基于BP神经网络模型的髋部骨折病人住院总费用和材料费影响因素分析*

王立芳 吕艳伟 段芳芳 肖 斌 田 伟

【提 要】 目的 对髋部骨折患者住院费用进行分析,利用神经网络模型分析髋部骨折住院总费用和材料费的影响因素。方法 统计和分析北京积水潭医院2011-2015年髋部骨折住院患者的一般情况、骨折类型、手术方式、住院费用等数据,采用秩和检验对费用进行单因素分析,运用SPSS 18.0模拟神经网络模型,得出各个变量的敏感度,评价各因素对住院总费用和材料费的影响。结果 结果显示,对住院总费用影响前3位的因素分别为:手术方式、住院天数和骨折分组,对材料费影响前3位的因素分别为:手术方式、骨折类型和使用下腔静脉滤器。结论 控制髋部骨折患者住院费用应该着力于材料费和药费两个部分,合理安排手术方式、缩短住院天数、对下腔静脉滤器规范使用和降低下腔静脉滤器价格是降低住院费用、减轻患者和社会经济负担的有效途径。

髋部骨折主要包括股骨颈骨折和股骨转子间骨折[1]。随着人类寿命的延长和全球人口老龄化日趋严峻,发生髋部骨折的比例和年龄呈上升趋势,髋部骨折已经成为重要的公共卫生问题,给患者家庭和社会造成沉重的经济负担。2006年我国大陆地区髋部骨折的医疗费用约为63.5亿元,全国医疗支出2020年将达到850亿元,2050年将达到1万亿元[2]。有资料显示,10年前,仅因骨质疏松并发髋部骨折造成的人均直接经济负担就已达到当年北京市城镇居民人均可支配收入的2倍之多,其中住院费占70.5%[3]。本研究通过回顾性收集2011年1月至2015年12月北京积水潭医院骨科收治的髋部骨折患者的费用资料,采用神经网络模型进行多因素分析,探讨髋部骨折住院费用的影响因素。

对象和方法

1.对象

选取2011年1月至2015年12月在北京积水潭医院住院接受治疗的病例,依据ICD-10,纳入疾病诊断编码为S72.0、S72.1、S72.2、S72.7和S72.9的病人。病例的纳入标准:(1)手术治疗;(2)住院时年龄≥18岁。排除标准:(1)车祸、坠落、重物砸伤等高能量损伤致骨折;(2)陈旧性骨折。

2.方法

从医院病案信息管理系统获得患者一般资料(年龄、性别、骨折类型、住院天数等)和各项住院费用。查阅电子住院病历获得疾病状况及手术方式。统计患者住院期间总费用、材料费、手术费、治疗费、药费等。

3.统计学方法

本研究的数据分析采用SPSS18.0软件进行。对正态分布计量资料,采用均数和标准差进行描述;对偏态分布计量资料,采用中位数和四分位数间距进行描述;对计数资料,采用相对数进行描述。采用独立样本t检验或方差分析比较正态计量资料的组间差异,采用秩和检验比较偏态分布计量资料组间差异,计数资料的组间分布采用卡方检验进行分析。运用SPSS软件建立BP神经网络的拟合模型。在建模时,分别构建以住院总费用为因变量和以材料费为因变量的神经网络。通过计算各变量的敏感度,分析住院费用的主要影响因素。

结 果

本研究共纳入3710例髋部骨折病人。患者的平均年龄为(65.8±16.07)岁,年龄范围是18～99岁,中位数为69.00岁,年龄的四分位数间距为21.00岁;平均住院日为(10.14±4.06)天,住院日范围是1～38天,中位数为10.00天,四分位数间距是5.00天。

1.住院费用的基本构成

本研究中髋部骨折患者的住院费用各个部分均为偏态资料,所以用中位数及四分位数间距进行描述。由于本次研究从2011年持续到2015年,为了避免费用受到居民消费价格指数(consumer price index,CPI)的影响带来的偏性,根据中国国家统计局发布的CPI对2012-2015年的费用进行调整:2012-2015年的CPI分别是102.6,102.6,102.0和101.4。人均费用构成比中材料费和药费所占比例排在前两位,分别占总费用的74.40%和10.01%,详见表1。

表1 髋部骨折患者住院费用的基本构成

2.住院总费用和材料费的影响因素的单因素分析

结果见表2，女性的总费用比男性的总费用高(P=0.022),患有糖尿病、高血压、冠心病、脑血管疾病、骨质疏松、合并感染、肿瘤和合并其他骨折的患者的总费用均比未患有糖尿病、高血压、冠心病、脑血管疾病、骨质疏松、合并感染、肿瘤和合并其他骨折的总费用高(P<0.05)。总费用在不同的骨折类型的分布存在差异(P<0.001),在不同的手术方式存在差异(P<0.001),在不同的年份的分布存在差异(P<0.001)。患者在出院前死亡的总费用比未死亡的患者总费用低(P=0.043)。材料费在不同付费方式间存在差异(P=0.032),在不同的骨折类型的分布存在差异(P<0.001),在不同的手术方式存在差异(P<0.001),在不同的年份的分布存在差异(P<0.001)。患有糖尿病、高血压、冠心病、脑血管疾病、骨质疏松、合并感染、肿瘤和合并其他骨折的患者的总费用均比未患有糖尿病、高血压、冠心病、脑血管疾病、骨质疏松、合并感染、肿瘤和合并其他骨折的材料费高(P<0.05)。患者在出院前死亡的总费用比未死亡的患者总费用低(P<0.001)。

