決策樹聯(lián)合Logistic回歸模型探討骨科清潔手術(shù)術(shù)后切口感染病原菌特點(diǎn)及危險(xiǎn)因素

楊蓓蓓,張曉鈺,姜鳳麗,張 晉,烏伊萍,李興歡,劉 冬

0 引言

手術(shù)治療是骨科最常采用的治療方式,但骨科手術(shù)創(chuàng)傷大、失血多,且因多數(shù)手術(shù)有植入物的特點(diǎn),導(dǎo)致患者術(shù)后發(fā)生感染的危險(xiǎn)性較大。一旦發(fā)生感染則會(huì)加重病情,延長治療時(shí)間,嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致肢體殘疾,甚至危及生命[1]。近年來,國內(nèi)外學(xué)者通過單因素和Logistic多因素回歸分析,對(duì)骨科手術(shù)切口感染的相關(guān)危險(xiǎn)因素做了大量的研究,一致認(rèn)為感染發(fā)生是多因素綜合作用的結(jié)果,但各個(gè)因素在術(shù)后感染中的影響程度及相互作用很少有研究報(bào)道[2-3]。本研究對(duì)骨科術(shù)后切口感染患者的病原菌特點(diǎn)進(jìn)行分析,同時(shí)將CHAID 決策樹模型與多因素 Logistic 回歸模型相結(jié)合,從不同角度更充分地描述影響術(shù)后感染發(fā)生的主要危險(xiǎn)因素及各危險(xiǎn)因素的交互作用,為進(jìn)一步制定預(yù)防與控制感染發(fā)生的措施提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 采用回顧性調(diào)查方法,選取2018年1月-2020年12月在醫(yī)院骨科行清潔手術(shù)的2 264例患者,其中男1 284例,女980例;年齡1～86歲,平均年齡(43.98±19.94)歲。本研究納入的骨科清潔手術(shù)主要包括閉合性骨折內(nèi)固定術(shù)、內(nèi)固定取出術(shù)、包塊切除術(shù)、關(guān)節(jié)鏡探查術(shù)以及關(guān)節(jié)置換術(shù),其中骨折內(nèi)固定術(shù)、關(guān)節(jié)置換術(shù)都是有植入物的手術(shù),共229例,占清潔手術(shù)的10.1%。

1.2 研究方法

1.2.1 切口感染診斷標(biāo)準(zhǔn) 術(shù)后切口感染標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)2001年衛(wèi)生部頒發(fā)的《醫(yī)院感染診斷標(biāo)準(zhǔn)》[4]進(jìn)行篩選。無植入物手術(shù)后30 d內(nèi)、有植入物(如人工關(guān)節(jié))術(shù)后1年內(nèi)發(fā)生的切口感染納入篩選。具備下列條件之一即可診斷為術(shù)后切口感染：①表淺切口有紅、腫、熱、痛,或有膿性分泌物;②從深部切口引流出或穿刺抽到膿液,感染性手術(shù)后引流液除外;③自然裂開或由外科醫(yī)師打開的切口,有膿性分泌物或發(fā)熱≥38 ℃,局部有疼痛或壓痛;④再次手術(shù)探查、經(jīng)組織病理學(xué)或影像學(xué)檢查,發(fā)現(xiàn)涉及深部切口膿腫或其他感染證據(jù);⑤臨床醫(yī)師診斷的切口感染。

1.2.2 病原菌檢測(cè) 患者確診為手術(shù)切口感染后,收集切口的分泌物并送至檢驗(yàn)科進(jìn)行病原菌培養(yǎng)及藥敏分析。

1.2.3 切口感染危險(xiǎn)因素分析 對(duì)所有患者的性別、年齡、基礎(chǔ)疾病、手術(shù)類型、住院時(shí)間等相關(guān)因素進(jìn)行記錄。根據(jù)骨科術(shù)后感染的發(fā)生情況及其相關(guān)危險(xiǎn)因素建立決策樹 CHAID(Chi-squared automatic interaction detector,CHAID)模型和Logistic回歸模型。

