基于Logistic模型的慢性难愈性伤口术后感染预测

基于Logistic模型的慢性难愈性伤口术后感染预测

李长娟1，苗冬滨2，钟红3，鄢红丽，魏玲玲5

1.哈尔滨市第四医院急诊外科，黑龙江哈尔滨，150026；

2.哈尔滨市第四医院急诊外科，黑龙江哈尔滨，150026；

3.哈尔滨市第四医院护理部，黑龙江哈尔滨，150026；

4.哈尔滨市第四医院肾内科，黑龙江哈尔滨，150026；

5 .哈尔滨市第四医院人事科，黑龙江哈尔滨，150026

摘要:慢性难愈性创伤术后感染预测方法存在准确率低的问题，为此设计了一种基于logistic模型的慢性难愈性创伤术后感染预测方法。基于细胞活化状态，识别慢性难愈性创伤形成机制的特征，计算数据集的基尼值，利用logistic模型预测感染范围，构建术后感染预测模型，实现慢性难愈性创伤术后感染预测方法的设计。实验结果:与其他两种慢性难愈性创伤术后感染预测方法相比，本文的慢性难愈性创伤术后感染预测方法的平均准确率分别为74.150%、58.827%和58.079%，表明该方法与logistic模型结合使用时更加有效。

关键词:逻辑斯蒂模型；慢性难治性伤口；术后感染；溃疡；细菌生物膜；肉芽瘤形成；

0简介

慢性难愈性伤口，俗称溃疡，被国际创伤愈合学会定义为软组织损伤后无法通过正常有序及时的修复过程达到解剖和功能完整性的伤口。已经表明，细菌生物被膜的存在会进一步加剧感染并导致抗生素耐药性，从而延迟或停止伤口的修复，如伤口愈合延迟或进一步恶化所证明的。伤口愈合是一个受多种因素调节的连续生物过程，按时间顺序可分为止血期、炎症期、增殖期和重塑期[1-2]。然而，这种方法有许多缺点，包括不能完全清除坏死组织和脓性分泌物，患者不能忍受手术过程中的剧烈疼痛，或者在手术过程中可能损伤上皮和肉芽组织。慢性创面的定义国内外尚未统一，临床上是指由于各种内外因素，经正规治疗1个月后仍未愈合，且无愈合趋势的创面。在沐浴过程中，可以更有效和彻底地清除患者的伤口，这在物理上破坏了细菌生物膜，减少了伤口上的细菌总量，并没有完全清除菌落，而38℃左右的水温使毛细血管扩张，加快了局部血液流动。这四个时期相互重叠，相互影响，其中任何一个时期的异常都会导致伤口无法愈合，甚至形成慢性、难以愈合的伤口。慢性不愈合伤口的发病机制涉及多种因素，包括微循环灌注受损、缺血缺氧、炎症因子刺激、细菌植入和软组织缺损。虽然近年来开发了大量用于伤口治疗的医用生物材料，但它们大多局限于单一功能，难以在多个时期从多个角度促进伤口愈合，缺乏全面的治疗策略。logistic模型在慢性难愈性伤口术后感染预测中的应用还有待进一步研究。

1识别慢性难愈性伤口形成机制的特征

慢性难治性伤口是那些不能以正常有序和及时的方式修复以达到功能完整状态的伤口，并且如果它们在超过4周的常规治疗后没有愈合并且没有愈合趋势，则通常被临床认为是慢性难治性伤口。来源于单核吞噬细胞系统的巨噬细胞足以吞噬病原微生物和坏死组织，刺激细胞再生，加速胶原纤维形成和促进肉芽生长，并在伤口的局部抗感染和免疫组织再生中具有活性。这些伤口通常不能根据伤口的正常生理修复机制进行修复，并发展成阻止伤口恢复解剖或功能完整性的病理性炎症反应状态。慢性难愈性伤口根据其病因可分为以下几类，如图1所示。

