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基于大模型的围术期脆弱性评估系统研究报告

news 来源：原创 2025/5/9 16:02:04

一、引言

1.1 研究背景与意义

围术期是指从患者决定接受手术治疗开始，到手术治疗直至基本康复的全过程，包括术前、术中和术后三个阶段。围术期管理对于保障患者安全、提高治疗效果具有至关重要的意义。在术前阶段，全面准确的评估患者身体状况能够帮助医生提前发现潜在风险，为制定合理的手术和麻醉方案提供依据；术中对患者生命体征和手术进程的密切监测与精细调控，是确保手术顺利进行、避免术中并发症的关键；术后科学的护理和康复指导则有助于患者身体机能的恢复，降低术后感染、出血等并发症的发生几率，促进患者早日康复。

随着人口老龄化的加剧以及复杂手术的日益增多，患者围术期的风险也在不断增加。老年患者往往伴有多种慢性疾病，身体机能和储备能力下降，对手术和麻醉的耐受性较差，围术期发生并发症和不良事件的风险显著高于年轻患者。同时，一些复杂手术，如心脏搭桥手术、肝移植手术等，手术难度大、时间长，对患者的身体造成的创伤也更为严重，术后恢复过程中面临着诸多挑战。因此，如何更精准地评估患者围术期的脆弱性，成为了当前医学领域亟待解决的重要问题。

传统的围术期风险评估方法主要依赖于医生的临床经验和简单的生理指标，如美国麻醉医师协会（ASA）分级等。这些方法虽然在一定程度上能够对患者的风险进行初步评估，但存在主观性强、评估指标单一、缺乏动态监测等局限性，难以全面准确地反映患者的实际情况。例如，ASA 分级主要依据患者的健康状况进行分类，对于患者潜在的生理功能衰退、心理状态以及手术过程中的动态变化等因素考虑不足，导致评估结果的准确性和可靠性受到影响。

近年来，随着人工智能技术的飞速发展，大模型在医疗领域的应用逐渐成为研究热点。大模型具有强大的数据分析和处理能力，能够对海量的医疗数据进行学习和挖掘，发现数据之间的潜在关联和规律。在围术期脆弱性评估中，大模型可以整合患者的多源数据，包括病史、术前检查结果、术中监测数据、术后恢复情况等，实现对患者围术期风险的精准预测和评估。通过对大量病例数据的学习，大模型能够识别出与围术期并发症和不良事件相关的关键因素，并根据这些因素构建风险预测模型，为临床医生提供更具参考价值的决策支持。

大模型在围术期脆弱性评估中的应用具有广阔的前景。它可以帮助医生更全面、准确地了解患者的身体状况和风险水平，提前制定个性化的预防和治疗措施，降低围术期并发症的发生率，提高患者的手术成功率和康复质量。同时，大模型的应用还可以实现对患者围术期的动态监测和管理，及时发现病情变化并调整治疗方案，为患者的安全提供更有力的保障。此外，大模型技术的发展也为医疗大数据的深度挖掘和利用提供了新的手段，有助于推动医学研究的进步和临床实践的优化。

1.2 研究目的与方法

本研究旨在使用大模型研发围术期脆弱性评估系统，实现对患者术前、术中、术后各个阶段的脆弱性进行精准评估，并根据评估结果制定个性化的手术方案、麻醉方案、术后护理计划以及健康教育与指导方案，以降低患者围术期并发症的发生率，提高患者的治疗效果和康复质量。

在研究方法上，首先进行数据收集与预处理。广泛收集患者的围术期相关数据，包括但不限于电子病历、实验室检查结果、影像学资料、手术记录、麻醉记录、术后护理记录等。对收集到的数据进行清洗、去噪、标准化等预处理操作，确保数据的质量和一致性，为后续的模型训练提供可靠的数据支持。

接着进行大模型的选择与训练。根据围术期脆弱性评估的需求和特点，选择合适的大模型架构，如 Transformer 架构及其变体等。利用预处理后的数据对大模型进行训练，通过不断调整模型参数和优化训练算法，使模型能够准确地学习到患者围术期数据与脆弱性之间的关系。在训练过程中，采用交叉验证、正则化等技术，防止模型过拟合，提高模型的泛化能力和稳定性。

然后进行评估系统的开发与集成。基于训练好的大模型，开发围术期脆弱性评估系统。该系统应具备数据输入、模型计算、结果输出等功能模块，能够方便快捷地对患者的围术期脆弱性进行评估。将评估系统与医院现有的信息系统进行集成，实现数据的自动传输和共享，提高临床应用的效率和便捷性。