建立決策樹模型：將術(shù)后發(fā)生感染的相關(guān)因素進(jìn)行 CHAID算法分析,設(shè)定決策樹生長層數(shù)為3層,生長“枝條”分割顯著性水準(zhǔn)P=0.05,母節(jié)點(diǎn)最小樣本量為50,子節(jié)點(diǎn)為10,如果節(jié)點(diǎn)上的樣本量達(dá)不到此要求或P>0.05,則該節(jié)點(diǎn)為終末結(jié)點(diǎn),不再進(jìn)行分割。

建立 Logistic 回歸模型：首先對(duì)骨科手術(shù)切口感染的相關(guān)因素進(jìn)行單因素分析,篩選影響切口感染的危險(xiǎn)因素。以篩選出的相關(guān)因素作為自變量,以術(shù)后是否感染作為因變量,對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行具體賦值,采用Forward LR法建立二分類非條件 Logistic 回歸模型,進(jìn)行多因素分析。變量及其賦值見表1。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析 本研究采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,計(jì)數(shù)資料比較應(yīng)用χ2檢驗(yàn),計(jì)量資料組間比較應(yīng)用t檢驗(yàn),通過CHAID法建立決策樹模型,通過二分類 Logistic 回歸進(jìn)行多因素分析,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 各變量具體賦值

2 結(jié)果

2.1 切口感染患者的病原菌特點(diǎn) 在2 264例手術(shù)患者中,31例(1.37%)患者發(fā)生術(shù)后感染,術(shù)后感染的手術(shù)包括8例閉合性骨折內(nèi)固定術(shù)、5例內(nèi)固定取出術(shù)、4例關(guān)節(jié)鏡探查術(shù)以及14例關(guān)節(jié)置換術(shù)。對(duì)切口分泌物進(jìn)行細(xì)菌學(xué)培養(yǎng),共分離出病原菌15株,其中革蘭陽性球菌10株,占病原菌總數(shù)的66.67%,主要是金黃色葡萄球菌(7株)、表皮葡萄球菌(2株)、糞腸球菌(1株);其余為革蘭陰性桿菌5株,占病原菌總數(shù)的33.33%,包括大腸埃希菌(2株)、鮑曼不動(dòng)桿菌(1株)、陰溝腸桿菌(1株)、銅綠假單胞菌(1株)。通過對(duì)上述培養(yǎng)出的病原菌進(jìn)行藥敏分析,發(fā)現(xiàn)有2株為耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcusaureus,MRSA),有1株為耐甲氧西林的表皮葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcusepidermidis,MRSE),有1株為耐碳青霉烯類抗菌藥物鮑曼不動(dòng)桿菌(Carbapenem-resistantAcinetobacterbaumannii,CRAB),有1株為產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(Extended spectrum beta- lactamases,ESBLs)的大腸埃希菌。

2.2 切口感染危險(xiǎn)因素的決策樹模型分析 本研究采用CHAID計(jì)算法完成數(shù)據(jù)挖掘,建立決策樹預(yù)測(cè)模型。按照上述設(shè)置的參數(shù),決策樹生長3層,共有4個(gè)終末結(jié)點(diǎn),見圖1,產(chǎn)生的終末結(jié)點(diǎn)規(guī)則見表2。圖1的方框即節(jié)點(diǎn),如在某節(jié)點(diǎn)無有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的分割,此節(jié)點(diǎn)停止分支而成為葉節(jié)點(diǎn)。

表2 術(shù)后發(fā)生感染相關(guān)因素的 CHAID 分析分類規(guī)則

首先進(jìn)入決策樹模型的因素是術(shù)前抗菌藥物的使用時(shí)間,并形成2個(gè)子集,表明術(shù)前抗菌藥物使用時(shí)間與感染發(fā)生的相關(guān)性最高;在術(shù)前抗菌藥物使用時(shí)間≥10 d的子集中,手術(shù)時(shí)間首先進(jìn)行分類樹,并形成2個(gè)亞子集,手術(shù)時(shí)間>2 h的患者術(shù)后感染的發(fā)生率高于手術(shù)時(shí)間≤2 h的患者;在手術(shù)時(shí)間>2 h的亞子集中,既往是否手術(shù)對(duì)術(shù)后感染發(fā)生的影響最大,既往進(jìn)行過手術(shù)的患者術(shù)后感染的發(fā)生率較高。由于決策樹模型對(duì)資料信息提煉充分,輸出的圖形結(jié)構(gòu)直觀,所以從該模型中可直接得出各因素對(duì)術(shù)后感染發(fā)生的影響順序,獲得主要影響因素和各影響因素的交互作用等相關(guān)信息。

