机器学习如何预测85+岁髋部骨折术后深静脉血栓？六模型比较分析

机器学习用于预测85岁以上人群髋部骨折手术后新发深静脉血栓（DVT）的风险因素。 摘要 老年人容易发生更常见的物理性骨折，这些骨折对健康有明显的后果。随着人口老龄化，骨折人数也越来越多，给医疗和社会经济带来了更大的压力。骨折不仅降低了老年人的生活质量，还消耗了更多的医疗资源，造成了沉重的经济负担。在各种术后并发症中，股骨颈骨折易导致深静脉血栓（DVT），较为常见，后果不佳。我们开发了六个预测模型，使用逻辑回归技术、随机森林、LightGBM、XGBoost、AdaBoost和支持向量机（SVM），来预测股骨颈骨折患者是否会发生新发深静脉血栓（PNO-DVT）。通过从大量样本构建的年龄分层模型，可以分析超老龄人群的主要风险因素，从而为个性化预防策略的发展提供数据驱动的基础。 背景 股骨转子间骨折是老年患者中常见的一种骨折类型。随着预期寿命的增加，越来越多的老年患者选择手术治疗股骨转子间骨折，以获得更好的预后。股骨转子间骨折的发病率随年龄呈指数增长。荟萃分析显示，50-54岁女性的发病率为24.6%，而90-94岁女性的发病率上升至45.5%[1-2]。下肢深静脉血栓（DVT）是股骨转子间骨折患者的常见且严重的并发症。老年股骨转子间骨折患者术后下肢深静脉血栓可导致致命并发症如肺栓塞，显著增加患者死亡风险并延长住院时间[3-5]。研究发现，多因素预防和治疗可使50%的术后新发深静脉血栓（PNO-DVT）病例受益[6-8]。通过识别高危患者，临床医生可以通过及时干预改善股骨转子间骨折患者的预后。 在各种临床领域，机器学习方法已被证明有助于预测感兴趣的事件[9-12]。许多研究已经确定了老年患者术前深静脉血栓（DVT）的独立风险因素，并开发了相应的预测模型[13-15]。然而，虽然有许多可预测的模型，但没有专门针对超高龄（85岁以上）患者的DVT预测模型。这一部分身体和疾病的特点非常具体，因此需要更详细的风险评估工具。因此，未来的研究应更加关注这一群体，并开发更准确的预测模型，帮助医生做出更好的临床决策，更好地恢复患者[16-17]。 方法 数据处理与分析 本研究收集了2016年1月至2019年12月期间，在河北医科大学第三医院接受治疗的391名骨折患者的数据，所有患者年龄均≥85岁。排除术前有血栓形成的患者后，最终分析包括了391例术后发展为DVT的患者。术后非闭塞性深静脉血栓（PNO-DVT）的发生率为21.2%（n=83/391）。 PNO-DVT风险因素的识别 采用两步分析法识别独立风险因素。首先，进行单因素Logistic回归分析，突出P值≤0.05的因素。然后使用最小绝对收缩和选择算子（LASSO）回归，选择术后血栓形成因素，以解决可能的皮肤胶原问题。在LASSO回归模型中，λ值的增加会增加惩罚力度，推动独立变量的系数趋近于零。 模型建立 我们使用模型创建了一个数据集，并选择了由单因素分析定义的10个重要特征。然后将数据集随机分为两部分：70%作为训练集，30%作为测试集。由于正样本与负样本的比例约为1:10，非常不平衡。为了避免模型偏向于负样本（这会使召回率降低），我们仅在训练集中使用了采样技术，而测试集未进行处理。 所有统计分析和数据可视化均使用R版本4.5.1完成。研究利用了“xgboost”、“e1071”、“randomForest”、“rpart”和“caret”包进行机器学习建模，以及“tidyverse”、“pROC”、“ggplot2”、“gridExtra”、“tibble”和“shapviz”包进行数据组织和可视化。 结果

1. 统计结果 本研究分析了391名85岁及以上的股骨转子间骨折患者。这些患者中PNO-DVT的发生率为21.2%（n=83/391）。在一般信息中，单因素Logistic回归分析结果显示糖尿病、任何手术史和身高可能是深静脉血栓的风险因素。 