Erstellung und Validierung eines Vorhersagemodells für die Gesamtmortalität innerhalb von 30 Tagen nach der Operation bei kritisch kranken Patienten, die sich einer gastrointestinalen Notfalloperation unterziehen (EGS-30MP)

1. Forschungshintergrund Magen-Darm-Operationen spielen eine grundlegende Rolle bei der Behandlung von Erkrankungen des Verdauungstrakts. Dennoch ist die Inzidenz postoperativer Infektionen aufgrund ihrer längeren Dauer, des Vorhandenseins verschiedener Bakterien im Darm, die während der Operation zu einer bakteriellen Translokation führen können, gepaart mit einer verminderten Immunfunktion und einer verminderten Darmfunktion nach der Operation relativ hoch. Dies beeinträchtigt nicht nur die Wirksamkeit der Operation und die Genesung des Patienten, sondern verlängert auch die Krankenhausaufenthalte und erhöht die wirtschaftlichen Belastungen. In schweren Fällen kann es zu einer Sepsis kommen, die möglicherweise zum Tod führt. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Sterblichkeitsrisiko im Zusammenhang mit gastrointestinalen Notoperationen zwischen 15 und 25 % liegen kann.

   Obwohl weit verbreitete Bewertungssysteme wie APACHE - Ⅱ und SOFA zur Risikobewertung und Vorhersage der Prognose kritisch erkrankter Patienten eingesetzt werden, sind sie überwiegend für Patienten auf der Intensivstation (ICU) konzipiert. Infolgedessen berücksichtigen sie die einzigartigen Merkmale kritisch erkrankter Patienten nach gastrointestinalen Notfalloperationen nicht ausreichend, wie z. B. das Fehlen chirurgischer Faktoren, und ihnen fehlt daher die krankheitsspezifische Vorhersagekraft für das Sterberisiko. Darüber hinaus wurden zwar einige Modelle für maschinelles Lernen entwickelt, um das Sterberisiko von Patienten mit häufigem Magen- und Darmkrebs vorherzusagen, diesen Modellen fehlt jedoch eine unabhängige prospektive Validierung, was ihre klinische Anwendbarkeit einschränkt.

2. Forschungsziele 2.1 Hauptziel Das Hauptziel dieser Studie ist die Erstellung eines Vorhersagemodells für die Gesamtmortalität innerhalb von 30 Tagen nach einer gastrointestinalen Notfalloperation bei kritisch kranken Patienten. Durch den Einsatz fortschrittlicher Algorithmen für maschinelles Lernen versuchen wir, Schlüsselfaktoren im Zusammenhang mit der Sterblichkeit zu identifizieren und ein zuverlässiges Modell zu entwickeln, das die Wahrscheinlichkeit eines Todes innerhalb dieses kritischen Zeitrahmens genau vorhersagen kann.

   2.2 Sekundäres Ziel Basierend auf den vom Modell generierten Mortalitätsvorhersagen wollen wir den Schweregrad der Erkrankungen der Patienten quantifizieren. Dies wird es Ärzten ermöglichen, Hochrisikopatienten frühzeitig zu identifizieren und rechtzeitig und gezielte Interventionen durchzuführen. Dadurch hoffen wir, die Patientenergebnisse zu verbessern, die Sterblichkeitsrate zu senken und die Gesamtqualität der Versorgung dieser Patienten zu verbessern.

3. Forschungsdesign 3.1 Forschungsumfeld und Teilnehmer Die Studie wird am Ersten Krankenhaus der Universität Jilin durchgeführt und ist in zwei verschiedene Phasen unterteilt.

In der Entwicklungsphase wird eine retrospektive Studie an kritisch kranken Patienten durchgeführt, die sich zwischen Juli 2019 und Juli 2024 einer notfallmäßigen Magen-Darm-Operation unterzogen haben. Klinische Daten, die für den Tod von Patienten relevant sind, werden systematisch aus dem elektronischen Patientenaktensystem des Krankenhauses erfasst. Patienten, die die Einschlusskriterien, aber nicht die Ausschlusskriterien erfüllen, werden in die Entwicklungskohorte aufgenommen. Die Daten dieser Patienten werden verwendet, um das erste Vorhersagemodell zu erstellen.