2.3 切口感染危險(xiǎn)因素的Logistic回歸分析 將可能影響術(shù)后感染發(fā)生的相關(guān)因素進(jìn)行單因素分析,以P<0.05作為選入變量的標(biāo)準(zhǔn)篩選出12個(gè)變量,以其作為自變量進(jìn)行二分類非條件Logistic回歸分析,結(jié)果共有4個(gè)變量進(jìn)入回歸方程,模型的擬合優(yōu)度為0.512,大于檢驗(yàn)水準(zhǔn)0.05,則認(rèn)為該模型中信息已經(jīng)被充分提取,模型擬合優(yōu)度較高。Logistic 回歸分析結(jié)果顯示,合并糖尿病、手術(shù)時(shí)間>2 h、術(shù)前抗菌藥物使用時(shí)間≥10 d、既往有手術(shù)記錄是骨科術(shù)后發(fā)生感染的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,見表3。

圖1 CHAID 方法對(duì)術(shù)后感染發(fā)生影響因素分析的決策樹模型圖

表3 影響術(shù)后感染發(fā)生的多因素 Logistic 回歸分析

3 討論

手術(shù)是骨科最常用的治療手段,而骨科術(shù)后切口感染不僅降低臨床治療效果,造成患者住院時(shí)間延長,還會(huì)增加患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[5-6]。因此,明確骨科術(shù)后感染的危險(xiǎn)因素,并采取針對(duì)性的控制措施,對(duì)減少骨科術(shù)后感染發(fā)生具有重要意義。

本研究納入2 264例骨科手術(shù)患者,術(shù)后切口感染率為1.37%,這與秦晴等[7]研究中的切口感染發(fā)生率類似。但也有的文獻(xiàn)提到切口感染發(fā)生率較高[8-9],不一致的原因考慮是不同研究納入的手術(shù)類型及切口部位存在差異。萬玉英等[9]研究中,骨科手術(shù)的術(shù)后感染率為2.82%,納入的植入物手術(shù)占比為47.50%,而該研究中放植入物手術(shù)的占比只有10.1%,植入物手術(shù)占比高的研究術(shù)后感染的發(fā)生率明顯增加。另外,在該研究中,31例患者發(fā)生術(shù)后感染,其中22例是有植入物的手術(shù),占所有植入物手術(shù)的9.60%,9例是無植入物手術(shù),占所有非植入物手術(shù)的0.44%,這提示有異物植入的手術(shù)術(shù)后發(fā)生切口感染的幾率較高,可以考慮術(shù)前預(yù)防使用抗菌藥物,這與2015年版《抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則》[10]中的推薦一致。但在2種模型中是否有植入物這一因素并不是影響術(shù)后感染發(fā)生的危險(xiǎn)因素,考慮是因?yàn)樵撗芯恐屑{入的植入物手術(shù)較少、效應(yīng)不夠充分。在一項(xiàng)為期15年的研究中,提到微生物培養(yǎng)結(jié)果陰性是切口感染治療失敗的原因之一,陰性發(fā)生率為每年11.9%～33.3%[11]。而在本研究中,分泌物培養(yǎng)的陰性率達(dá)51.61%,高于33.3%,提示應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范采集標(biāo)本的操作、盡可能在抗菌藥物使用前采集標(biāo)本及延長培養(yǎng)的潛伏期等,提高標(biāo)本培養(yǎng)的陽性率。另外,本研究中培養(yǎng)的病原體與既往文獻(xiàn)類似,革蘭陽性球菌占主要地位,金黃色葡萄球菌是最常見的病原微生物,但個(gè)別病原菌的流行率發(fā)生了變化,如表皮葡萄球菌[12-13]。在Hu等[14]關(guān)于人工關(guān)節(jié)周圍感染的微生物分布研究中,革蘭陽性球菌占病原菌總數(shù)的63.9%,表皮葡萄球菌是最常見的病原菌,主要原因可能是隨著時(shí)間變化,凝固酶陰性葡萄球菌潛在的致病性發(fā)生了變化[15]。而且本項(xiàng)研究檢出5株耐藥菌,主要是耐甲氧西林的葡萄球菌,這與文獻(xiàn)報(bào)道一致[16]。耐藥菌檢出結(jié)果表明,圍手術(shù)期預(yù)防使用抗菌藥物只能針對(duì)一部分早期引起切口感染的微生物,在治療過程中臨床醫(yī)生需要積極送檢,為多重耐藥菌的患者制定個(gè)體化的用藥方案。

