基于基因表达式编程的随机森林及其在急性低血压预测中的应用

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在重症监护室(Intensive Care Unit简称ICU)中,急性低血压(Acute Hypotension Episode简称AHE)的发生往往会对患者引起严重的后果,对器官造成不可逆的损坏,衰竭,严重时甚至危及患者的生命。临床上主要依据医生的经验进行预见性的判断,由于目前ICU病房中医疗资源紧张,人手严重短缺的问题,并且急性低血压发作前缺少可以直接观测到的有效征兆,导致医护人员难以及时发现急性低血压的病人,致使病人的存活率低下。  ICU病房中存着大量有关患者的临床医疗数据,其中包括病人的实时体征数据,例如病人的血压,脉搏,呼吸等,在计算机技术飞速发展的今天,若能利用计算机辅助诊断,提前预测出急性低血压的发生,将会为医生的诊断赢得宝贵的时间,从而降低病人的死亡率。  为了实现急性低血压的的提前预测,本文采取基于基因表达式编程(Gene Expression Programming,简称GEP)的随机森林(Random Forest,简称RF)算法进行预测。主要分四步:1.首先对平均动脉血压(Mean Arterial Pressure,简称MAP)信号进行经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)分解;2.然后对分解后本征函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)信号进行特征提取;3.通过随机森林对数据和特征进行分组,对每组数据和特征用GEP进化算法进行进化出一个预测函数;4.最后建立随机森林分类预测模型,并通过随机森林投票进行最终的分类。最后,利用5折交叉验证对该算法的泛化能力进行了测试,得到准确率为77.55%,灵敏度80.55%,特异性75.14%。实验表明,该方法可以为ICU监护中AHE(急性低血压)的发生提前预测和提前干预提供技术支撑,具有重要的临床应用价值。
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