Die Einschlusskriterien für Patienten lauten wie folgt: Sie müssen über 18 Jahre alt sein, sich einer gastrointestinalen Notfalloperation gemäß der zehnten Revision der Internationalen Klassifikation der Krankheiten (ICD-10) unterzogen haben und eine der folgenden kritischen Patientendiagnosen erfüllen Kriterien nach der Operation: Notwendigkeit einer Beatmungsunterstützung am Ende der Operation, Notwendigkeit einer Noradrenalin-Infusionsdosis von mehr als 1,0 μg/kg/min oder sogar in Kombination mit anderen vasopressiven Arzneimitteln zur Aufrechterhaltung des Blutdrucks, schwere Erkrankung Herzrhythmusstörungen oder das Versagen anderer Organfunktionen.

Zu den Ausschlusskriterien zählen Patienten mit oberflächlichen Operationsstellen, die nicht die Bauchhöhle betreffen, solche, bei denen mehr als 30 % der Daten fehlen, Patienten, die während der Operation starben oder deren Behandlung abgebrochen wurde, Patienten mit Mehrfachverletzungen und Patienten, die an anderen klinischen Studien teilnahmen .

In der Validierungsphase wird eine prospektive Single-Center-Beobachtungsstudie durchgeführt. Der Patientenrekrutierungszeitraum soll 5 Monate dauern, und die postoperative Nachbeobachtungszeit beträgt für jeden Patienten 30 Tage. Die gesamte Studie, vom Beginn bis zum Abschluss der Datenanalyse, wird voraussichtlich ein halbes Jahr dauern.

3.2 Bestimmung der Stichprobengröße Die Stichprobengröße für diese Studie wird anhand der von Harrell et al. vorgeschlagenen Methoden berechnet. und Peduzzi et al. Unter Berücksichtigung von etwa 8 wichtigen klinischen Faktoren wird geschätzt, dass mindestens 80 Patienten mit Ereignissen (d. h. 30-Tage-Gesamtmortalität) erforderlich sind. Basierend auf einer prognostizierten Ereignisinzidenzrate von 15 % benötigt der Trainingssatz etwa 534 Fälle und der Validierungssatz 229 Fälle. Bei einem Verhältnis von 7:3 zwischen der Modellierungsgruppe und der Validierungsgruppe beträgt die Gesamtstichprobengröße 763 Fälle. Darüber hinaus ist eine externe Validierungskohorte von etwa 100 Fällen geplant, um die Generalisierbarkeit des Modells weiter zu bewerten.

3.3 Datenerfassung 3.3.1 Expositionsfaktoren Demografische Merkmale: Es werden Informationen zu Geschlecht und Alter der Patienten erfasst. Diese Faktoren können die physiologischen Reaktionen und Erholungsfähigkeiten des Körpers beeinflussen und möglicherweise das Sterblichkeitsrisiko beeinflussen.

Krankengeschichte: Einzelheiten zu früheren Erkrankungen des Patienten, einschließlich Bluthochdruck, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, zerebrovaskuläre Erkrankungen, frühere Herz-Kreislauf- oder Wirbelsäulenoperationen, Nierenerkrankungen, Störungen des Immunsystems, Vorhofflimmern, chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) und andere relevante Erkrankungen Bedingungen, werden aufgezeichnet. Darüber hinaus werden Lebensstilrisikofaktoren wie Rauchen und Alkoholkonsum dokumentiert.

Präoperative Indikatoren: Dazu gehören umfassende Labortestergebnisse wie Hämatokrit, Hämoglobin, Thrombozytenzahl, Anzahl weißer Blutkörperchen, international normalisiertes Verhältnis, Prothrombinzeit, aktivierte partielle Thromboplastinzeit, arterieller Blut-pH-Wert, Sauerstoffpartialdruck, Partialdruck Kohlendioxid, Laktatspiegel, Aspartataminotransferase, Gesamtbilirubin, Albumin, Serumnatrium, Serumkalium, hochempfindliches C-reaktives Protein, Procalcitonin, Gehirnnatriuretikum Peptid (BNP), Troponin, D-Dimer, Kreatinin und Blut-Harnstoff-Stickstoff. Andere präoperative Daten, wie z. B. die Klassifizierung des körperlichen Zustands der American Society of Anaesthesiologists (ASA), Körpertemperatur, Herzfrequenz, Atemfrequenz, mittlerer arterieller Druck und Oxygenierungsindex, werden ebenfalls erfasst.

