CN112201318A - 实验室指标模型在covid-19患者危险分层中的应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验室指标模型在COVID‑19患者危险分层中的应用方法，包括如下步骤：S1、收集资料，收集患者的一般资料、合并症以及常规实验室指标的检测结果；S2、患者分类；S3、实验室检测；S4、建立预测模型，采用多因素Logistic回归方法建立预测模型。本发明旨在建立一个简单有效的实验室指标模型来预测COVID‑19患者的临床分型并进行危险分层，这对于早期识别有危重风险的入院患者具有相当大的价值，且这些常规的实验室检测结果即使在资源匮乏的环境中也很容易获得，构建了基于红细胞计数，hsCRP和PCT的实验室指标预测模型，能更有效地预测COVID‑19患者的临床分型，可以作为风险分层的工具，有利于分配医疗资源并改善患者的治疗效果。

Description

实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法
技术领域
本发明涉及实验室指标预测模型技术领域，更具体地说，它涉及一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法。
背景技术
很多文献比较了COVID-19患者轻度和重度患者的临床特征和实验室检查，其中有一些预测模型被开发和研究，主要包括高危人群鉴别模型、诊断模型和预后模型，大多数模型的预测因素为患者的基本特征和影像学特征。我们的研究旨在建立一个简单有效的实验室指标模型来预测COVID-19患者的临床分型并进行危险分层，这对于早期识别有危重风险的入院患者具有相当大的价值，且这些常规的实验室检测结果即使在资源匮乏的环境中也很容易获得。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法，其旨在建立一个简单有效的实验室指标模型来预测COVID-19患者的临床分型并进行危险分层，这对于早期识别有危重风险的入院患者具有相当大的价值，且这些常规的实验室检测结果即使在资源匮乏的环境中也很容易获得，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法，包括如下步骤：
S1、收集资料，收集患者的一般资料、合并症以及常规实验室指标的检测结果；
S2、患者分类，依据中国国家卫生健康委办公厅发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》将步骤S1中的患者分为轻型患者、普通型患者、重型患者和危重型患者
S3、实验室检测，对所述患者的血常规和超敏C反应蛋白以及降钙素原进行检测，所述血常规包括白细胞含量、中性粒细胞比率、中性粒细胞计数、淋巴细胞比率、淋巴细胞计数、单核细胞比率、单核细胞计数、红细胞计数、血红蛋白含量、红细胞压积、血小板计数、红细胞分布宽度、血小板压积、平均血小板体积以及血小板分布宽度；
S4、建立预测模型，连续变量表示为平均值±SD或中位数 (Q1-Q3)，而分类变量表示为频率(％)，使用非配对的student t-test或Mann Whitney非参数检验来比较连续变量，使用Pearson 卡方检验和Fisher精确检验来分析分类变量；
采用多因素Logistic回归方法建立预测模型，并根据最小赤池信息标准选择最佳的模型参数，绘制模型的列线图和校准曲线，对每个模型绘制受试者工作特征曲线，应用DeLong方法比较不同模型曲线下面积(AUC)，采用TRIPOD报告规范推荐的Bootstrap重采样(times＝500)方法对模型进行内部验证并计算AUC的95％置信区间(CI)，运用决策曲线分析(DCA)以量化和比较模型的临床有效性，该方法基于阈值概率来表达假阳性和假阴性的相对危害，通过从显示真实阳性结果的比例中减去显示假阳性结果的比例，然后权衡假阳性和假阴性结果的相对危害，可以得到净收益，使用以下公式计算基于模型做出决策的净收益：
Figure BDA0002706635870000021
其中n是研究中的患者总数，Pt是给定的阈值概率；
进一步进行分层分析，评估不同亚组对联合模型预测效能的可能影响，所有分析均使用R，版本3.4.3，P＜0.05为差异有统计学意义。
进一步的，所述患者的纳入标准为：①通过实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性；②符合《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》的诊断标准；
所述患者的排除标准为：①孕妇；②患者没有完整的病史，尤其是没有进行血常规和感染标志物的检测。
