基于数学建模的信息数据分析细菌感染致肠造口感染的危险因素

摘要

客观的．本研究旨在通过基于数学模型的信息数据分析方法探讨肠造口术后感染的危险因素。方法．回顾性选择入院的肠造口患者156例作为研究对象，根据是否合并感染分为感染组17例和正常组139例。然后对手术前后感染因素及相关指标进行分析，并采用数学模型对全医院数据进行估计。结果．感染组住院时间为21±11.2天，高于正常组(10.1±7.1天)(< 0.05)。感染组吻合口瘘发生率为14%，高于正常组的2%。感染组的死亡率(44%)高于正常组(5%)。感染组中，单腔造口发生率(69%)高于双腔造口发生率(31%)，院内感染率(11%)显著高于院外感染率(2%)，差异有统计学意义(p < 0.05)。< 0.05)。结论．肠造口前营养不良、低蛋白血症患者，治疗中使用胃管和呼吸机，手术中采用单管造口，吻合口瘘发生的患者均较易并发感染。

1.介绍

肠造口术是治疗某些胃肠道疾病的常用手术方法，可有效提高患者的生活质量[1］.该方法的具体操作是在人体腹部做一个人工伤口，然后缝合消化道开口，使患者通过这个开口排泄人体废物[2］.进行肠造口的患者在进行永久性或临时性肠造口前，往往需要对原有疾病进行治疗，从而改变粪便排泄方式[3.］.然而，从气孔排出的废物是无法控制的，往往会不由自主地流出，浸泡气孔周围的腹部皮肤。此外，粪便中含有大量细菌，常感染气孔及周围组织，引起并发症，影响患者的生活质量[4］.据报道，台湾造口手术患者每年增加约10万人，早期并发症患者约为6.3%-53.8% [5］.

在众多并发症中，造口感染的发生率较高[6］.造口手术常见的并发症有造口附近的伤口感染、缝线引起的感染、造口黏膜脱离以及患者自身因素引起的并发症。以上并发症会严重影响患者术后的生理和心理，也间接导致术后恢复不理想[7］.另外，手术后机体的免疫力会下降，皮肤和粘膜的完整性会被破坏，造成伤口的开放性，尤其是粪便的排泄。更严重的是，气孔及周围组织易受细菌感染，严重的可由局部感染引起全身急性感染[8］.

数学建模顾名思义就是根据实际数据信息建立数学模型来处理现实问题的过程[9］.具体来说，将信息数据从基础向深度、从粗略调整向高精度转换，从简单的数字中获得更有意义、更有用的信息，解决生活中的实际问题。它也是理论与实践相结合的过程。10，11］.数学模型的建立是多样化的，已广泛应用于医药、教育等各个行业[12，13］.

本研究通过引入数学模型分析肠造口术后细菌感染的可能危险因素，并将所得数据信息应用于医疗实践，以期为预防肠造口术后并发症提供一定的理论依据。

2.实验方法

2．1．研究对象

以2018年9月至2021年1月住院的急性肠造口患者156例为研究对象，其中男性89例，女性67例，年龄54 ~ 89岁，平均年龄56±9岁，纳入感染组(n= 17)，正常组(n= 139)根据他们是否有复杂的感染。感染标准为白细胞(WBC)计数大于10 × 10⁹/L，中性粒细胞大于80%，或伴有咳嗽、胸闷、呼吸困难等症状。有上述4种或4种以上症状的患者可被诊断。本研究已获得医院伦理委员会批准，患者及其家属了解本研究的内容和方法，并同意签署相应的知情同意书。纳入标准:(1)患者年龄均在50 - 90岁之间;(2)患者及其家属签署知情同意书;(3)患者在研究过程中神志清醒;(4)患者一般临床资料完整。排除标准:(1)心、肝、肾功能障碍患者;(2)孕期妇女。

