CN110265139A - 肝纤维化评估模型、肝纤维化评估系统及其评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种肝纤维化评估系统,包含非瞬时机器可读媒体。非瞬时机器可读媒体包含储存单元及处理单元。储存单元用以储存受试者的目标血液检查数值资料及肝纤维化评估程序。当肝纤维化评估程序由处理单元执行时用以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度。借此,本发明的肝纤维化评估系统可避免现有的侵入性的肝纤维化检测,并可大幅提升肝纤维化检测的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗信息分析模型、系统以及方法,特别是涉及一种肝纤维化评估模型、肝纤维化评估系统及肝纤维化评估方法。
背景技术
慢性B型肝炎和慢性C肝炎是一种世界性的疾病,同时也是引发肝硬化(cirrhosis)和肝癌(hepatocellular carcinoma)的主要原因,而肝纤维化(liverfibrosis)的程度则与肝硬化的发展息息相关。详细而言,肝脏发炎之后并受到破坏将会发生肝纤维化,而肝纤维化的最终结果将会出现肝硬化症状,且肝硬化患者将有机会演变为肝癌,因此,若能准确并及时地对患者的肝纤维化程度进行评估,防止其进入肝硬化的阶段,对于肝癌的预防将有莫大的帮助。
肝纤维化测量的诊断黄金标准为活体组织检查,其是以肝脏穿刺切片(liverbiopsy)的方式取得肝脏组织样本。然而,肝脏穿刺切片为一种侵入性的检查,并有千分之一的机会将造成出血、感染、气胸、死亡等并发症,使患者接受检查的意愿偏低。
而随着影像科技技术的进展,非侵入性的影像检查方法也开始应用于诊断肝纤维化的发生。非侵入性的肝纤维化影像检查方法包含传统的超音波(Conventionalultrasound)检查、肝纤维化扫描(Transient elastography,TE)检查、超音波型肝硬度检查(Ultrasound-based elastography)以及声波辐射力脉冲成像(Acoustic RadiationForce Impulse,ARFI)检查,近年来更出现利用磁振造影弹性图像仪(Magnetic ResonanceElastography,MRE)观察肝脏受磁场与震动波处理而形成的图像,以通过剪波震幅分布而计算肝纤维化发生程度。然而,前述的影像检查方法不仅较为耗时,检查步骤较为繁复,其检查的费用也较为昂贵,使其临床应用较不普及。
因此,如何发展出一种快速、低成本且具有高度检测准确率的肝纤维化检查方式,实为具有临床应用价值的技术课题。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种肝纤维化评估模型、肝纤维化评估系统及肝纤维化评估方法,其通过自动化的判定模块而可基于常规血液检查数值资料的揭露内容下提供高准确率的肝纤维化评估结果,并可免去现有的侵入性肝纤维化检测所造成的后遗症,以及大幅降低现有的肝纤维化检测的成本。
本发明的一个目的在于提供一种肝纤维化评估模型,前述地肝纤维化评估模型由以下建立步骤建立。取得参照资料库,其中参照资料库包含多个参照血液检查数值资料。进行血液检查数值资料前处理步骤,其是以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代各参照血液检查数值资料的缺失值。进行血液检查数值资料标准化步骤,其是对前述的参照血液检查数值资料进行标准化处理,以得多个标准化参照血液检查数值资料。进行分类步骤,其是将前述的标准化参照血液检查数值资料以Gradient Boosting演算模块进行训练而达到收敛,以得前述的肝纤维化评估模型,且肝纤维化评估模型是用以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度。
依据前述的肝纤维化评估模型,其中各参照血液检查数值资料可包含参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数(Aspartate aminotransferase,AST),参照丙胺酸转胺酶指数(Alanine aminotransferase,ALT)以及参照血小板计数资料。
依据前述的肝纤维化评估模型,其中前述的血液检查数值资料前处理步骤可分别计算参照血液检查数值资料的参照受试者生理年龄资料的系统平均值、参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值、参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值以及参照血小板计数资料的系统平均值,并以前述的参照受试者生理年龄资料的系统平均值取代各参照受试者生理年龄资料的缺失值,以前述的参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值取代各参照天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以前述的参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值取代各参照丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以前述的参照血小板计数资料的系统平均值取代各参照血小板计数资料的缺失值。
依据前述的肝纤维化评估模型,其中前述的肝纤维化发生程度可为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。
本发明的另一目的在于提供一种肝纤维化评估系统,用以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度,肝纤维化评估系统包含非瞬时机器可读媒体。非瞬时机器可读媒体包含储存单元及处理单元,其中储存单元用以储存受试者的目标血液检查数值资料及肝纤维化评估程序,且处理单元用以执行前述的肝纤维化评估程序。其中,前述的肝纤维化评估程序包含参照资料库储存模块、血液检查数值资料处理模块、肝纤维化评估模型建立模块以及比对模块。参照资料库储存模块是用以储存参照资料库,其中前述的参照资料库包含多个参照血液检查数值资料。血液检查数值资料处理模块是以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代各参照血液检查数值资料的缺失值,并将前述的参照血液检查数值资料进行标准化处理,以得到多个标准化参照血液检查数值资料,以及以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代前述的目标血液检查数值资料的缺失值,并将前述的目标血液检查数值资料进行标准化处理,以得到标准化目标血液检查数值资料。肝纤维化评估模型建立模块是用以将前述的标准化参照血液检查数值资料以Gradient Boosting演算模块进行训练而达到收敛,以得到肝纤维化评估模型。比对模块是用以将前述的标准化目标血液检查数值资料以前述的肝纤维化评估模型进行分析,以得到肝纤维化特征值权重数据,并依据前述的肝纤维化特征值权重数据分析受试者是否罹患肝纤维化以及获得受试者的肝纤维化发生程度。
