Constructie en validatie van een voorspellingsmodel voor alle oorzaken: sterfte binnen 30 dagen na de operatie bij ernstig zieke patiënten die een spoedoperatie aan het maag-darmstelsel ondergaan (EGS-30MP)

1. Onderzoeksachtergrond Gastro-intestinale operaties spelen een fundamentele rol bij de behandeling van aandoeningen van het spijsverteringskanaal. Niettemin is de incidentie van postoperatieve infecties, vanwege hun langere duur, de aanwezigheid van diverse bacteriën in de darm, wat kan leiden tot bacteriële translocatie tijdens de operatie, in combinatie met een verminderde immuunfunctie en een verminderde darmfunctie na de operatie, relatief hoog. Dit brengt niet alleen de effectiviteit van de operatie en het herstel van de patiënt in gevaar, maar verlengt ook het verblijf in het ziekenhuis en escaleert de economische lasten. In ernstige gevallen kan sepsis optreden, met mogelijk de dood tot gevolg. Eerdere studies hebben aangetoond dat het sterfterisico dat gepaard gaat met gastro-intestinale spoedoperaties kan variëren van 15% tot 25%.

   Hoewel veelgebruikte scoresystemen zoals APACHE - Ⅱ en SOFA worden gebruikt om het risico te beoordelen en de prognose van ernstig zieke patiënten te voorspellen, zijn ze voornamelijk bedoeld voor patiënten op de intensive care (ICU). Als gevolg hiervan houden ze onvoldoende rekening met de unieke kenmerken van ernstig zieke patiënten na spoedeisende gastro-intestinale operaties, zoals de afwezigheid van operatiegerelateerde factoren, en ontberen ze dus ziektespecifieke voorspellende kracht voor het overlijdensrisico. Hoewel sommige machine learning-modellen zijn ontwikkeld om het overlijdensrisico van patiënten met veel voorkomende maag- en colorectale kankers te voorspellen, missen deze modellen bovendien onafhankelijke prospectieve validatie, waardoor hun klinische toepasbaarheid wordt beperkt.

2. Onderzoeksdoelstellingen 2.1 Primaire doelstelling Het belangrijkste doel van deze studie is het construeren van een voorspellingsmodel voor sterfte door alle oorzaken binnen 30 dagen na een spoedoperatie aan het maag-darmkanaal bij ernstig zieke patiënten. Door gebruik te maken van geavanceerde machine learning-algoritmen proberen we de belangrijkste factoren te identificeren die verband houden met sterfte en een betrouwbaar model te ontwikkelen dat de waarschijnlijkheid van overlijden binnen dit kritieke tijdsbestek nauwkeurig kan voorspellen.

   2.2 Secundaire doelstelling Op basis van de sterftevoorspellingen die door het model worden gegenereerd, streven we ernaar de ernst van de ziekten van patiënten te kwantificeren. Hierdoor kunnen artsen patiënten met een hoog risico in een vroeg stadium identificeren en tijdige en gerichte interventies implementeren. Door dit te doen hopen we de patiëntresultaten te verbeteren, de sterftecijfers terug te dringen en de algehele kwaliteit van de zorg aan deze patiënten te verbeteren.

3. Onderzoeksontwerp 3.1 Onderzoekssetting en deelnemers Het onderzoek zal worden uitgevoerd in het Eerste Ziekenhuis van de Jilin Universiteit en is verdeeld in twee afzonderlijke fasen.

In de ontwikkelingsfase zal een retrospectief onderzoek worden uitgevoerd bij ernstig zieke patiënten die tussen juli 2019 en juli 2024 een spoedoperatie aan het maag-darmkanaal hebben ondergaan. Klinische gegevens die relevant zijn voor de sterfgevallen van patiënten zullen systematisch worden verzameld uit het elektronische medische dossiersysteem van het ziekenhuis. Patiënten die voldoen aan de inclusiecriteria, maar niet aan de exclusiecriteria, worden opgenomen in het ontwikkelingscohort. De gegevens van deze patiënten zullen worden gebruikt om het initiële voorspellingsmodel op te stellen.

