SARS-CoV-2感染门诊患者住院风险的预后预测模型的开发与外部验证

Development and External Validation of a Prognostic Prediction Model for Hospitalization in SARS-CoV-2-Infected Ambulatory Patients

作者信息Robert J Williams, Ben J Brintz, Nancy Grisel, Josh V Otterloo, Autumn Kieber-Emmons, Mark Ebell, Daniel T Leung, Bert K Lopansri
PMID42111963
发布时间2026-04-16
DOI10.1093/ofid/ofag226

实验完整度

中

研究为回顾性队列分析,利用电子健康记录数据开发并外部验证预测模型,包含模型推导、交叉验证和外部验证,但缺乏前瞻性实验干预或机制验证。

主要模型

犹他州Inter mountain Health门诊患者队列(n=22,859) 宾夕法尼亚州Lehigh Valley Health Network门诊患者队列(n=10,670)

重点核对

模型仅使用三个临床预测因子:年龄、呼吸频率、脉搏血氧饱和度。 推导队列:2021年12月至2023年3月期间,在犹他州185家门诊诊所检测阳性的有症状成人。 外部验证队列:2021年11月至2022年10月期间,在宾夕法尼亚州Lehigh Valley Health Network检测PCR阳性的门诊患者,且需有有效的血氧饱和度测量值。 结局定义:推导队列为30天内因COVID-19住院(主要诊断为COVID-19),验证队列为30天内任何原因住院。

摘要

背景:准确预测SARS-CoV-2阳性门诊患者的住院风险对于分诊和资源规划至关重要。我们利用在门诊环境中检测呈阳性的有症状成年人的数据,开发并外部验证了一个用于30天COVID-19住院的临床预测模型。推导队列包括2021年12月至2023年3月期间(Omicron变异株占优势时期)犹他州一家大型医疗保健网络的185家门诊诊所的22859名患者。在这些患者中,281人(1.2%)在30天内因COVID-19住院。方法:我们拟合了随机森林和多变量逻辑回归模型,纳入了临床变量(生命体征、合并症和疫苗接种状态)、健康的社会决定因素、季节性和空气质量指数。我们使用宾夕法尼亚州一家医疗保健网络中2021年10月至2022年11月期间检测呈阳性的10670名患者的数据对我们模型进行了外部验证,其中166人(1.6%)住院。结果:在交叉验证中,仅包含临床预测因子的随机森林模型的表现与同时包含社会、环境和季节性预测因子的扩展模型相似(受试者工作特征曲线下面积[AUC]:两者均为0.83,95% CI:0.77–0.88)。仅包含3个临床预测因子(呼吸频率、年龄和脉搏血氧饱和度)的简约逻辑回归模型在内部验证中达到了AUC 0.79(95% CI:0.72–0.86),在外部验证中达到了AUC 0.88(95% CI:0.85–0.90)。校准稳健,决策曲线分析在低风险阈值下显示了临床效用。结论:我们得出结论,一个简约的3预测因子模型可以有效分层SARS-CoV-2阳性门诊患者的住院风险,为当前和未来COVID-19高峰期间的临床决策支持和资源优化分配提供了一个实用工具。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
在门诊环境中检测SARS-CoV-2阳性的患者,哪些临床和非临床因素能准确预测30天内COVID-19住院风险,以及扩展的模型(包含社会、环境、季节因子)是否优于仅临床因子的模型?
核心机制
年龄、呼吸频率和脉搏血氧饱和度作为核心预测因子,直接反映当前及近期的生理紊乱程度,优于合并症等基线脆弱性指标。
主要证据
在22,859名推导队列患者中,仅含年龄、呼吸频率和脉搏血氧饱和度的逻辑回归模型在内部验证中AUC为0.79,在外部验证(10,670名患者)中AUC为0.88。
研究意义
该简洁的3预测因子模型可有效分层门诊COVID-19患者的住院风险,可无缝整合到电子健康记录中,无需额外输入,支持临床决策和资源分配。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

数据收集与队列构建

建立推导队列和外部验证队列,获取患者临床、社会、环境等数据。

从犹他州Intermountain Health系统提取2021年12月至2023年3月期间检测阳性的22,859名门诊患者数据,从宾夕法尼亚州Lehigh Valley Health Network提取2021年11月至2022年10月期间PCR阳性且有血氧饱和度值的10,670名患者数据。收集年龄、生命体征、合并症、疫苗接种状态、保险类型、邮政编码等。

2

预测因子处理与模型开发

开发并比较随机森林和多变量逻辑回归模型,评估临床、社会、环境因子对预测性能的贡献。

使用随机森林和逻辑回归模型,纳入临床变量(年龄、生命体征、合并症)、SDoH(中位家庭收入、保险类型)、季节性和空气污染数据(TROPOMI和MODIS数据)。通过交叉验证评估AUC,并逐步减少预测因子以确定最小且性能最佳的模型。

3

模型性能评估与外部验证

评估模型的判别能力、校准度和临床效用。

在推导队列内部交叉验证和外部验证队列中计算AUC、灵敏度、特异度、NPV、PPV;绘制校准曲线和决策曲线;与Webb风险评分比较。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Cepheid Xpert Xpress/CoV2/Flu/RSV plus快速PCR检测Cepheid--
BD Veritor快速抗原检测BD--
TROPOMI----
MODIS产品MYD21A1D----
R----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
数据收集与队列构建
纳入/排除标准:推导队列为18岁及以上、有症状、快速检测阳性且无近期感染;验证队列为PCR阳性且有血氧饱和度值。
阅读提示:Methods: Study Design, Setting, and Data Source; External Validation
预测因子
预测因子:年龄、呼吸频率、脉搏血氧饱和度;生命体征测量方法及设备未明确说明。
阅读提示:Methods: Clinical Predictor Variables; Table 1
模型开发
模型类型:逻辑回归,预测变量为年龄、呼吸率、脉搏血氧;缺失值插补方法:missRanger单次插补;交叉验证方法:80/20分割,100次迭代。
阅读提示:Methods: Statistical Analysis and Model Development
外部验证
验证队列包含无症状患者,结局定义为30天内任何原因住院,与推导队列不同。
阅读提示:Methods: External Validation; Discussion (Limitations)