机器学习决策支持工具优化新生儿重症监护病房全基因组测序(WGS)的应用

【字体: 时间:2025年01月31日 来源:npj Digital Medicine 12.4

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  为解决新生儿重症监护病房(NICU)中难以确定哪些患者应接受全基因组测序(WGS)的问题,研究人员开展了关于 Mendelian Phenotype Search Engine(MPSE)对 WGS 应用影响的研究。结果显示 MPSE 实施后相关指标有改善趋势,这为临床决策支持工具应用提供了参考。

  在新生儿重症监护病房(NICU)里,小生命们脆弱又亟待救治。遗传疾病是导致入住 NICU 的婴儿死亡和残疾的重要原因,快速精准诊断并给予针对性治疗刻不容缓。全基因组测序(Whole Genome Sequencing,WGS)是实现快速精准诊断的有力手段,它能帮助识别患有遗传疾病的患者,从而提供个性化医疗服务 。但在实际应用中,决定哪些患者应接受 WGS 却困难重重。一方面,经济因素是个绕不开的门槛;另一方面,临床医生对 WGS 的熟悉程度参差不齐,导致在选择患者进行 WGS 时缺乏统一标准,带有很大的主观性。那些临床表现不典型、没有明显遗传疾病体征的患儿,很可能就无法及时获得 WGS 检测的机会,进而延误诊断和治疗。
为了打破这一困境,来自美国拉迪儿童医院(Rady Children’s Hospital)等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们聚焦于一种名为 Mendelian Phenotype Search Engine(MPSE)的临床决策支持工具,探究其能否优化 NICU 中 WGS 的应用,为新生儿遗传疾病的诊断带来新的转机。

这项研究成果发表在《npj Digital Medicine》杂志上,为新生儿遗传疾病诊断领域带来了新的曙光。

在研究过程中,研究人员运用了多种关键技术方法。首先,借助自然语言处理(Natural Language Processing,NLP)技术,从电子病历(Electronic Medical Record,EMR)中提取与孟德尔疾病相关的患者表型信息。接着,利用机器学习(Machine Learning,ML)算法,基于 Human Phenotype Ontology(HPO)术语计算每个患者的优先级评分,以此来确定患者接受 WGS 的优先级 。此外,研究采用了单组研究设计,对比 MPSE 实施前后的各项指标,包括提名接受 WGS 的婴儿数量和比例、从入院到提名的时间以及 WGS 的诊断率。

研究结果主要从以下几个方面展开:

  • WGS 提名情况:研究共涉及两个阶段,在第一阶段(实施 MPSE 前)有 27 名患者被提名接受 rWGS,第二阶段(实施 MPSE 后)则有 91 名。虽然两个阶段提名患者的比例差异在统计学上不显著,但提名的平均数量有所增加,从每周 1.9 名提升到了 2.4 名 。
  • 提名时间:从入院到提名的中位时间在 MPSE 实施后明显缩短,从第一阶段的 48.0 小时降至第二阶段的 39.1 小时,降幅达 18.5%。尤其在入院 72 小时后,第二阶段 82% 的提名已经完成,而第一阶段仅为 52%。
  • 诊断率:接受测序的 99 名患者中,有 29 名获得了分子诊断。第一阶段的诊断率为 24%,第二阶段提高到了 32%,不过这一差异在统计学上也不显著 。

研究结论表明,尽管由于样本量等限制,MPSE 实施前后的差异在统计学上未达到显著水平,但整体呈现出积极的改善趋势。MPSE 的应用使得 WGS 提名频率增加、速度加快,且并未降低诊断率,甚至可能有所提高 。这一研究不仅展示了 MPSE 融入现有临床工作流程的潜力,也为其他医疗系统提供了借鉴。未来,随着研究的深入和样本量的扩大,有望进一步验证 MPSE 的效果,并对其进行优化,如纳入更多可自动从 EMR 中提取的特征,像实验室检测结果、人口统计信息等,让这一工具在新生儿遗传疾病诊断中发挥更大的作用,为更多脆弱的小生命保驾护航。

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