De inclusiecriteria voor patiënten zijn als volgt: ze moeten ouder zijn dan 18 jaar, een gastro-intestinale spoedoperatie hebben ondergaan zoals gedefinieerd door de tiende herziening van de Internationale Classificatie van Ziekten (ICD - 10), en voldoen aan een van de volgende kritische patiëntdiagnostiek criteria na de operatie: het nodig hebben van beademingshulp aan het einde van de operatie, het nodig hebben van een infusiedosis noradrenaline groter dan 1,0 μg/kg/min of zelfs in combinatie met andere vasopressoren om de bloeddruk op peil te houden, het ervaren van ernstige aritmie, of het falen van andere orgaanfuncties.

De uitsluitingscriteria omvatten patiënten met oppervlakkige chirurgische locaties waarbij de buikholte niet betrokken is, patiënten bij wie meer dan 30% van de gegevens ontbreken, patiënten die tijdens de operatie zijn overleden of bij wie de behandeling is stopgezet, patiënten met meerdere verwondingen en patiënten die deelnemen aan andere klinische onderzoeken. .

In de validatiefase zal een prospectief observationeel onderzoek in één centrum worden uitgevoerd. De inclusieperiode van de patiënt zal naar verwachting vijf maanden duren, en de postoperatieve follow-upperiode voor elke patiënt zal 30 dagen bedragen. Het hele onderzoek, vanaf het begin tot aan de voltooiing van de data-analyse, zal naar verwachting een half jaar duren.

3.2 Bepaling van de steekproefomvang De steekproefomvang voor dit onderzoek zal worden berekend met behulp van de methoden voorgesteld door Harrell et al. en Peduzzi et al. Rekening houdend met ongeveer 8 belangrijke klinische factoren, wordt geschat dat er ten minste 80 patiënten met voorvallen (d.w.z. sterfte door alle oorzaken gedurende 30 dagen) nodig zijn. Gebaseerd op een geprojecteerd incidentiepercentage van 15%, zal de trainingsset ongeveer 534 gevallen vereisen, en de validatieset zal 229 gevallen nodig hebben. Met een verhouding van 7:3 tussen de modelleringsgroep en de validatiegroep bedraagt ​​de totale steekproefomvang 763 gevallen. Bovendien is een extern validatiecohort van ongeveer 100 gevallen gepland om de generaliseerbaarheid van het model verder te beoordelen.

3.3 Gegevensverzameling 3.3.1 Blootstellingsfactoren Demografische kenmerken: Informatie over het geslacht en de leeftijd van de patiënt zal worden verzameld. Deze factoren kunnen de fysiologische reacties en het herstelvermogen van het lichaam beïnvloeden, waardoor mogelijk het risico op sterfte wordt beïnvloed.

Medische geschiedenis: Details van medische aandoeningen uit het verleden van patiënten, waaronder hypertensie, diabetes, hart- en vaatziekten, cerebrovasculaire ziekten, eerdere operaties aan de wervelkolom, nierziekten, aandoeningen van het immuunsysteem, atriale fibrillatie, chronische obstructieve longziekte (COPD) en andere relevante omstandigheden worden geregistreerd. Daarnaast zullen leefstijlrisicofactoren zoals roken en alcoholgebruik worden gedocumenteerd.

Preoperatieve indicatoren: Dit omvat een uitgebreide reeks laboratoriumtestresultaten, zoals hematocriet, hemoglobine, aantal bloedplaatjes, aantal witte bloedcellen, internationaal genormaliseerde ratio, protrombinetijd, geactiveerde partiële tromboplastinetijd, pH van arterieel bloed, partiële zuurstofdruk, partiële druk van kooldioxide, lactaatniveaus, aspartaataminotransferase, totaal bilirubine, albumine, serumnatrium, serumkalium, hooggevoelig C-reactief proteïne, procalcitonine, hersenen natriuretisch peptide (BNP), troponine, D-dimeer, creatinine en bloedureumstikstof. Andere preoperatieve gegevens, zoals de classificatie van de fysieke status van de American Society of Anesthesiologists (ASA), lichaamstemperatuur, hartslag, ademhalingsfrequentie, gemiddelde arteriële druk en oxygenatie-index, zullen ook worden verzameld.

