Readmission risk of patients after hip replacement based on neural network model

ZHANG Lufang，ZHANG Ying，CHEN Keya，YU Renyue，CHEN YuThe 1st School of Medicine，Wenzhou Medical University，Zhejiang 325000 ChinaCorresponding Author CHEN Yu，E-mail：chenxiaolongwy@126.com

Keywords hip replacement;deep vein thrombosis of lower limbs;readmission;neural network model;influencing factors;nursing

摘要 目的：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型篩選髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后病人再入院的影響因素，并分析模型的預(yù)測(cè)效能。方法：回顧性分析2020年5月—2022年12月在溫州某三級(jí)甲等醫(yī)院接受髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的440例病人的資料，根據(jù)病人出院后再入院情況分為再入院組和未再入院組，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，使用受試者工作特征（ROC）曲線下面積（AUC）評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)效果。結(jié)果：髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后病人再入院率為19.55%。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型顯示，髖關(guān)節(jié)置換術(shù)病人再入院居前5位的危險(xiǎn)因素為糖尿病（100.0%）、手術(shù)時(shí)長(zhǎng)（89.4%）、住院時(shí)長(zhǎng)（79.9%）、性別（71.2%）、術(shù)后并發(fā)深靜脈血栓（69.0%），模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為81.5%，AUC為0.728［95%CI（0.669，0.786）］。結(jié)論：經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型篩選，糖尿病、手術(shù)時(shí)長(zhǎng)、住院時(shí)長(zhǎng)、性別及術(shù)后并發(fā)深靜脈血栓為髖關(guān)節(jié)置換術(shù)病人再入院的危險(xiǎn)因素，模型預(yù)測(cè)效能較好。臨床醫(yī)護(hù)人員可結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析結(jié)果，早期篩選髖關(guān)節(jié)置換術(shù)病人再入院的高危病人，開(kāi)展早期預(yù)防，改善圍術(shù)期護(hù)理，強(qiáng)化出院后監(jiān)測(cè)，降低再入院率。

關(guān)鍵詞 髖關(guān)節(jié)置換術(shù);下肢深靜脈血栓;再入院;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型;影響因素;護(hù)理

doi：10.12102/j.issn.2095-8668.2024.13.014

髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty，THA）是終末期髖關(guān)節(jié)疾病的外科治療方法，可以減輕疼痛，改善功能，提高病人生活質(zhì)量。研究顯示，我國(guó)每年有3萬(wàn)～5萬(wàn)例病人接受THA手術(shù)［1-2］。THA手術(shù)量增加的同時(shí)也增加了術(shù)后假體感染、脫位的風(fēng)險(xiǎn)，使病人術(shù)后再入院率上升。美國(guó)的一項(xiàng)研究將再入院定義為：1）初次住院后7 d內(nèi)或8～30 d再住院；2）因急診、急救、擇期手術(shù)原因再住院；3）在國(guó)內(nèi)任何醫(yī)院的再住院；4）再住院的診斷或手術(shù)與初次住院有關(guān)［3］。由于THA病人在術(shù)后3個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)關(guān)節(jié)功能［4］，所以本研究未定義再入院天數(shù)。一項(xiàng)納入274 851例THA病人的研究表明，THA術(shù)后30 d與90 d再入院率分別為5.6%、10.2%［5］。THA病人再入院會(huì)進(jìn)一步增加醫(yī)療保健系統(tǒng)負(fù)擔(dān)及病人的經(jīng)濟(jì)壓力。Reeves等［6］研究表明，THA病人每次再入院的平均費(fèi)用達(dá)17 103美元。同時(shí)，再入院次數(shù)的增加也會(huì)降低病人的康復(fù)信念，不利于康復(fù)護(hù)理的開(kāi)展。因此，早期識(shí)別THA風(fēng)險(xiǎn)病人并采取相應(yīng)護(hù)理措施顯得尤為重要。再入院與其相關(guān)因素往往不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，各影響因素之間也存在多重共線性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為一種算法數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模仿人腦內(nèi)部神經(jīng)元之間相互傳遞信號(hào)并進(jìn)行分布式并行信息處理，可識(shí)別變量間的非線性關(guān)系，具有很強(qiáng)的信息處理及泛化能力［7］，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或許可以更好地揭示再入院與各影響變量的關(guān)系。本研究通過(guò)回顧性分析2020年5月—2022年12月接受THA病人再入院情況，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分析THA病人再入院的相關(guān)因素，明確THA術(shù)后病人再入院的影響因素，以期為臨床決策提供參考。

