精簡眼科手術(shù)前常規(guī)檢查：大數(shù)據(jù)時(shí)代的契機(jī)和挑戰(zhàn)

賴偉翊，王珣，趙蘭琴，林浩添,2

(1.中山大學(xué)中山眼科中心，眼科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510060；2.中山大學(xué)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)科學(xué)中心，廣州 510080)

在醫(yī)學(xué)各學(xué)科中，對患者進(jìn)行手術(shù)治療前，除了與本次主要診斷疾病相關(guān)的檢驗(yàn)檢查，常常還開具評估一般身體情況和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的常規(guī)檢查，包括血常規(guī)、血生化、凝血功能、常見傳染性疾病篩查、尿常規(guī)、胸部X線檢查、心電圖等。種類繁多的術(shù)前檢查不僅給患者帶來不便，延長了疾病治療流程，也在一定程度上增加了醫(yī)療費(fèi)用，給醫(yī)療保障系統(tǒng)帶來了負(fù)擔(dān)。但出于保證醫(yī)療質(zhì)量和患者安全的目的，對所有手術(shù)患者開具近乎無差別的術(shù)前常規(guī)檢查處方，仍是目前階段絕大多數(shù)醫(yī)院的普遍做法。從現(xiàn)象成因來看，醫(yī)療傳統(tǒng)和法律法規(guī)的要求是重要原因之一；同時(shí)也有部分醫(yī)生開具術(shù)前檢查是因?yàn)檎J(rèn)為其他醫(yī)生需要，例如眼科醫(yī)師常常因?yàn)檎J(rèn)為麻醉科或內(nèi)科醫(yī)師需要而開具大量術(shù)前檢查，即使他們自己并不重視這些檢查結(jié)果[1-2]。且對大多數(shù)外周器官、只可能極少量失血的擇期手術(shù)而言，給大量患者開具術(shù)前常規(guī)檢查的經(jīng)濟(jì)成本較高，開具這些術(shù)前檢查也對指導(dǎo)醫(yī)療決策、減少醫(yī)療不良事件沒有顯著影響。

本文將從2個(gè)角度對有關(guān)常規(guī)術(shù)前檢查效率的既有研究進(jìn)行回顧：一是術(shù)前常規(guī)檢查對低風(fēng)險(xiǎn)擇期手術(shù)安全的影響及其所帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；二是合理控制術(shù)前檢查數(shù)量的現(xiàn)有方法和效果，并進(jìn)一步探討在大數(shù)據(jù)時(shí)代，能否通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方式方法，以眼科為例，對現(xiàn)行的術(shù)前檢查模式進(jìn)行改進(jìn)(圖1)。

圖1 本文內(nèi)容結(jié)構(gòu)Figure 1 Content structure flowchart

1 術(shù)前常規(guī)檢查對低風(fēng)險(xiǎn)擇期手術(shù)安全的影響及其所帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)

自20世紀(jì)末開始，已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)術(shù)前常規(guī)檢查對一些低風(fēng)險(xiǎn)手術(shù)的安全性和醫(yī)療不良事件發(fā)生率并無影響。例如美國梅奧診所[3]早在1988年就通過回顧各類擇期手術(shù)患者術(shù)前實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)術(shù)前實(shí)驗(yàn)室檢查異常與醫(yī)療不良事件發(fā)生之間并無顯著關(guān)聯(lián)，因而不再推薦對病史、體格檢查無異常的擇期手術(shù)患者進(jìn)行其他術(shù)前常規(guī)檢查。針對一些更具體專科的擇期手術(shù)，也有大量研究發(fā)現(xiàn)術(shù)前常規(guī)檢查項(xiàng)目與手術(shù)安全、預(yù)后并無顯著關(guān)聯(lián)，也不影響治療決策。例如擇期的兒童胸心外科手術(shù)術(shù)前的血液實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果并不影響治療決策和預(yù)后，因此不必要給這些患兒開具常規(guī)的血液實(shí)驗(yàn)室檢查[4]；在泌尿外科尿道中段懸吊術(shù)患者、耳鼻喉科鼻中隔成形術(shù)患者、浸潤性乳腺癌患者等多專科情景中，類似的對醫(yī)療安全、患者預(yù)后無顯著影響的低效率檢查也廣泛存在[5-7]。

