应用K-Means聚类算法预测青少年至成年早期口腔健康相关生命质量的群体轨迹及其社会经济影响因素分析

本综述系统分析了从青少年晚期至成年早期（17-23岁）口腔健康相关生命质量（OHRQoL）的纵向轨迹。研究采用K-Means for Longitudinal data (KmL)机器学习算法，基于爱荷华州氟化物研究队列数据，通过儿童感知问卷（CPQ11-14）、全球口腔健康评分（GOHR）和视觉模拟生命质量量表（VisQoL）三种工具，识别出两种显著轨迹模式：持续良好型与持续恶化型。研究发现较高社会经济地位（SES）与良好OHRQoL轨迹显著相关（p<0.05），揭示了社会决定因素对长期口腔健康体验的关键影响，为针对性干预策略提供了科学依据。

　　

引言

口腔健康相关生命质量（OHRQoL）是牙科患者中心护理的核心构建，反映了人们在进食、睡眠、社交互动中的舒适度、自尊心以及对口腔健康的满意度。口腔健康状况影响生理和心理福祉，涉及个体的生长发育、外貌、语言、咀嚼、味觉和社交等多方面。在临床环境中，考虑OHRQoL有助于评估治疗风险、效益和成本。例如，患有极高龋齿率的5-16岁儿童在接受全身麻醉治疗后，其OHRQoL改善显著优于多次临床就诊的患儿。了解患者对口腔健康需求的感知使牙医能够定制预防和治疗策略，从而提高生命质量并优化资源利用。

在人口层面，口腔健康状况与质量调整生命年（QALE）的显著损失相关。一项美国成人全国研究发现，仅龋齿就导致平均0.43年的QALE损失，当同时考虑牙周炎和错颌畸形时，损失增至8.15年。该研究还记录了生命过程中QALE损失的差异，高中及以下教育程度的个体比大学毕业生经历更大损失。这些发现强调口腔健康改善对整体福祉的重大影响。

尽管OHRQoL的重要性明确，但关于其从青少年到成年早期转变过程中的纵向变化知之甚少，这一发展阶段口腔健康行为、社会角色和自我形象发生显著变化。虽然已进行少量纵向研究，但无一专门考察这一时期OHRQoL轨迹。现有研究多聚焦年轻青少年，涉及12岁参与者，或6-16岁儿童，或11-14岁参与者。这些研究发现，更大的情感福祉、较低的龋齿经历和较高的父母教育水平与改善的OHRQoL相关。然而，其范围在年龄范围和分析方法上有限，且结果如正畸或美学治疗依从性虽相关，但未全面捕捉OHRQoL模式的多样性。

轨迹分析提供了一种描述测量变量进程并识别具有相似模式亚组的方法。为填补纵向和基于轨迹的OHRQoL研究空白，本研究应用K-means for Longitudinal Data（KmL）这一机器学习方法，处理高维和嘈杂的纵向数据。该方法比传统统计技术更精确地识别 distinct OHRQoL模式。因此，本研究目的是在爱荷华州氟化物研究队列中识别从青少年晚期（17岁）到成年早期（23岁）的OHRQoL基于群体的轨迹。假设会出现多个 distinct 轨迹组，每组反映OHRQoL随时间的不同变化模式。

方法

本研究使用爱荷华州氟化物研究（IFS）数据评估从青少年晚期到成年早期的OHRQoL轨迹，IFS是一项前瞻性队列研究，关注龋齿、牙氟中毒、氟化物暴露及其他因素，并从1990年代开始评估OHRQoL。采样基于便利性；参与者从八家爱荷华州医院招募，这些医院选自以代表该州地理和社会经济多样性，包括 urban、suburban 和 rural 地点。医院选择基于分娩量（>500例/年）和公共卫生记录中的支付方混合数据，以确保广泛覆盖。该队列捕获了1992至1995年招募期间爱荷华州约65%的年出生量，并通过口腔健康问卷和检查进行了23年随访。

爱荷华大学机构审查委员会批准所有研究组成部分和程序。知情同意在17岁评估前从父母处获得（附青少年同意），并在19岁和23岁时直接从参与者处获得。入组时，研究人员收集了广泛的基线联系信息，包括备用联系人，并通过诊所访问和邮寄问卷实施结构化随访。保留策略包括电话通话和与社区网络合作以定位参与者。随访评估通过研究访问期间亲自进行或通过自填邮寄调查进行；对于无法亲自参加的参与者，使用电话访谈。

