CN109459573A - 无创肾病诊疗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无创肾病诊疗系统，包括肾病诊疗芯片、人工智能模型和决策树模型，肾病诊疗芯片包括芯片载体，芯片载体为采用聚丙烯材料制作而成的长3cm，宽1.5cm，高7mm的立方体结构，芯片载体上顶面开设有一直径1cm，深5mm锥形孔，内含载有荧光编码微球的活化液，表面覆以高密度聚乙烯材料以密封锥形孔，人工智能模型采用logistic regression模型，决策树模型采用C5.0算法决策树模型。本发明具有无创性、高灵敏度、高效性、方便快捷、重复性好、操作简单、成本低廉、准确性高等优点，能更加高效的解读检测报告，提供精准的预测结果，及时规避潜在风险，同时为患者制定个性化的诊疗方案。
Description
技术领域
本发明涉及医疗领域，具体涉及一种无创肾病诊疗系统。
背景技术
现行IgA肾病的诊断及预后指标主要包括肾穿刺活检术和血、尿、生化指标，肾穿刺活检术虽能准确反应肾脏损害情况，但其为有创操作，无法短时间内重复进行，血、尿、生化指标为所有肾病诊断及预后指标，对特异性诊断及预测IgA肾病预后灵敏度低，多在肾脏有较多损伤后才有所反应。
IgA肾病的发病过程包括异常糖基化IgA1(galactose-deficient IgA1，Gd-IgA1)的形成，Gd-IgA1特异性抗体识别及血循环免疫复合物形成并在肾小球系膜区沉积。IgA是一种糖蛋白，人血清中存在两种亚型，分别为IgA1和IgA2，而IgA肾病中肾小球系膜区沉积的IgA的亚型主要是IgA1，故血清IgA1较高可以高度怀疑病人有患IgA肾病的风险。同时，Gd-IgA1作为诊断标志物的受试者工作特征(receiver operator characteristic curve，ROC)曲线下面积高达97.6％，提示Gd-IgA作为临床指标反映IgA肾病的可行性。另外，MBL的低浓度以及遗传变异与免疫复合体的沉积密切相关，且可以预测IgA肾病的不良预后。此外，研究发现IgA肾病患者血清MBL浓度和预后存在非线性函数关系，低血清浓度的IgA肾病患者(MBL levels＜100ng/ml)比正常血清MBL浓度的IgA肾病患者(100-3540ng/ml)具有更高的前驱感染和肉眼血尿的风险，并且有着更差的预后。而高MBL血清浓度的IgA肾病患者(MBL levels＞3540ng/ml)蛋白尿更严重，且肾活检的新月体比例更高。即过高的MBL和过低的MBL都会对IgA肾病患者产生更严重的肾损伤，提示MBL能较好地预测IgA肾病患者的预后。以上3个特异性指标(IgA1，Gd-IgA1和MBL)与IgA肾病呈一个非线性的网状关系，借助上述血清学指标，可以及时准确的反映肾脏受损情况。
xMAP技术首先使编码微球与探针、抗体或抗原特异性交联，然后让不同检测物与不同荧光色编码的微球混合，最后加入被检测物，从而实现精准化诊疗。悬液中的微球与被检测物特异性结合，结合物被标记上荧光物质。微球成单列通过两束激光，一束判定微球的荧光编码；另一束测定微球上的报告分子的荧光强度，这样就可对多种物质进行同时检测，大大节约了检测时间和试剂样本。
人工智能技术(Artificial Intelligence，AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。利用人工智能技术可以存储海量医疗数据并从数据库中寻找潜在的关系或规律，增加疾病预测的准确性。
决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上，通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率，评价项目风险，判断其可行性的决策分析方法，是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干，故称决策树。在机器学习中，决策树是一个预测模型，他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。基于华西的大数据库，通过机器学习，可以为患者制定个性化的治疗方案。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种集诊断、治疗与评估为一体的无创肾病精准化诊疗系统，结合用于检测患者血清中IgA1、MBL等物质的液相芯片、AI预测预后模型以及个性化治疗方案的决策树模型，软、硬件系统相辅相成，实现IgA肾病的精准化治疗。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