进一步的，所述轻型患者的临床症状轻微，影像学未见肺炎表现；所述普通型患者具有发热、呼吸道症状，影像学可见肺炎表现；符合下列任何一条则定义为重型患者：出现气促、RR≥30次/分、静息状态下、指氧饱和度≤93％、动脉血氧分压/吸氧浓度≤300mmHg；危重型则定义为符合以下情况之一者：出现呼吸衰竭、且需要机械通气、出现休克、合并其他器官功能衰竭需ICU监护治疗。
进一步的，所述白细胞WBC的参考范围为3.5-9.5×10^9/L；所述中性粒细胞比率Neur的参考范围为40.00-75.00％)；所述中性粒细胞计数Neu的参考范围为1.8-6.3×10^9/L；所述淋巴细胞比率 Lymr的参考范围为20.00-50.00％；所述淋巴细胞计数Lymc的参考范围为1.10-3.20×10^9/L；所述单核细胞比率Monr的参考范围为 3.00-8.00％；所述单核细胞计数Monc的参考范围为0.10-0.60× 10^9/L；所述红细胞计数RBC的参考范围为女，3.8-5.1×10^12/L、男，4.30-5.80×10^12/L；所述血红蛋白HGB的参考范围为女， 115-150g/L、男，130-175g/L；所述红细胞压积HCT的参考范围为女，0.350-0.450L/L、男，0.400-0.500L/L；所述血小板计数PLT的参考范围为125-350×10^9/L；所述红细胞分布宽度RDW的参考范围为11.50-14.90％；所述血小板压积PCT的参考范围为 0.108-0.272L/L；所述平均血小板体积MPV的参考范围为6.00-11.50 fL；所述血小板分布宽度PDW的参考范围为15.50-18.10fL；所述超敏C反应蛋白hsCRP的参考范围为0-10mg/L；所述降钙素原PCT的参考范围为0-0.05ng/mL。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
本发明旨在建立一个简单有效的实验室指标模型来预测 COVID-19患者的临床分型并进行危险分层，这对于早期识别有危重风险的入院患者具有相当大的价值，且这些常规的实验室检测结果即使在资源匮乏的环境中也很容易获得，构建了基于红细胞计数，hsCRP 和PCT的实验室指标预测模型，能更有效地预测COVID-19患者的临床分型，可以作为风险分层的工具，有利于分配医疗资源并改善患者的治疗效果。
附图说明
图1为本发明实施例的不同指标区分COVID-19患者临床分型的 ROC曲线图；
图2为本发明实施例的预测模型的列线图
图3为本发明实施例的预测模型的校准曲线图
图4为本发明实施例的预测模型的ROC曲线图
图5为本发明实施例的不同实验室指标和模型的决策曲线图。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。
一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法，如图1-所示，包括如下步骤：
S1、收集资料，收集患者的一般资料、合并症以及常规实验室指标的检测结果；
本实施例对2020年1月至2020年4月在某市第五人民医院负压病房住院进行治疗COVID-19患者的入院数据进行分析。该研究被机构伦理委员会批准用于回顾性分析(No.2020-015-1)，所有数据都是匿名的，因此无需知情同意。纳入标准：①通过实时荧光RT-PCR 检测新型冠状病毒核酸阳性；②符合《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》的诊断标准。排除标准：①孕妇；②患者没有完整的病史，尤其是没有进行血常规和感染标志物的检测。收集患者的一般资料、合并症以及常规实验室指标的检测结果。
S2、患者分类，依据中国国家卫生健康委办公厅发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》将步骤S1中的患者分为轻型患者、普通型患者、重型患者和危重型患者；
COVID-19患者的临床分型主要基于症状和影像学表现，依据中国国家卫生健康委办公厅发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》将其分为轻型、普通型、重型和危重型。轻型患者的临床症状轻微，影像学未见肺炎表现，普通型具有发热、呼吸道等症状，影像学可见肺炎表现。符合下列任何一条则定义为重型：出现气促， RR≥30次/分；静息状态下，指氧饱和度≤93％；动脉血氧分压/吸氧浓度≤300mmHg。危重型则定义为符合以下情况之一者：出现呼吸衰竭，且需要机械通气；出现休克；合并其他器官功能衰竭需ICU监护治疗。