三种经过验证的OHRQoL工具在17、19和23岁施测：儿童感知问卷（CPQ_11-14）、全球口腔健康评分（GOHR）和视觉模拟生命质量评分（VisQoL）。使用多种工具旨在捕捉OHRQoL的互补方面：CPQ_11-14提供口腔症状、功能限制、情感福祉和社会福祉的领域特定细节；GOHR提供简洁的全球评分，对感知治疗结果敏感；VisQoL提供连续模拟量表以捕捉微小但有意义的感知变化。结合使用这些工具允许三角验证、增强测量可靠性，并与青少年和年轻成人研究可比。

虽然口腔健康影响剖面（OHIP）是成人人群最广泛使用的OHRQoL测量工具，但此处未采用，因为它对青少年到成年转变期间相关的发育和心理社会变化较不敏感。仅在后期波次引入OHIP会降低与早期评估的纵向可比性。尽管CPQ_11-14最初为儿童和年轻青少年开发，但先前研究支持其在年轻成人人群中的效度和信度，使其适用于19至23岁当测量连续性优先时。保持相同工具 across waves 确保观察到的变化反映真实的发育和经验差异，而非测量伪影。

CPQ_11-14包含37个项目，分为四个领域：口腔症状、功能限制、情感福祉和社会福祉。每个项目按5点计分，从“从不”=0到“非常经常”=4；较低总分表示较好OHRQoL。GOHR由两个问题组成，计分1-5，总和为2-10分，较低分数表示较好OHRQoL。VisQoL是单项视觉模拟量表，从0（“可想象的最差口腔健康”）到100（“完美”口腔健康）。轨迹分析 inclusion 要求至少在三个时间点中的两个完成OHRQoL问卷。

统计分析

数据集，包括心理社会（OHRQoL）和人口统计学变量，从IFS数据库提取；分析在R（版本4.1.3）中进行。计算了个人和组级OHRQoL得分的描述性统计（频率、均值、中位数、最大值、最小值、四分位数、四分位距）。

轨迹分析使用无监督K-Means for Longitudinal data（KmL）算法。包含至少两个波次数据的参与者被纳入（CPQ_11-14/GOHR n=374；VisQoL n=369）。单个时间点的缺失数据通过线性插补 imputed，使用欧几里得距离与Gower调整保留轨迹形状。该方法在确定性聚类上保留了全局最大识别优势。聚类后，使用KmL的图形界面可视化轨迹。

使用Calinski和Harabasz准则评估模型性能；较高值表示更好的簇分离。轨迹组成员身份与人口统计学变量之间的关联使用Pearson卡方检验分类预测因子（性别、社会经济地位）和独立样本t检验连续变量进行测试。

社会经济地位（SES）基于父母教育水平和家庭收入分为低、中、高：低（<130%联邦贫困水平[FPL]或≤高中教育）、中（130%–300% FPL或一些大学）、高（>300% FPL或≥学士学位），遵循美国公共卫生标准。逻辑回归评估多变量关联，α=0.05。尽管由于纵向设计无法进行正式的先验效能计算，但实现的样本量超过了轨迹分析中检测中等效应大小的推荐值，支持研究目标的充分性。

结果

完成17、19和23岁口腔健康相关生命质量（OHRQoL）问卷的IFS参与者数量总结如下。对于CPQ_11-14问卷，数量在17岁为412，19岁为331，23岁为345。对于GOHR问卷，相同年龄分别为341、311和346名参与者完成。对于VisQoL问卷，数量分别为403、331和346。应用轨迹分析纳入标准后，最终分析样本包括374名参与者用于CPQ_11-14，374名用于GOHR，369名用于VisQoL。缺失数据百分比为CPQ11-14 9.2%，GOHR 8.8%，VisQoL 8.4%。

总体而言，研究队列中44%为男性，56%为女性。关于社会经济地位（SES），13%的参与者来自低SES家庭，33%来自中SES家庭，53%来自高SES家庭。在种族和民族背景方面，超过95%的参与者 identified 为非西班牙裔白人。

描述性OHRQoL得分

如表1所示，三个评估点的平均CPQ11-14_11–14得分在17岁为9.02，19岁为8.33，23岁为9.72。这些值表明口腔健康相关影响总体水平较低，尽管从19岁到23岁略有增加。在CPQ_11-14的子领域中，口腔症状在所有三个时间点均具有最高平均得分：17岁4.17，19岁4.13，23岁4.64。该模式表明口腔症状对总CPQ_11-14得分的贡献最大， compared to 其他子量表如功能限制、情感福祉或社会福祉。

GOHR测量的平均得分随时间相对稳定，17岁值为3.92，19岁3.93，23岁4.22。这表明在这一发育期间对一般口腔健康相关生命质量的感知相对一致，仅随时间有轻微增加的感知影响。VisQoL得分，反映视觉口腔健康相关生命质量，较高得分表示较好生命质量，显示随时间 modest 下降趋势。平均VisQoL得分在17岁为85.99，19岁84.24，23岁83.69，表明从青少年晚期到成年早期感知视觉口腔健康相关生命质量逐渐下降。

