机器学习模型助力产后抑郁症精准预测:开启围产期女性心理健康新征程

时间:2025年3月8日
来源:Journal of Translational Medicine

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为解决产后抑郁症(PPD)预测难题,研究人员开发并验证多种机器学习模型,LR 和 ANN 模型预测性能佳,意义重大。

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产后抑郁症(Postpartum Depression,PPD)是困扰围产期女性的一大心理健康难题。在过去几十年,围产期女性的身体健康状况显著改善,流产和死亡率大幅下降,然而她们的心理健康问题却日益凸显。PPD 作为围产期最常见的精神综合征,全球患病率高达 17.22%(95% CI 16.00%–18.51%) ,新冠疫情更是让这一问题雪上加霜。
PPD 不仅会给母亲、婴儿和伴侣带来严重且持久的负面影响,还会破坏家庭和谐,增加医疗支出,阻碍社会发展。目前,PPD 的病因尚不清楚,传统的筛查工具,如爱丁堡产后抑郁量表(Edinburgh Postnatal Depression Scale,EPDS)和贝克抑郁量表(Beck Depression Inventory,BDI),虽为主要的筛查手段,但存在明显缺陷,比如可能无法及时发现 PPD,部分患者还会因社会污名化而隐瞒症状。此外,以往的预测模型也存在方法单一、难以解释、未转化为临床工具等问题。

为了攻克这些难题,河北医科大学人文关怀与健康管理创新中心、天津医科大学肿瘤医院等机构的研究人员,在《Journal of Translational Medicine》发表了一项重要研究,旨在识别 PPD 的预测因素,开发多种风险预测模型,并设计临床评估工具。

研究人员开展了一项前瞻性队列研究,从 2021 年 8 月至 2022 年 8 月,在一所公立三级妇产医院招募了 1138 名进行产科检查的女性。研究过程中,排除了妊娠丢失、早产以及胎儿结构或染色体异常的孕妇。参与者需提供知情同意,并在孕期及产后接受四次随访。

在研究方法上,首先基于文献回顾和专家咨询确定了 35 个与 PPD 相关的候选预测因素,涵盖人口统计学特征、精神疾病史、心理社会因素和生理指标等方面。之后,运用七种特征选择方法筛选出 11 个最终预测因素,包括产后婆婆的照顾(MCPP)、产前抑郁(BDI)、神经质(EPQ-N)等。接着,使用六种机器学习(Machine Learning,ML)算法,即逻辑回归(Logistic Regression,LR)、决策树(Decision Tree,DT)、随机森林(Random Forest,RF)、极端梯度提升(XGBoost)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和人工神经网络(Artificial Neuron Network,ANN)构建预测模型,并通过五折交叉验证优化参数。最后,使用多种评估指标对模型的区分度、校准度和临床净效益进行评估123

研究结果如下:

  • 基线特征与相关性分析:在 1138 名参与者中,355 名(31.2%)女性 EPDS 评分≥11,被视为患有 PPD。患有 PPD 的女性与未患 PPD 的女性在多个因素上存在显著差异,如婆婆产前和产后的照顾情况、是否有精神疾病家族史、应对方式、人格特质等。同时,研究还发现部分变量之间存在相关性和共线性45
  • 预测变量的选择:通过七种特征选择方法的交叉分析,并结合专家咨询,最终确定了 11 个预测 PPD 的变量,其中 MCPP 和 PCPP 是产后测量的变量6
  • 模型开发与比较:使用 11 个变量构建了 12 个模型(PN-PPD 模型和 PP-PPD 模型)。结果显示,LR 和 ANN 算法构建的模型在预测 PPD 方面表现最佳,其受试者工作特征曲线下面积(AUC)较高,在区分度、校准度和临床净效益方面表现出色。而且,添加产后预测因素可显著提高模型的预测性能78
  • 最优模型的可解释性:为了便于临床应用,研究人员开发了静态、交互式和动态列线图,并计算了风险分层分数。此外,通过 SHAP 值解释了 ANN 模型中各预测因素对 PPD 的影响,发现 EPQ-N、MCPP、BDI 和 BAI 等因素较为重要910

研究结论与讨论部分指出,该研究首次整合七种特征选择技术确定 PPD 风险因素,LR 和 ANN 模型预测性能优越。开发的交互式风险评估工具,如列线图和网络计算器,方便临床应用;SHAP 值则增强了复杂模型的可解释性,有助于医护人员理解和信任模型预测结果。

从临床角度看,这些基于 ML 的模型提供了快速、自动化的风险评估框架,能够从孕期到产后对产妇心理健康进行动态监测。风险评估工具可嵌入医院电子健康记录系统,方便临床医生在产前和产后检查时进行风险分层和监测,孕妇也可使用网络计算器进行自我评估。然而,研究也存在局限性,如缺乏外部验证、单中心研究可能存在选择偏倚、未收集孕早期信息等。未来需开展多中心研究进一步验证和完善模型。

总的来说,这项研究为 PPD 的早期精准干预提供了有力支持,有望降低或延缓 PPD 的发生,对改善围产期女性心理健康具有重要意义。

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