S3、实验室检测，对所述患者的血常规和超敏C反应蛋白以及降钙素原进行检测，所述血常规包括白细胞含量、中性粒细胞比率、中性粒细胞计数、淋巴细胞比率、淋巴细胞计数、单核细胞比率、单核细胞计数、红细胞计数、血红蛋白含量、红细胞压积、血小板计数、红细胞分布宽度、血小板压积、平均血小板体积以及血小板分布宽度；
白细胞(WBC，参考范围：3.5-9.5×10^9/L),中性粒细胞比率 (Neur，参考范围：40.00-75.00％),中性粒细胞计数(Neuc，参考范围：1.8-6.3×10^9/L)淋巴细胞比率(Lymr，参考范围： 20.00-50.00％),淋巴细胞计数(Lymc，参考范围：1.10-3.20×10^9/L)单核细胞比率(Monr，参考范围：3.00-8.00％)单核细胞计数(Monc，参考范围：0.10-0.60×10^9/L)红细胞计数(RBC，参考范围：女， 3.8-5.1×10^12/L；男，4.30-5.80×10^12/L)
血红蛋白(HGB，参考范围：女，115-150g/L；男，130-175g/L)，红细胞压积(HCT，参考范围：女，0.350-0.450L/L；男， 0.400-0.500L/L)，血小板计数(PLT，参考范围：125-350×10^9/L) 红细胞分布宽度(RDW，参考范围：11.50-14.90％)，血小板压积(PCT，参考范围：0.108-0.272L/L),平均血小板体积(MPV，参考范围：6.00-11.50fL)血小板分布宽度(PDW，参考范围：15.50-18.10fL)，超敏C反应蛋白(hsCRP，参考范围：0-10mg/L)降钙素原(PCT，参考范围：0-0.05ng/mL)。血常规采用sysmex XN9000血液分析仪检测(希森美康株式会社，Hyogo,Japan)，hsCRP采用特定蛋白分析仪HP-083/4检测(Hipro Biotechnology，石家庄，中国)，PCT采用Autobio A2000PLUS全自动化学发光仪检测(Sym-Biotechnology，苏州，中国)。
S4、建立预测模型，连续变量表示为平均值±SD或中位数 (Q1-Q3)，而分类变量表示为频率(％)，使用非配对的student t-test或Mann Whitney非参数检验来比较连续变量，使用Pearson 卡方检验和Fisher精确检验来分析分类变量；
采用多因素Logistic回归方法建立预测模型，并根据最小赤池信息标准选择最佳的模型参数，绘制模型的列线图和校准曲线，对每个模型绘制受试者工作特征曲线，应用DeLong方法比较不同模型曲线下面积(AUC)，采用TRIPOD报告规范推荐的Bootstrap重采样(times＝500)方法对模型进行内部验证并计算AUC的95％置信区间(CI)，运用决策曲线分析(DCA)以量化和比较模型的临床有效性，该方法基于阈值概率来表达假阳性和假阴性的相对危害，通过从显示真实阳性结果的比例中减去显示假阳性结果的比例，然后权衡假阳性和假阴性结果的相对危害，可以得到净收益，使用以下公式计算基于模型做出决策的净收益：
Figure BDA0002706635870000061
其中n是研究中的患者总数，Pt是给定的阈值概率；
进一步进行分层分析，评估不同亚组对联合模型预测效能的可能影响，所有分析均使用R，版本3.4.3，P＜0.05为差异有统计学意义。
利用上述建立的预测模型纳入170例新冠患者，其中男性94例，女性76例，平均年龄44.7±17.8岁(范围：5-91岁)。按照入院时症状和影像学表现，包括无症状型13例，轻型37例，普通型91 例，重型27例，危重型2例(有15例患者入院2天后由普通型转为重型，因此归入重型)。按照治疗的临床意义分为两组，无症状-普通组(141例)和重型以上组(29例)，两组一般资料的比较见表1。我们发现重型以上组年龄更大(P<0.001)，合并高血压、糖尿病和脑血管疾病的比例更高(P均＜0.05)；重型以上组有肿瘤史的比例更高，但尚不显著(P＝0.076)。
表1：两组一般资料的比较
Figure BDA0002706635870000071
表中结果:Mean+SD/N(％)。
两组患者实验室指标比较见表2。
在校正年龄、性别、高血压、糖尿病、脑血管疾病、肿瘤史之后，重型以上组中性粒细胞比率、中性粒细胞计数、hsCRP和PCT显著高于无症状-普通组(P均＜0.05)，而淋巴细胞比率、单核细胞比率、淋巴细胞计数、红细胞压积显著低于无症状-普通组(P均＜0.05)。
表2：两组实验室指标的比较
Figure BDA0002706635870000081
Figure BDA0002706635870000091
调整变量:年龄；性别；高血压；糖尿病；脑血管疾病；肿瘤史