表1：一般信息的单因素分析 变量 无DVT 有DVT OR(95%CI) P 年龄 88(86,90) 88(86,90.5) 1.045(0.973-1.121) 0.226 高血压 0 178 (57.8%) 51 (61.4%) (Ref) 1 130 (42.2%) 32 (38.6%) 0.859(0.523-1.412) 0.549 糖尿病 0 261 (84.7%) 79 (95.2%) (Ref) 1 47 (15.3%) 4 (4.8%) 0.281(0.098-0.805) 0.018 脑血管疾病 0 190 (61.7%) 50 (60.2%) (Ref) 1 118 (38.3%) 33 (39.8%) 1.063(0.647-1.745) 0.810 心脏病 0 185 (60.1%) 58 (69.9%) (Ref) 1 123 (39.9%) 25 (30.1%) 0.648(0.385-1.092) 0.103 心律失常 0 241 (78.2%) 68 (81.9%) (Ref) 1 67 (21.8%) 15 (18.1%) 0.793(0.426-1.477) 0.465 呼吸衰竭 0 299 (97.1%) 82 (98.8%) (Ref) 1 9 (2.9%) 1 (1.2%) 0.405(0.051-3.244) 0.395 慢性阻塞性肺病 0 301 (97.7%) 81 (97.6%) (Ref) 1 7 (2.3%) 2 (2.4%) 1.062(0.216-5.209) 0.941 肺部疾病史 0 293 (95.1%) 81 (97.6%) (Ref) 1 15 (4.9%) 2 (2.4%) 0.482(0.108-2.152) 0.339 肺炎 0 277 (89.9%) 74 (89.2%) (Ref) 1 31 (10.1%) 9 (10.8%) 1.087(0.496-2.383) 0.836 肿瘤 0 299 (97.1%) 83 (100%) (Ref) 1 9 (2.9%) 0 (0%) 0(0-Inf) 0.985 脊髓损伤 0 306 (99.4%) 81 (97.6%) (Ref) 1 2 (0.6%) 2 (2.4%) 3.778(0.524-27.232) 0.187 肝病 0 299 (97.1%) 81 (97.6%) (Ref) 1 9 (2.9%) 2 (2.4%) 0.82(0.174-3.872) 0.802 肾病 0 290 (94.2%) 78 (94%) (Ref) 1 18 (5.8%) 5 (6%) 1.033(0.372-2.869) 0.951 风湿性疾病 0 305 (99%) 83 (100%) (Ref) 1 3 (1%) 0 (0%) 0(0-Inf) 0.987 贫血 0 50 (16.2%) 20 (24.1%) (Ref) 1 258 (83.8%) 63 (75.9%) 0.61(0.339-1.098) 0.100 尿路感染 0 305 (99%) 80 (96.4%) (Ref) 1 3 (1%) 3 (3.6%) 3.812(0.755-19.249) 0.105 手术史 0 263 (85.4%) 63 (75.9%) (Ref) 1 45 (14.6%) 20 (24.1%) 1.855(1.024-3.361) 0.042 血型 0 5 (1.6%) 2 (2.4%) (Ref) 1 65 (21.1%) 19 (22.9%) 0.731(0.131-4.072) 0.720 2 97 (31.5%) 29 (34.9%) 0.747(0.138-4.057) 0.736 3 93 (30.2%) 21 (25.3%) 0.565(0.102-3.111) 0.511 4 32 (10.4%) 10 (12%) 0.781(0.131-4.665) 0.787 6 16 (5.2%) 2 (2.4%) 0.313(0.035-2.827) 0.301 Rh阴性血型 1 1 (0.3%) 0 (0%) (Ref) 2 307 (99.7%) 83 (100%) 572667.53(0-Inf) 0.988 居住地 1 148 (48.1%) 39 (47%) (Ref) 2 160 (51.9%) 44 (53%) 1.044(0.642-1.696) 0.863 住院季节 1 80 (26%) 17 (20.5%) (Ref) 2 73 (23.7%) 21 (25.3%) 1.354(0.663-2.764) 0.406 3 78 (25.3%) 25 (30.1%) 1.508(0.756-3.009) 0.243 4 77 (25%) 20 (24.1%) 1.222(0.596-2.507) 0.584 手术季节 1 80 (26%) 17 (20.5%) (Ref) 2 73 (23.7%) 20 (24.1%) 1.289(0.627-2.649) 