A study on the performance of the preexisting risk prediction scoring systems in patients undergoing anaortic off-pump coronary artery bypass grafting

Abstract

Background: Risk prediction scoring systems are used to measure perioperative risk and identify high-risk patients. Currently, the Society of Thoracic Surgeons (STS) risk model and European System for Cardiac Operative Risk Evaluation II (EuroSCORE II) are widely used for cardiac surgery. Additionally, the Synergy between PCI with Taxus and Cardiac Surgery (SYNTAX) score II predicts 4-year mortality after coronary artery bypass grafting (CABG). This study aimed to evaluate the performance of preexisting preoperative risk evaluation systems, such as the STS risk model, EuroSCORE II, and SYNTAX score II, for patients undergoing an-aortic off-pump coronary bypass grafting (OPCAB). Methods: Of 1,140 patients had planned to undergo isolated OPCAB preoperatively between January 2010 and June 2017, 1048 patients (isolated anaortic OPCAB: 1043, on-pump conversion: 5) were enrolled in this study. The STS risk score, EuroSCORE II, and SYNTAX score were retrospectively or prospectively calculated with dedicated online software. Calibration of the STS risk model and EuroSCORE II were performed by the risk-adjusted event ratio that was defined as observed events divided by expected events (O/E ratio) and the Hosmer-Lemeshow test. The discrimination powers of the STS risk model and EuroSCORE II were evaluated by the area under the receiver operating characteristic curve (AUC). Students t-test was used to compare SYNTAX score I and II between patients with and without mortality or morbidity. Results: Operative mortality occurred in 10 patients (0.95%). The predicted mortality rates calculated by the EuroSCORE II and STS risk model were 2.58 ± 4.15% and 1.72 ± 2.92%, respectively. The O/E ratio of the EuroSCORE II was 0.370 (confidence interval(CI): 0.177 – 0.681), and the EuroSCORE II significantly overpredicted the operative mortality for patients (P = 0.003). EuroSCORE II showed good discrimination power with an AUC of 0.784. The O/E ratio of mortality in the STS risk model was 0.556 (CI: 0.266 – 1.023), and the STS risk model overpredicted the operative mortality with marginal significance (P = 0.052). However, in the subgroup analysis, the STS risk model significantly overpredicted mortality (O/E ratio: 0.481, CI: 0.193-0.992). Permanent stroke occurred in 6 patients (0.53%). The predicted permanent stroke occurrence rate calculated by the STS risk model was 1.73 ± 1.48%. The O/E ratio was 0.332 (CI: 0.121 – 0.722), and the STS risk model significantly overpredicted the permanent stroke occurrence rate (P = 0.011). In terms of discrimination power for the STS risk model, the AUC for operative mortality and permanent stroke were 0.876 and 0.740, respectively. There was no significant difference in SYNTAX score I value between patients who did and did not experience mortality or morbidity. However, patients with mortality or morbidity showed a significantly higher SYNTAX score II than those without mortality or morbidity. Conclusions: The preexisting risk prediction scoring systems for CABG, the STS risk model and EuroSCORE II, overpredicted the risk of mortality and stroke rate for anaortic OPCAB. These findings suggest the possibility that anaortic OPCAB can lower the operative mortality and occurrence of postoperative stroke than conventional CABG. In addition, these results show that the characteristics of the surgical method, especially whether anaortic OPCAB is performed, should be considered to predict the operative risk for CABG.

