BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)妊娠期糖尿病胎兒體重的研究

1、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)妊娠期糖尿病胎兒體重的研究【摘要】目的討論BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)妊娠期糖尿病GD胎兒出生體重的價(jià)值。方法將306例足月、單胎、無(wú)妊娠其它合并癥及并發(fā)癥的GD孕婦隨機(jī)分為訓(xùn)練組200例，男女胎兒分別為106例、94例和驗(yàn)證組106例，男女胎兒分別為56例、50例。訓(xùn)練組分別選取不同參數(shù)構(gòu)建3個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):(1)孕婦參數(shù)法：包括孕婦體重指數(shù)BI、腹圍、宮高、孕期增加體重、空腹血糖FBS、餐后2h血糖PBS、糖化血紅蛋白GHbA1等7項(xiàng)參數(shù)作為輸入節(jié)點(diǎn)；(2胎兒參數(shù)法：用胎兒的雙頂徑BPD、股骨長(zhǎng)度FL、頭圍H、腹圍A、腹徑AD、股骨皮下脂肪厚度FTSTT、胎兒腹壁脂肪層厚度FFL等7項(xiàng)參數(shù)

2、作為輸入節(jié)點(diǎn)；(3結(jié)合參數(shù)法：將孕婦及胎兒的參數(shù)作為輸入節(jié)點(diǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成后以106例驗(yàn)證組來(lái)分別測(cè)試3種網(wǎng)絡(luò)法的誤差率和符合率。結(jié)果結(jié)合參數(shù)法準(zhǔn)確率最高為86.20%,胎兒參數(shù)法為71.30,孕婦參數(shù)法為64.50%。結(jié)論BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)胎兒體重有很好的應(yīng)用前景。選取適宜的孕婦及胎兒參數(shù)建立網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)步預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性?！娟P(guān)鍵詞】妊娠期糖尿??；胎兒體重；預(yù)測(cè)；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)妊娠期糖尿病GD的發(fā)病率逐年增加1，GD孕婦最常見(jiàn)的并發(fā)癥是軀體發(fā)育不對(duì)稱的宏大兒。經(jīng)陰道分娩時(shí)肩難產(chǎn)時(shí)機(jī)增多，易導(dǎo)致新生兒產(chǎn)傷、窒息、腦癱甚至死亡。因此，分娩前準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)GD孕婦的胎兒體重，有助于臨床醫(yī)生選擇恰當(dāng)?shù)姆置浞绞剑?/p>

3、防止母嬰的損傷，進(jìn)步產(chǎn)科質(zhì)量具有非常重要的意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)產(chǎn)前如何準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)GD胎兒體重進(jìn)展了大量的研究2。大多數(shù)參照非GD孕婦和胎兒的生物指標(biāo)，建立了單參數(shù)、雙參數(shù)及多參數(shù)的多個(gè)回歸方程式。但在臨床理論中，發(fā)現(xiàn)孕婦和胎兒的參數(shù)與胎兒體重間關(guān)系，不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，有學(xué)者在回憶性和前瞻性驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)，即使數(shù)據(jù)組選用相似，各種用于計(jì)算的公式在預(yù)測(cè)胎兒體重的準(zhǔn)確性上也有著明顯的不同3。有學(xué)者提出，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測(cè)胎兒體重，其準(zhǔn)確性明顯高于傳統(tǒng)的回歸方程3,4。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)artifiialneuralnetrk，ANN)是近幾年開(kāi)展起來(lái)的一項(xiàng)模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元的一種新數(shù)學(xué)處理方法。

4、在眾多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，應(yīng)用最廣泛的是多層感知機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它采用誤差反向傳遞學(xué)習(xí)方法errrbakprpagatin)，簡(jiǎn)稱BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有很強(qiáng)的非線性映射才能和柔性的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造?？梢酝ㄟ^(guò)預(yù)先提供的一批互相對(duì)應(yīng)的輸入-輸出數(shù)據(jù)的實(shí)例學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，可以分析掌握兩者之間的潛在規(guī)律，最終根據(jù)其規(guī)律，用新的輸入數(shù)據(jù)來(lái)推算輸出結(jié)果5。本研究試將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于識(shí)別GD胎兒體重及其影響參數(shù)之間的關(guān)系，為預(yù)測(cè)GD胎兒體重尋找一種更理想的方法。1資料與方法1.1資料來(lái)源2022年1月至2022年6月在本院門(mén)診行系統(tǒng)產(chǎn)前檢查并在本院分娩的GD孕婦，共306例。入選條件:單胎；足月妊娠孕3741周；分娩前1周內(nèi)有