0.489 3 82 (26.6%) 26 (31.3%) 1.492(0.753-2.959) 0.252 4 73 (23.7%) 20 (24.1%) 1.289(0.627-2.649) 0.489 入院间隔 5(3,6) 4(3,7) 1(1-1) 0.786 骨折总数 0 7 (2.3%) 3 (3.6%) (Ref) 1 269 (87.3%) 73 (88%) 0.633(0.16-2.51) 0.515 2 21 (6.8%) 4 (4.8%) 0.444(0.079-2.492) 0.357 3 8 (2.6%) 2 (2.4%) 0.583(0.075-4.562) 0.608 4 1 (0.3%) 1 (1.2%) 2.333(0.107-50.985) 0.590 5 2 (0.6%) 0 (0%) 0(0-Inf) 0.997 受伤原因 1 260 (84.4%) 72 (86.7%) (Ref) 2 22 (7.1%) 7 (8.4%) 1.149(0.472-2.797) 0.760 3 26 (8.4%) 4 (4.8%) 0.556(0.188-1.643) 0.288 受伤类型 0 306 (99.4%) 82 (98.8%) (Ref) 1 2 (0.6%) 1 (1.2%) 1.866(0.167-20.833) 0.612 吸烟史 0 297 (96.4%) 82 (98.8%) (Ref) 1 11 (3.6%) 1 (1.2%) 0.329(0.042-2.586) 0.291 饮酒史 0 303 (98.4%) 80 (96.4%) (Ref) 1 5 (1.6%) 3 (3.6%) 2.272(0.532-9.711) 0.268 身高 160(157-168) 158(155-168) 0.997(0.994-1) 0.033 体重 60(50-65) 65(48-70) 0.995(0.987-1.003) 0.189 BMI 22.032(20,24.031) 22.222(19.482,24.785) 1.024(0.962-1.09) 0.458 性别 1 91 (29.5%) 27 (32.5%) (Ref) 2 217 (70.5%) 56 (67.5%) 0.87(0.517-1.464) 0.599 高血压、糖尿病、脑血管疾病、心脏病、心律失常、呼吸衰竭、慢性阻塞性肺病、肺部疾病史、肺炎、肿瘤、脊髓损伤、肝病、肾病、风湿性疾病、贫血、尿路感染、手术史、吸烟史、饮酒史：1=是，0=否；血型：1=A；2=B；3=AB；4=O，Rh阴性血型：1=阴性；2=阳性；居住地：1=农村，2=城市；住院季节、手术季节：1=春季，2=夏季，3=秋季，4=冬季；骨折总数：数字表示骨折部位数量；受伤原因：1=暴力伤害，2=非暴力伤害，3=其他类型伤害；性别：1=男性，2=女性。

在手术和输血信息中，单因素Logistic回归分析的结果表明，手术时间、术中输血和七叶皂苷钠可能是深静脉血栓的风险因素。 表2：手术和输血信息的单因素分析 变量 无DVT 有DVT OR(95%CI) P 切口等级 1 298 (96.8%) 82 (98.8%) (Ref) 2 10 (3.2%) 1 (1.2%) 0.363(0.046-2.879) 0.338 麻醉方法 1 11 (3.6%) 1 (1.2%) (Ref) 2 190 (61.7%) 50 (60.2%) 2.895(0.365-22.937) 0.314 3 107 (34.7%) 32 (38.6%) 3.29(0.409-26.439) 0.263 骨折复位 1 292 (94.8%) 75 (90.4%) (Ref) 2 16 (5.2%) 8 (9.6%) 1.947(0.803-4.721) 0.141 固定方式 1 306 (99.4%) 83 (100%) (Ref) 2 2 (0.6%) 0 (0%) 0(0-Inf) 0.983 内固定物 0 34 (11%) 5 (6%) (Ref) 1 8 (2.6%) 4 (4.8%) 3.4(0.741-15.604) 0.116 2 153 (49.7%) 47 (56.6%) 2.089(0.773-5.645) 0.146 3 7 (2.3%) 1 (1.2%) 0.971(0.098-9.651) 0.980 4 68 (22.1%) 17 (20.5%) 