Xây dựng mô hình tiên lượng tử vong trên bệnh nhân cao tuổi nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát

Luận án tiến sĩ y học Xây dựng mô hình tiên lượng tử vong trên bệnh nhân cao tuổi nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát. Mặc dù can thiệp mạch vành qua da (CTMVQD) tiên phát đã được áp dụng trong nhiều thập kỉ, nhưng tử vong ở bệnh nhân (BN) cao tuổi mắc nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên (NMCTC có STCL) vẫn là một mối quan ngại. Dữ liệu từ Singapore ghi nhận tử vong nội viện sau CTMVQD tiên phát ở BN cao tuổi là 11,9%, so với 3,6% ở BN trẻ tuổi [1]. Tương tự, một quan sát khác ở Singapore cũng báo cáo tử vong sau 1 năm là 10,4% ở BN ≥ 50 tuổi so với chỉ 3,4% ở BN trẻ tuổi [2].
Các mô hình tiên lượng giúp dự đoán kết cục, hỗ trợ quyết định lâm sàng và nâng cao chất lượng chăm sóc. Tuy nhiên, những khoảng trống về bằng chứng của các mô hình này có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác và tính áp dụng đối với BN cao tuổi sau CTMVQD tiên phát. Các mô hình cổ điển được công nhận rộng rãi như GRACE 2.0, CADILLAC hay TIMI chủ yếu được phát triển từ các quần thể BN da trắng, với sự đại diện khiêm tốn từ dân số châu Á, đặc biệt ở khu vực Đông Nam Á [3-5]. Bên cạnh đó, quần thể BN cao tuổi, vốn thường đi kèm đa bệnh lí và nguy cơ biến cố cao, lại có số lượng hạn chế trong các cơ sở dữ liệu dùng để phát triển những mô hình này. Ngay cả trong các mô hình học máy dành riêng cho BN NMCTC có STCL tại châu Á, dân số dùng để xây dựng các mô hình này cũng chỉ bao gồm tỉ lệ khiêm tốn BN cao tuổi [6-11]. Hạn chế này góp phần làm ảnh hưởng đến độ chính xác của các mô hình hiện có khi áp dụng trên BN cao tuổi trong khu vực.

Ngoài ra, cho đến hiện tại, các mô hình truyền thống lẫn mô hình học máy đều chưa tích hợp các yếu tố đặc thù lão khoa – những yếu tố then chốt trong dự đoán kết cục ở người cao tuổi (NCT). Suy yếu, được đánh giá bằng thang suy yếu lâm sàng [12], đã được chứng minh có mối liên quan với tử vong sau CTMVQD ở BN cao tuổi [13-16]. Việc chưa tích hợp yếu tố này trong các mô hình trước đây có thể dẫn đến đánh giá không đầy đủ nguy cơ và làm giảm độ chính xác trong ước lượng tử vong ở quần thể này, qua đó nhấn mạnh yêu cầu cấp thiết cần tích hợp các yếu tố đặc thù lão khoa nhằm nâng cao độ chính xác của các mô hình dự đoán tử vong cho BN cao tuổi sau CTMVQD tiên phát.2
Các mô hình truyền thống giả định mối quan hệ tuyến tính giữa các yếu tố nguy cơ và tử vong, nhưng điều này có thể không phản ánh toàn diện mối quan hệ phức tạp của các tương tác này trên thực tế. Các mô hình học máy hiện đại khai thác mối quan hệ phi tuyến tính nhằm tăng cường độ chính xác của dự đoán, giảm hiện tượng quá khớp và cải thiện tính bền vững của mô hình [17]. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của các mô hình học máy so với các mô hình tuyến tính, là mặc dù các mô hình học máy có thể cung cấp thông tin về tầm quan trọng của từng yếu tố tiên lượng, nhưng việc giải thích vẫn còn khiếm khuyết về tính trực quan và độ ổn định, đặc biệt đối với các mô hình phức tạp. Để khắc phục những hạn chế này, các kĩ thuật về trí tuệ nhân tạo có thể giải thích được (Explainable Artificial Intelligence) đã được phát triển, trong đó SHapley Additive exPlanation là một phương pháp định lượng trực quan tầm quan trọng của các yếu tố tiên lượng, bằng cách tính toán mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố đối với kết cục thông qua giá trị Shapley [18]. Ngoài ra, kĩ thuật Rừng ngẫu nhiên nhân quả đã nổi lên gần đây như một công cụ mạnh mẽ để khám phá các mối quan hệ nhân quả giữa yếu tố tiên lượng và kết cục, qua đó giúp hướng dẫn đưa ra những mục tiêu cụ thể để cải thiện tiên lượng [19].