眼科是手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)相對更低的專科，白內(nèi)障手術(shù)是眼科最常見的低風(fēng)險(xiǎn)手術(shù)，有研究團(tuán)隊(duì)[8-11]針對常規(guī)術(shù)前檢查對白內(nèi)障手術(shù)安全和預(yù)后的影響進(jìn)行了全面細(xì)致的研究，他們通過系統(tǒng)評價(jià)美國、巴西、意大利共納入21 531例白內(nèi)障手術(shù)的3項(xiàng)隨機(jī)臨床試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各類醫(yī)療不良事件的發(fā)生率，包括占比最高的術(shù)中心血管事件和術(shù)后眼部不良事件的發(fā)生率，在常規(guī)術(shù)前檢查組和選擇性術(shù)前檢查組之間并不存在顯著差異，且相比于選擇性術(shù)前檢查，常規(guī)術(shù)前檢查對是否取消手術(shù)的醫(yī)療決策也并未產(chǎn)生顯著影響。由此可見，常規(guī)術(shù)前檢查對于白內(nèi)障手術(shù)而言并非必要，對其他眼科手術(shù)的價(jià)值也值得進(jìn)一步研究。

盡管白內(nèi)障術(shù)前檢查對手術(shù)安全和預(yù)后的影響并不顯著，但其卻帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[12]。Chen等[13]于2015年總結(jié)了44萬接受白內(nèi)障手術(shù)的患者在術(shù)前1個(gè)月接受檢查的情況，結(jié)果顯示：相比于之前11個(gè)月的平均水平，術(shù)前這1個(gè)月中，患者的檢查花費(fèi)提高了480萬美元，門診就醫(yī)費(fèi)用提高了1 240萬美元，分別提升了42%和78%。該團(tuán)隊(duì)[14]后續(xù)針對42萬人白內(nèi)障手術(shù)隊(duì)列的研究顯示：該隊(duì)列術(shù)前門診就診和檢查費(fèi)用達(dá)到2 270萬美元，預(yù)計(jì)每年白內(nèi)障術(shù)前常規(guī)檢查項(xiàng)目共計(jì)花費(fèi)美國醫(yī)保費(fèi)用4 540萬美元。

2 合理控制術(shù)前檢查數(shù)量的現(xiàn)有方法和效果

非臨床指南要求、缺乏臨床指征的術(shù)前檢查在醫(yī)療實(shí)踐中廣泛存在。以上文提到的尿道中段懸吊術(shù)為例，經(jīng)回顧性分析發(fā)現(xiàn)：76%的凝血功能檢查、73%的血常規(guī)檢查、47%的血生化檢查、39%的胸片檢查、21%的心電圖檢查均沒有合適臨床指征[5]。而通過個(gè)性化設(shè)計(jì)術(shù)前檢查方案等多種方式控制這些術(shù)前常規(guī)檢查的數(shù)量，則可明顯降低醫(yī)療費(fèi)用[5-7,15]。

合理控制術(shù)前檢查數(shù)量最直接的方式是總結(jié)臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過發(fā)表聲明、編寫指南和專家共識等方式，以患者病史和體格檢查情況為參考，推薦不同的術(shù)前檢查組合。有學(xué)者[16]建議在失血風(fēng)險(xiǎn)極低的外周器官手術(shù)，應(yīng)以年齡和性別為標(biāo)準(zhǔn)，針對不同患者開具不同的檢查組合，40歲以下男性無需接受常規(guī)術(shù)前檢查，41～64歲男性只需接受心電圖檢查，65歲以上男性則需要接受心電圖、胸部X線檢查、血常規(guī)、血生化在內(nèi)的一系列術(shù)前檢查。在此基礎(chǔ)上，也有研究者[17]嘗試將指南和共識以計(jì)算機(jī)軟件的形式體現(xiàn)出來，通過輸入人口學(xué)資料、病史資料和手術(shù)資料，軟件自動輸出應(yīng)該開具的術(shù)前檢查項(xiàng)目，如根據(jù)該指南軟件的建議，減少不符合指南要求的術(shù)前檢查和重復(fù)的術(shù)前檢查，每1 000名患者可節(jié)約2.7萬美元醫(yī)療費(fèi)用。針對白內(nèi)障手術(shù)，有學(xué)者[18]呼吁心電圖檢查應(yīng)該僅在心血管疾病高風(fēng)險(xiǎn)人群中開展，而尿常規(guī)檢查和凝血功能檢查應(yīng)該停止。而美國眼科學(xué)會[19]早在2000年就建議減少白內(nèi)障手術(shù)前的常規(guī)檢查項(xiàng)目。