2．2．研究方法

本研究对医院肠造口术后发展情况进行回顾性分析，并整理研究对象的一般资料和临床治疗资料进行对比分析。在数学建模的基础上，对医院所有患者的情况进行了探究。

2．3.观察指标

分析患者肠造口的病因，比较不同变量患者的感染概率。不同的变量包括造口肠段、吻合方式、年龄、造口缩小间隔、手术时间、术后住院时间、术后吻合口瘘、术后肠梗阻等因素。

比较患者的一般资料状况，包括性别、年龄、造口病因等，有无统计学意义。

根据肠造口感染情况分为组，比较低蛋白血症、胃管、呼吸机使用史、术后营养不良情况、造口方法。此外，还统计了感染患者的死亡率。

２.４.基于数学建模的分析方法

在随机抽取肠造口患者的基础上建立数学模型，以估计全院所有患者的情况。

为估算全院肠造口合并感染的病例数，设全院肠造口合并感染的病例数为 ，随机选择肠造口患者数量设为y，感染病例数设为x，全院行肠造口术的总人数为 ．然后,方程(1)可获得:

因此，全院无并发感染的患者数量可表示为方程式(2)和(3.）：

可设全院因该因素并发感染的患者人数为米了解全院不同因素术后并发感染的比例，并随机选取患者中该原因的病例数为 ．计算结果如公式(4)和(5）：

其中，随机抽取肠造口患者人数(y)，受感染的病人人数(x)，以及在医院接受肠造口手术的总人数( ）都是已知的量。

2．5．统计方法

采用SPSS19.0软件对数据进行统计分析，计量资料以均数±标准差表示。采用单向分析进行分析。Wilcoxon秩和检验或t计量资料采用-检验，计数资料采用卡方检验或Fisher精确检验。此外,< 0.05表示差异具有统计学意义。

3.结果

3．1.不同因素引起的感染发生率比较

表格1显示了切口感染的发生与性别、年龄的关系。感染组男11例，女6例。正常组男78例，女61例。感染组平均年龄54±7岁，未感染组平均年龄57±6岁，差异无统计学意义(> 0.05)。表格2显示造口复位间隔时间、手术时间、术后住院时间与感染发生率的关系。感染组住院时间为21±11.2天，高于正常组(10.1±7.1天)(< 0.05)。数字1显示不同的肠造口位置。发现造口的肠道部位与感染发生率无显著相关性(> 0.05)。数字2显示吻合口瘘与切口感染的关系。分析显示，感染组吻合口瘘发生率(14%)高于正常组(2%)(< 0.05)。由此可见，术后住院时间、术后吻合口瘘与感染的发生有一定的关系。

2020年9月至2021年3月期间，该医院共有350名患者接受肠造口手术。对病因进行统计分析，采用基于数学建模的分析方法，估计全院肠造口患者病因分布情况，如图所示3.．其中结直肠癌合并肠梗阻122例，占肠造口病例数的34.8%;结直肠创伤88例，占25%;结直肠癌术后吻合口瘘35例，占10%;结直肠穿孔21例，占6%;肠梗阻17例(5%);手术/结肠镜侧损伤21例(6%);肠扭转绞窄12例，占3.4%;先天性巨结肠13例，占3.7%。其他病因21例，占6%。

3．2.两组患者的年龄、性别分布

分组后，对两组患者的一般资料进行比较和评价(表1)3.）.发现两组患者的基本信息无显著性差异(> 0.05)。

3．3.感染组与正常组典型气孔状态比较

3.3.1。气孔周围皮炎的比较

数字4(一)说明病人的肠造口状态良好。气孔未见萎缩，与周围皮肤组织无分离。造口周围皮肤组织状态正常，无明显发红、凹陷等症状。数字4 (b)并发感染后出现愈合不良的造口。发现气孔处于收缩状态，并与周围皮肤组织分离。造口周围皮肤有明显红肿、抑郁症状。

3.3.2。气孔粘膜分离的比较

1例患者术后肠造口状态良好(图)5(一个))，显示造口周围皮肤和粘膜组织未分离。在图5 (b)，可见肠造口与粘膜组织分离清晰，周围皮肤轻度发红。而且主要发生在术后早期。