Xuất phát từ những vấn đề còn tồn tại ở các mô hình đã có, nghiên cứu này mong muốn trả lời câu hỏi: “Trên bệnh nhân cao tuổi nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát, việc tích hợp yếu tố suy yếu bên cạnh các yếu tố tiên lượng tử vong cổ điển trước đây vào mô hình học máy và ứng dụng các kĩ thuật trí tuệ nhân tạo hiện đại sẽ làm cho mô hình tiên lượng tử vong trên nhóm đối tượng này có những cải tiến như thế nào?”
Nhóm nghiên cứu đưa ra hai mục tiêu chính cho nghiên cứu này như sau:
1. Phát triển và thẩm định mô hình tiên lượng tử vong nội viện đối với BN cao tuổi nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát.
2. Phát triển và thẩm định mô hình tiên lượng tử vong 1 năm đối với BN cao tuổi nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn …………………………………………………………………………………………………… i
Lời cam đoan……………………………………………………………………………………………….. ii
Mục lục………………………………………………………………………………………………………. iii
Danh mục các chữ viết tắt và thuật ngữ Anh Việt ………………………………………………v
Danh mục các bảng ……………………………………………………………………………………. viii
Danh mục các hình – sơ đồ – biểu đồ ……………………………………………………………….x
ĐẶT VẤN ĐỀ ………………………………………………………………………………………………1
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU …………………………………………………………….3
1.1. Đại cương về nhồi máu cơ tim cấp …………………………………………………………….3
1.2. Tử vong ở bệnh nhân cao tuổi nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên sau can thiệp
mạch vành qua da tiên phát……………………………………………………………………………..8
1.3. Mô hình cổ điển trong tiên lượng tử vong sau nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh
lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát ………………………………………………….9
1.4. Mô hình học máy trong tiên lượng tử vong sau nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh
lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát ………………………………………………..22
1.5. Suy yếu và khả năng tiên lượng kết cục xấu sau can thiệp mạch vành qua da tiên
phát…………………………………………………………………………………………………………….23
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………………..35
2.1. Thiết kế nghiên cứu………………………………………………………………………………..35
2.2. Đối tượng nghiên cứu……………………………………………………………………………..35
2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu…………………………………………………………….36
2.4. Cỡ mẫu của nghiên cứu…………………………………………………………………………..36
2.5. Xác định các biến số độc lập và phụ thuộc………………………………………………..39
2.6. Phương pháp và công cụ đo lường, thu thập số liệu ……………………………………44
2.7. Quy trình nghiên cứu ……………………………………………………………………………..48
2.8. Phương pháp phân tích dữ liệu ………………………………………………………………..51
2.9. Đạo đức trong nghiên cứu……………………………………………………………………….67iv
Chương 3. KẾT QUẢ …………………………………………………………………………………68
3.1. Phát triển và thẩm định mô hình tiên lượng tử vong nội viện đối với BN cao tuổi
nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát .68
3.2. Phát triển và thẩm định mô hình tiên lượng tử vong 1 năm đối với BN cao tuổi
nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát .94
Chương 4. BÀN LUẬN ……………………………………………………………………………..108
4.1. Phát triển và thẩm định mô hình tiên lượng tử vong nội viện đối với BN cao tuổi
nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát108
4.2. Phát triển và thẩm định mô hình tiên lượng tử vong 1 năm đối với BN cao tuổi
nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên được can thiệp mạch vành qua da tiên phát136
KẾT LUẬN ………………………………………………………………………………………………154
KIẾN NGHỊ……………………………………………………………………………………………..156
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC 1. CHẤP THUẬN CỦA HỘI ĐỒNG ĐẠO ĐỨC