无创肾病诊疗系统，包括肾病诊疗芯片、人工智能模型和决策树模型，所述肾病诊疗芯片包括芯片载体，所述芯片载体为采用聚丙烯(PP)材料制作而成的长3cm，宽1.5cm，高7mm的立方体结构，所述芯片载体上顶面开设有一直径1cm，深5mm锥形孔，内含载有荧光编码微球的活化液，表面覆以高密度聚乙烯材料以密封锥形孔，所述人工智能模型采用logistic regression模型，所述决策树模型采用C5.0算法决策树模型。
进一步地，一种荧光编码微球对应偶联一种蛋白，所述荧光编码微球为与IgA1单克隆抗体蛋白、蚕豆凝集素、MBL单抗交联的荧光微球。
进一步地，所述荧光编码微球通过以下方法制备所得：
取3种不同编码的荧光微球，经S-NHS、EDC活化液室温避光活化30min后，分别置于垂直旋转仪上室温避光与体外重组亲和纯化的小鼠抗人IgA1单克隆抗体、蚕豆凝集素、MBL单抗进行偶联，偶联时间为2h，每种蛋白设置4个梯度；然后将偶联蛋白的微球加1％BSA封闭1h，于4℃避光保存。
进一步地，选取与最高蛋白浓度差异无显著性的蛋白量作为最佳偶联量。
进一步地，所述决策树模型利用已有的IgA肾病数据，筛选了近3000名IgA肾病患者，利用与治疗相关的45多个变量(包括上述检测的三个特异性指标，和医院常规检查的血尿常规、生化、免疫全套、尿蛋白肌酐比等指标)以及所述肾病诊疗芯片检测的3个IgA肾病的特异性变量建立IgA肾病治疗的预测与分类模型。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用xMAP液相芯片技术，合成了一类特异性单克隆抗体编码微球，利用该微球制作一款可同时检测3个与IgA肾病密切相关的指标——人体血清IgA1、低糖基化的IgA1、MBL水平的无创液相芯片。将其测结果与软件系统的AI模型结合，可以高效诊断并准确预测该类患者预后。同时还可以根据AI的预测结果，利用决策树模型分析上述所得结果，基于病患大数据，为患者提供个性化精准治疗方案，让所有病人可以享受医院优秀的医疗资源。
本发明具有无创性、高灵敏度、高效性、方便快捷、重复性好、操作简单、成本低廉、准确性高等优点。能很好的弥补肾穿刺活检术的有创性，血、尿及生化指标的低灵敏度及ELISA操作复杂性等缺陷，有效填补了临床上在本领域的空缺。本发明的诊疗芯片可以完全替代肾穿刺活检术，甚至更优于肾穿刺活检术。基于华西医院的大量数据库资源，能更加高效的解读检测报告，提供精准的预测结果，及时规避潜在风险，同时为患者制定个性化的诊疗方案，为广大患者提供更加优秀的医疗资源。
附图说明
图1为本发明实施例中肾病诊疗芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了无创肾病诊疗系统，包括肾病诊疗芯片、人工智能模型和决策树模型，如图1所示，所述肾病诊疗芯片包括芯片载体1，所述芯片载体为采用聚丙烯(PP)材料制作而成的长3cm，宽1.5cm，高7mm的立方体结构，所述芯片载体上顶面开设有一直径1cm，深5mm锥形孔2，内含载有荧光编码微球的活化液，表面覆以高密度聚乙烯材料以密封锥形孔，所述荧光编码微球为与IgA1单克隆抗体蛋白、低糖基化的IgA1单克隆抗体蛋白、MBL单抗交联的荧光微球，一种荧光编码微球对应偶联一种蛋白。所述人工智能模型采用logistic regression模型，所述决策树模型采用C5.0算法决策树模型。
本实施例中，所述荧光编码微球通过以下方法制备所得：
分别用不同配比的两种荧光染料将直径5.6um的聚苯乙烯微球染成不同的荧光色，从而获得多达100种经荧光编码的微球；
取3种不同编码的荧光微球，经S-NHS、EDC活化液室温避光活化30min后，分别置于垂直旋转仪上室温避光与体外重组亲和纯化的小鼠抗人IgA1单克隆抗体、蚕豆凝集素、MBL单抗进行偶联，偶联时间为2h，每种蛋白设置4个梯度；然后将偶联蛋白的微球加1％BSA封闭1h，于4℃避光保存。
液相芯片的验证及蛋白最佳偶联量的确定
将制备的液相芯片与PE抗体直接反应，阴性孔加入未偶联蛋白的微球作为阴性对照，
在Bio-Plex200液相悬浮芯片系统上检测荧光值。当通过仪器检测到液相芯片的荧光值超过2000荧光强度(median fluorescence intensity，MFI)，阴性对照孔低于100MFI，即可认为偶联成功。每组芯片中，选取与最高蛋白浓度差异无显著性的蛋白量作为最佳偶联量。
检测抗体和Streptavidin-PE最佳工作浓度的确定
另取一份小鼠抗人IgA1单克隆抗体、蚕豆凝集素、MBL单抗，用biotin标记。用1％PBSB溶液分别将biotin标记的小鼠抗人IgA1单克隆抗体、蚕豆凝集素、MBL单抗稀释成4个浓度组，Streptavidin-PE稀释成3个浓度组，每组3个复孔，采用棋盘滴定法确定最佳检测抗体浓度和Streptavidin-PE工作浓度。
液相芯片的xMAP检测