3．4．两组患者相关指标比较

比较两组患者胃管应用史、呼吸机应用史、营养不良、低蛋白血症等相关指标。发现这些病例在正常组中所占比例低于感染组。感染组患者死亡率高达44%，而正常组患者死亡率仅为5%，差异有统计学意义(< 0.05)，如图所示6．在造口方式方面，感染组69%的患者为单腔造口，31%的患者为双腔造口。此外，正常组40%的患者存在单腔造口，60%的患者存在双腔造口，提示单腔造口会增加感染的机会(图)7）.

3．5．住院与院外患者感染情况比较

根据Section中的结果3.1，进一步比较住院患者和院外患者的感染率。发现住院患者并发感染发生率(11%)高于出院在家患者并发感染发生率(5%)，差异有统计学意义(< 0.05)，如图所示8．

4.讨论

据统计，术后感染类型主要包括手术部位感染、肺部感染、泌尿系统感染，约3%-44%的结直肠癌患者术后发生手术部位感染[14］.术后感染严重影响患者手术治疗后的预后。研究显示，结直肠癌合并梗阻的患者数量最多，占结直肠癌病例总数的34.8%，说明大部分结直肠癌患者需要肠造口，但不同国家患者之间存在差异。卡尔森等[15]得出结论，结肠憩室炎是该地区结肠结肠造口的第二大原因，不同于本研究第二大结肠结肠外伤。Roque-castellano等人[16]发现大多数需要做此手术的患者患有非肿瘤疾病。Desay等人的研究结果[17显示肿瘤患者需要造口缩小手术的概率仅为13%，而该方法的有效率达70%。以上研究结果清楚地显示了中国患者与西方患者的个体差异。

一些研究表明，年老似乎是一个危险因素[18］.然而，本研究结果显示肠造口术后并发症的发生率与年龄无显著相关性(> 0.05)。发现术后合并感染与术后住院时间及术后是否发生吻合口瘘显著相关(< 0.05)。术后住院时间越长，感染率越高。在此基础上，对住院患者和院外患者的感染率进行分析，发现院内感染率高于院外感染率。住院患者需要对术后疗效和身体指标进行检测，一定程度上可以降低机体抵抗力和免疫抑制，增加感染易感性。此外，医院里的人很多，包括病人、病房工作人员、病人的家人和朋友、医护人员，他们都可以被认为是细菌的携带者[19］.在家里，虽然护理没有医院那么专业，但周围人少，感染的概率在一定程度上较低。

本研究采用随机抽样的方法对该医院的患者进行调查。本节建立的数学模型2．4，计算出该院所有患者的并发感染情况。如果在全国范围内进行抽样调查，该数学模型算法也可用于估计台湾地区肠造口术后感染情况。数学建模是在计算机中通过计算来解决和优化实际问题。对数据和信息进行处理后，通过抽象的假设引入变量，通过数学理论知识表达实际问题，处理实际问题。Wang等[20.]应用数学模型对中药数据进行分析，认为模型具有良好的数据分析能力。对中成药的合成具有一定的指导意义。

5.结论

回顾性选择156例肠造口患者作为研究对象，根据是否合并感染分为感染组(17例)和正常组(139例)。分析手术前后感染因素及相关指标，采用数学建模方法估算全院数据。综上所述，肠造口前营养不良、低蛋白血症、使用胃管和呼吸机治疗、手术中采用单管造口、吻合口瘘发生的患者并发感染的可能性较大。然而，该研究也有一些局限性。样本量小，会降低研究的力量。在随访中，扩大样本量是必要的，以加强研究结果。希望本研究能为肠造口术后感染的预防和治疗提供合理的理论依据，在一定程度上减少患者术后疼痛，提高患者的生活质量。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突。

作者的贡献

李静和刘小雨对这项工作做出了同样的贡献。

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