本發(fā)明提供一種用于優(yōu)化選取腦卒中相關(guān)生物標(biāo)志物的方法，是一種基于互信息分析-主成分分析-二級支持向量機(jī)的腦卒中生物標(biāo)志物優(yōu)化選取方法，屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

腦卒中對人的健康及生命影響十分嚴(yán)重，以其高發(fā)病率、高病死率、高致殘率對人類健康構(gòu)成巨大威脅，已成為全球第二大常見死因。腦卒中檢測手段困難，目前腦血管病患者的常規(guī)檢測項(xiàng)目有：

a)主要為血壓、心電圖、眼底檢查、血常規(guī)、尿常規(guī)、血脂、血糖、血液流變學(xué)、血

同型半胱氨酸、抗磷脂抗體等常規(guī)檢測后；

b)腦血管病患者進(jìn)一步行輔助檢查，包括：經(jīng)顱多普勒超聲、頸動脈超聲、顱腦CT(包

括CT、CTA、CTV、CTP)、MRI、MRA等；

c)進(jìn)一步創(chuàng)性檢查：DSA及介入治療。

但是這些方法都存在困難，導(dǎo)致它們不能完全適應(yīng)于目前的臨床檢測。

神經(jīng)生化檢測在腦卒中的作用越來越受到重視，人們期望通過生化指標(biāo)來協(xié)助腦卒中的早期診斷，并作出評價(jià)。近年來，隨著臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展與研究的深入，許多新的檢測項(xiàng)目(特別是一些生化標(biāo)志物)的相繼問世，檢驗(yàn)方法也不斷更新與改進(jìn)，極大地促進(jìn)了臨床腦卒中的實(shí)驗(yàn)診斷的革命。生化標(biāo)志物在腦卒中的早期診斷、治療、病情監(jiān)測及估計(jì)病人的預(yù)后等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

傳統(tǒng)的大分子標(biāo)志物(大分子蛋白，抗原，激素等)是以抗體為基礎(chǔ)進(jìn)行免疫組化或蛋白質(zhì)印跡檢測，靈敏度低，操作復(fù)雜，并且抗體制備困難；基因標(biāo)志物主要用逆轉(zhuǎn)錄-多聚酶鏈反應(yīng)進(jìn)行檢測，靈敏度雖然高，但是操作中容易有交叉污染，導(dǎo)致假陽性的出現(xiàn)。對于腦卒中，現(xiàn)在還沒有單一，有效的生物標(biāo)志物，必須將集中生物標(biāo)志物結(jié)合起來才能更全面地認(rèn)識和了解腦卒中，發(fā)揮它的臨床作用。當(dāng)前，在做生化檢測時(shí)，往往為了全面了解疾病，會做許多標(biāo)志物的檢測，然而有些生物標(biāo)志物的檢測是沒有必要的，同時(shí)有些生物標(biāo)志物之間會有信息的重疊，造成信息量的冗余。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.目的：本發(fā)明專利的目的是提供一種用于優(yōu)化選取腦卒中相關(guān)生物標(biāo)志物的方法，它通過選取出的腦卒中生物標(biāo)志物可以很好的對腦卒中進(jìn)行預(yù)判診斷，減少了腦卒中生化檢測過程中信息的冗余浪費(fèi)，并且提高了檢測的準(zhǔn)確度。

2.技術(shù)方案：

本發(fā)明是一種用于優(yōu)化選取腦卒中相關(guān)生物標(biāo)志物的方法，它主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，考慮到腦卒中存在有出血性腦卒中和缺血性腦卒中兩種情況，在進(jìn)行診斷時(shí)要進(jìn)行區(qū)分，所以把腦卒中相關(guān)生物標(biāo)志物的優(yōu)化選取過程分為兩個(gè)環(huán)節(jié)。第一個(gè)環(huán)節(jié)是診斷患者是否患有腦卒中，第二個(gè)環(huán)節(jié)區(qū)分得有腦卒中的患者患的是哪一種腦卒中。在每個(gè)環(huán)節(jié)中，先通過互信息分析，分別分析出和患病與否，患哪種腦卒中的互信息值，并以此為進(jìn)行篩選。再運(yùn)用主成分分析，減少信息的冗余，最后用支持向量機(jī)的方法對篩選出的生物標(biāo)志物進(jìn)行調(diào)整修正，來完成整個(gè)優(yōu)化選取過程。