1 對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象

選取2020年5月—2022年12月在溫州某三級(jí)甲等醫(yī)院骨科行THA病人的資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：1）年齡≥18歲；2）行單側(cè)THA；3）住院時(shí)間gt;24 h；4）常規(guī)進(jìn)行各項(xiàng)檢查，臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：1）術(shù)前已有深靜脈血栓（deep vein thrombosis，DVT）者或下肢超聲多普勒檢查結(jié)果提示陳舊性血栓者；2）術(shù)前長(zhǎng)期服用抗凝藥者；3）合并肝、腎和造血系統(tǒng)嚴(yán)重疾??；4）再入院地點(diǎn)為其他醫(yī)院，非本研究醫(yī)院；5）自動(dòng)出院或死亡者。本研究已通過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)審查（倫理編號(hào)：KY2022-R161）。

1.2 方法

1.2.1 資料收集及分析方法

記錄病人的一般資料及手術(shù)情況，包括年齡、性別、體質(zhì)指數(shù)（body" mass index，BMI）、住院時(shí)長(zhǎng)、手術(shù)時(shí)間、術(shù)后是否并發(fā)DVT等。觀察病人術(shù)后再入院情況，再入院原因需與本次疾病相關(guān)（THA術(shù)后相關(guān)癥狀）。根據(jù)病人再入院情況分為再入院組和未再入院組。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究嘗試構(gòu)建多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（multilayer perceptron，MLP），隱含層激活函數(shù)為雙曲正切，輸出層激活函數(shù)為Softmax，根據(jù)個(gè)案的相對(duì)數(shù)量隨機(jī)分配個(gè)案：70%病人數(shù)據(jù)為訓(xùn)練集，30%病人數(shù)據(jù)為測(cè)試集，訓(xùn)練集用于模型的開(kāi)發(fā)，測(cè)試集用于模型的驗(yàn)證。應(yīng)用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析模型的預(yù)測(cè)效能，以ROC曲線下面積（area under curve，AUC）評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)效果。采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，服從正態(tài)分布的定量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）描述，滿足方差齊性檢驗(yàn)的資料組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不服從正態(tài)分布的定量資料采用中位數(shù)、四分位數(shù)［M（P25，P75）］描述，組間比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)；定性資料采用例數(shù)、百分比（%）描述，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 再入院組情況

共納入440例THA病人，再入院組86例（19.55%）。再入院原因見(jiàn)表1。再入院組及未再入院組病人一般資料見(jiàn)表2。

2.2 再入院中位時(shí)間間隔分布

再入院中位間隔時(shí)間為30 d，其中，出院當(dāng)天入院5例（5.75%）；1～15 d 入院21例（24.14%）；16～30 d入院18例（20.69%）；31～45 d 入院24例（27.59%）；46～60 d 入院12例（13.79%）；60～90 d入院2例（2.30%）；90 d以上入院5例（5.75%）。

2.3 影響THA術(shù)后病人再入院神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用MLP，輸入髖關(guān)節(jié)術(shù)后病人再入院影響相關(guān)變量，輸出變量為是否再入院，模型基本情況見(jiàn)表3。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型顯示，THA病人再入院居前5位的危險(xiǎn)因素為糖尿?。?00.0%）、手術(shù)時(shí)長(zhǎng)（89.4%）、住院時(shí)長(zhǎng)（79.9%）、性別（71.2%）、術(shù)后并發(fā)DVT（69.0%），見(jiàn)圖1。

2.4 THA病人再入院模型預(yù)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)

使用AUC、準(zhǔn)確率等指標(biāo)評(píng)價(jià)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)效果，結(jié)果顯示，模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率、靈敏度、特異度、約登指數(shù)分別為81.5%、64.4%、72.6%、0.370，AUC為0.728［95%CI（0.669，0.786）］，顯示模型預(yù)測(cè)性良好。

