性[11]。

乳酸是組織無氧代謝的產(chǎn)物之一，動態(tài)監(jiān)測血乳酸是及時發(fā)現(xiàn)組織缺氧缺血的重要手段[12]。顱腦損傷時腦水腫及腦缺氧缺血加重，無氧代謝使糖分不能充分利用，產(chǎn)生乳酸集聚；兒茶酚胺增多，作用于血管α受體，收縮顱內(nèi)、肝臟、腎臟、皮膚等血管，造成局部缺血缺氧。神經(jīng)遞質(zhì)釋放，阻斷氧化磷酸化、也可產(chǎn)生大量乳酸。顱腦損傷時機(jī)體可能產(chǎn)生嚴(yán)重的電解質(zhì)紊亂，需要大量耗能增加細(xì)胞膜的離子泵功能，但因機(jī)體缺氧缺血，缺乏有效的有氧代謝，只能通過糖的無氧酵解獲得ATP能量。并且顱腦損傷致使線粒體內(nèi)膜損傷，導(dǎo)致丙酮酸不能進(jìn)入三羧酸循環(huán)而轉(zhuǎn)化成乳酸，造成乳酸堆積。所以血乳酸監(jiān)測對顱腦損傷患者有重要臨床意義。

彌漫性軸索損傷又稱為彌漫性腦白質(zhì)損傷，主要彌漫分布于腦白質(zhì)、以軸索損傷為主要改變的一種原發(fā)性腦實質(zhì)的損傷[13]。由于鈍性外力使顱腦產(chǎn)生角和旋轉(zhuǎn)加速度，顱內(nèi)產(chǎn)生剪切力，損傷小血管和神經(jīng)軸索，導(dǎo)致認(rèn)知功能異常、四肢癱瘓、甚至長期昏迷。此類患者意識恢復(fù)慢，嚴(yán)重的患者甚至伴有去大腦強(qiáng)直，導(dǎo)致植物狀態(tài)。本研究發(fā)現(xiàn)，合并彌漫性軸索損傷患者與非合并者相比，死亡率較高、良好率較低，與國內(nèi)研究基本一致。

綜上所述，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對顱腦損傷預(yù)后有良好的預(yù)測效果；APACHEⅡ評分、彌漫性軸索損傷、血糖、血乳酸、GCS評分、腦疝形成、出血量等七個因素與預(yù)后密切相關(guān)，可為顱腦損傷預(yù)后研判提供重要參考依據(jù)，臨床應(yīng)多予重視、盡早干預(yù)，改善顱腦損傷患者預(yù)后。