最后进行系统的验证与优化。使用独立的测试数据集对评估系统进行验证，通过比较评估结果与实际发生的围术期并发症和不良事件，评估系统的准确性和可靠性。根据验证结果，对系统进行优化和改进，不断提高系统的性能和临床应用价值。

1.3 研究创新点

本研究在大模型应用和评估系统设计等方面具有显著的创新之处。在大模型应用方面，首次将大模型技术全面应用于围术期脆弱性评估的各个环节，实现了从术前风险预测到术中实时监测再到术后康复评估的全流程覆盖。与传统的机器学习模型相比，大模型能够更好地处理多源异构数据，挖掘数据之间的复杂关系，从而提高评估的准确性和全面性。

在评估系统设计方面，本研究构建的围术期脆弱性评估系统具有高度的集成性和智能化特点。该系统不仅能够整合患者的各种医疗数据，还能够根据评估结果自动生成个性化的手术方案、麻醉方案、术后护理计划以及健康教育与指导方案，为临床医生提供一站式的决策支持服务。同时，系统具备实时监测和动态更新功能，能够根据患者围术期病情的变化及时调整评估结果和治疗方案，实现对患者的精准管理。

此外，本研究还注重多学科的交叉融合，联合医学、计算机科学、统计学等多个领域的专家共同开展研究。通过跨学科的合作，充分发挥各学科的优势，为围术期脆弱性评估系统的研发提供了坚实的理论基础和技术支持，提高了研究成果的科学性和实用性。这种多学科交叉的研究模式也为解决其他复杂的医学问题提供了有益的借鉴。

二、围术期脆弱性评估相关理论

2.1 围术期概念与阶段划分

围术期是围绕手术的一个全过程，涵盖了术前、术中、术后三个紧密相连且各具特点的阶段。

术前阶段通常从患者决定接受手术治疗开始，到手术实施前结束。这一阶段的主要任务是全面评估患者的身体状况，包括进行详细的病史询问、全面的体格检查以及各类必要的实验室和影像学检查，以确定患者是否适合手术以及手术的最佳时机。同时，还需对患者进行心理疏导，缓解其对手术的恐惧和焦虑情绪，提高患者的依从性。此外，还需进行一系列的术前准备工作，如禁食禁水、皮肤准备、肠道准备等，为手术的顺利进行创造良好条件。术前阶段的充分准备对于降低手术风险、保障手术安全至关重要，它如同为一场战役精心筹备物资和制定战略，是后续治疗成功的基石。

术中阶段是手术实际操作的过程，从患者进入手术室接受麻醉开始，到手术结束患者离开手术室为止。在这一阶段，手术医生、麻醉医生和护士等医疗团队成员需要密切协作，确保手术的精准实施和患者生命体征的稳定。手术医生要凭借精湛的技术和丰富的经验，严格按照手术操作规程进行操作，尽可能减少手术创伤和出血；麻醉医生则需要根据患者的具体情况选择合适的麻醉方式和麻醉药物，精确控制麻醉深度，确保患者在手术过程中无痛且生命体征平稳；护士要负责手术器械的传递、患者体位的摆放以及术中的各种护理工作，为手术的顺利进行提供全方位的支持。术中阶段是围术期的核心环节，犹如战役的激烈交锋，任何一个环节的失误都可能对患者的生命健康造成严重影响。

术后阶段是指患者手术后在医院接受治疗和护理，直至康复出院的时期。此阶段的重点在于对患者的生命体征进行密切监测，及时发现并处理术后可能出现的各种并发症，如感染、出血、疼痛等。同时，要为患者提供科学合理的营养支持和康复训练，促进患者身体机能的恢复。此外，还需对患者进行心理关怀，帮助患者树立战胜疾病的信心，积极配合后续治疗。术后阶段是患者康复的关键时期，如同战役后的重建工作，需要精心呵护和耐心引导，以确保患者能够尽快恢复健康。

2.2 脆弱性评估的重要性

脆弱性评估在围术期管理中具有举足轻重的地位，它贯穿于围术期的各个阶段，对患者的治疗效果和预后产生着深远影响。

在预测患者手术风险方面，脆弱性评估能够全面、系统地评估患者的身体状况和生理储备能力，识别出患者潜在的风险因素。通过对患者的年龄、基础疾病、营养状况、心理状态等多方面因素进行综合分析，评估系统可以准确预测患者在手术过程中及术后发生并发症和不良事件的可能性。例如，对于一位患有多种慢性疾病的老年患者，通过脆弱性评估可以发现其心肺功能储备较差、免疫力低下等问题，从而提前制定相应的预防措施，降低手术风险。