OHRQoL轨迹分析

K-means for longitudinal data（KmL）算法发现两个轨迹组是三种OHRQoL测量工具（CPQ_11-14、GOHR和VisQoL）的最佳分区数（Caliński-Harabasz值分别为315、267、215）。图1显示了CPQ_11-14两个轨迹组的图形表示以及每组中个体轨迹的百分比。 favorable 轨迹组是随时间具有 consistently better OHRQoL得分的个体。 unfavorable 轨迹组是随时间具有较差OHRQoL得分的个体。三百一十七（84.8%）条个体轨迹组成轨迹组A（ favorable OHRQoL轨迹组），57（15.2%）条在轨迹组B（ unfavorable OHRQoL轨迹组）。图2显示了GOHR两个轨迹组的图形表示以及每组中个体轨迹的百分比。二百一十四（57.2%）条个体轨迹在 favorable OHRQoL轨迹组，160（42.8%）条在 unfavorable OHRQoL轨迹组。图3显示了VisQoL两个轨迹组的图形表示以及每组中个体轨迹的百分比。二百四十九（67.5%）条个体轨迹在 favorable 轨迹组，120（32.5%）条在 unfavorable 轨迹组。三种OHRQoL测量的三组轨迹分析也在附录1：支持信息中报告，包括中等OHRQoL轨迹组。

如表2所示，总结了所有三种OHRQoL测量工具每个轨迹组在17、19和23岁的平均OHRQoL。 favorable 轨迹组在17、19和23岁的平均CPQ_11-14得分分别为6.3、5.9和6.5，而 unfavorable 轨迹组的平均CPQ_11-14得分分别为24.88、21.29和20.00。 favorable 轨迹组在17、19和23岁的平均GOHR得分分别为3.20、3.14和3.43，而 unfavorable 轨迹组的平均GOHR得分分别为4.94、5.02和5.29。 favorable 轨迹组在17、19和23岁的平均VisQoL得分分别为90.74、90.00和89.81，而 unfavorable 轨迹组的平均VisQoL得分分别为78.04、72.13和71.66。所有三种OHRQoL平均得分在轨迹组间存在 statistically significant 差异（p=0.008，p<0.001，和p=0.01）。

如表3所示，社会经济地位与CPQ_11-14和VisQoL测量的OHRQoL轨迹组成员身份显著相关。基于CPQ_11-14和VisQoL的不同SES类别在OHRQoL轨迹组成员身份上存在显著差异（both p=0.003），但GOHR不显著（p=0.06）。CPQ_11-14（p=1.00）、GOHR（p=0.23）和VisQoL（p=0.93）的轨迹组成员身份在性别上无显著差异。

表4中的逻辑回归显示，保持其他变量不变，来自高SES背景的参与者被分类到 unfavorable CPQ_11-14轨迹组的几率比低SES背景者低69%。类似地，高SES个体在 unfavorable GOHR轨迹组的几率低53.3%，在 unfavorable VisQoL轨迹组的几率低60.1%。这些发现强调了较高社会经济地位对青少年和年轻成年期间长期口腔健康相关生命质量的强烈积极影响。

讨论

本研究使用三种 distinct 测量工具：儿童感知问卷（CPQ11-14）、全球口腔健康评分（GOHR）和视觉模拟生命质量评分（VisQoL），检查了从青少年晚期到成年早期的口腔健康相关生命质量（OHRQoL）轨迹。评估青少年和成年早期的OHRQoL轨迹很重要，因为它显示了感知口腔健康在形成性生命阶段如何变化。轨迹模式可以揭示单时间点测量可能遗漏的持续差异。该方法有助于识别长期结果不良风险的个体，并指导旨在改善口腔健康和生命质量的早期针对性干预。通过应用KmL，我们为每种测量识别了两个 distinct 轨迹组，揭示了17至23岁间OHRQoL的普遍下降。尽管总体下降，但我们队列中的参与者 consistently 报告了比先前纵向研究观察到的更 favorable OHRQoL得分。

CPQ_11-14得分的领域特定分析表明口腔症状是最持续关注点，而功能影响保持最小。情感影响表现出比社会影响更大的变异性，表明这一时期的口腔健康影响心理福祉多于社会功能。这些模式强调了症状管理和情感支持在针对年轻成人干预中的重要性。

我们的发现与先前文献一致。例如，Jaeken等人报告了青少年OHRQoL轨迹的类似趋势，尽管其参与者总体得分比我们差。这些差异可能反映社会经济地位（SES） variation，因为我们 predominantly 较高SES队列报告了更 favorable 结果。这与Brondani等人一致，他们发现家庭收入轨迹显著影响青少年OHRQoL。