서론: 수술 후 위험도를 점수로 예측하는 시스템은 환자의 수술 위험도를 측정하고, 고위험군 환자를 확인하는데 이용된다. 현재 STS 위험도 예측 모델과 EuroSCORE II는 심장 수술 환자에서 널리 이용되고 있으며, SYNTAX score II 는 관상동맥 우회술 후 4년 사망률을 예측한다. 이 연구에서는 현재 존재하고 있는 위험도 예측 시스템인 STS 위험도 예측 모델, EuroSCORE II, SYNTAX score II가 대동맥 조작이 없는 무심폐기하 관상동맥 우회술 환자에서 임상적 유의성을 보이는지 평가해 보도록 하겠다. 방법: 2010년 1월부터 2017년 6월까지, 수술 전 무심폐기하 관상동맥 우회술을 계획한 1,140명의 환자 중, 대동맥 조작이 없는 무심폐기하 관상동맥 우회술을 시행한 1043명의 환자와 수술 중 심폐기를 가동하게 된 5명의 환자를 포함하여 총 1048명의 환자를 대상으로 하였다. STS score, EuroSCORE II, SYNTAX score II는 인터넷 프로그램을 이용하여 후향적 또는 전향적으로 계산되었다. STS 위험도 모델과 EuroSCORE II의 calibration은 실제 발생한 사건 수를 예측 발생 사건 수로 나눈 risk-adjusted event ratio (O/E ratio) 와 Hosmer-Lemeshow 검사를 이용하여 평가하였고, 분별력은 ROC curve의 면적 (AUC)을 통하여 평가하였다. Students t-test는 수술 후 사망 또는 합병증이 발생한 환자와 그렇지 않은 환자에서 SYNTAX score I 과 II를 비교하는데 이용되었다. 결과: 수술 후 사망은 10명(0.95%)에서 발생했다. EuroSCORE II와 STS 위험도 모델로 계산한 예측 사망률은 각각 2.58 ± 4.15%, 1.72 ± 2.92% 이였다. EuroSCORE II는 사망률을 통계적으로 의미있게 높게 평가 했으며 (P = 0.003), O/E ratio는 0.370 (신뢰구간: 0.177-0.681) 이었다. EuroSCORE II는 AUC가 0.784로 좋은 분별력을 보여주었다. STS 위험도 모델의 사망률에 대한 O/E ratio는 0.556 (신뢰구간: 0.266 – 1.023) 였으며, 예측 사망률은 실제 발생에 비하여 높게 계산되었으며, 통계적으로 경계성 유의성을 보였다 (P = 0.052). 그러나 하위집단 분석에서 STS 위험도 모델은 사망률을 통계적으로 의미있게 높게 예측하였다. (O/E ratio: 0.481, 신뢰구간: 0.193-0.992). 수술 후 영구적 뇌졸중은 6명(0.53%)에서 발생했으며, STS 위험도 모델로 예측한 영구적 뇌졸중 발생률은 1.73 ± 1.48%이었다. O/E ratio는 0.332 (신뢰구간: 0.121 – 0.722) 였고, STS 위험도 모델은 영구적인 뇌졸중 발생을 통계적으로 의미있게 높게 예측하였다 (P = 0.011). STS 위험도 모델의 사망률과 영구적 뇌졸중 발생률에 대한 분별력은 AUC가 각각 0.876, 0.740이었다. 수술 후 사망 또는 합병증이 발생한 환자와 그렇지 않은 환자의 SYNTAX score를 비교하였을 때, 두 그룹에서 SYNTAX score I은 차이를 보이지 않았으며 (P =0.469), SYNTAX score II는 수술 후 사망 또는 합병증이 발생한 환자에서 유의하게 높게 나타났다 (P <0.001). 결론: 관상동맥 우회술에 대한 기존의 위험도 예측 시스템인 STS 위험도 모델과 EuroSCORE II는 대동맥 조작이 없는 무심폐기하 관상동맥 우회술에서 사망률과 뇌졸중 발생률을 실제보다 높게 예측했다. 이러한 결과는 무심폐기하 관상동맥 우회술이 기존의 관상동맥 우회술보다 사망률과 뇌졸중 발생을 낮출 수 있다는 가능성을 시사한다. 또한, 이러한 결과는 관상동맥 우회술의 수술 위험도를 예측할 때 대동맥 조작이 없는 무심폐기하 관상동맥 우회술 같은 수술의 방법적 특성이 반드시 고려되어야 함을 보여준다.