但可以預(yù)見的是，必須持續(xù)大力地推廣這些新理念、新標(biāo)準(zhǔn)，佐以對執(zhí)業(yè)醫(yī)師的指引和教育，鼓勵(lì)重視術(shù)前病史采集和體格檢查，方可達(dá)到理想的效果[20]。一方面大量術(shù)前檢查異常可通過回顧病史和體格檢查提前發(fā)現(xiàn)蹤跡[3]；另一方面，一些專科醫(yī)師常常輕視病史和體格檢查，因而相比于病史、一般身體狀況和人口學(xué)特征，患者是否需要接受過度術(shù)前檢查，與其主診醫(yī)生執(zhí)業(yè)模式相關(guān)性更高[13]。有研究[21-22]表明：低風(fēng)險(xiǎn)手術(shù)前咨詢心內(nèi)科醫(yī)生可能導(dǎo)致接受更多術(shù)前檢查、住院時(shí)間延長和醫(yī)療費(fèi)用提高；而經(jīng)過麻醉科醫(yī)生評估后再開具檢查處方，則可以顯著降低醫(yī)療費(fèi)用。

為減輕醫(yī)療機(jī)構(gòu)或醫(yī)師個(gè)人執(zhí)業(yè)習(xí)慣對過度術(shù)前檢查的影響，已有一些地區(qū)性的實(shí)驗(yàn)通過長時(shí)間執(zhí)業(yè)教育和宣傳，持續(xù)降低了常規(guī)術(shù)前檢查的數(shù)量和整體醫(yī)療費(fèi)用[23]。例如經(jīng)過數(shù)年時(shí)間減少非必要術(shù)前常規(guī)檢查的倡議，加拿大亞伯達(dá)省所有擇期手術(shù)患者中，術(shù)前僅13.4%接受了心電圖檢查，23.2%接受了胸部X線檢查[24]。Mafi等[25]在美國洛杉磯2個(gè)相互獨(dú)立的醫(yī)學(xué)中心進(jìn)行前瞻性的研究，發(fā)現(xiàn)與作為對照的醫(yī)院相比，實(shí)驗(yàn)干預(yù)的醫(yī)院通過眼科和麻醉科主任制定新的術(shù)前檢查指南，以及質(zhì)控護(hù)士協(xié)助監(jiān)督等一系列干預(yù)措施，大大降低了該中心白內(nèi)障手術(shù)患者接受術(shù)前胸部X線檢查(從90%降至24%)、心電圖(從95%降至29%)及其他常規(guī)實(shí)驗(yàn)室檢查的比例(從92%降至37%)，且即使在干預(yù)結(jié)束后的1年內(nèi)這一效應(yīng)仍然顯著。該醫(yī)院每年白內(nèi)障手術(shù)量約1 000例，但從社會經(jīng)濟(jì)角度3年內(nèi)預(yù)計(jì)可節(jié)省21.7萬美元。

3 大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)助力更個(gè)性化的術(shù)前檢查方案定制

