智能医疗诊断已成为常见的大数据的时代,尽管这个技术已经应用于哮喘仅在有限的上下文。使用常规血液生物标志物识别哮喘病人将使临床诊断更容易实现和加强关键哮喘变量通过数据挖掘技术的研究。我们使用常规血液健康个体的数据来构建一个空间(MS)。然后,我们计算Mahalanobis培训血常规数据的距离从355哮喘患者和1480名健康个体,以确保女士正交阵列的效率和信噪比是用来优化血液生物标志物变量。接受者操作特征(ROC)曲线是用来确定阈值。最终,我们验证了系统基于阈值的182人。哮喘患者35,MTS正确分类94.15%的病人。此外,97.20%的147健康个体被正确分类。系统隔离7常规血液生物标志物。在这些生物标记中,血小板分布宽度、平均血小板体积,白细胞计数,嗜酸性粒细胞计数,淋巴细胞比率表现良好在哮喘的诊断。 In brief, MTS shows promise as an accurate method to identify asthma patients based on 7 vital blood biomarker variables and threshold determined by the ROC curve, thus offering the potential to simplify diagnostic complexity and optimize clinical efficiency.
哮喘是一种常见的慢性疾病的航空公司的特点是可逆气流阻塞,气道hyper-responsiveness,和临床症状,包括气喘、呼吸困难、胸闷。最好的报告估计,全球大约有3亿人患有哮喘,占全球人口的4.3% (
智能医疗智能诊断哮喘诊断是一个热门话题,这是使用人工智能诊断的医疗条件。几项研究已经报道的诊断哮喘使用数据挖掘算法和应用于智能诊断方法,如支持向量机(SVM) [
同样,Badnjevic和Cifrek应用训练神经网络和模糊规则协助医生肺功能测试结果的分析和解释,成功改善哮喘检测、诊断和治疗(
目前,没有哮喘诊断金标准。细胞参与了支气管哮喘的发病机制包括T淋巴细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、支气管上皮细胞。外周血嗜酸性粒细胞和严重哮喘之间的关联已经定义良好,细胞和嗜酸性粒细胞升高水平至少400 /
标准化标准涉及风险因素的评估和测量血液生物标志物预测哮喘恶化的风险可以提供更优的治疗指导,降低医疗成本。然而,尽管完整的血细胞计数通常要求对哮喘病人,他们还没有提供一个清晰的迹象表明这种生物标记。
Mahalanobis-Taguchi系统(MTS)是一个决策和模式识别系统常用的多维系统集成信息构造参考尺度通过创建单独的测量尺度。这个系统是一个有机结合的距离(MD)和田口方法。医学是一个广义距离,帮助区分相似性未知和已知样本数据集。田口方法优化系统和评估每个变量的贡献(
最近,一些研究人员利用MTS智能疾病识别精度高(
我们分析了常规血液355哮喘患者和1480名健康个体的数据收集在南京医科大学附属无锡人民医院与医疗和实验室人员技术培训。样本包括数据诊断哮喘患者和健康人的身体检查。哮喘诊断和分类是根据2015年的全球倡议哮喘哮喘管理和预防全球战略(
研究人口的基本特征。
| 类别 |
|
年龄、年( |
性( |
|
|---|---|---|---|---|
| 米 | F | |||
| 哮喘 | 355年 | 39.14±22.60 | 175例(49.3%) | 180例(50.7%) |
| 健康的 | 1480年 | 40.77±12.71 | 763例(51.55%) | 717例(48.45%) |
血常规数据评估预测血液样本是否来自一个哮喘病人或健康控制。数据预处理包括以下步骤。
缺少随机样本的观察模式,很少有不完整的数据(关于22变量检查)。三个实例一个失踪的变量值被移除的分析。
MTS是一种定量分析方法。我们发现22初始血常规变量(
选择变量的皮尔森相关。
| 一个变量 | 变量B | 皮尔森相关 | 保留变量 | 一个变量 | 变量B | 皮尔森相关(%) | 保留变量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 英航 | 英航# | 80.5 | 英航# | LY | 不 | 94.9 | LY |
| EO | EO # | 94.3 | EO # | 妇幼保健 | ” | 96.4 | 妇幼保健 |
| HCT | 血红蛋白 | 98.8 | 血红蛋白 | NE # | 白细胞 | 90.5 | 白细胞 |
| HCT | 加拿大皇家银行 | 85.8 | 加拿大皇家银行 | PCT | PLT | 86.5 | PCT |
| 血红蛋白 | 加拿大皇家银行 | 81.3 | 加拿大皇家银行 |
我们使用MTS为数据分类(
对未知样本的诊断,精确的阈值是很重要的。提出了在传统的MTS、质量损失函数来确定阈值由田口博士。然而,因为它太主观计算,一些学者提出了使用它,因为它。苏等人契比雪夫定理用于构建一个可能性阈值模型称为“概率阈值法”(天车)来确定阈值
在本文中,接受者操作特征(ROC)曲线选择决定阈值。它被广泛应用于医学诊断。我们使用MD的正常和异常数据训练集来绘制ROC曲线。ROC曲线规则的基础上,使敏感性(Se) +特异性(Sp)最大是最好的阈值。灵敏度的概率是一个测试结果时将积极疾病存在(真阳性)。100%的敏感性表明所有疾病患者的正确检测。特异性是衡量识别消极的情况下的测试数据。100%的特异性表明所有健康的人的正确检测。此外,曲线下的面积(AUC)时经常使用估计分类器的可用性。与质量损失函数相比,天车,穷举搜索方法,ROC曲线更客观、清晰可见。
算法流程图如图
滚动轴承故障诊断的流程图。
我们用10倍交叉验证研究的数据集。对于每一个循环,9折被用于训练,剩下的用于测试的数据挖掘算法。因此,有1331个健康人正常训练样本和147年健康个体为测试样本。也有319哮喘病人异常的训练样本和35哮喘病人测试样品。实施改进的MTS如下。
在第一阶段,MD健康样本构造使用14个变量。我们发现MDs的106数据集从1331年健康数据集之外的阈值(
Mahalanobis距离(MD)正常(健康)和异常(哮喘)样本。
在第三阶段的分析中,有用的变量被美洲国家组织和SN比选。我们使用信用证16(215)OA、部分因子设计,可以容纳16分15个因素。我们14个变量分配给第一个14 OA列,和其余列被忽略了。MD值计算为所有哮喘患者上述14个变量组合OA行所示。获得SN比,平均被用作信噪比的值
正交数组(OAs)和信噪比(SN)比率为14个变量。