《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中明确指出严重COVID-19患者的外周血淋巴细胞进行性减少，因此我们对两组实验室指标中的淋巴细胞比率、淋巴细胞计数、单核细胞比率、单核细胞计数绘制ROC曲线。上述4项指标的AUC及其95％CI分别为0.710(0.591～0.828)、0.734(0.626～0.842)、0.655(0.535～0.776)、 0.660(0.540～0.780)，其中淋巴细胞计数的AUC最大(图1，表3)。
构建实验室指标联合预测模型
进一步进行多因素Logistic回归分析，以患者是否诊断为重型以上作为因变量，以实验室指标，包括中性粒细胞比率、淋巴细胞比率、单核细胞比率、中性粒细胞计数、淋巴细胞计数、单核细胞计数、红细胞计数、血红蛋白、红细胞压积、hsCRP、PCT作为自变量(P值放宽到0.10)，建立预测模型：
Logit(P)＝6.88787-2.36962×红细胞计数+0.04830×hsCRP +2.62161×PCT，其中P值为患者诊断为重型以上的概率。
进一步绘制预测模型的列线图、校准曲线和ROC曲线(图2-图4)，发现预测值和观察值之间具有良好的一致性。
比较不同实验室指标及联合模型预测临床分型的ROC曲线(表 3)，发现模型的AUC高于hsCRP(0.912vs.0.870)，但差异尚不显著(P＝0.307)；模型的AUC显著高于PCT、淋巴细胞和单核细胞 (P均＜0.001)。进一步绘制不同指标和模型的决策曲线(图5)，可见大部分情况下模型的净获益高于hsCRP，且明显高于PCT、淋巴细胞和单核细胞。
表3不同实验室指标及联合模型的诊断效能比较
Figure BDA0002706635870000101
实验室指标模型在不同亚组间的比较
模型在不同年龄、性别、高血压和糖尿病亚组间趋势一致，且均为危险因素(P均＜0.05)，交互作用不显著(P均＞0.05)(表4)。由于冠心病、脑血管疾病、肿瘤、HBV、CKD及慢性肝病/肝硬化亚组数量少于20例，未纳入比较。
表4联合模型在不同年龄、性别、高血压和糖尿病亚组的比较
Figure BDA0002706635870000111
本发明发现老年人和合并有基础疾病(例如糖尿病，高血压)的患者患严重COVID-19的风险较高，这与大部分的研究相符。多数研究等亦指出19％的COVID-19住院患者患有糖尿病，且糖尿病是导致该疾病明显不良预后的危险因素。
我们的研究发现重型以上患者的中性粒细胞明显升高，淋巴细胞、单核细胞和红细胞压积则明显降低，这与多数报道一致。一项荟萃分析提出进行性淋巴细胞减少是疾病严重程度的重要指标，表明病毒感染损害了患者的免疫系统。本发明发现血细胞计数中淋巴细胞计数诊断重型患者的效能最好(AUC＝0.734)，略低于Soraya等研究的结果(AUC＝0.870)，进一步强调了这种低成本且常规检测的血液学参数可以帮助诊断和监测进展，SARS-CoV-2感染期间应持续进行评估。我们的研究还发现hsCRP和PCT是COVID-19患者发展为重症的危险因素，有报道也指出hsCRP在预测患者疾病进展方面具有显著的作用。众所周知，PCT是评估脓毒症严重程度和预后的有用的标志物 [26]，有助于指导抗生素治疗。严重COVID-19患者的免疫功能低下，增加了继发感染的风险，重型以上患者hsCRP和PCT水平的升高可能提示细菌的混合感染。但也有文献指出重症COVID-19患者的PCT并无明显的变化，后期可以扩大样本量进一步研究。
研究表明一些常规的实验室检查与COVID-19患者的疾病严重程度有关，尽管单个指标有助于严重患者的鉴别，但AUC、特异性和敏感性普遍较低，因此，迫切需要构建一个多因素预测模型对COVID-19 患者进行有效评估。目前，重点关注的预测模型包括一般人群中识别出SARS-CoV-2感染的高危人群的风险模型、疑似病例确诊为 COVID-19患者的诊断模型和对COVID-19患者感染病程进行预测的预后模型，大多数模型是基于临床和影像学特征的。为了能够早期的识别严重COVID-19患者，我们基于红细胞计数，hsCRP和PCT三个定量实验室指标建立了预测模型，虽然该模型与hsCRP的AUC尚无显著差异，但模型的特异性更高(0.943)，有利于重型患者的确诊。此外，DCA也显示联合模型的临床获益在大部分时候都优于hsCRP。
综上所述，本研究构建了基于红细胞计数，hsCRP和PCT的实验室指标预测模型，能更有效地预测COVID-19患者的临床分型，可以作为风险分层的工具，有利于分配医疗资源并改善患者的治疗效果。
本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、收集资料，收集患者的一般资料、合并症以及常规实验室指标的检测结果；