在优化治疗方案方面，脆弱性评估的结果为医生制定个性化的治疗方案提供了重要依据。医生可以根据评估结果，针对患者的具体情况调整手术方式、麻醉方法和药物使用剂量等。对于脆弱性较高的患者，医生可能会选择更为保守的手术方式，或者在手术前对患者进行一段时间的身体调理，以提高患者对手术的耐受性。在麻醉选择上，也会根据患者的脆弱程度和身体状况，选择对患者生理功能影响较小的麻醉方式和药物，确保手术的安全进行。

在改善预后方面，脆弱性评估有助于医生及时发现患者术后可能出现的问题，并采取有效的干预措施。通过对患者术后的恢复情况进行持续监测和评估，医生可以及时调整治疗方案，加强护理和康复指导，促进患者的康复。对于评估为脆弱性较高的患者，医生会给予更密切的关注和更积极的治疗，预防并发症的发生，提高患者的生存率和生活质量。脆弱性评估还可以为患者的出院后管理提供指导，帮助患者制定合理的康复计划和生活方式调整方案，降低患者再次入院的风险。

2.3 传统评估方法与局限性

传统的围术期脆弱性评估方法主要包括脆弱表型、脆弱指数等，这些方法在一定程度上为临床医生提供了评估患者脆弱性的手段，但也存在着诸多局限性。

脆弱表型由 Fried 等人提出，其评估标准主要涵盖体质量下降、握力下降、疲乏、行走速度下降、低体力活动水平五个方面。满足其中 2 项为脆弱前期，3 项及以上为脆弱。该方法侧重于体力、肌力的测量，从体能方面对机体的生理储备和健康状况进行评估，操作相对简单易行。然而，它仅关注了部分体能指标，对患者的基础疾病、心理状态、社会支持等其他重要因素考虑不足，导致评估结果不够全面，无法准确反映患者整体的脆弱程度。

脆弱指数由 Mitnitski 等人提出，该量表涉及心理、生活、生理功能和既往史四个维度，共 70 个健康缺陷条目。每个条目指标依据是否正常记为 0 分或 1 分，通过计算异常指标数与全部指标之间的比值来评估脆弱性，通常认为，FI 值﹤0.08 无脆弱，0.08 - 0.25 为脆弱前期，﹥0.25 提示脆弱。虽然该方法强调身体功能缺陷的积累，测量指标较为全面、客观、准确，可为分析脆弱的病因及干预措施提供参考，但由于其条目繁多，评估过程繁琐，在临床实际应用中受到一定限制。而且，该方法对于一些主观感受的评估可能存在偏差，不同评估者之间的评分一致性也有待提高。

除了上述两种方法外，还有改良脆弱指数（mFI）、临床脆弱分级（CFS）、FRAIL 量表和爱特蒙特脆弱量表等评估方法。改良脆弱指数将脆弱指数中的条目归纳简化为 11 个项目，与外科术后生存率和死亡率具有相关性，但同样存在对部分因素考虑不够全面的问题；临床脆弱分级主要从移动能力、精力、体力活动和功能四个方面将脆弱程度分为 9 个等级，简单有效，在评估急症老年患者上有一定优势，但在评估慢性疾病患者或其他特殊人群时可能存在局限性；FRAIL 量表和爱特蒙特脆弱量表等也各自存在一定的局限性，如评估维度局限、缺乏对脆弱严重程度的精确分级、对受试场合和人群的界定不够明确等。

总体而言，传统的围术期脆弱性评估方法在准确性、全面性、评估效率等方面存在不足，难以满足现代临床对患者围术期风险精准评估和个性化治疗的需求。随着医疗技术的不断发展和对围术期管理要求的日益提高，迫切需要一种更加科学、准确、高效的评估方法来弥补传统方法的缺陷，为患者提供更好的医疗服务。

三、大模型技术原理与优势

3.1 大模型概述

大模型，即大规模机器学习模型，是指拥有庞大参数数量和复杂结构的深度学习模型。这些模型通常基于神经网络构建，能够处理海量的数据，并通过对数据的学习来实现各种任务，如自然语言处理、计算机视觉、语音识别等。大模型的 “大” 主要体现在参数规模上，其参数数量往往达到数十亿甚至数万亿级别，远远超过传统机器学习模型。例如，GPT-3 拥有 1750 亿个参数，而 GPT-4 的参数数量更是高达万亿级别。如此庞大的参数规模使得大模型能够学习到更复杂的模式和知识，从而具备更强大的能力。

大模型的发展历程是一部不断创新和突破的历史。其起源可以追溯到机器学习和人工智能的早期阶段，但真正作为独立研究领域崭露头角，是在 21