| 不。 | 英航# | EO # | LY | LY # | 妇幼保健 | MCHC | 莫 | 莫# | 商务 | 血栓 | PLT | 加拿大皇家银行 | RDW | 白细胞 | SN比 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 8.29 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3.36 |
| 3 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 8.38 |
| 4 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 3.10 |
| 5 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2.94 |
| 6 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 7.87 |
| 7 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2.98 |
| 8 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 7.16 |
| 9 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 8.40 |
| 10 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 3.54 |
| 11 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2 | 7.34 |
| 12 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 3.70 |
| 13 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2.10 |
| 14 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 9.36 |
| 15 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2.72 |
| 16 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 | 8.50 |
|
|
5.51 | 5.76 | 5.73 | 5.74 | 5.59 | 5.61 | 5.54 | 5.40 | 5.96 | 8.16 | 5.48 | 5.53 | 5.56 | 5.80 | |
|
|
5.71 | 5.45 | 5.48 | 5.49 | 5.62 | 5.60 | 5.68 | 5.83 | 5.26 | 3.05 | 5.75 | 5.70 | 5.66 | 5.41 | |
|
|
−0.20 | 0.31 | 0.25 | 0.25 | −0.03 | 0.01 | −0.14 | −0.43 | 0.70 | 5.11 | −0.27 | −0.17 | −0.10 | 0.39 |
图
Mahalanobis空间优化结果为选定的变量使用信噪比(信噪比)。
与上面描述的模型,选择有用的变量能够健康和哮喘病例进行分类。之后,计算阈值区分健康和哮喘样本。起草ROC曲线(图
ROC曲线。
相关系数矩阵,的意思是,和SD健康样本数据只有7个变量用于182 -样本测试集(包含健康和哮喘组)。Se平均为94.15%,平均Sp为97.20%,患者和健康人指示标识的方法精度高。
支持向量机在分类精度高,所以我们比较MTS和SVM的性能。支持向量机算法与克莱门泰软件计算。图
变量重要性分数从支持向量机模型。
分析测试数据集下的敏感性和特异性MTS和7个变量,支持向量机和14个变量,变量和SVM与7表明MTS比SVM(表执行
敏感性、特异性和准确性的算法。
| MTS和7变量(%) | 支持向量机和14个变量(%) | 支持向量机和7变量(%) | |
|---|---|---|---|
| Se | 94.15 | 92.20 | 93.55 |
| Sp | 97.20 | 96.32 | 96.80 |
MTS的评估来确定有用的变量预测哮喘诊断表明,MTS是一个有用的诊断和预测技术。它不仅执行分类任务也在多元系统识别重要的变量。相似的研究相比,我们的方法的优势可以概括如下:
MTS提供容易获得哮喘诊断患者采用常规血液测试数据。该算法可以区分哮喘患者和健康人。
MTS建立空间数据训练女士作为参考。医生只需要计算未知的MD患者从参考空间使用软件诊断患者是否有哮喘。与其他算法相比,支持向量机超平面和神经网络等结构,MTS更容易理解。
MTS提供了系统的方法来识别哮喘,减少诊断问题的维数。它优化参考空间,删除冗余的变量,并大大减少了算法的时间复杂度由美洲国家组织和SN比率。这项研究显示了良好的性能与血栓,MPV,白细胞,EO #, #, LY, MCHC变量。这些关键变量可以为医生提供明确的指导哮喘诊断。医生可以使用这七个变量通过计算MDs诊断病人,从而简化诊断复杂性和优化临床效率。
MTS表现优于SVM哮喘诊断。此外,大数据的出现,可以构建更完全,女士和阈值将变得更加准确。因此,MTS代表一个方法哮喘诊断的新方法。
必须做一些重要的工作来改善我们的发现。首先,建立一个哮喘患者和健康对照组的血液数据库建立一个完整的参考空间更准确地识别哮喘病人。第二,软件应该开发和更新,以促进哮喘诊断使用MTS。第三,这里描述的诊断过程应与患者样本确认增加哮喘严重程度构造另一个可以识别的MTS哮喘严重程度。符合MTS理论,如果一个样本的MD更远离参考空间,病人的哮喘可能更严重。然而,这项研究并没有提供一个特定的规模或参考MDs哮喘严重程度的范围,尽管这些可以确定与哮喘病人数据或通过使用多级MTS来确定诊断。
这项研究提供了一个基于常规血液的临床哮喘诊断算法的数据表现良好在疾病识别。常规血液生物标志物的算法发现7个变量数据是至关重要的哮喘诊断:血栓,商务,白细胞,EO #, #, LY, MCHC。进一步的研究需要扩展这个诊断疾病严重程度。
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
作者宣称没有利益冲突。
这项研究得到了国家自然科学基金(NSFC81904140),江苏省的主要研发计划(BE2018627)和无锡的项目健康委员会(MS201949)。