S2、患者分类，依据中国国家卫生健康委办公厅发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》将步骤S1中的患者分为轻型患者、普通型患者、重型患者和危重型患者
S3、实验室检测，对所述患者的血常规和超敏C反应蛋白以及降钙素原进行检测，所述血常规包括白细胞含量、中性粒细胞比率、中性粒细胞计数、淋巴细胞比率、淋巴细胞计数、单核细胞比率、单核细胞计数、红细胞计数、血红蛋白含量、红细胞压积、血小板计数、红细胞分布宽度、血小板压积、平均血小板体积以及血小板分布宽度；
S4、建立预测模型，连续变量表示为平均值±SD或中位数(Q1-Q3)，而分类变量表示为频率(％)，使用非配对的student t-test或Mann Whitney非参数检验来比较连续变量，使用Pearson卡方检验和Fisher精确检验来分析分类变量；
采用多因素Logistic回归方法建立预测模型，并根据最小赤池信息标准选择最佳的模型参数，绘制模型的列线图和校准曲线，对每个模型绘制受试者工作特征曲线，应用DeLong方法比较不同模型曲线下面积(AUC)，采用TRIPOD报告规范推荐的Bootstrap重采样(times＝500)方法对模型进行内部验证并计算AUC的95％置信区间(CI)，运用决策曲线分析(DCA)以量化和比较模型的临床有效性，该方法基于阈值概率来表达假阳性和假阴性的相对危害，通过从显示真实阳性结果的比例中减去显示假阳性结果的比例，然后权衡假阳性和假阴性结果的相对危害，可以得到净收益，使用以下公式计算基于模型做出决策的净收益：
Figure FDA0002706635860000011
其中n是研究中的患者总数，Pt是给定的阈值概率；
进一步进行分层分析，评估不同亚组对联合模型预测效能的可能影响，所有分析均使用R，版本3.4.3，P＜0.05为差异有统计学意义。
2.根据权利要求1所述的一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法，其特征在于：所述患者的纳入标准为：①通过实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性；②符合《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》的诊断标准；
所述患者的排除标准为：①孕妇；②患者没有完整的病史，尤其是没有进行血常规和感染标志物的检测。
3.根据权利要求1所述的一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法，其特征在于：所述轻型患者的临床症状轻微，影像学未见肺炎表现；所述普通型患者具有发热、呼吸道症状，影像学可见肺炎表现；符合下列任何一条则定义为重型患者：出现气促、RR≥30次/分、静息状态下、指氧饱和度≤93％、动脉血氧分压/吸氧浓度≤300mmHg；危重型则定义为符合以下情况之一者：出现呼吸衰竭、且需要机械通气、出现休克、合并其他器官功能衰竭需ICU监护治疗。
4.根据权利要求1所述的一种实验室指标模型在COVID-19患者危险分层中的应用方法，其特征在于：所述白细胞WBC的参考范围为3.5-9.5×10^9/L；所述中性粒细胞比率Neur的参考范围为40.00-75.00％)；所述中性粒细胞计数Neu的参考范围为1.8-6.3×10^9/L；所述淋巴细胞比率Lymr的参考范围为20.00-50.00％；所述淋巴细胞计数Lymc的参考范围为1.10-3.20×10^9/L；所述单核细胞比率Monr的参考范围为3.00-8.00％；所述单核细胞计数Monc的参考范围为0.10-0.60×10^9/L；所述红细胞计数RBC的参考范围为女，3.8-5.1×10^12/L、男，4.30-5.80×10^12/L；所述血红蛋白HGB的参考范围为女，115-150g/L、男，130-175g/L；所述红细胞压积HCT的参考范围为女，0.350-0.450L/L、男，0.400-0.500L/L；所述血小板计数PLT的参考范围为125-350×10^9/L；所述红细胞分布宽度RDW的参考范围为11.50-14.90％；所述血小板压积PCT的参考范围为0.108-0.272L/L；所述平均血小板体积MPV的参考范围为6.00-11.50fL；所述血小板分布宽度PDW的参考范围为15.50-18.10fL；所述超敏C反应蛋白hsCRP的参考范围为0-10mg/L；所述降钙素原PCT的参考范围为0-0.05ng/mL。
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