1.7(0.578-5) 0.335 8 38 (12.3%) 9 (10.8%) 1.611(0.491-5.279) 0.431 植骨 0 299 (97.1%) 81 (97.6%) (Ref) 1 9 (2.9%) 2 (2.4%) 0.82(0.174-3.872) 0.802 植骨类型 0 300 (97.4%) 81 (97.6%) (Ref) 2 8 (2.6%) 2 (2.4%) 0.926(0.193-4.445) 0.923 手术时间 90(70-120) 110(90-120) 1.01(1.003-1.016) 0.003 术中出血量 200(100-300) 200(150-300) 1(1-1.001) 0.367 ASA 1 16 (5.2%) 3 (3.6%) (Ref) 2 112 (36.4%) 28 (33.7%) 1.333(0.363-4.896) 0.665 3 165 (53.6%) 41 (49.4%) 1.325(0.369-4.765) 0.666 4 15 (4.9%) 11 (13.3%) 3.911(0.91-16.809) 0.067 术中输血 0(0-0) 0(0-400) 1.001(1.001-1.002) 0.001 手术时机 1 302 (98.1%) 80 (96.4%) (Ref) 2 6 (1.9%) 3 (3.6%) 1.887(0.462-7.713) 0.376 输入悬浮红细胞 800(400,1200) 800(400,1200) 1(1-1) 0.426 总输血量 0(0,0) 0(0,0) 0.967(0.045-20.602) 0.983 血浆量 0(0,200) 0(0,200) 1.001(0.999-1.002) 0.304 白蛋白补充药物 0 192 (62.3%) 50 (60.2%) (Ref) 1 116 (37.7%) 33 (39.8%) 1.092(0.665-1.795) 0.727 氨甲环酸 0.25g 0 262 (85.1%) 75 (90.4%) (Ref) 1 46 (14.9%) 8 (9.6%) 0.608(0.275-1.343) 0.218 氨甲环酸 1g 0 287 (93.2%) 82 (98.8%) (Ref) 1 21 (6.8%) 1 (1.2%) 0.167(0.022-1.257) 0.082 甘露醇 0 284 (92.2%) 74 (89.2%) (Ref) 1 24 (7.8%) 9 (10.8%) 1.439(0.642-3.228) 0.377 七叶皂苷钠 0 281 (91.2%) 82 (98.8%) (Ref) 1 27 (8.8%) 1 (1.2%) 0.127(0.017-0.947) 0.044 麻醉方法：1 = 局部麻醉 2 = 脊髓麻醉 3 = 全身麻醉；骨折复位：1 = 闭合复位 2 = 开放复位；固定方式：1 = 内固定 2 = 外固定；内固定物：0 = 无 1 = 钢板 2 = 髓内钉 3 = 克氏针 4 = 单纯螺钉 5 = 全髋关节置换 6 = 半髋关节置换 7 = 拉力螺钉 8 = 其他；植骨：1 = 是 2 = 否；植骨类型：0 = 无植骨 1 = 自体植骨 2 = 异体植骨；手术时机：1 = 白天手术 2 = 夜间手术；白蛋白补充药物、甘露醇、七叶皂苷钠：0 = 否 1 = 是； 在实验室数据中，单因素Logistic回归分析的结果表明，A/G、EOS、LYM、MPV、PDW、TT-R和ALB可能是深静脉血栓的风险因素。 表3：实验室信息的单因素分析 变量 无DVT 有DVT OR(95%CI) P TP(g/L) ≥65 44 (14.3%) 8 (9.6%) (Ref) ＜65 264 (85.7%) 75 (90.4%) 1.563(0.705-3.463) 0.272 ALB（参考值30–50 g/L） 30-50 191 (62%) 50 (60.2%) (Ref) ＜30 或 ＞50 117 (38%) 33 (39.8%) 1.077(0.656-1.77) 0.768 GLOB（参考值20–40 g/L） 20-40 250 (81.2%) 64 (77.1%) (Ref) ＜20 或 ＞40 58 (18.8%) 19 (22.9%) 1.28(0.712-2.3) 0.410 A/G（参考值1.2–2.4） 1.2-2.4 