Intraoperative Indikatoren: Daten wie die Dauer der Operation, das Volumen der intraoperativen Flüssigkeitsinfusion, das Volumen der intraoperativen Transfusion roter Blutkörperchen, die intraoperative Urinausscheidung, der intraoperative Blutverlust, der intraoperative mittlere arterielle Druck und das Vorhandensein oder Fehlen einer Bauchinfektion aufgezeichnet werden. Diese Faktoren können den physiologischen Zustand des Patienten während und nach der Operation direkt beeinflussen.

Postoperative Indikatoren: Ähnlich wie bei den präoperativen Labortests wird eine Reihe postoperativer Laborergebnisse erhoben. Darüber hinaus werden Informationen darüber, ob Blutprodukte transfundiert wurden, die ASA-Klassifizierung und Vitalparameter wie Körpertemperatur, Herzfrequenz, Atemfrequenz, mittlerer arterieller Druck und Oxygenierungsindex dokumentiert.

Postoperative Pathologie: Es werden Einzelheiten zur postoperativen Pathologie, einschließlich Tumorlänge, Tumordifferenzierung, pT-, pN-, pM- und pTNM-Stadium sowie die Anzahl der Krebsknötchen, erhoben. Diese pathologischen Merkmale können entscheidende Informationen über die Schwere der Erkrankung und die Prognose des Patienten liefern.

3.3.2 Ergebnismaße Primärer Endpunkt: Der primäre Endpunkt dieser Studie ist der Tod aller Ursachen innerhalb von 30 Tagen nach der Operation. Der Begriff „All-Cause-Tod“ bezieht sich auf den Tod jeglicher Ursache und bietet ein umfassendes Maß für das Ergebnis des Patienten.

Sekundärer Endpunkt: Der sekundäre Endpunkt ist der Komplikationsstatus innerhalb von 30 Tagen nach der Operation. Komplikationen werden anhand des Clavien-Dindo-Klassifizierungssystems bewertet und Komplikationen des Grades Ⅱ und höher werden aufgezeichnet und analysiert. Dazu können unter anderem intraabdominelle Blutungen, gastrointestinale Blutungen, Anastomoseninsuffizienz, Chylusfistel, Infektionen der Operationsstelle (einschließlich intraabdomineller Infektionen und Inzisionsinfektionen), Darmverschluss, postoperativer Durchfall, Lungeninfektion, Harnwegsinfektion, Herz-Kreislauf-Unfälle, zerebrovaskuläre Unfälle und thrombotische Erkrankungen.

3.4 Datenverwaltung und statistische Analyse 3.4.1 Datenverwaltung Klinische Forschungskoordinatoren (CRC) sind für das Screening von Patienten verantwortlich, die sich zwischen Juli 2019 und Mai 2024 einer gastrointestinalen Notfalloperation unterzogen haben. Es werden Daten aus dem elektronischen Patientenaktensystem erfasst und Patienten, die die Einschlusskriterien, aber nicht die Ausschlusskriterien erfüllen, werden erfasst. Bei Patienten, die während des Krankenhausaufenthaltes versterben, werden die Daten direkt erfasst. Daten zu Komplikationen innerhalb von 30 Tagen nach der Operation und Todesfälle nach der Entlassung werden durch Nachuntersuchungen erhoben.

Bei jedem chirurgischen Eingriff wird der Name des operierenden Chirurgen in der Krankenakte vermerkt. Alle Patienten, die die Einschlusskriterien erfüllen, einschließlich derjenigen, die die Teilnahme verweigerten, aufgrund von Ausschlusskriterien ausgeschlossen wurden oder später aufgrund von Ausschlusskriterien entfernt wurden, werden zusammen mit den Gründen für ihren Ausschluss dokumentiert.