3 討論

3.1 THA術(shù)后病人再入院率較高

本研究結(jié)果顯示，THA病人術(shù)后再入院率為19.55%，高于White等［5，8］研究結(jié)果?？赡茉颍?）納入病人的時(shí)間較長(zhǎng)且未規(guī)定再入院時(shí)間間隔。由于THA術(shù)后需要gt;1個(gè)月的時(shí)間才能達(dá)到術(shù)前狀態(tài)，故本研究未規(guī)定再入院時(shí)間間隔。病人再入院的中位間隔時(shí)間為30 d，再入院間隔時(shí)間90 d以上的占5.75%。2）住院時(shí)間。一項(xiàng)Meta分析顯示，關(guān)節(jié)置換病人住院時(shí)間≥5 d時(shí)再入院風(fēng)險(xiǎn)更高［9］。本研究病人平均住院時(shí)間為7 d，較長(zhǎng)的住院時(shí)間可能與病人病情復(fù)雜程度有關(guān)。3）距離因素。Pinto等［10］研究顯示，由于經(jīng)濟(jì)差異及護(hù)理?xiàng)l件的欠缺，居住在農(nóng)村的病人存在更高的再入院風(fēng)險(xiǎn)。本中心THA病人大多來(lái)自市內(nèi)農(nóng)村地區(qū)，當(dāng)?shù)蒯t(yī)療條件相對(duì)落后，重體力勞動(dòng)相對(duì)較多，髖關(guān)節(jié)負(fù)重大，不利于關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，在一定程度上也提高了再入院率。

3.2 出院后45 d THA病人再入院率最高

本研究中，78.17%的病人在出院后45 d內(nèi)再入院，與THA術(shù)后90 d內(nèi)的并發(fā)癥發(fā)生率較高相符［11］。本研究THA病人多為老年病人，年齡為（66.60±13.64）歲，老年人體質(zhì)較差、機(jī)體防御能力低下，臨床合并癥較多，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率相對(duì)較高。術(shù)后早期假體穩(wěn)定性較差，加之老年病人髖關(guān)節(jié)周?chē)浗M織疏松，若早期患肢過(guò)度活動(dòng)、移動(dòng)方式不正確，都會(huì)增加關(guān)節(jié)脫位的風(fēng)險(xiǎn)［12］。由于THA術(shù)后需要長(zhǎng)期護(hù)理，且THA病人出院后的功能鍛煉依從性隨著出院時(shí)間的增加而逐漸降低［13］。因此，在出院90 d后，本研究仍有病人因關(guān)節(jié)疼痛和傷口感染再次入院。這就要求醫(yī)護(hù)人員重視出院后THA病人的長(zhǎng)期護(hù)理，加強(qiáng)對(duì)病人的健康教育，包括術(shù)后如何進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)、日常護(hù)理，以降低感染及脫位的風(fēng)險(xiǎn)，使病人明確THA術(shù)后堅(jiān)持長(zhǎng)期康復(fù)鍛煉及日常護(hù)理的重要性。有研究顯示，THA術(shù)后病人隨訪需求較高。因此，醫(yī)護(hù)人員應(yīng)了解病人隨訪需求，加強(qiáng)病人術(shù)后隨訪，從心理、生理等方面為病人提供全程、個(gè)體化幫助，促進(jìn)病人康復(fù)［14］。