在本研究中,采用決策樹CHAID模型與多因素Logistic回歸模型分析得出的影響術(shù)后感染發(fā)生的危險(xiǎn)因素有所不同。對(duì)于本研究,CHAID 決策樹模型優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下兩方面：一方面,CHAID 決策樹模型分析的結(jié)果解釋了哪一危險(xiǎn)因素使得患者術(shù)后感染的發(fā)生率最高,而Logistic 回歸模型并沒有針對(duì)危險(xiǎn)因素的重要程度直觀分析各因素的作用,因此,CHAID 決策樹模型相比Logistic 回歸模型單一分析術(shù)后感染發(fā)生的危險(xiǎn)因素更具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。CHAID 決策樹模型研究的結(jié)果提示,術(shù)前抗菌藥物使用時(shí)間的長短對(duì)術(shù)后感染的影響最為顯著,手術(shù)時(shí)間和既往是否有手術(shù)經(jīng)歷等因素影響程度依次降低。另一方面,決策樹CHAID模型顯示出各危險(xiǎn)因素間的相互作用關(guān)系,具體地分析某危險(xiǎn)因素在各亞群中是否具有意義,而Logistic 回歸模型對(duì)于分析危險(xiǎn)因素之間的交互效應(yīng)不如決策樹模型[17]。例如,手術(shù)時(shí)間越長的患者,且既往有手術(shù)經(jīng)歷的患者感染的風(fēng)險(xiǎn)越高,但手術(shù)時(shí)間≤2 h時(shí),術(shù)后切口感染的風(fēng)險(xiǎn)與既往是否有手術(shù)經(jīng)歷無關(guān),這提示對(duì)于清潔手術(shù),若手術(shù)時(shí)間>2 h且既往有手術(shù)經(jīng)歷的患者可考慮術(shù)前預(yù)防用藥,而對(duì)于沒有手術(shù)經(jīng)歷的患者,不需預(yù)防使用抗菌藥物;若手術(shù)時(shí)間≤2 h,無論既往是否有手術(shù)經(jīng)歷,患者切口感染的風(fēng)險(xiǎn)均較小,術(shù)前沒有預(yù)防使用抗菌藥物的指征。Logistic 回歸模型的優(yōu)勢(shì)在于其表現(xiàn)的是術(shù)后感染的發(fā)生率與各自危險(xiǎn)因素的依存關(guān)系,在獨(dú)立于其他危險(xiǎn)因素之外的基礎(chǔ)上來分析某因素的主效應(yīng),因此,在自變量對(duì)因變量變化關(guān)系方面的信息比CHAID決策樹模型充分。例如,在本研究中,合并糖尿病、手術(shù)時(shí)間>2 h、術(shù)前抗菌藥物使用時(shí)間≥10 d以及既往有手術(shù)經(jīng)歷均作為骨科術(shù)后發(fā)生感染的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。但合并糖尿病這一因素在CHAID決策樹模型中被剔除,主要原因：在決策樹模型中,既往手術(shù)作為母節(jié)點(diǎn)的樣本數(shù)只有30,不符合最小樣本量大于50的條件,使得該節(jié)點(diǎn)成為終末結(jié)點(diǎn),導(dǎo)致合并糖尿病這一影響因素在決策樹模型中未體現(xiàn)。