图1慢性难愈性伤口的类型

其中，创伤性溃疡包括:皮肤撕脱伤、烧伤、冻伤；代谢性溃疡包括:糖尿病、痛风引起的溃疡；感染性溃疡包括:病原微生物感染；压力性溃疡、血管性溃疡包括:静脉性、动脉性、混合性；恶性溃疡包括:原发性或转移性皮肤肿瘤；放射性溃疡，其他包括:脓皮病，高血压溃疡。在伤口愈合过程中，巨噬细胞存在于伤口自我修复的全过程，是愈合过程中的关键细胞。高住院率、长住院时间和慢性难治性伤口的高截肢率不仅会给患者带来身体和精神上的痛苦，还会给其家人带来巨大的身体和心理负担，并给许多家庭带来巨大的经济负担，导致许多患者不得不中断治疗。手术缝合后，伤口愈合是一个自我愈合的过程，在这个过程中，身体抵抗外部损伤。这个过程被人为地分为炎症期、修复期和组织重塑期，这三个阶段构成了一个重叠的病理生理过程[3-5]。尽管慢性难治性伤口通常是许多慢性疾病的并发症，但现有的研究表明，由于其复杂的病因和涉及的众多复杂的机制，它们应该被视为一种独立的疾病，这通常会导致各种不良后果，例如肢体功能障碍，严重情况下的截肢，以及如果发生感染则导致败血症。巨噬细胞的生长和分化受到特定生长因子的严格调节，并被一些细胞因子如白细胞介素-3、白细胞介素-4、集落刺激因子-1、粒细胞巨噬细胞刺激因子和血小板激活因子激活。这是由于治疗慢性难治性伤口的固有困难以及患者通常患有一种或多种并存的慢性或代谢性疾病，例如高血压、糖尿病和血管病变。这些疾病加重了全身小动脉的硬化，血糖水平过高不利于伤口愈合，加上营养不良和代谢紊乱，增加了这些伤口的治疗难度。也受到α/β干扰素和白细胞抑制因子的抑制。在正常组织中，巨噬细胞是静止的或无活性的，但当受到炎症因子或病理条件的刺激时，它们被迅速激活，并变得对病原微生物具有功能活性。慢性难愈性创面的传统治疗方法包括:换药、应用抗生素、常规护理、手术治疗(清创、植皮、截肢、皮瓣转移)和慢性基础疾病的治疗。虽然传统治疗在去除坏死组织、控制感染和加强综合治疗方面可能是有效的。但也存在治疗时间长、治疗费用高、多次手术有再次损伤的可能等缺点。根据活化状态，它们被分为:经典活化的M1巨噬细胞和选择性活化的M2巨噬细胞。目前认为细菌产物LPS和炎症因子γ-干扰素在刺激巨噬细胞极化为M1型巨噬细胞中起作用，其通过释放炎症介质如TNF、诱导型一氧化氮合酶和IL-6发挥促炎特性。然而，随着负压封闭引流技术、生长因子和富血小板血浆(PRP)、干细胞移植治疗、人工真皮和3D生物打印技术等新疗法的引入，许多新疗法正在用于临床实践。虽然这些措施仍有一些禁忌症和与产品不成熟相关的问题，但这些措施的临床疗效仍有争议。

2逻辑模型预测感染的程度

逻辑建模是一种广泛应用于医学的模型。它侧重于通过整合不同的预后和决定性变量来计算产生临床事件的个体风险概率，满足我们对整合的生物和临床模型的需求，并实现对个性化药物的追求。逻辑回归是医学中最广泛使用的统计方法之一，它有三个主要用途:发现风险因素、预测和区分[6-8]。预测慢性难愈性伤口术后感染的方法旨在估计个体发生特定疾病的可能性，它是用于识别高危人群并为疾病预防、健康管理和干预提供科学依据的重要工具。经常发生在靴区小腿下1/3处的静脉溃疡的发病机理与慢性静脉功能不全直接相关，慢性静脉功能不全是由小腿肌肉泵的功能障碍引起的，并且由于下肢静脉回流受损和局部皮肤营养不良，使皮肤易于溃疡。逻辑回归中的因变量是一个类别数可变的分类变量，但二分变量更常用，也更容易解释。更容易解读。因此，在实践中最常用的是二分逻辑回归，在此基础上，整个数据集的基尼值计算如下。

(1)

在等式(1)中，表示类别数据集，表示总数据集。等式(1)对应于从数据集中随机选择两个样本并且它们的类别不一致的概率，因此它反映了数据集的纯度，基尼值越小，纯度越高。划分数据集的最佳方法是选择基尼指数最小的特征，这也是去除该特征后数据集基尼指数最小的特征。逻辑回归是预测并发症研究中最常用的模型，例如预测老年软组织肉瘤患者手术并发症的风险[9-10]。计算数据集的基尼值，该数据集包含已使用的要素和在该要素值处移除的正在计算的要素。慢性难治性伤口术后感染预测的构建必须基于可靠的信息数据。对每个特征下的所有特征值计算的基尼值进行缩放(该值的样本数除以样本总数)并求和，以获得该特征的基尼值。

(2)