3.3 THA術(shù)后再入院的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)THA術(shù)后病人再入院的危險(xiǎn)因素重要程度排名居前5位的依次為糖尿病、手術(shù)時(shí)長(zhǎng)、住院時(shí)長(zhǎng)、性別及術(shù)后并發(fā)DVT。研究證明，糖尿病會(huì)增加關(guān)節(jié)置換術(shù)后脫位、松動(dòng)、感染等不良結(jié)局的風(fēng)險(xiǎn)，并將血糖控制不佳作為人工關(guān)節(jié)術(shù)后感染的預(yù)測(cè)指標(biāo)之一［15-16］。糖尿病病人由于微血管病變引起局部組織缺血，延緩愈合速度，血液中高血糖抑制白細(xì)胞吞噬、黏附能力，降低細(xì)胞的內(nèi)殺傷作用，使關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)增高［17］。DVT作為T(mén)HA術(shù)后常見(jiàn)的并發(fā)癥，表現(xiàn)為單側(cè)或者雙側(cè)腿部的腫脹、疼痛，嚴(yán)重影響THA術(shù)后功能恢復(fù)情況，增加病人術(shù)后再入院率［18］。發(fā)生DVT的病人由于害怕血栓脫落而限制活動(dòng)，無(wú)法進(jìn)行及時(shí)、有效的THA術(shù)后下肢功能鍛煉，進(jìn)而加重假體功能障礙。楊建村等［19］研究顯示，不愈合期病人C反應(yīng)蛋白、D-二聚體水平高于愈合期病人，提示血栓可能會(huì)影響骨折的愈合情況。骨折處愈合不良則會(huì)加重關(guān)節(jié)疼痛、加大關(guān)節(jié)脫位概率，從而提高病人再入院率［20-21］。較長(zhǎng)的手術(shù)時(shí)間使得術(shù)中感染風(fēng)險(xiǎn)、術(shù)中失血量增加，也會(huì)增加關(guān)節(jié)置換后的切口感染及關(guān)節(jié)翻修的發(fā)生率［22-23］。此外，手術(shù)時(shí)間越長(zhǎng)說(shuō)明手術(shù)難度越大、病人病情越復(fù)雜，再入院率越高。住院時(shí)間同樣也與病人病情復(fù)雜程度有關(guān)，病情復(fù)雜，病人需要較長(zhǎng)時(shí)間的住院治療，再入院率的可能性就越大。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型還顯示，性別為T(mén)HA病人再入院的影響因素，由于女性病人髖臼底深度較深，使得術(shù)中臼杯內(nèi)移導(dǎo)致髖臼偏距減少；且女性髖臼本身比較小，選擇臼杯直徑較大，導(dǎo)致女性病人總高度減小，其旋轉(zhuǎn)中心相對(duì)下移，這些原因都會(huì)導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)Harris評(píng)分下降，最終影響術(shù)后功能恢復(fù)［24-25］，但性別對(duì)THA術(shù)后再入院的影響尚有爭(zhēng)議［9］，詳細(xì)機(jī)制還需進(jìn)一步探討。

3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型篩選影響因素的優(yōu)勢(shì)

MLP為多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，相比于其他類(lèi)型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其可增加模型的復(fù)雜性以擬合更復(fù)雜的臨床問(wèn)題，且對(duì)研究數(shù)據(jù)的分布類(lèi)型無(wú)假設(shè)要求。對(duì)于非線性問(wèn)題，當(dāng)自變量之間有高度相關(guān)性時(shí)，傳統(tǒng)的回歸模型更易受到影響，不易得出準(zhǔn)確的分析結(jié)果，因此MLP的處理能力優(yōu)于傳統(tǒng)的回歸模型。此外，MLP被多項(xiàng)研究證實(shí)為多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型中預(yù)測(cè)效果最佳的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型之一［26-27］。本研究構(gòu)建的MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有較好的預(yù)測(cè)性能，模型篩選出的高危風(fēng)險(xiǎn)因素可以幫助臨床護(hù)士對(duì)THA病人術(shù)后再入院風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更精確的評(píng)估，并進(jìn)行早期干預(yù)，降低THA術(shù)后再入院率，促進(jìn)病人康復(fù)。

4 小結(jié)

本研究運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)THA術(shù)后病人的資料分析結(jié)果顯示，糖尿病、手術(shù)時(shí)長(zhǎng)、住院時(shí)長(zhǎng)、性別及術(shù)后并發(fā)DVT等為T(mén)HA病人再入院的影響因素。由于本研究只在一個(gè)研究中心進(jìn)行，一些病人可能在其他醫(yī)院再次入院，因此再入院率可能存在偏差；本研究的樣本量偏少，未來(lái)可進(jìn)行多中心、大樣本研究，使研究結(jié)果更有代表性；今后可建立更準(zhǔn)確的再入院預(yù)測(cè)模型，完善THA術(shù)后管理，識(shí)別THA術(shù)后再入院高風(fēng)險(xiǎn)人群，加強(qiáng)隨訪工作，提高病人康復(fù)質(zhì)量，減少術(shù)后再入院率。

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（收稿日期：2023-11-06；修回日期：2024-06-08）

（本文編輯張建華）

基金項(xiàng)目 浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目，編號(hào)：2023KY141

作者簡(jiǎn)介 張露芳，碩士研究生在讀

*通訊作者 陳瑜，E-mail：chenxiaolongwy@126.com

引用信息 張露芳，張穎，陳柯雅，等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后病人再入院風(fēng)險(xiǎn)研究［J］.循證護(hù)理，2024，10（13）：2360-2364.