Die Datenerhebung erfolgt täglich durch CRC, das die Aufnahme, den Abbruch, das Erreichen des primären Endpunkts und die Messung des sekundären Endpunkts der Patienten überprüft und aufzeichnet. Zwei Doktoranden werden als Dateneingabe-Operatoren fungieren und zusammen mit CRC Basisdaten sammeln. Es wird ein Dateneingabesystem mit doppelter Eingabe eingesetzt, bei dem eine Person die Daten eingibt und die andere ihre Richtigkeit überprüft. Es werden sowohl papierbasierte als auch elektronische Fallberichtsformulare (CRFs) verwendet. Die Basisdaten werden am Tag der Operation eingegeben. Bei Patienten, die während des Krankenhausaufenthalts sterben, werden die primären Endpunktdaten vor ihrem Tod eingegeben. Pathologische und andere Krankenhausinformationen werden innerhalb einer Woche nach der Entlassung des Patienten eingegeben. Daten zu Komplikationen innerhalb von 30 Tagen nach der Operation und Todesfälle nach der Entlassung werden innerhalb von 30 Tagen nach der Operation eingegeben.

3.4.2 Statistische Analyse Es wird eine Datenbank erstellt und die statistische Analyse wird mit SPSS 25.0 und R 4.0.2 durchgeführt Software. Für kontinuierliche Daten, die einer Normalverteilung folgen, wird der Mittelwert ± Standardabweichung (x ± s) zur Beschreibung verwendet und der t-Test wird für Gruppenvergleiche verwendet. Für Daten, die keiner Normalverteilung folgen, werden der Median und der Interquartilbereich [M(P25 - P75)] verwendet, und für Gruppenvergleiche wird der Mann-Whitney-U-Test verwendet. Kategoriale Daten werden als Prozentsätze dargestellt und der Chi-Quadrat-Test wird für Gruppenvergleiche verwendet. Fehlende Daten werden mithilfe der Monte-Carlo-Mehrfachimputationsmethode imputiert.

Zunächst wird eine univariate Analyse durchgeführt, um Faktoren zu identifizieren, die signifikant mit dem Ergebnis verbunden sind. Anschließend werden Variablen, die in der univariaten Analyse statistische Signifikanz zeigen, in die LASSO-Regression (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator) einbezogen, um die endgültigen Variablen für die Modellbildung auszuwählen. Die Leistung des Modells wird anhand mehrerer Metriken bewertet, darunter die Fläche unter der Receiver Operating Characteristic Curve (AUC), Sensitivität, Spezifität, positiver Vorhersagewert, negativer Vorhersagewert, Youden-Index und F1-Score. Alle statistischen Tests sind zweiseitig und die statistische Signifikanz wird auf P < 0,05 festgelegt.

3.5 Bias-Kontrolle und Qualitätsmanagement Um Bias zu minimieren, werden strenge Kriterien für die Auswahl der Chirurgen festgelegt. Notärzte, die an der Studie teilnehmen, müssen über Kenntnisse in der Notfallchirurgie im Magen-Darm-Trakt verfügen und mindestens 50 solcher Operationen durchgeführt haben. Es wird ein Lenkungsausschuss für die Studie eingerichtet, der sich aus Chirurgen mit mehr als 10 Jahren Erfahrung in Magen-Darm-Operationen zusammensetzt. Bevor ein Chirurg Patienten aufnehmen darf, muss er Videos seiner letzten drei aufeinander folgenden Notfall-Magen-Darm-Operationen vorlegen. Das Komitee wird die Delphi-Methode verwenden, um die chirurgische Qualität zu bewerten und festzustellen, ob der Chirurg die Aufnahmekriterien erfüllt.

Während der klinischen Studie wird die chirurgische Qualität anhand von Videos und Fotos bewertet. Chirurgen müssen während der Operation Bilder der Beckenerkundung anfertigen. Ist die Erhebung solcher Bilddaten nicht möglich, sind die Gründe dafür zu dokumentieren.

Chirurgen müssen den chirurgischen Prozess in einem vom Forschungszentrum bereitgestellten chirurgischen Notizbuch aufzeichnen und etwaige Abweichungen von den standardisierten chirurgischen Verfahren erläutern. Der Lenkungsausschuss der Studie überprüft monatlich den Anmeldestatus und die Qualität der angemeldeten Fälle, um die Quantität und Qualität der von jedem Chirurgen angemeldeten Fälle sicherzustellen.