本發(fā)明專利設(shè)計(jì)了一種用于優(yōu)化選取腦卒中生物標(biāo)志物的方法，該方法具體步驟包括：

步驟1，讀入含有多種生化檢測出的生物標(biāo)志物的濃度的個(gè)體數(shù)據(jù)，將各組輸入量按照是否患腦卒中定義為1和0，分別計(jì)算各個(gè)生物標(biāo)志物濃度和患病與否的互信息值，并對互信息值進(jìn)行排序；

步驟2，選擇步驟1中互信息值較大的幾個(gè)生物標(biāo)志物信息，對他們進(jìn)行主成分分析，選取累計(jì)方差貢獻(xiàn)率超過80％的幾個(gè)主成分；

步驟3，按照主成分分析過程中得出的線性組合公式，分別計(jì)算選取出的主成分的值作為計(jì)算的輸入量；

步驟4，將含有多種生物標(biāo)志物信息的個(gè)體進(jìn)行分類，四分之三個(gè)體數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，四分之一作為驗(yàn)證集；將步驟3中選取出的主成分結(jié)果輸入支持向量機(jī)之中，訓(xùn)練集先對支持向量機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，再通過驗(yàn)證集對患病與否作判斷；通過檢測預(yù)測結(jié)果的靈敏度和特異性來評估所選取的生物標(biāo)志物以及主成分分析是否合適；

步驟5，如果檢測的結(jié)果較差，即靈敏度和特異性都較低，則返回到步驟1，重新選取互信息值較大的生物標(biāo)志物，再按照以上步驟進(jìn)行，直到靈敏度和特異性都達(dá)到工程要求。

步驟6，將前五步輸入數(shù)據(jù)中的正常人數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，再將出血性腦卒中患者定義為2，缺血性腦卒中定義為3；分別計(jì)算各個(gè)生物標(biāo)志物濃度和患兩種病的互信息值，并對互信息值進(jìn)行排序；

步驟7，選擇步驟6中互信息值較大的幾個(gè)生物標(biāo)志物信息，對他們進(jìn)行主成分分析，選取累計(jì)方差貢獻(xiàn)率超過80％的幾個(gè)主成分；

步驟8，將去除正常人后的個(gè)體信息進(jìn)行分類，四分之三個(gè)體數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，四分之一作為驗(yàn)證集；將步驟7中選取出的可以區(qū)分兩種腦卒中的主成分結(jié)果輸入支持向量機(jī)之中；支持向量機(jī)先通過訓(xùn)練集進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，再通過驗(yàn)證集對兩種病進(jìn)行區(qū)分；通過對兩種病區(qū)分結(jié)果的靈敏度和特異性來評估所選取的生物標(biāo)志物以及主成分分析是否合適；

步驟9，如果檢測的結(jié)果較差，即靈敏度和特異性都較低，則返回到步驟6，重新選取互信息值較大的生物標(biāo)志物，重復(fù)步驟6～8，直到靈敏度和特異性都達(dá)到工程要求；這樣最終輸出的結(jié)果就是能夠?qū)⒄Ｈ?、缺血性腦卒中患者、出血性腦卒中患者區(qū)分開生物標(biāo)志物選取組合方式。

3、優(yōu)點(diǎn)及功效：

本發(fā)明一種用于優(yōu)化選取腦卒中相關(guān)生物標(biāo)志物的方法，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明通過兩個(gè)步驟對腦卒中生物標(biāo)志物進(jìn)行選取組合，減少了信息的冗余浪費(fèi)，同時(shí)通過了支持向量機(jī)的檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對選取結(jié)果的修正，實(shí)現(xiàn)了通過選取出生物標(biāo)志物信息可以實(shí)現(xiàn)腦卒中的診斷。

(2)本發(fā)明減少了生化檢測的種類項(xiàng)目，降低了診斷成本，提高了診斷的正確率，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)腦卒中風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)判，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全。