然而，与Jaeken等人的直接比较必须谨慎进行。他们的研究聚焦年轻队列（11-16岁）接受正畸治疗，而我们评估了17至23岁的一般人群队列——一个与 distinct 心理社会和健康行为相关的发育阶段。正畸人群的临床焦点和特定牙科挑战可能引入了与我们更一般样本直接可比性较低的独特OHRQoL关注点。

重要的是，虽然大多数先前研究检查了儿童期或青春期的OHRQoL，但很少延伸至成年早期。我们的研究提供了对这一未充分探索的转变阶段的新见解，这对长期口腔健康行为和整体福祉的发展至关重要。此外，通过使用纵向而非横截面数据，我们捕捉了随时间动态的OHRQoL变化， enabling 识别 cross-sectional 设计可能模糊的 distinct 轨迹组。这些方法学优势进一步强调了在将我们的发现与先前研究比较时需要谨慎。

我们研究的一个关键优势是无监督机器学习算法（KmL）的应用，特别适合处理纵向数据的复杂性和相关缺失性。先前研究表明，KmL，特别是当 augmented with 距离度量如Gower或Fréchet距离时，在轨迹分类准确性上优于传统模型如SAS的Proc Traj。这项工作的另一个重要贡献是其作为唯一已知的美国基于 longitudinal 调查OHRQoL从青少年晚期到成年早期的独特性。

必须承认几个局限性。首先，超过23年的数据收集过程中的 attrition 减少了后期时间点的可用样本量， potentially 限制了统计效能和我们发现的稳健性。其次，有限的种族和社会经济多样性限制了我们结果对更广泛人群的普遍性。第三，缺乏同时的龋齿状态数据是一个显著限制，因为它排除了评估临床口腔健康与感知生命质量之间关系的可能性。未来纵向研究应旨在纳入客观临床测量，包括龋齿和其他口腔健康指标， alongside OHRQoL评估，以 enable 更全面理解临床和主观口腔健康如何共同演化。此外，鉴于社会决定因素对口腔健康的强烈影响，未来研究应优先纳入种族和社会经济多样化人群以改善外部效度。

我们还观察到CPQ_11-14和GOHR测量之间轨迹模式的 variation，这在给定工具之间的概念差异时期待的。CPQ_11-14为青年人群设计，可能对发育和症状特定变化更敏感，而GOHR提供整体口腔健康感知的更广泛评估。这些差异强调了选择发育适当工具的重要性，并表明多测量方法可能提供生命过程中OHRQoL的更全面评估。

我们的结果携带几个重要启示。首先，OHRQoL随时间的普遍下降表明年轻成人可能面临 increasing 口腔健康挑战，即使他们在青春期经历了良好的OHRQoL。这一发现突出了在这一生命阶段支持口腔健康的针对性干预需求。其次，较高SES与 favorable OHRQoL轨迹之间的关联进一步强化了社会决定因素对健康的影响。这些结果与Yau等人和Paula等人一致，他们发现较低SES青少年通常经历较差的OHRQoL。集体上，这一证据表明减少社会经济差异，通过改善牙科护理 access 和口腔健康教育，可能增强OHRQoL结果。然而，将临床数据整合到未来研究中对充分阐明这些关联背后的生物 pathway 至关重要。

尽管如此，我们样本的有限多样性要求谨慎解释。大多数参与者是白人和来自高SES背景，这可能限制对更 disadvantaged 或种族多样化人群的普遍性。需要在更多社会经济和种族异质队列中复制以更好理解社会决定因素如何影响OHRQoL轨迹。

几个未来研究途径值得关注。首先，需要更大更多样化样本的纵向研究以验证我们的发现并增强外部效度。其次，整合监督机器学习模型可能 facilitate 使用临床、行为和心理社会预测因子预测轨迹组成员身份。该方法可能有助于识别可修改风险因素并指导针对性干预。最后，将纵向评估延伸从儿童早期到成年晚期可能提供OHRQoL演化的更完整 picture 并识别干预的关键窗口。

结论

总之，本研究促进了我们对口腔健康相关生命质量（OHRQoL）如何从青少年晚期演化到成年早期的理解。使用来自 well-characterized 队列的纵向数据，我们识别了具有稳定或 divergent OHRQoL模式的 distinct 亚组 across 三种不同工具。虽然大多数参与者遵循指示相对 favorable 感知的轨迹，但有意义比例经历了持续较低的OHRQoL。跨测量的 divergence 表明不同工具可能捕捉口腔健康感知的独特维度，值得进一步调查。

聚类技术的使用 enabled 这些模式的数据驱动探索，尽管发现应谨慎解释且不作为 definitive 分类。重要的是，社会经济地位 consistently 预测更 favorable 轨迹，强化了社会决定因素在塑造长期口腔健康体验中的作用。未来研究应整合临床、行为和