基于北京協(xié)和醫(yī)院病例首頁(yè)信息構(gòu)建預(yù)測(cè)心臟術(shù)后深部胸骨傷口感染風(fēng)險(xiǎn)的列連圖模型

張超紀(jì) 劉劍州 馬國(guó)濤 劉興榮 劉愛(ài)民 李曉鳳 梁 湄 苗 齊

1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院心外科，北京 100730；2.北京中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院病案室，北京 100730；

胸骨正中切開(kāi)術(shù)操作簡(jiǎn)便，手術(shù)野暴露充分，是心臟手術(shù)中最常用的手術(shù)方式。心臟及大血管術(shù)后胸骨深部傷口感染（DSWI）發(fā)生率只有0.6%～6.0%［1-2］，卻可累及縱隔內(nèi)重要臟器，相關(guān)死亡率為19%～29%［3-5］，是最災(zāi)難性的心臟外科并發(fā)癥之一。臨床研究表明［1-2,6］，心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)與多種危險(xiǎn)因素相關(guān)，包括骨質(zhì)疏松癥、肥胖、心臟惡病質(zhì)、高齡、營(yíng)養(yǎng)不良、腎衰竭、慢性阻塞性肺疾病、糖尿病、使用皮質(zhì)類固醇、再次手術(shù)和雙側(cè)胸內(nèi)動(dòng)脈采集等。對(duì)這些因素進(jìn)行量化處理，臨床醫(yī)生可以更客觀地評(píng)價(jià)DSWI 風(fēng)險(xiǎn)，患者及家屬可以更加直觀地了解手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)后。國(guó)內(nèi)外對(duì)于心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)模型鮮有報(bào)道。本研究基于對(duì)北京協(xié)和醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）心臟手術(shù)患者臨床資料進(jìn)行分析，探討引起DSWI 的相關(guān)危險(xiǎn)因素，旨在建立國(guó)內(nèi)醫(yī)院首個(gè)個(gè)性化預(yù)測(cè)DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的列線圖模型，以期指導(dǎo)臨床甄別高風(fēng)險(xiǎn)人群，制訂更有針對(duì)性的臨床決策。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用回顧性研究收集2007 年1 月～2017 年10 月我院接受心臟手術(shù)患者資料。資料來(lái)源于我院病歷管理系統(tǒng)，從病歷首頁(yè)中提取相關(guān)信息。納入標(biāo)準(zhǔn)：①在我院心外科接受心臟直視手術(shù)，住院前一年內(nèi)未在其他醫(yī)院做過(guò)心臟手術(shù)；②首頁(yè)信息完整。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 方法及觀察指標(biāo)

對(duì)收集的首頁(yè)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行雙人錄入與核對(duì)，以確保資料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由2 名醫(yī)師根據(jù)患者首頁(yè)信息（DSWI，死亡為研究終點(diǎn)）進(jìn)行收集。收集臨床信息如下：①一般情況。包括住院號(hào)、性別、年齡、住院次數(shù)、住院天數(shù)、費(fèi)用等。②合并癥或并發(fā)癥。包括高血壓、糖尿病、高脂血癥、腎功能不全、肺功能不全、免疫性疾病、DSWI、心功能不全、死亡、冠心病以及其他疾病。③手術(shù)方式。包括二尖瓣手術(shù)、三尖瓣手術(shù)、主動(dòng)脈瓣手術(shù)、大血管手術(shù)、冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)、心包剝脫術(shù)、射頻消融術(shù)、再次手術(shù)、同種異體骨移植術(shù)以及其他手術(shù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