Intra-operatieve indicatoren: Gegevens zoals de duur van de operatie, het volume van de intra-operatieve vloeistofinfusie, het volume van de intra-operatieve transfusie van rode bloedcellen, intra-operatieve urineproductie, intra-operatief bloedverlies, intra-operatieve gemiddelde arteriële druk en de aan- of afwezigheid van een abdominale infectie zullen worden opgenomen. Deze factoren kunnen een directe invloed hebben op de fysiologische toestand van de patiënt tijdens en na de operatie.

Postoperatieve indicatoren: Net als bij de preoperatieve laboratoriumtests wordt een reeks postoperatieve laboratoriumresultaten verzameld. Daarnaast zal informatie worden gedocumenteerd over de vraag of er bloedproducten zijn getransfundeerd, de ASA-classificatie en vitale functies zoals lichaamstemperatuur, hartslag, ademhalingsfrequentie, gemiddelde arteriële druk en oxygenatie-index.

Postoperatieve pathologie: Details van de postoperatieve pathologie, inclusief tumorlengte, tumordifferentiatie, pT-, pN-, pM- en pTNM-stadiëring, evenals het aantal kankerknobbeltjes, zullen worden verkregen. Deze pathologische kenmerken kunnen cruciale informatie verschaffen over de ernst van de ziekte en de prognose van de patiënt.

3.3.2 Uitkomstmaten Primair eindpunt: Het primaire eindpunt van dit onderzoek is overlijden door alle oorzaken binnen 30 dagen na de operatie. Dood door welke oorzaak dan ook verwijst naar de dood als gevolg van welke oorzaak dan ook, waardoor een alomvattende maatstaf wordt geboden voor de uitkomst van de patiënt.

Secundair eindpunt: Het secundaire eindpunt is de complicatiestatus binnen 30 dagen na de operatie. Complicaties zullen worden geëvalueerd met behulp van het Clavien - Dindo classificatiesysteem, en complicaties van graad Ⅱ en hoger zullen worden geregistreerd en geanalyseerd. Deze kunnen bestaan ​​uit, maar zijn niet beperkt tot, intra-abdominale bloedingen, gastro-intestinale bloedingen, naadlekkage, chylusfistels, infectie van de operatieplaats (waaronder intra-abdominale en incisie-infecties), darmobstructie, postoperatieve diarree, longinfectie, urineweginfectie, cardiovasculaire ongevallen, cerebrovasculaire ongevallen en trombotische ziekten.

3.4 Gegevensbeheer en statistische analyse 3.4.1 Gegevensbeheer Klinische onderzoekscoördinatoren (CRC) zullen verantwoordelijk zijn voor het screenen van patiënten die tussen juli 2019 en mei 2024 een spoedoperatie aan het maag-darmkanaal hebben ondergaan. Er zullen gegevens worden verzameld uit het elektronische medische dossiersysteem, en patiënten die aan de inclusiecriteria voldoen, maar niet aan de uitsluitingscriteria, zullen worden geregistreerd. Van patiënten die tijdens een ziekenhuisopname overlijden, worden de gegevens direct vastgelegd. Gegevens over complicaties binnen 30 dagen na de operatie en sterfgevallen na ontslag worden verkregen via follow-up.

Tijdens elke chirurgische ingreep wordt de naam van de opererende chirurg in het medisch dossier genoteerd. Alle patiënten die aan de inclusiecriteria voldoen, inclusief degenen die weigerden deel te nemen, werden uitgesloten vanwege uitsluitingscriteria, of later werden verwijderd vanwege uitsluitingscriteria, zullen worden gedocumenteerd, samen met de redenen voor hun uitsluiting.