(3)本發(fā)明提供了一種處理生物信息的普遍手段，對于其他疾病的生物標(biāo)志物信息可以使用同樣的方法進(jìn)行優(yōu)化選取，是一種普適的方法。針對一些要通過多種生化檢測來進(jìn)行診斷的疾病，比方說乳腺癌，肺癌等，生物標(biāo)志物信息有著很大作用，可以使用同種方法進(jìn)行處理來提高斷的靈敏度和特異性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

見圖1所示，本發(fā)明一種用于優(yōu)化選取腦卒中生物標(biāo)志物的方法，該方法具體步驟包括：

步驟1，將從合作單位獲取的就診者生物標(biāo)志物信息輸入，共計(jì)24種生物標(biāo)志物信息。將各組輸入量按照是否患腦卒中定義為1和0，分別計(jì)算各個(gè)生物標(biāo)志物濃度和患病與否的互信息值，并對互信息值進(jìn)行排序；

步驟2，通過互信息值的排序，我們篩選出尿酸，血漿纖維蛋白原等12種相關(guān)性大的生物標(biāo)志物，對他們進(jìn)行主成分分析。通過選取累計(jì)方差貢獻(xiàn)率超過80％的主成分，我們選出了6個(gè)綜合指標(biāo)；

步驟3，按照主成分分析過程中得出的線性組合公式，分別計(jì)算選取出的主成分的值作為計(jì)算的輸入量；

步驟4，將含有多種生物標(biāo)志物信息的個(gè)體進(jìn)行分類，將四分之三數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，四分之一數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證集；將步驟3選取出的主成分結(jié)果輸入支持向量機(jī)之中，選擇徑向基函數(shù)作為核函數(shù)，通過交叉驗(yàn)證的方法找到最合適的懲罰參數(shù)和核函數(shù)參數(shù)。訓(xùn)練集先對支持向量機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，再通過驗(yàn)證集對患病與否的判斷；通過檢測預(yù)測結(jié)果的靈敏度和特異性來評估所選取的生物標(biāo)志物以及主成分分析是否合適；

步驟5，如果檢測的結(jié)果較差，即靈敏度和特異性都較低，則返回到步驟1，重新選取互信息值較大的生物標(biāo)志物，再按照以上步驟進(jìn)行，直到靈敏度和特異性都達(dá)到工程要求。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)選出的6個(gè)主成分可以很好的區(qū)分正常人和病人，靈敏度和特異性都達(dá)到了100％。

步驟6，將前五步輸入數(shù)據(jù)中的正常人數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，再將出血性腦卒中患者定義為2，缺血性腦卒中定義為3；分別計(jì)算各個(gè)生物標(biāo)志物濃度和患兩種病的互信息值，并對互信息值進(jìn)行排序；

步驟7，由于出血性腦卒中和缺血性腦卒中在生物標(biāo)志物信息上區(qū)分較小，不同于前一環(huán)節(jié)，選出了同型半胱氨酸，C反應(yīng)蛋白等6種生物標(biāo)志物，對他們進(jìn)行主成分分析，選取累計(jì)方差貢獻(xiàn)率超過80％的幾個(gè)主成分，最終選擇出三個(gè)主成分；

步驟8，將已有患有腦卒中患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，四分之三數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，四分之一作為驗(yàn)證集；將步驟7選取出的可以區(qū)分兩種腦卒中的主成分結(jié)果輸入支持向量機(jī)之中，選擇徑向基函數(shù)作為核函數(shù)，通過交叉驗(yàn)證的方法找到最合適的懲罰參數(shù)和核函數(shù)參數(shù)；支持向量機(jī)先通過訓(xùn)練集進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，再通過驗(yàn)證集對兩種病的區(qū)分；通過對兩種病區(qū)分結(jié)果的靈敏度和特異性來評估所選取的生物標(biāo)志物以及主成分分析是否合適；

步驟9，如果檢測的結(jié)果較差，即靈敏度和特異性都較低，則返回到步驟6，重新選取互信息值較大的生物標(biāo)志物，再重復(fù)步驟6～8，直到靈敏度和特異性都達(dá)到工程要求。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以較好的把出血性腦卒中患者和缺血性腦卒中患者區(qū)分開，靈敏度和特異性都達(dá)到了80％以上，得到了較好的效果。