PHỤ LỤC 2. PHIẾU THU THẬP DỮ LIỆU
PHỤ LỤC 3. PHIẾU ĐỒNG Ý THAM GIA NGHIÊN CỨU
PHỤ LỤC 4. KIỂU HÌNH SUY YẾU FRIED
PHỤ LỤC 5. HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG CƠ BẢN HÀNG NGÀY
PHỤ LỤC 6. HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG SINH HOẠT HÀNG NGÀY
PHỤ LỤC 7. 64 MÔ HÌNH KHẢ DĨ TIÊN ĐOÁN TỬ VONG NỘI VIỆN
TRƯỚC THỦ THUẬT
PHỤ LỤC 8. 64 MÔ HÌNH KHẢ DĨ TIÊN ĐOÁN TỬ VONG NỘI VIỆN SAU
THỦ THUẬT
PHỤ LỤC 9. 64 MÔ HÌNH KHẢ DĨ TIÊN ĐOÁN TỬ VONG 1 NĂM
PHỤ LỤC 10. DANH SÁCH BỆNH NHÂN

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Định nghĩa nhồi máu cơ tim cấp được sửa đổi…………………………………….4
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chẩn đoán nhồi máu cơ tim cấp có ST chênh lên ………………..5
Bảng 1.3. Biểu hiện lâm sàng nhồi máu cơ tim cấp ở người cao tuổi ……………………7
Bảng 1.4. Tóm tắt các nghiên cứu về tử vong ở bệnh nhân cao tuổi……………………10
Bảng 1.5. Tóm tắt các mô hình tiên lượng cổ điển ……………………………………………13
Bảng 1.6. Tóm tắt các yếu tố tiên lượng có mặt trong từng mô hình tiên lượng cổ điển
…………………………………………………………………………………………………………..14
Bảng 1.7. Tóm tắt các mô hình học máy trong tiên lượng tử vong nội viện …………24
Bảng 1.8. Tóm tắt các mô hình học máy trong tiên lượng tử vong 1 năm ……………27
Bảng 1.9. Tóm tắt các nghiên cứu về ảnh hưởng của suy yếu đến kết cục xấu sau can
thiệp mạch vành qua da tiên phát ……………………………………………………………34
Bảng 2.1. Định nghĩa và phương pháp đo lường của 38 yếu tố tiên lượng tiềm năng
…………………………………………………………………………………………………………..40
Bảng 2.2. Ma trận hỗn loạn trong bài toán xây dựng mô hình phân loại ……………..60
Bảng 2.3. Tóm tắt các phương pháp đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tiên
lượng đến kết cục của mô hình……………………………………………………………….66
Bảng 3.1. Đặc điểm về nhân trắc và tiền sử bệnh kèm theo ……………………………….68
Bảng 3.2. Đặc điểm về biểu hiện lâm sàng………………………………………………………69
Bảng 3.3. Đặc điểm về điện tâm đồ, siêu âm tim và sinh hóa máu ……………………..71
Bảng 3.4. Đặc điểm về thuốc điều trị ban đầu ………………………………………………….72
Bảng 3.5. Đặc điểm về thủ thuật can thiệp động mạch vành qua da ……………………74
Bảng 3.6. Các chỉ số đánh giá hiệu suất dự đoán của các mô hình học máy khi sử
dụng tất cả các yếu tố tiên lượng tiềm năng……………………………………………..76
Bảng 3.7. So sánh giá trị tiên lượng của mô hình học máy tốt nhất và mô hình hồi quy
logistic tốt nhất khi áp dụng các phương pháp chọn lựa yếu tố tiên lượng tiềm
năng khác nhau và các mô hình cổ điển…………………………………………………..77ix
Bảng 3.8. Các chỉ số đánh giá hiệu suất dự đoán của các mô hình học máy khi sử
dụng tất cả các yếu tố tiên lượng tiềm năng……………………………………………..85
Bảng 3.9. So sánh giá trị tiên lượng của mô hình học máy tốt nhất và mô hình hồi quy
logistic tốt nhất khi áp dụng các phương pháp chọn lựa yếu tố tiên lượng tiềm
năng khác nhau và các mô hình cổ điển…………………………………………………..86
Bảng 3.10. Đặc điểm về nhân trắc và tiền sử bệnh kèm theo ……………………………..94
Bảng 3.11. Đặc điểm về biểu hiện lâm sàng…………………………………………………….95
Bảng 3.12. Đặc điểm về cận lâm sàng và thuốc điều trị…………………………………….96
Bảng 3.13. Đặc điểm về thủ thuật chụp và can thiệp động mạch vành qua da………97
Bảng 3.14. Các chỉ số đánh giá hiệu suất dự đoán của các mô hình học máy khi sử
dụng tất cả các yếu tố tiên lượng tiềm năng……………………………………………..99
Bảng 3.15. So sánh giá trị tiên lượng của mô hình học máy tốt nhất và mô hình hồi
quy logistic tốt nhất khi áp dụng các phương pháp chọn lựa yếu tố tiên lượng
tiềm năng khác nhau và các mô hình cổ điển………………………………………….10