上述控制常規(guī)術(shù)前檢查數(shù)量的干預(yù)方法，常常僅基于基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)分析和簡單實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，納入考慮的因素較少，常常只包括年齡和簡單的病史情況，對患者而言個(gè)性化程度較低；且其設(shè)計(jì)僅為了保障手術(shù)安全和降低醫(yī)療費(fèi)用，忽視了術(shù)前檢查對發(fā)現(xiàn)其他潛在健康隱患的意義和價(jià)值。開展真實(shí)世界大數(shù)據(jù)研究能綜合大量人口學(xué)、病史和體格檢查特征，使得為患者設(shè)計(jì)更個(gè)性化的術(shù)前檢查方案成為可能。而機(jī)器學(xué)習(xí)的方法正適用于在大數(shù)據(jù)集中挖掘多變量與結(jié)局之間的關(guān)聯(lián)，已被成功應(yīng)用于預(yù)測各類醫(yī)療不良事件的發(fā)生，例如早產(chǎn)兒疾病、感染性休克、ICU中患者病情惡化以及全身麻醉過程中低氧血癥的發(fā)生等[26-30]。

筆者所在中山大學(xué)中山眼科中心團(tuán)隊(duì)，針對如何為眼科手術(shù)患者個(gè)性化判斷是否需要進(jìn)行術(shù)前胸部X線檢查進(jìn)行了前期研究。團(tuán)隊(duì)回顧了2017至2019年3.4萬名眼科手術(shù)患者的術(shù)前胸部X線檢查結(jié)果及其相關(guān)的人口學(xué)、病史、體格檢查資料，以機(jī)器學(xué)習(xí)的方式建立算法模型，預(yù)期通過人口學(xué)、病史、體格檢查資料預(yù)測患者胸部X線檢查發(fā)現(xiàn)異常的風(fēng)險(xiǎn)。推測為胸部X線檢查異常低風(fēng)險(xiǎn)的患者，將來可能在術(shù)前免予接受胸部X線檢查。

在研究過程中，我們依據(jù)對眼科手術(shù)安全的影響和對潛在健康風(fēng)險(xiǎn)的提示作用，將胸部X線檢查結(jié)果劃分為3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)層級：1)低風(fēng)險(xiǎn)，既對眼科手術(shù)安全和治療決策無影響，又未發(fā)現(xiàn)潛在健康風(fēng)險(xiǎn)，主要指未發(fā)現(xiàn)任何明顯異常的胸部X線檢查結(jié)果；2)中風(fēng)險(xiǎn)，對眼科手術(shù)安全和治療決策無影響，但發(fā)現(xiàn)了潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，可指導(dǎo)患者至其他專科進(jìn)一步檢查的結(jié)果，例如發(fā)現(xiàn)性質(zhì)不明的肺部結(jié)節(jié)、肺間質(zhì)感染、氣管移位、肺動脈段突出等問題；3)高風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)可能影響眼科手術(shù)安全和治療決策的胸部X線檢查異常結(jié)果，例如發(fā)現(xiàn)心影明顯增大、活動性的肺結(jié)核感染等。由于筆者所在中山大學(xué)中山眼科中心為眼科專科醫(yī)院，就診患者大多沒有循環(huán)或呼吸系統(tǒng)全身合并癥，胸部X線檢查結(jié)果為低風(fēng)險(xiǎn)的患者占比高達(dá)73.3%，更提示了在眼科專科場景，通過個(gè)性化設(shè)計(jì)精簡術(shù)前檢查項(xiàng)目不僅可為患者帶來方便，提高醫(yī)療效率，還可能帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

研究現(xiàn)階段用于預(yù)測胸部X線檢查風(fēng)險(xiǎn)程度的變量包括：1)人口學(xué)信息，包括年齡、性別、出生和居住地區(qū)、婚姻狀況、職業(yè)、教育水平等；2)病史信息，眼科診斷、是否多次住院、是否吸煙、是否飲酒、其他疾病既往史等；3)體格檢查和護(hù)理信息，視力和眼壓情況、入院時(shí)體重指數(shù)(body mass index，BMI)、呼吸、體溫、脈搏、精神狀況、是否存在肢體活動障礙、能否行走入院、能否生活自理、有無跌倒墜床史等。因?yàn)橹懈唢L(fēng)險(xiǎn)度胸部X線檢查樣本占比較低(26.7%)，研究采用上抽樣的方法進(jìn)行組間樣本數(shù)量的平衡。最終數(shù)據(jù)集劃分68%作為訓(xùn)練集，17%作為驗(yàn)證集，15%作為測試集。將這些變量納入logistic回歸進(jìn)行初步變量篩選后，以隨機(jī)森林模型對胸片檢查所屬風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行預(yù)測(圖2)。