Um die genaue Erfassung des primären Endpunkts und der prädiktiven Faktoren sicherzustellen, wird eine Oberschwester zum klinischen Forschungskoordinator (CRC) ernannt. Das CRC überprüft täglich die Aufnahme, den Abbruch und das Erreichen des primären Endpunkts der Patienten. Zwei Doktoranden werden gemeinsam mit dem CRC die Daten zeitnah in das elektronische Fallberichtsformular (ECRF) eingeben.

3.6 Sicherheitsbewertung Vor Beginn der Studie werden die grundlegenden körperlichen Anzeichen und Symptome der Teilnehmer, einschließlich Körpertemperatur, Pulsfrequenz, Atemfrequenz und Blutdruck, gemessen. Präoperative hämatologische und bildgebende Untersuchungen werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer die Einschluss- und Ausschlusskriterien erfüllen.

Nach der Operation werden kontinuierliche Variablen verwendet, um die postoperativen Messungen jedes Teilnehmers und ihre Veränderungen im Vergleich zum präoperativen Ausgangswert zu beschreiben. Laborindikatoren werden basierend auf dem normalen Referenzbereich als niedrig, normal oder hoch klassifiziert. Die Veränderungen von normalen oder hohen Ausgangswerten zu niedrigen Werten nach der Operation und von normalen oder niedrigen Ausgangswerten zu hohen Werten nach der Operation werden aufgezeichnet. Die niedrigsten oder höchsten beobachteten Werte nach der Operation werden zur Berechnung der niedrigen oder hohen Werte nach Studienbeginn verwendet. Ärzte werden diese abnormalen Indikatoren bewerten, um festzustellen, ob sie eine klinische Bedeutung haben, und der Anteil der Teilnehmer mit „abnormalen und klinisch signifikanten“ Veränderungen wird gemeldet.

Körperliche Untersuchungen, einschließlich allgemeiner Untersuchungen, Untersuchungen von Kopf, Hals, Brust, Lunge, Herz, Blutgefäßen, Bauch, Wirbelsäule, Gliedmaßen und Nervensystem sowie Vitalfunktionen wie Blutdruck, Herzfrequenz und Körpertemperatur, werden durchgeführt durchgeführt. Die Messungen der körperlichen Untersuchungen, der Vitalfunktionen und des Körpergewichts vor und nach der Behandlung sowie deren Veränderungen im Vergleich zum Ausgangswert werden statistisch beschrieben. Alle Vitalzeichen, die über den Normbereich hinausgehen oder abnormale Veränderungen aufweisen, werden dokumentiert.

3.7 Ethische Überlegungen Vor Beginn der Studie wird eine ethische Genehmigung von der Ethikkommission des Ersten Krankenhauses der Universität Jilin eingeholt. Geeignete Patienten werden persönlich von ihren behandelnden Chirurgen informiert und müssen eine Einverständniserklärung unterzeichnen. Der Prozess der Einwilligung nach Aufklärung wird von behandelnden Ärzten oder höher durchgeführt.

Zu den Informationen, die den Patienten in der Einverständniserklärung zur Verfügung gestellt werden, gehören: eine Erklärung zum Forschungscharakter der Studie; eine umfassende und faire Erläuterung der einzuhaltenden Verfahren; eine detaillierte Beschreibung der Art, der voraussichtlichen Dauer und des Zwecks der Studie; eine Beschreibung aller vorhersehbaren Risiken oder Unannehmlichkeiten; eine Beschreibung etwaiger potenzieller Vorteile; eine Erklärung zum sorgfältigen Umgang und zur Vertraulichkeit der Patientendaten sowie zur Datenaufbewahrungsfrist von 15 Jahren; eine Erklärung, dass biologische Patientenmaterialien 15 Jahre lang aufbewahrt werden; und eine Erklärung über die freiwillige Teilnahme und den Rücktritt, in der klargestellt wird, dass die Verweigerung der Teilnahme keine Strafe oder einen Verlust von Vorteilen nach sich zieht, auf die der Patient Anspruch hat, und dass der Patient jederzeit ohne Strafe oder Verlust von Vorteilen von der Studie zurücktreten kann. Im Falle eines Rücktritts erhält der Patient eine Standardbehandlung mit dem gleichen Pflegeniveau.