糖尿病作為骨科手術(shù)后發(fā)生感染的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,主要原因是糖尿病患者體內(nèi)積累的高級(jí)糖基化終產(chǎn)物導(dǎo)致膠原蛋白合成減少,傷口拉伸強(qiáng)度降低,手術(shù)切口部位新生血管形成減緩和毛細(xì)血管容積減少,致使骨科手術(shù)切口部位愈合難度大,愈合時(shí)間延長,滋生細(xì)菌的機(jī)會(huì)增加;另外,高血糖導(dǎo)致白細(xì)胞功能受損,包括吞噬能力減弱和趨化性受損,機(jī)體免疫功能減退,抵抗力降低,細(xì)菌殺傷能力明顯下降,這些情況致使骨科手術(shù)切口部位容易發(fā)生術(shù)后感染[18-20]。另外,手術(shù)時(shí)間>2 h為骨科手術(shù)后發(fā)生感染的另一獨(dú)立危險(xiǎn)因素,主要因?yàn)槭中g(shù)時(shí)間持續(xù)越長,切口長時(shí)間暴露于空氣中,創(chuàng)面與空氣中存在的病原菌接觸時(shí)間延長,手術(shù)中的各種醫(yī)療器械與空氣接觸的時(shí)間也延長,污染的幾率增加,導(dǎo)致患者術(shù)后感染的發(fā)生率也相應(yīng)增加[19]。術(shù)前抗菌藥物使用時(shí)間≥10 d會(huì)導(dǎo)致患者在長期大量使用抗菌藥物的過程中殺滅體內(nèi)的正常菌群,導(dǎo)致患者體內(nèi)菌群失調(diào),而未被殺滅的細(xì)菌會(huì)出現(xiàn)耐藥性,進(jìn)而使定植的細(xì)菌大量繁殖,感染愈發(fā)難以控制[21-22]。既往有手術(shù)經(jīng)歷的患者容易發(fā)生術(shù)后感染,主要是因?yàn)榛颊呓M織損傷程度增加,皮膚屏障功能破壞,局部炎癥反應(yīng)明顯,機(jī)體抵抗力下降,進(jìn)而增加了術(shù)后感染的危險(xiǎn)性。

針對(duì)上述危險(xiǎn)因素,建議：①避免為防止切口感染而在術(shù)前盲目使用抗菌藥物,更加重視抗菌藥物的合理使用,加強(qiáng)非抗菌藥物預(yù)防手段的應(yīng)用,從而降低醫(yī)院耐藥菌株的產(chǎn)生;②術(shù)前對(duì)患者進(jìn)行全面評(píng)估,尤其對(duì)伴有糖尿病的患者,建議手術(shù)當(dāng)天血糖控制目標(biāo)為空腹或餐前血糖6.1～7.8 mmol/L,餐后2 h或隨機(jī)血糖7.8～10.0 mmol/L,在血糖控制穩(wěn)定的情況下再行擇期手術(shù)治療[23];③醫(yī)護(hù)在術(shù)前充分溝通,減少手術(shù)時(shí)間;④若考慮患者存在切口感染,但細(xì)菌培養(yǎng)及藥敏結(jié)果尚未明確,首先經(jīng)驗(yàn)性選擇針對(duì)革蘭陽性球菌敏感的抗菌藥物,不能盲目選擇抗菌譜更廣的抗菌藥物,避免聯(lián)合用藥,降低耐藥菌株的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),并且需要權(quán)衡利弊,確定患者的危險(xiǎn)因素,制定個(gè)性化的抗菌藥物治療方案。

綜上所述,骨科清潔手術(shù)發(fā)生術(shù)后切口感染的影響因素較多,其切口分泌物的病原菌特點(diǎn)與既往研究一致。本研究將CHAID 決策樹模型方法和 Logistic 回歸方法相結(jié)合,更加全面直觀地描述影響術(shù)后感染發(fā)生的因素及作用,并針對(duì)危險(xiǎn)因素制定出我院骨科手術(shù)切口感染的預(yù)防和治療策略。