用制备的液相芯片，对受检者的血清、阴性血清、阳性血清和质控血清进行xMAP检测。取PVDF滤膜板，同一反应孔分别加入100μL(1×104个)液相芯片微球，用PBST溶液洗涤两次，25μL人的血清，室温避光慢摇(450r/min)60min，洗涤3次，加入混合的biotin标记的小鼠抗人IgA1单克隆抗体、蚕豆凝集素、MBL检测抗体，100μL/孔，室温避光慢摇(450r/min)60min，洗涤3次，每孔加入100μLStreptavidin-PE，室温避光慢摇(450r/min)30min，洗涤3次，在液相悬浮芯片系统上机检测荧光值，得到每个样品的MFI值，受检者血清样品的index＝血清样品的MFI值/质控血清的MFI值。
用ELISA验证液相芯片所得结果
分别用IgA1，Gd-IgA1，和MBL的进口ELISA试剂盒进行测量受检者的血清样品。将所得的值与液相芯片测得值进行对比分析，将结果进行校对。
人工智能(AI)模型建立
在进行数据挖掘，获取数据后，并进行脱敏处理，充分保证数据的保密性，由专业的人工智能技术人员，进行不同人工智能算法的建模，通过对比不同模型的准确性，敏感性和特异性，选取最优化最准确的模型作为预测模型。根据目前已有数据库，通过比较SVM,logistic regression,random forest,and K-nearest neighbors(KNN)四种模型的计算，logistic regression在准确性、敏感性和特异性方面都优于其他三种模型，准确性高达96％，详细结果见上表。因此，基于现有数据库，本产品采用logistic regression，扩大数据库后可再次比较不同计算模型，选取最优者。
决策树模型建立
本芯片的软件部分利用决策树的CHAID算法和C5.0算法筛选出一些影响因素，对模型进行评估结果表明，C5.0算法决策树模型预测的准确性高于97％，预测结果与实际情况的一致性也较好，训练样本和测试样本的Kappa系数均高于0.8。
本芯片利用已有的IgA肾病数据，筛选了近3000名IgA肾病患者，利用与治疗相关的45多个变量以及我们硬件检测的3个IgA肾病的特异性变量建立IgA肾病治疗的预测与分类模型，旨在为患者制定个性化的治疗方案，为临床医生选择治疗方案提供一定的借鉴。
本具体实施的肾病诊疗芯片在使用时，先把针对不同检测物的、用不同荧光色编码的微球混合，再加入被检测物，悬液中的微球与被检测物特异性结合，结合物被标记上荧光物质。然后采用Luminex Magpix和Luminex200/FLEXMAP3D分析仪对微球进行激光检测，将微球成单列通过两束激光，一束判定微球的荧光编码；另一束测定微球上的报告分子的荧光强度。具体的，读数仪通过流式细胞分析检测单个微珠。读数仪的射流系统在微珠进入鞘液流时，将微珠排列成单行纵列，然后进入流动池。微珠一旦在流动池内形成单行纵列，每个微珠都会被单独查询以了解微珠颜色(分析物)和检测信号强度(PE荧光强度)。(b)激光：读数仪使用532nm绿色激光(“检测”激光)，用于激发检测的PE染料(链霉素亲和素-PE)。635nm固态激光(红色“分类”激光)，用于激发微珠内部的染料，以确定其“颜色”或“区域”，也用于通过光散射进行的双重鉴别。(c)检测器：读数仪具有四个检测器，每个检测器分别对应下图中所示的光路。检测器用于测量检测的荧光，测定微珠(1-100)，以及分辨率。
本具体实施将所检测的指标放入logistic regression的AI模型，可以根据病人信息精准预测病人发展到终末期肾病的几率，从而及时发现高危病人，尽早修改病人的诊疗计划，延缓病人发展到终末期肾病的时间，同时能准确预测发生各种并发症的概率，提前采取措施规避，真正实现IgA肾病的精准化医疗。
本具体实施通过对病人血清中的IgA1、低糖基化的IgA1、MBL水平3个特异性反IgA肾病的指标进行检测，将其结果用AI大数据技术进行分析。因此，能无创而特异性诊断IgA肾病及预测其预后情况，与其他肾病相区别，从而提高诊断、治疗效率。可以同时测定多个指标，大大节约检测时间及试剂耗材，是一种新一代高通量分子诊断技术平台。其最突出优势在于可以同时对同一样本中多种不同的目的分子进行定性和定量分析。与传统ELISA方法相比，大大节约了检测时间。
将芯片所测的结果导入AI模型中，能准确得到患者的预后情况，其准确程度是医生经验性判断的4倍，效率是其10倍。
利用决策树模型，为患者制定个性化的治疗方案，让基层医院和广大患者享受更加优质的医疗资源，大大减少患者进入尿毒症的几率。
全球约48％的IgA肾病患者会在20年内发展为尿毒症。而华西医院的IgA肾病患者，经过长期随访，发现不到15％会进展为尿毒症，远远低于平均水平，这得益于华西医院肾内科的优秀医疗资源。基于中国最大的IgA肾病数据库，本团队利用机器学习，制作了芯片的决策树模型，该模型能够根据患者的基线数据及检测指标，与数据库中相似地病例进行精准化匹配，结合多种治疗方案的长期随访结果，为患者制定出最优的治疗方案，实现医疗资源共享。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (5)