DANH MỤC CÁC HÌNH – SƠ ĐỒ – BIỂU ĐỒ
Trang
Hình 1.1. Thang suy yếu lâm sàng………………………………………………………………….31
Sơ đồ 2.1. Tóm tắt quy trình nghiên cứu …………………………………………………………53
Biểu đồ 1.1. Triệu chứng lâm sàng của bệnh nhân nhồi máu cơ tim cấp cao tuổi …..7
Biểu đồ 3.1. Đặc điểm về tử vong nội viện………………………………………………………75
Biểu đồ 3.2. Diện tích dưới đường cong ROC của mô hình học máy tốt nhất, mô hình
hồi quy logistic tốt nhất và các mô hình cổ điển……………………………………….78
Biểu đồ 3.3. Đường cong Precision-Recall của mô hình học máy tốt nhất và mô hình
hồi quy logistic tốt nhất …………………………………………………………………………79
Biểu đồ 3.4. Đường hiệu chuẩn của mô hình học máy tốt nhất và mô hình hồi quy
logistic tốt nhất …………………………………………………………………………………….80
Biểu đồ 3.5. Tầm quan trọng của đặc trưng: Mức độ đóng góp của các yếu tố tiên
lượng trong mô hình CatBoost (ElasticNet)……………………………………………..81
Biểu đồ 3.6. Biểu đồ tổng hợp SHAP: Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tiên lượng
trong mô hình CatBoost (ElasticNet) đến tử vong nội viện………………………..81
Biểu đồ 3.7. Tác động nhân quả của các yếu tố tiên lượng trong mô hình CatBoost
(ElasticNet) đến tử vong nội viện……………………………………………………………82
Biểu đồ 3.8. Biểu đồ phụ thuộc SHAP: Phân tích mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố
tiên lượng trong mô hình CatBoost (ElasticNet) đến tử vong nội viện ………..83
Biểu đồ 3.9. Diện tích dưới đường cong ROC của mô hình học máy tốt nhất, mô hình
hồi quy logistic tốt nhất và các mô hình cổ điển……………………………………….87
Biểu đồ 3.10. Đường cong Precision-Recall của mô hình học máy tốt nhất và mô hình
hồi quy logistic tốt nhất …………………………………………………………………………88
Biểu đồ 3.11. Đường hiệu chuẩn của mô hình học máy tốt nhất và mô hình hồi quy
logistic tốt nhất …………………………………………………………………………………….89xi
Biểu đồ 3.12. Tầm quan trọng của đặc trưng: Mức độ đóng góp của các yếu tố tiên
lượng trong mô hình Rừng ngẫu nhiên (Ridge) ………………………………………..90
Biểu đồ 3.13. Biểu đồ tổng hợp SHAP: Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tiên lượng
trong mô hình Rừng ngẫu nhiên (Ridge) đến tử vong nội viện …………………..90
Biểu đồ 3.14. Tác động nhân quả của các yếu tố tiên lượng trong mô hình Rừng ngẫu
nhiên (Ridge) đến tử vong nội viện…………………………………………………………91
Biểu đồ 3.15. Biểu đồ phụ thuộc SHAP: Phân tích mức độ ảnh hưởng của từng yếu
tố tiên lượng trong mô hình Rừng ngẫu nhiên (Ridge) đến tử vong nội viện..92
Biểu đồ 3.16. Đặc điểm về tử vong 1 năm……………………………………………………….98
Biểu đồ 3.17. Diện tích dưới đường cong ROC của mô hình học máy tốt nhất, mô
hình hồi quy logistic tốt nhất và các mô hình cổ điển………………………………101
Biểu đồ 3.18. Đường cong Precision-Recall của mô hình học máy tốt nhất và mô hình
hồi quy logistic tốt nhất ……………………………………………………………………….102
Biểu đồ 3.19. Đường hiệu chuẩn của mô hình học máy tốt nhất và mô hình hồi quy
logistic tốt nhất …………………………………………………………………………………..103
Biểu đồ 3.20. Tầm quan trọng của đặc trưng: Mức độ đóng góp của các yếu tố tiên
lượng trong mô hình hồi quy logistic (ElasticNet)…………………………………..104
Biểu đồ 3.21. Biểu đồ tổng hợp SHAP: Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tiên lượng
trong mô hình hồi quy logistic (ElasticNet) đến tử vong 1 năm ………………..104
Biểu đồ 3.22. Tác động nhân quả của các yếu tố tiên lượng trong mô hình hồi quy
logistic (ElasticNet) đến tử vong 1 năm…………………………………………………105
Biểu đồ 3.23. Biểu đồ phụ thuộc SHAP: Phân tích mức độ ảnh hưởng của từng yếu
tố tiên lượng trong mô hình hồi quy logistic (ElasticNet) đến tử vong 1 năm
…………………………………………………………………………………………………………10