初步訓(xùn)練后的模型在訓(xùn)練集中對胸部X線檢查中高風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)的分類準(zhǔn)確率達(dá)到99%以上，在測試集中也可達(dá)到81.2%，ROC曲線下面積0.864。為更大限度保障高齡患者群體的手術(shù)安全，實(shí)現(xiàn)對胸部X線檢查中高風(fēng)險(xiǎn)人群的高敏感度檢出，還可對模型閾值進(jìn)行調(diào)整，使測試集中胸部X線檢查中高風(fēng)險(xiǎn)人群檢出敏感度特異度中均達(dá)到80%以上。經(jīng)分析，影響分類結(jié)果權(quán)重最高的3個(gè)因素為入院時(shí)的收縮壓、舒張壓和BMI，印證了體格檢查對個(gè)性化制訂術(shù)前檢查方案的重要性。此外，對分類結(jié)果的影響較大的因素還包括是否離退休人員、較好眼的視力、年齡段、文化程度、是否就診于眼底科等。除年齡段外，這些變量傳統(tǒng)上并不用于評估系統(tǒng)性的健康風(fēng)險(xiǎn)，更不影響是否開具胸部X線檢查的診療決策，但在機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型中成為眼科術(shù)前胸部X線檢查風(fēng)險(xiǎn)分類的重要影響因素。后續(xù)如繼續(xù)擴(kuò)大樣本量和樣本來源，納入更多有關(guān)變量，進(jìn)一步提高模型分類效果，并完善對分類影響因素的解釋，將有可能實(shí)質(zhì)性地改變眼科術(shù)前檢查模式，除胸部X線檢查外，繼續(xù)個(gè)性化定制原本術(shù)前常規(guī)檢查的心電圖、血常規(guī)等一系列檢查內(nèi)容。

但利用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測術(shù)前常規(guī)檢查風(fēng)險(xiǎn)程度的研究，在帶來改革眼科術(shù)前檢查模式新契機(jī)的同時(shí)，同樣存在一定掣肘，主要為以下幾個(gè)方面：1)真實(shí)世界樣本特征分布不均。以本研究為例，預(yù)測目標(biāo)胸部X線檢查中高風(fēng)險(xiǎn)樣本數(shù)量明顯低于低風(fēng)險(xiǎn)樣本，白內(nèi)障手術(shù)患者明顯多于眼底手術(shù)、角膜手術(shù)患者，這些特征的不均衡使機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型在特定亞組人群中的應(yīng)用效果可能不穩(wěn)定；2)醫(yī)療機(jī)構(gòu)和各專科之間數(shù)據(jù)壁壘的存在。受各單位數(shù)據(jù)存儲形式、標(biāo)準(zhǔn)的差異以及各方合作意愿的影響，真實(shí)世界大數(shù)據(jù)研究常常難以獲得理想的數(shù)據(jù)量和廣泛的數(shù)據(jù)來源，使算法模型應(yīng)用范圍和魯棒性受到影響；3)高質(zhì)量數(shù)據(jù)的稀缺。現(xiàn)實(shí)醫(yī)療環(huán)境中存在大量紙質(zhì)書寫的病歷和護(hù)理文書，難以直接用于大數(shù)據(jù)研究。而數(shù)字化存儲的數(shù)據(jù)也有大量存在錄入過程紕漏和數(shù)據(jù)完整性問題，需要花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合和清洗。隨著數(shù)字化醫(yī)療實(shí)踐和多中心大數(shù)據(jù)研究合作模式的成熟，這些問題都在逐步得到解決。相信在不遠(yuǎn)的未來，大數(shù)據(jù)研究將為眼科術(shù)前檢查的精簡和個(gè)性化設(shè)計(jì)提供更大的助力。

圖2 研究流程圖Figure 2 Study design flowchart