219 (71.1%) 70 (84.3%) (Ref) ＜1.2 85 (27.6%) 13 (15.7%) 0.478(0.252-0.91) 0.025 ＞2.4 4 (1.3%) 0 (0%) 0(0-Inf) 0.984 ALT（参考值9–50 U/L） 9-50 254 (82.5%) 62 (74.7%) (Ref) ＜9 或 ＞50 54 (17.5%) 21 (25.3%) 1.593(0.896-2.833) 0.113 AST（参考值15–40 U/L） 15-40 221 (71.8%) 57 (68.7%) (Ref) ＜15 或 ＞40 87 (28.2%) 26 (31.3%) 1.159(0.685-1.961) 0.583 TBIL（参考值1.7-17.1μmol/L） 1.7-17.1 176 (57.1%) 47 (56.6%) (Ref) ＞17.1 132 (42.9%) 36 (43.4%) 1.021(0.626-1.666) 0.933 DBIL (参考值0-6.8 μmol/L) 0-6.8 176 (57.1%) 51 (61.4%) (Ref) ＞6.8 132 (42.9%) 32 (38.6%) 0.837(0.509-1.374) 0.481 IBIL (参考值1.7-10.2μmoL/L) 1.7-10.2 210 (68.2%) 57 (68.7%) (Ref) ＞10.2 98 (31.8%) 26 (31.3%) 0.977(0.58-1.648) 0.932 ALP（参考值45–125 U/L） 45-125 259 (84.1%) 67 (80.7%) (Ref) ＜45 36 (11.7%) 13 (15.7%) 1.396(0.701-2.78) 0.343 ＞125 13 (4.2%) 3 (3.6%) 0.892(0.247-3.221) 0.862 GGT（参考值10–60 U/L） 10-60 257 (83.4%) 69 (83.1%) (Ref) ＜10 或 ＞60 51 (16.6%) 14 (16.9%) 1.022(0.535-1.955) 0.947 CHE（参考值5–12 U/L） 5-12 114 (37%) 28 (33.7%) (Ref) ＜5 或 ＞12 194 (63%) 55 (66.3%) 1.154(0.693-1.923) 0.582 TBA（参考值1–10 μmol/L） 1-10 216 (70.1%) 65 (78.3%) (Ref) ＜1 或 ＞10 92 (29.9%) 18 (21.7%) 0.65(0.365-1.157) 0.143 HCRP（参考值0-3mg/L） ≤3 35 (11.4%) 7 (8.4%) (Ref) ＞3 273 (88.6%) 76 (91.6%) 1.392(0.595-3.258) 0.446 LDH（参考值0-250 U/L） ＜250 213 (69.2%) 53 (63.9%) (Ref) ≥250 95 (30.8%) 30 (36.1%) 1.269(0.763-2.111) 0.359 TC（参考值0-5.2mmol/L） ≤5.2 299 (97.1%) 80 (96.4%) (Ref) ＞5.2 9 (2.9%) 3 (3.6%) 1.246(0.33-4.709) 0.746 TG（参考值0-1.7mmol/L） ≤1.7 291 (94.5%) 80 (96.4%) (Ref) ＞1.7 17 (5.5%) 3 (3.6%) 0.642(0.184-2.245) 0.488 HDL-C（参考值0.9-2mmol/L） 0.9-2 229 (74.4%) 67 (80.7%) (Ref) ＜0.9 或 ＞2 79 (25.6%) 16 (19.3%) 0.692(0.379-1.264) 0.231 LDL-C（参考值0-3.1mmol/L） ≤3.1 281 (91.2%) 77 (92.8%) (Ref) ＞3.1 27 (8.8%) 6 (7.2%) 0.811(0.323-2.035) 0.655 VLDL（参考值2-30mg/dL） 2-30 65 (21.1%) 23 (27.7%) (Ref) ＜2 或 ＞30 243 (78.9%) 60 (72.3%) 0.698(0.401-1.213) 0.202 APOB（参考值0.8-1.