3.住院总费用和材料费的神经网络模型

根据占总费用的比例,分别以总费用、材料费建立神经网络模型。随机抽取所有数据的70%作为训练样本集,30%作为测试样本集。最终纳入训练样本集的共有2571条记录,纳入测试样本集的共有1139条记录。

在神经网络模型中,总费用的影响因素重要性排序的前五位是手术方式、住院日、骨折类型、是否使用滤器和住院年份;材料费的影响因素重要性排序的前五位是手术方式、骨折类型、是否使用滤器、住院日和住院年份。相比于总费用,手术方式对材料费的影响更大。

讨 论

本研究结果显示,材料费是髋部骨折患者人均住院费用的主要组成部分,占 74.40%,材料费的中位数为32014.95元;药品费用在人均住院费用中所占比例其次,占 10.01%,药费的中位数为3745.53元,其余费用所占比例为15.59%。因此,控制材料费及药品费成为控制住院费用的重要方面。自2017年4月8日《北京市医药分开综合改革实施方案》实施以来,北京全市医疗机构全部取消药品加成,已有报道医疗机构和医院住院费用药占比下降[4-5],在一定程度上降低了患者的经济负担。与此同时,需要注意材料费的控制,从技术上生产价优的手术材料有利于降低住院费用。

本研究以住院总费用和材料费分别建立模型,分析其各自的影响因素,使其对材料费和总费用的影响程度更清晰地展现出来。神经网络模型分析表明,对总费用和材料费影响最大的是手术方式。根据2017年中华医学会颁布的《骨质疏松性骨折诊疗指南》[1],对于骨质疏松性股骨颈骨折推荐尽早手术治疗,包括闭合或切开复位内固定术、人工关节置换术等;而对于股骨转子间骨折,主要治疗手段是闭合或切开复位内固定,包括髓内和髓外固定。由于手术方式是根据患者的病情而定,较难从改变手术方式上降低总费用,不过,由于置换术费用较高,对于能应用固定术的患者,本研究推荐应用固定术。

在神经网络模型中,总费用的影响因素按重要性排序还有住院日、骨折类型、是否使用滤器和住院年份。材料费的影响因素按重要性排序还有骨折类型、是否使用滤器、住院日和住院年份。由于骨折类型和住院年份为客观因素,缩短住院日和合理使用下腔静脉滤器成为降低住院总费用和材料费的关键。

近年来,对于行手术治疗的骨折患者,预防性抗凝治疗已逐渐成为常规治疗措施之一,主要用于预防深静脉血栓。深静脉血栓形成是髋部骨折的严重并发症,可继发致死性肺栓塞和远期下肢深静脉功能不全[6]。然而,下腔静脉滤器植入目前还存在争议。有研究认为下腔静脉滤器植入可大大减少致死性肺栓塞的发生,是安全、有效的预防措施[7-9]。然而,滤器的中远期并发症较多,常见并发症为放置部位血栓形成,有研究报道血栓形成的发病率高达35%[10]。一项下腔静脉滤器疗效的meta分析表明,预防性使用下腔静脉滤器可以降低肺栓塞的发生率,对总死亡率无影响,有增加深静脉血栓发生率的风险[11]。因此,应特别注意术前检查,根据相关指征,合理应用下腔静脉滤器。目前,国内只有《下腔静脉滤器置入术和取出术规范的专家共识》[12],还缺乏下腔静脉滤器使用的指南。

表2 住院总费用和材料费影响因素的单因素分析

表3 住院总费用和材料费的影响因素变量在建模中的重要程度排序

本院进行下腔静脉滤器植入术的患者均通过影像学检查发现血栓形成,因此从费用的角度,在合理使用下腔静脉滤器的前提下,如何降低滤器价格是降低滤器费用的关键。

在以往住院费用影响因素分析的研究中,应用较多的是多元线性回归[13]。但多元线性回归模型要求数据呈正态分布,且自变量与因变量之间的关系存在线性关联,要基于样本数目趋于无穷大时的渐近理论。然而,住院费用及其影响因素多存在偏态分布、非线性、样本量有限等问题,较难符合多元线性回归的使用条件,在实际应用中不能做出较好的预测。本研究采用BP神经网络模型,神经网络具有较强的综合能力、处理非线性问题的能力高于多元线性回归、能够同时建立多个输入向量和多个输出向量的函数映射关系等优点,极大地提高了分析效率[14-15]。

综上所述,控制材料费及药品费是控制住院费用的重要方面,本研究采用BP神经网络模型来分析髋部骨折患者的住院费和材料费情况,掌握了住院时间、手术方式等各项影响因素对总住院费和材料费用的影响程度。建议在保障医疗质量的前提下,合理控制药品费用及材料类费用、缩短患者的住院时间、合理应用下腔静脉滤器和降低滤器价格,从而降低医疗成本,减轻患者和社会的经济负担。