De gegevensverzameling zal dagelijks worden uitgevoerd door CRC, die de inschrijving, terugtrekking, het behalen van het primaire eindpunt en het meten van het secundaire eindpunt van patiënten zal verifiëren en registreren. Twee postdoctorale studenten zullen optreden als data-invoeroperatoren, en zij zullen, samen met CRC, basisgegevens verzamelen. Er zal gebruik worden gemaakt van een systeem voor gegevensinvoer met dubbele invoer, waarbij de ene persoon de gegevens invoert en de andere de juistheid ervan verifieert. Er zal gebruik worden gemaakt van zowel papieren als elektronische casusrapportformulieren (CRF's). De uitgangsgegevens worden op de dag van de operatie ingevoerd. Voor patiënten die tijdens een ziekenhuisopname overlijden, worden de primaire eindpuntgegevens vóór hun overlijden ingevoerd. Pathologische en andere ziekenhuisgegevens worden binnen een week na ontslag van de patiënt ingevoerd. Gegevens over complicaties binnen 30 dagen na de operatie en sterfte na ontslag worden binnen 30 dagen na de operatie ingevoerd.

3.4.2 Statistische analyse Er zal een database worden opgezet en statistische analyses zullen worden uitgevoerd met behulp van SPSS 25.0 en R 4.0.2 software. Voor continue gegevens die een normale verdeling volgen, zal het gemiddelde ± standaarddeviatie (x ± s) worden gebruikt voor beschrijving, en zal de t-test worden gebruikt voor groepsvergelijkingen. Voor gegevens die geen normale verdeling volgen, zal het mediaan- en interkwartielbereik [M(P25 - P75)] worden gebruikt, en zal de Mann-Whitney U-test worden gebruikt voor groepsvergelijkingen. Categorische gegevens zullen worden gepresenteerd als percentages, en de chikwadraattoets zal worden gebruikt voor groepsvergelijkingen. Ontbrekende gegevens worden geïmputeerd met behulp van de Monte Carlo meervoudige imputatiemethode.

Eerst zal een univariate analyse worden uitgevoerd om factoren te identificeren die significant geassocieerd zijn met de uitkomst. Vervolgens worden variabelen die statistische significantie vertonen in de univariate analyse opgenomen in de Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO)-regressie om de uiteindelijke variabelen voor het bouwen van modellen te selecteren. De prestaties van het model zullen worden geëvalueerd met behulp van verschillende statistieken, waaronder het gebied onder de receiver operating karakteristieke curve (AUC), gevoeligheid, specificiteit, positief voorspellende waarde, negatief voorspellende waarde, Youden-index en F1-score. Alle statistische tests zullen tweezijdig zijn en de statistische significantie zal worden vastgesteld op P < 0,05.

3.5 Bias Control en Kwaliteitsmanagement Om bias te minimaliseren zullen strenge criteria worden gesteld aan de selectie van chirurgen. Spoedeisende hulpartsen die aan het onderzoek deelnemen, moeten bedreven zijn in de technieken van gastro-intestinale spoedeisende chirurgie en moeten ten minste 50 van dergelijke operaties hebben voltooid. Er zal een stuurgroep voor de proef worden opgericht, bestaande uit chirurgen met meer dan tien jaar ervaring in gastro-intestinale operaties. Voordat een chirurg patiënten mag inschrijven, moet hij of zij video's verstrekken van de drie recente opeenvolgende gastro-intestinale spoedoperaties. De commissie zal de Delphi-methode gebruiken om de chirurgische kwaliteit te beoordelen en vast te stellen of de chirurg aan de inschrijvingscriteria voldoet.

Tijdens de klinische proef wordt de chirurgische kwaliteit geëvalueerd aan de hand van video's en foto's. Chirurgen zullen tijdens de operatie beelden moeten verkrijgen van de bekkenverkenning. Als het niet mogelijk is om dergelijke beeldgegevens te verkrijgen, moeten de redenen voor het onvermogen om dit te doen worden gedocumenteerd.

Chirurgen moeten het chirurgische proces vastleggen in een chirurgisch notitieboekje dat door het onderzoekscentrum wordt verstrekt en eventuele afwijkingen van de gestandaardiseerde chirurgische procedures toelichten. De stuurgroep van de studie zal maandelijks de inschrijvingsstatus en de kwaliteit van de ingeschreven gevallen beoordelen om de kwantiteit en kwaliteit van de door elke chirurg ingeschreven gevallen te garanderen.