5、孕婦的腹圍、宮高、空腹血糖FBS、餐后2h血糖PBS、糖化血紅蛋白GHbA1及整個(gè)孕期體重增長(zhǎng)量和體重指數(shù)BI等檢測(cè)記錄；同時(shí)有超聲測(cè)量胎兒生物指標(biāo)的記錄，包括胎兒的雙頂徑BPD頭圍H、腹圍A、腹徑AD、股骨長(zhǎng)度FL、胎兒腹壁脂肪層厚度FFL及股骨皮下脂肪厚度FTSTT；新生兒出生體重的獲?。河诔錾?0in內(nèi)測(cè)定。根據(jù)入院時(shí)間順序分為兩組：訓(xùn)練組200例，其中106例男嬰，94例女?huà)?。?yàn)證組106例，包括56例男嬰，50例女?huà)搿?.2預(yù)測(cè)所需參數(shù)確實(shí)定選擇適宜的輸入?yún)?shù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性非常重要。根據(jù)參數(shù)的來(lái)源可分為兩類。第1類來(lái)自孕婦本身，包括GD孕婦的身高、體重、腹圍、宮高和FBS、PB

6、S及GHbA1。第2類來(lái)自胎兒，選擇B超常用的指標(biāo)：BPD、H、A、AD、FL、FTSTT、FFL。來(lái)自孕婦的參數(shù)可間接反映胎兒的大小，且簡(jiǎn)便易得。來(lái)自胎兒的參數(shù)那么須借助B超獲得，由專人負(fù)責(zé)，在分娩前1周內(nèi)測(cè)量，每個(gè)參數(shù)至少測(cè)量3次，取平均值。1.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的選擇采用目前應(yīng)用最廣泛的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，它是一種單向傳播的多層前饋型映射網(wǎng)絡(luò)，具有很強(qiáng)的非線性映射才能和柔性的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，由輸入層、隱含層可有多個(gè)隱含層和輸出層構(gòu)成6。每一層可包含一個(gè)或多個(gè)神經(jīng)元，其中每一層的每個(gè)神經(jīng)元和前一層相連接，同層神經(jīng)元之間無(wú)連接7。本研究采用單隱層構(gòu)造，輸出層一個(gè)節(jié)點(diǎn)，即預(yù)測(cè)的胎兒體重，隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)經(jīng)歷

7、確定，并經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，找出最正確值。1.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建根據(jù)輸入節(jié)點(diǎn)的不同分為3種方法構(gòu)建模型：(1)孕婦參數(shù)法：包括孕婦身高、孕期增加的體重、腹圍、宮高及FBS、PBS、GHbA1等7項(xiàng)參數(shù)作為輸入節(jié)點(diǎn)；(2胎兒參數(shù)法：用胎兒的BPD、H、A、FL、FTSTT及FFL等7項(xiàng)參數(shù)作為輸入節(jié)點(diǎn)；(3結(jié)合參數(shù)法：將孕婦及胎兒的14項(xiàng)參數(shù)作為輸入節(jié)點(diǎn)。3種方法均用同一組200例樣本為訓(xùn)練組，以另外106例為驗(yàn)證組。用訓(xùn)練組參數(shù)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用驗(yàn)證組參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，找出最正確隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)輸出誤差最小，計(jì)算訓(xùn)練組和驗(yàn)證組的平均絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和符合率，并進(jìn)展比擬。絕對(duì)誤差A(yù)E=預(yù)測(cè)體重-實(shí)

8、際體重相對(duì)誤差PAE=預(yù)測(cè)體重-實(shí)際體重/實(shí)際體重100%符合率R8=絕對(duì)誤差250g的例數(shù)/總例數(shù)100%1.5分析3種參數(shù)法的影響系數(shù)分別對(duì)3種參數(shù)法進(jìn)展單因素影響的權(quán)重的計(jì)算，即計(jì)算影響系數(shù)，由此推斷出3種參數(shù)法中對(duì)預(yù)測(cè)值影響系數(shù)前三位的參數(shù)。1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法用SPSS11.5軟件統(tǒng)計(jì)分析處理數(shù)據(jù)。2結(jié)果2.1孕婦參數(shù)法、胎兒參數(shù)法、結(jié)合參數(shù)法的比擬不管訓(xùn)練組和驗(yàn)證組，結(jié)合參數(shù)法符合率最高，其次為胎兒參數(shù)法，孕婦參數(shù)法最低。為理解網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值的穩(wěn)定性，用方差分析方法分析3種參數(shù)法的預(yù)測(cè)誤差。結(jié)果顯示，結(jié)合參數(shù)法與孕婦參數(shù)法、胎兒參數(shù)法之間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P0.01)，孕婦參數(shù)法與胎兒參數(shù)法之