運(yùn)用R 軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。符合正態(tài)分布計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，不符合正態(tài)分布計(jì)量資料以中位數(shù)或四分位數(shù)表示。計(jì)數(shù)資料以例數(shù)或百分比表示。進(jìn)行LASSO 回歸，應(yīng)用10倍交叉驗(yàn)證來(lái)獲得最佳風(fēng)險(xiǎn)因子子集。運(yùn)用多因素Logistic 回歸分析心臟術(shù)后DSWI 危險(xiǎn)因素，建立心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)列線圖。計(jì)算受試者工作特征曲線下面積（AUC）、校準(zhǔn)曲線及決策曲線。其中，AUC≤0.5 為沒(méi)有任何區(qū)分度，0.5＜AUC≤0.7 為區(qū)分度較差，0.7＜AUC≤0.9 為區(qū)分度中等，＞0.9 為區(qū)分度較高。檢驗(yàn)采用Bootstrap 法對(duì)列線圖進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證，計(jì)算一致性指數(shù)（C-index）評(píng)估預(yù)測(cè)模型的性能。其中，C-index≤0.5 為沒(méi)有任何預(yù)測(cè)能力，0.5＜C-index≤0.7 為準(zhǔn)確性較差，0.7＜C-index≤0.9 為準(zhǔn)確性中等，C-index＞0.9 為準(zhǔn)確性較高。以P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

獲得首頁(yè)信息的患者共2753 例，其中信息完整患者2610 例，并采集20 個(gè)待選變量，包括性別、年齡、腎功能不全、呼吸功能不全、心功能分級(jí)、主動(dòng)脈瓣手術(shù)、二尖瓣瓣手術(shù)、三尖瓣手術(shù)、大血管手術(shù)、冠脈搭橋術(shù)、心包剝脫術(shù)、同種異體骨移植術(shù)、其他手術(shù)、心房射頻消融術(shù)、高脂血癥、高血壓、免疫病、糖尿病、再次手術(shù)以及深部胸骨傷口感染。納入患者年齡1～85 歲，平均（50±17）歲，中位住院時(shí)間為25（19，35）d。

2.2 預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)因子的選擇

深部胸骨傷口感染為結(jié)局變量，從20 個(gè)因變量中篩選出10 個(gè)變量（年齡、腎功能不全、心功能不全、冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)、大血管手術(shù)、同種異體骨移植術(shù)、高血壓、糖尿病以及高脂血癥）。其中，偏差最小λ0=0.002，logλ=-6.155。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤內(nèi)誤差最小λ1=0.011，logλ=-4.481。見(jiàn)圖1A。隨著λ 增加，LASSO 中變量回歸系數(shù)逐步歸零，將變量逐步從模型中去除，選擇交叉驗(yàn)證偏差最小的λ0，并篩選出10 個(gè)變量。見(jiàn)圖1B。

2.3 預(yù)測(cè)心臟術(shù)后DSWI 的列線圖的建立

大血管手術(shù)、二次手術(shù)、糖尿病及同種異體骨移植術(shù)是DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)立預(yù)后因子（P ＜0.05）。見(jiàn)表1。建立預(yù)測(cè)心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的列線圖模型，總得分對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)值見(jiàn)圖2。

2.4 預(yù)測(cè)心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的列線圖模型性能評(píng)價(jià)、驗(yàn)證及臨床實(shí)用性評(píng)價(jià)

列線圖預(yù)測(cè)DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的AUC 為0.725（95%CI：0.671～0.750），區(qū)分度中等。列連圖的校準(zhǔn)曲線圖提示，預(yù)測(cè)概率與實(shí)際概率一致性良好（P=0.754）。在模型內(nèi)驗(yàn)證中C-index=0.720，提示該模型具有一定的預(yù)測(cè)能力。決策曲線分析提示，閾值概率為0.01～0.40，臨床應(yīng)用該列連圖預(yù)測(cè)DSWI 風(fēng)險(xiǎn)可以獲得好的凈收益率，即臨床實(shí)用性較高。見(jiàn)圖3。

3 討論

隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的提高，DSWI 治療有很大程度的進(jìn)步［7］，但DSWI 仍是最災(zāi)難性的心臟外科并發(fā)癥之一，故對(duì)心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的量化評(píng)估，顯得非常重要。本研究符合入選標(biāo)準(zhǔn)患者2610 例，DSWI 發(fā)生率1.8%。在建立預(yù)測(cè)心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的列線圖模型過(guò)程中，考慮到結(jié)局變量的病例數(shù)較少，因變量多達(dá)20 個(gè)，因此本研究應(yīng)用了LASSO 回歸篩選風(fēng)險(xiǎn)因子［8-10］，共10 個(gè)變量建立DSWI 風(fēng)險(xiǎn)列連圖模型。本研究結(jié)果提示，大血管手術(shù)、再次手術(shù)、糖尿病及同種異體骨移植是DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)立預(yù)后因子，與相關(guān)臨床研究結(jié)果相似［1-2］。在模型的性能評(píng)價(jià)中，該模型具有較高的區(qū)分度及校準(zhǔn)度。同時(shí)，在內(nèi)驗(yàn)證中具有較高的C-index。提示，運(yùn)用該模型進(jìn)行心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)較為可靠。