Om een ​​nauwkeurige verzameling van het primaire eindpunt en de voorspellende factoren te garanderen, wordt een hoofdverpleegkundige aangesteld als klinisch onderzoekscoördinator (CRC). Het CRC zal dagelijks de inschrijving, terugtrekking en het behalen van het primaire eindpunt van patiënten verifiëren. Twee postdoctorale studenten zullen samen met het CRC de gegevens onmiddellijk invoeren in het elektronische casusrapportformulier (ECRF).

3.6 Veiligheidsevaluatie Vóór de start van het onderzoek zullen de fysieke tekenen en symptomen van de deelnemers, waaronder lichaamstemperatuur, hartslag, ademhalingsfrequentie en bloeddruk, worden gemeten. Preoperatieve hematologische en beeldvormende onderzoeken zullen worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de deelnemers aan de inclusie- en exclusiecriteria voldoen.

Na de operatie zullen continue variabelen worden gebruikt om de postoperatieve metingen van elke deelnemer en hun veranderingen ten opzichte van de preoperatieve basislijn te beschrijven. Laboratoriumindicatoren worden geclassificeerd als laag, normaal of hoog op basis van het normale referentiebereik. De veranderingen van normale of hoge uitgangswaarden naar lage waarden na de operatie, en van normale of lage uitgangswaarden naar hoge waarden na de operatie, worden geregistreerd. De laagste of hoogste waargenomen waarden na de operatie zullen worden gebruikt om de lage of hoge waarden na de uitgangssituatie te berekenen. Artsen zullen deze abnormale indicatoren evalueren om te bepalen of ze klinische betekenis hebben, en het percentage deelnemers met "abnormale en klinisch significante" veranderingen zal worden gerapporteerd.

Lichamelijke onderzoeken, waaronder algemene onderzoeken, onderzoeken van hoofd, nek, borst, longen, hart, bloedvaten, buik, wervelkolom, ledematen en zenuwstelsel, evenals vitale functies zoals bloeddruk, hartslag en lichaamstemperatuur, zullen worden uitgevoerd. uitgevoerd. De metingen van lichamelijke onderzoeken, vitale functies en lichaamsgewicht voor en na de behandeling, evenals hun veranderingen ten opzichte van de basislijn, zullen statistisch worden beschreven. Alle vitale functies die het normale bereik overschrijden of abnormale veranderingen vertonen, zullen worden gedocumenteerd.

3.7 Ethische overwegingen Vóór aanvang van het onderzoek zal ethische goedkeuring worden verkregen van de Ethische Commissie van het Eerste Ziekenhuis van de Jilin Universiteit. Patiënten die in aanmerking komen, worden persoonlijk geïnformeerd door hun behandelende chirurgen en moeten een formulier voor geïnformeerde toestemming ondertekenen. Het geïnformeerde toestemmingsproces wordt uitgevoerd door behandelende artsen of hoger.

De informatie die aan patiënten wordt verstrekt in de geïnformeerde toestemming omvat: een verklaring over het onderzoekskarakter van het onderzoek; een uitgebreide en eerlijke uitleg van de te volgen procedures; een gedetailleerde beschrijving van de aard, de verwachte duur en het doel van het onderzoek; een beschrijving van de voorzienbare risico’s of ongemakken; een beschrijving van eventuele voordelen; een verklaring over de zorgvuldige omgang en vertrouwelijkheid van patiëntgegevens, alsmede de bewaartermijn van 15 jaar; een verklaring dat biologisch materiaal van patiënten gedurende 15 jaar zal worden bewaard; en een verklaring over vrijwillige deelname en terugtrekking, waarin wordt verduidelijkt dat weigering om deel te nemen niet zal resulteren in enige straf of verlies van voordelen waarop de patiënt recht heeft, en dat de patiënt zich op elk moment uit het onderzoek kan terugtrekken zonder boete of verlies van voordelen. In geval van terugtrekking krijgt de patiënt een standaardbehandeling van hetzelfde zorgniveau.