9、間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P0.05)，見(jiàn)表1。表1各種參數(shù)法的預(yù)測(cè)結(jié)果略轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2.2各參數(shù)法的影響系數(shù)分析在孕婦參數(shù)法中，孕婦宮高的影響系數(shù)最大，為29.32%；其次為PBS，為25.22%，第三位者為孕婦身高，為23.30%。胎兒參數(shù)法中，以胎兒的A、FTSTT、FL的影響系數(shù)為明顯，分別為32.53%、28.25%、24.85%。結(jié)合參數(shù)法中，以孕婦的宮高為最高，影響系數(shù)為28.38%，其次是胎兒的A，為26.16%；第3位是胎兒的FFL，為22.40。見(jiàn)表2。表2各參數(shù)法中對(duì)預(yù)測(cè)值影響系數(shù)前三位的參數(shù)及系數(shù)略3討論產(chǎn)前準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)GD孕婦胎兒的體重，選擇恰當(dāng)?shù)姆置浞绞?，是臨床產(chǎn)科

10、醫(yī)生一直關(guān)注的熱點(diǎn)課題。目前常用的體重預(yù)測(cè)是通過(guò)一項(xiàng)或多項(xiàng)徑線的測(cè)量,利用數(shù)理回歸法所得的計(jì)算式來(lái)估計(jì)胎兒體重，可分為臨床預(yù)測(cè)和胎兒超聲預(yù)測(cè)兩種。臨床根據(jù)孕婦的身高、孕期增加的體重，以及臨產(chǎn)前的宮高、腹圍等預(yù)測(cè)胎兒體重的方法，由于受到孕婦BI、腹壁脂肪厚度、羊水量、胎方位及先露的上下等因素的影響,其準(zhǔn)確性往往不及超聲預(yù)測(cè)法高9。本研究結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。而利用超聲測(cè)量胎兒某些徑線來(lái)計(jì)算體重的計(jì)算式也有其缺乏之處，由機(jī)器或人為所造成的測(cè)量誤差將直接影響預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性10?；谶@一點(diǎn),本研究結(jié)合臨床指標(biāo)和超聲指標(biāo)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測(cè)胎兒體重，獲得了較高的臨床符合率。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是專業(yè)人

11、員根據(jù)臨床要求而設(shè)計(jì)的一個(gè)軟件。它的優(yōu)點(diǎn)在于其“智能性,可以對(duì)輸入其內(nèi)的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)展綜合分析,在一定程度上能克制數(shù)據(jù)本身的誤差,以得到盡可能準(zhǔn)確的結(jié)果。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種具有3層或3層以上的前饋型的、按梯度算法使計(jì)算輸出與實(shí)際輸出的誤差沿逆?zhèn)鞑バ拚鬟B接權(quán)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。它包含了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論中最精華的局部，由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單、可塑性強(qiáng)，尤其是它擅長(zhǎng)處理復(fù)雜模糊的映射關(guān)系，不需要知道數(shù)據(jù)的分布形式，在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用5-6,11。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于胎兒體重預(yù)測(cè)方面，最早是在20世紀(jì)90年代初,由美國(guó)學(xué)者Farer等12首先采用此法預(yù)測(cè)正常足月胎兒體重，研究說(shuō)明其準(zhǔn)確性高于傳統(tǒng)的回歸分析。隨后，

12、于20世紀(jì)90年代末，國(guó)內(nèi)學(xué)者分別利用孕婦的參數(shù)13和胎兒的參數(shù)14BPD、AD、A、FL、FTSTT建立預(yù)測(cè)正常胎兒體重的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。研究說(shuō)明，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法比經(jīng)歷公式或數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法更能有效地把握胎兒體重與影響因素之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性高于回歸方程。但對(duì)2500g和4000g的胎兒體重預(yù)測(cè)符合率低，因此提出采用分階段的方法設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)模型14。還有學(xué)者認(rèn)為，選擇適宜的孕婦和胎兒參數(shù)建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)步預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性4。本研究在輸入?yún)?shù)的選擇上，除了采用GD孕婦生物參數(shù)外，還增加了孕婦的空腹、餐后血糖及糖化血紅蛋白等生化參數(shù)。這些參數(shù)不僅是產(chǎn)前監(jiān)測(cè)GD孕婦血糖控制及胎兒生長(zhǎng)的指標(biāo)，而且也是臨床