1.无创肾病诊疗系统，其特征在于：包括肾病诊疗芯片、人工智能模型和决策树模型，所述肾病诊疗芯片包括芯片载体，所述芯片载体为采用聚丙烯材料制作而成的长3cm，宽1.5cm，高7mm的立方体结构，所述芯片载体上顶面开设有一直径1cm，深5mm锥形孔，内含载有荧光编码微球的活化液，表面覆以高密度聚乙烯材料以密封锥形孔，所述人工智能模型采用logistic regression模型，所述决策树模型采用C5.0算法决策树模型。
2.如权利要求1所述的无创肾病诊疗系统，其特征在于：一种荧光编码微球对应偶联一种蛋白，所述荧光编码微球为与IgA1单克隆抗体蛋白、蚕豆凝集素、MBL单抗交联的荧光微球。
3.如权利要求1所述的无创肾病诊疗系统，其特征在于：所述荧光编码微球通过以下方法制备所得：
取3种不同编码的荧光微球，经S-NHS、EDC活化液室温避光活化30min后，分别置于垂直旋转仪上室温避光与体外重组亲和纯化的小鼠抗人IgA1单克隆抗体、蚕豆凝集素、MBL单抗进行偶联，偶联时间为2h，每种蛋白设置4个梯度；然后将偶联蛋白的微球加1％BSA封闭1h，于4℃避光保存。
4.如权利要求3所述的无创肾病诊疗系统，其特征在于：选取与最高蛋白浓度差异无显著性的蛋白量作为最佳偶联量。
5.如权利要求1所述的无创肾病诊疗系统，其特征在于：所述决策树模型利用已有的IgA肾病数据，筛选了近3000名IgA肾病患者，利用与治疗相关的45多个变量以及所述肾病诊疗芯片检测的3个IgA肾病的特异性变量建立IgA肾病治疗的预测与分类模型。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102645534A (zh) * | 2012-04-26 | 2012-08-22 | 杭州市萧山区第一人民医院 | 基于量子点编码微球芯片检测丙型肝炎病毒的方法 |
| CN203133081U (zh) * | 2010-07-23 | 2013-08-14 | 中国检验检疫科学研究院 | 一种检测血清样本中登革热抗体的蛋白悬浮芯片系统 |
| CN105223193A (zh) * | 2015-09-21 | 2016-01-06 | 四川大学 | 用于IgA肾病快速识别和早期诊断的变色传感器制备方法 |
| CN106220731A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-12-14 | 郑州大学第附属医院 | 一种人体分泌型IgA的提取方法、人体分泌型IgA及其O‑糖基化测定方法 |
-
2018
- 2018-12-30 CN CN201811648689.3A patent/CN109459573A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203133081U (zh) * | 2010-07-23 | 2013-08-14 | 中国检验检疫科学研究院 | 一种检测血清样本中登革热抗体的蛋白悬浮芯片系统 |
| CN102645534A (zh) * | 2012-04-26 | 2012-08-22 | 杭州市萧山区第一人民医院 | 基于量子点编码微球芯片检测丙型肝炎病毒的方法 |
| CN105223193A (zh) * | 2015-09-21 | 2016-01-06 | 四川大学 | 用于IgA肾病快速识别和早期诊断的变色传感器制备方法 |
| CN106220731A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-12-14 | 郑州大学第附属医院 | 一种人体分泌型IgA的提取方法、人体分泌型IgA及其O‑糖基化测定方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| MASASHI GOTO等: "Risk stratification for progression of IgA nephropathy using a decision tree induction algorithm", 《NEPHROL DIAL TRANSPLANT》 * |
| XIN HAN等: "Random forest can accurately predict the development of end-stage renal disease in immunoglobulin a nephropathy patients", 《ANNALS OF TRANSLATIONAL MEDICINE》 * |
| 杨柳: "补体活化异常与 IgA 肾病", 《肾脏病与透析肾移植杂志》 * |
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