在等式(2)中，表示训练集，表示具有特征值的样本集，并且具有与等式(1)中相同的含义。建立电子病例系统是有效预防和减少术后感染的第一步。它提供了客观准确的数据，为个体患者危险因素分析和流行病学研究提供了良好的基础。Logistic回归是一种建立疾病预测模型的简单方法，可以用SPSS、SAS等常用统计软件实现。逻辑回归模型对数据的要求也更宽松，可以是横断面数据，也可以是大型纵向队列数据。与传统模型相比，这些模型允许通过用户友好的数字界面进行快速计算，从而产生更高的准确性和更容易理解的结果，通过预测的风险概率来帮助临床决策。这些导致了许多逻辑模型出现在互联网和医学杂志上，并显著增加了病人和医生对它们的使用。逻辑模型的出现符合当前个性化医疗的趋势[11]。压伤溃疡最常见于骨突起，如尾骨、大转子、坐骨结节、外转子和足跟，其中压力、摩擦和剪切是压伤的原因。模型的因变量一般是疾病发生概率与不发生概率之比的自然对数，这样更容易得到疾病在未来某一时刻发生的概率。逻辑模型也是一种简单实用的工具，用于量化单个患者的疾病发生概率，并进一步快速识别高风险患者，从而促进早期实施预防和治疗措施。

3建立术后感染的预测模型

具有异常愈合过程的慢性难治性伤口导致糖尿病足的显著发病率和死亡率。愈合是一个漫长的过程，通常由免疫反应激活的不同细胞释放的生长因子和细胞因子介导，这些细胞包括成纤维细胞、内皮细胞、巨噬细胞、血小板和角蛋白形成细胞。而在炎症的早期阶段，血管内皮细胞损伤涉及血小板和循环凝血因子在组织损伤部位的积聚，对组织损伤的反应刺激炎性细胞的募集，大量爆发的炎性细胞对创伤进行一系列非特异性免疫反应，并且具有低白蛋白的患者通常具有低营养状态和免疫功能以及降低的术后恢复能力。非小细胞肺癌患者术后并发症的多因素分析显示，免疫功能低下是术后并发症的危险因素。通过收缩一些系数同时将一些系数的权重减小到零来减小方差，并且在等式(2)中引入回归系数，等式(2)变成:

(3)

在等式(3)中，代表对应于参数的常数。白蛋白是身体营养状况的临床重要指标。Logistic回归多因素分析和神经网络变量重要性分析均显示白蛋白是影响术后心肺并发症的重要因素。以确定可变类别的最佳数量。 .

(4)（

在等式(4)中，表示原始数据集的标准值，并且表示变量之间的距离矩阵。在吞噬外源性微生物和异物后，伤口发生细胞增殖和迁移，随后过渡到修复阶段，其中新形成的组织主要通过细胞外基质重塑和血管生成沉积。人们还发现，白蛋白的减少会导致手术患者的免疫抑制，从而影响他们的预后。病人术前的身体状况和术后并发症的发展也有联系。随着由非特异性免疫反应主导的炎症阶段的结束，伤口处的巨噬细胞表型由促炎表型- M1巨噬细胞-至抗炎表型- M2巨噬细胞-主导，并最终主导创伤性炎症的过程。当执行特征选择时，即使根据概率排列方法进行计数，也有无数可能的组合。即使我们用大量可用于训练的样本数据进行训练，仍然会产生一些罕见的组合，即会出现过拟合。巨噬细胞由外周血中进入并定居在组织中的单核细胞分化而来，是机体重要的免疫细胞，能吞噬和杀灭细菌等病原微生物，呈递抗原激活机体特异性免疫，清除机体衰老死亡细胞，分泌炎症或细胞因子调节机体免疫反应和组织修复。预测慢性难愈性伤口术后感染的具体过程是: 

图2术后感染预测流程

从图2可以看出，预测慢性难愈性创伤术后感染的具体流程是:选择要预测的疾病，指定危险因素，训练样本数据，收集变量，构建模型。患者基本信息、年龄、性别、住址、是否手术、入院主要诊断:基础疾病主要包括:(糖尿病、高血压、慢性阻塞性肺疾病、癌症)、其他慢性病、持续发热天数(发热> 380℃)、住院天数、ICU住院天数、送检致病菌。因此，控制糖尿病足伤口处的炎症反应并促进巨噬细胞极化为M2型巨噬细胞以分泌更多量的生长因子是可被认为加速伤口愈合的治疗方法。在治疗过程中发现，在应用清创术结合负压封闭引流治疗重症糖尿病足患者后，新的皮肤组织在其原有伤口的边缘周围爬行进行修复，这是一种典型的组织再生现象。抗菌药物使用:抗菌药物使用天数。侵入性操作、气管插管、导尿和中心静脉导管的天数。对于患有医院获得性感染的患者，我们仅记录了当前住院期间最近的医院获得性感染实例(极少数患者在同一ICU住院期间多次发生医院获得性感染，我们认为这不会对我们的结果产生显著影响，另一个目的是简化统计模型的复杂性)。然而，L0范式在实践中很难求解，因此我们将条件放宽到L1范式，即只惩罚不为零的系数和的绝对值的特征，以获得我们想要的结果。M2型巨噬细胞在组织损伤的修复和再生中具有明确的作用，调节炎症反应并促进组织修复、血管再生和纤维化。清创术和负压封闭引流的结合促进了巨噬细胞在创伤部位极化为M2型巨噬细胞，并使原始巨噬细胞极化从上述失衡恢复到平衡。此时，我们应该将某些组合的系数设置为0，这样模型就不再被训练来处理这些系数为0的特定组合。所以我们所要做的就是将不重要的特征组合的系数设置为0，这也被称为L0范式。其他指标如感染季节、感染部位(呼吸系统、血液系统、泌尿系统、手术部位、消化系统等)。)和微生物学发现(革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌等)。)为每一个发生医院感染的医院感染病例收集。