13、醫(yī)生估計(jì)胎兒體重的根據(jù)。超聲參數(shù)的選擇，除了選擇臨床常規(guī)檢測(cè)的參數(shù)BPD、H、FL、A外，還根據(jù)GD胎兒的特征，選擇了胎兒腹壁、股骨皮下脂肪厚度FFL、FTSTT等參數(shù)，摒除了測(cè)量難度大的胎兒小腦橫徑、雙肩徑及肝臟長(zhǎng)度或面積等參數(shù)。降低了對(duì)超聲測(cè)量者及測(cè)量設(shè)備的要求，更利于基層醫(yī)院的推廣與普及。本研究還將孕婦參數(shù)與胎兒參數(shù)相結(jié)合，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)胎兒體重。結(jié)果說(shuō)明，結(jié)合參數(shù)法預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率明顯高于單純的孕婦參數(shù)法及胎兒超聲參數(shù)法。結(jié)合參數(shù)法中，影響胎兒體重前三位參數(shù)依次是孕婦的宮高、胎兒腹圍及胎兒腹壁皮下脂肪的厚度。孕婦參數(shù)法中，影響胎兒體重最大的是孕婦的宮高，這與許多預(yù)測(cè)胎兒體重的經(jīng)歷公式

14、中均以宮高為出發(fā)點(diǎn)相符8,15。其次是孕婦餐后血糖及身高，孕婦餐后高血糖可導(dǎo)致胎兒高胰島素血癥，并與新生兒肥胖有關(guān)16。身材高大的孕婦其新生兒出生體重也偏大。在胎兒參數(shù)法中，胎兒的A、FTSTT、FL對(duì)胎兒體重的影響系數(shù)明顯高于BPD、H。在GD胎兒中，發(fā)現(xiàn)胎兒的A與胎兒出生體重呈明顯的相關(guān)，GD胎兒體重的增加主要是與脂肪的堆積及肝糖原的儲(chǔ)存有關(guān)。因此，應(yīng)重視超聲測(cè)量胎兒軟組織的厚度及腹圍，特別對(duì)GD孕婦，妊娠晚期胎兒雙頂徑增加不明顯，而且由于胎頭位置低和較固定的胎方位，不易準(zhǔn)確測(cè)得胎兒雙頂徑時(shí)，胎兒的A、FTSTT、FFL那么不受這些因素的影響，容易準(zhǔn)確測(cè)量9。本研究將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于GD胎

15、兒體重預(yù)測(cè)是新的嘗試，選擇適宜的孕婦和胎兒參數(shù)建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)步GD胎兒體重預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為產(chǎn)科醫(yī)生決策分娩方式提供一種新輔助診斷手段的參考?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1楊慧霞.進(jìn)一步進(jìn)步對(duì)妊娠合并糖尿病的研究程度J.中華圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)雜志,2022,8(5):289-291.2黃曉明,吳君,李亞?wèn)|,等.基于超聲診斷的胎兒體重預(yù)測(cè)方法的研究進(jìn)展J.中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2022,1(2):38-41.3吳君,楊太珠,林江莉,等.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的足月胎兒體重預(yù)側(cè)方法J.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志,2022,25:80-89.4田敬霞,張景祥,陳子江.應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)胎兒體重的研究.J.現(xiàn)代婦產(chǎn)科進(jìn)展,2022,17(3):

16、182-184.5周志華,曹存根.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,2022:343.6飛思科技產(chǎn)品研究中心.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與ATLAB7實(shí)現(xiàn).北京:電子工業(yè)出版社,2022,44-47.7李麗霞,王彤,范逢曦.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在判別分析中的應(yīng)用J.數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志,2022,17(3):193-195.8凌蘿達(dá),顧美禮.難產(chǎn).2版.重慶：重慶出版社,2001:21-124.9時(shí)春燕,張蕭蕭,金燕志,等.超聲側(cè)量胎兒腹圍預(yù)測(cè)新生兒出生體重的研究J.中華婦產(chǎn)科雜志,2022,40:732-734.10朱潔萍,戴鐘英,沈國(guó)芳,等.超聲預(yù)測(cè)胎兒體重方法的選擇.J.上海醫(yī)學(xué),1999,22(6):339-342.11曹顯慶,牟永閣.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用J.現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)生物工程學(xué)雜志,2022,9:57-60.12FARERR,EDEARISAL,HIRATAGI,etal.TheusefaneuralnetrkfrtheultrasngraphiestiatinffetalEightinthearsifetusJ.AJbstetGy