圖1 應(yīng)用LASSO 回歸篩查出最優(yōu)預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)變量

表1 多因素Logistic 回歸模型中的預(yù)測(cè)因子

圖2 心臟術(shù)后深部胸骨傷口感染風(fēng)險(xiǎn)列連圖

圖3 模型決策曲線

決策曲線分析是一種簡(jiǎn)潔易懂的數(shù)學(xué)模型，以評(píng)判預(yù)測(cè)工具的臨床可用性及效益［11-12］。在決策曲線的分析中，閾值概率在0.01～0.40 區(qū)間內(nèi)模型的凈受益更高；而在閾值概率＞0.40 時(shí)，模型無(wú)應(yīng)用價(jià)值。提示，該預(yù)測(cè)模型可以應(yīng)用到較大的樣本中。

目前，心外科最為廣泛應(yīng)用的有關(guān)心臟術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)是美國(guó)胸外科醫(yī)師協(xié)會(huì)評(píng)分系統(tǒng)（STS）［13］。然而，所有評(píng)價(jià)系統(tǒng)均不具有可視化功能。本研究結(jié)果顯示，列線圖模型能夠圖形化、可視化以及量化Logistic 回歸結(jié)果，比較直觀快速地應(yīng)用于個(gè)體臨床結(jié)局的預(yù)測(cè)，建議臨床推廣應(yīng)用［14-15］。此外，本研究首次建立國(guó)內(nèi)預(yù)測(cè)心臟術(shù)后DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的列線圖，有助于外科醫(yī)師量化DSWI 的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，便于家屬及患者直觀地理解手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

本研究結(jié)果顯示［16］，對(duì)于顯著胸骨骨質(zhì)疏松患者，植入同種異體松質(zhì)骨可以明顯改善DSWI 的發(fā)生。臨床研究發(fā)現(xiàn)［17-19］，骨質(zhì)疏松與患者的脆弱性有關(guān)，而脆弱性與心臟手術(shù)患者預(yù)后、營(yíng)養(yǎng)狀況以及抗感染力明顯相關(guān)［20-21］。針對(duì)列線圖模型所示的DSWI 風(fēng)險(xiǎn)因素，需增強(qiáng)對(duì)有關(guān)可控因素的處理。對(duì)于復(fù)雜手術(shù)，應(yīng)積極糾正心功能狀態(tài)，加強(qiáng)腎功能管理等臟器功能處理，尤其是高齡患者，更應(yīng)積極做好術(shù)前準(zhǔn)備，以降低圍術(shù)期DSWI 的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

由于病例首頁(yè)信息的限制，圍術(shù)期DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的部分重要危險(xiǎn)因素（如患者體重指數(shù)、ICU 時(shí)間等）并未充分考慮。此外，本研究為單中心研究，預(yù)測(cè)心臟圍術(shù)期死亡風(fēng)險(xiǎn)的列線圖模型還需經(jīng)多中心、更大樣本研究進(jìn)一步外部驗(yàn)證。

綜上所述，基于上述10 項(xiàng)危險(xiǎn)因素建立的國(guó)內(nèi)首個(gè)預(yù)測(cè)DSWI 風(fēng)險(xiǎn)的列線圖模型具有良好的區(qū)分度、準(zhǔn)確性以及一定的臨床應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于甄別高風(fēng)險(xiǎn)DSWI 患者、制訂更有效的干預(yù)對(duì)策以及預(yù)防圍術(shù)期風(fēng)險(xiǎn)提供指導(dǎo)依據(jù)。