4实验对比

4.1获取数据集

本实验采用Rstudio软件，选取1733例慢性难愈性创面，根据不同成因进行统计分类。其中包括466例代谢性溃疡，其次是348例创伤性溃疡、361例压力损伤性溃疡、172例感染性溃疡、145例内科性溃疡、131例麻痹性溃疡、45例外周血管性溃疡、36例恶性溃疡和29例其他溃疡。如表1所示，该组的1438例慢性难愈伤口显示总共1550个单一伤口。

表1慢性难治性创伤类型和部位分布数据集

还有，-20°C冰箱，-80°C冰箱，恒温器，显微镜，RM2145切片机，HI1210涂布器，HI1220面包机根据实验需要。在此基础上，开展了实验测试。

4.2实验结果

本文选择基于神经网络的慢性难愈性创伤术后感染预测方法和基于蛙跳算法的慢性难愈性创伤术后感染预测方法与慢性难愈性创伤术后感染预测方法进行实验对比。在不同的奥狄氏曲霉菌株数量条件下，对三种预测方法的预测精度进行了测试，实验结果如图3-4所示。

图3 70株嵌合曲霉的预测准确率(%)

图4 220株嵌合曲霉的预测准确率(%)

图3和图4中的实验结果表明，当存在70株奥狄氏不动杆菌时，所有三种用于预测慢性难治性伤口术后感染的方法的准确性相对较高，而当奥狄氏不动杆菌的数量增加到220株时，准确性降低。相比之下，与其他两种慢性难治性创伤术后感染预测方法相比，本文慢性难治性创伤术后感染预测方法的平均准确率分别为74.150%、58.827%和58.079%。

5结论

一项详细的研究得出结论，创伤的原因主要是新陈代谢、创伤、压力损伤和感染。最常见的创伤部位是下肢，慢性难治性创伤患者的分布因性别和年龄组而异。预测慢性难治性创伤术后感染的方法可以确保术后感染风险预测的定义和内容具有一定程度的一致性，这将有助于规范该领域数据的管理、收集和利用。在随后的研究过程中，疾病数据将不断更新，以产生更准确的结果。

参考

[1]术前鼻拭子培养是否有利于预防复杂鼻中隔成形术后感染？[J]。整形与重建外科，2020，146(1):1。

[2]丁春英，连百清，葛海林，等.成人脑海绵状血管瘤术后感染相关并发症的预测因素[J].科学报告，2020，10(1):863。

[3]Nakamura Y，Sasaki K，Ishizuki S，等.鳞状细胞癌的浸润性和原位病变是门诊皮肤肿瘤手术后手术部位感染的独立因素:一项对512例患者的回顾性研究[J].皮肤病学杂志，2021，48(4):497-501。

[4][10]佟，马波，徐建波，等.经尿道膀胱肿瘤电切术中应用磷霉素预防术后感染的疗效观察.中国科学院院刊，2002 .感染与化疗杂志，2021，27( 4):625-631。

[5]吴昊，张凤凤，詹伟，等.虚拟手术中缝合线实时打结仿真研究[J].计算机模拟，2021，38(3): 331-335，359。

[6]高速公路项目捆绑政策影响投标竞争吗？从一个混合有序逻辑模型得到的启示[J].运输研究A部分政策与实践，2021，145(3):228-242。

[7]李春，李平.基于传递的条件Logistic模型对主效应和交互效应的检验[J].开放统计学杂志，2021，11(5):7。

[8][10]张志勇，王晓明，等.光动力学灭活的分子生物学模型及其在光动力学研究中的应用[J].科学报告，2020，10(1):14168。

[9]徐刚，陆挺，刘艳.基于Logistic模型的中国数字经济与实体经济对称互惠共生模式[J].中国电子科技大学学报.对称，2021，13(7):1136。

[10]藤川弘。log-Logistic模型在微生物风险评估中剂量反应关系的应用[J].日本食品卫生学会杂志，2021，62(2):37-43。

[11]王晓明，王晓明.多元线性回归模型中多重共线性的处理方法[J].北京:教育科学出版社，2002 .国际统计与应用杂志，2021，10(3):55-59。