依据前述的肝纤维化评估系统,其中各参照血液检查数值资料可包含参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料,目标血液检查数值资料可包含目标受试者生理年龄资料、目标天冬氨酸氨基转移酶指数、目标丙胺酸转胺酶指数以及目标血小板计数资料。
依据前述的肝纤维化评估系统,其中前述的血液检查数值资料处理模块可用以计算前述的参照血液检查数值资料的参照受试者生理年龄资料的系统平均值、参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值、参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值以及参照血小板计数资料的系统平均值,并以前述的参照受试者生理年龄资料的系统平均值取代各参照受试者生理年龄资料的缺失值,以前述的参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值取代各参照天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以前述的参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值取代各参照丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以前述的参照血小板计数资料的系统平均值取代各参照血小板计数资料的缺失值。
依据前述的肝纤维化评估系统,其中前述的血液检查数值资料处理模块可用以将前述的参照受试者生理年龄资料的系统平均值取代目标受试者生理年龄资料的缺失值,以前述的参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值取代目标天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以前述的参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值取代目标丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以前述的参照血小板计数资料的系统平均值取代目标血小板计数资料的缺失值。
依据前述的肝纤维化评估系统,其中前述的肝纤维化发生程度可为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。
本发明的又一目的在于提供一种肝纤维化评估方法,包含下述步骤。提供如前段所述的肝纤维化评估模型。提供受试者的目标血液检查数值资料。对目标血液检查数值资料进行血液检查数值资料前处理,其是以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代目标血液检查数值资料的缺失值。对目标血液检查数值资料进行标准化,以得到标准化目标血液检查数值资料。利用前述肝纤维化评估模型分析前述的标准化目标血液检查数值资料,以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度。
依据前述的肝纤维化评估方法,其中前述的目标血液检查数值资料可包含目标受试者生理年龄资料、目标天冬氨酸氨基转移酶指数、目标丙胺酸转胺酶指数以及目标血小板计数资料,各参照血液检查数值资料可包含参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料。
依据前述的肝纤维化评估方法,其中前述的肝纤维化发生程度可为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。
借此,本发明的肝纤维化评估模型、肝纤维化评估系统及肝纤维化评估方法通过前处理与标准化的方式对参照血液检查数值资料以及目标血液检查数值资料进行处理后,再以Gradient Boosting演算模块进行训练,以根据常规的血液检查数值资料而自动化评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测其肝纤维化发生程度,如此一来将可避免现有的侵入性肝纤维化检测的检测风险以及大幅增加肝纤维化检测的效率。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附图式的说明如下:
图1示出了本发明一实施方式的肝纤维化评估模型的建立步骤流程图;
图2示出了本发明一实施方式的肝纤维化评估系统的架构示意图;
图3示出了本发明一实施方式的肝纤维化评估方法的步骤流程图;
图4示出了本发明的肝纤维化评估模型的接收者操作特征曲线(receiveroperating characteristic curve,ROC)图;以及
图5示出了本发明的肝纤维化评估模型用于评估受试者的肝纤维化发生程度的混淆矩阵图。
【符号说明】
100:肝纤维化评估模型的建立步骤
110:取得参照资料库
120:进行血液检查数值资料前处理步骤
130:进行血液检查数值资料标准化步骤
140:进行分类步骤
200:肝纤维化评估系统
210:非瞬时机器可读媒体
220:储存单元
221:目标血液检查数值资料
230:处理单元
240:肝纤维化评估程序
241:参照资料库储存模块
242:血液检查数值资料处理模块
243:肝纤维化评估模型建立模块
244:比对模块
300:肝纤维化评估方法
310:提供肝纤维化评估模型
320:提供受试者的目标血液检查数值资料
330:对目标血液检查数值资料进行血液检查数值资料前处理
340:对目标血液检查数值资料进行标准化
350:利用肝纤维化评估模型分析标准化目标血液检查数值资料
501:未发生肝硬化的真阴性区块
502:发生肝硬化的真阳性区块
503:未发生肝硬化的伪阴性区块
504:发生肝硬化的伪阳性区块
具体实施方式
下述将更详细讨论本发明各实施方式。然而,此实施方式可为各种发明概念的应用,可被具体实行在各种不同的特定范围内。特定的实施方式是仅以说明为目的,且不受限于揭露的范围。
请参照图1,其示出了本发明一实施方式的肝纤维化评估模型的建立步骤100流程图。肝纤维化评估模型的建立步骤100包含步骤110、步骤120、步骤130以及步骤140。
步骤110为取得参照资料库,其中参照资料库包含多个参照血液检查数值资料。详细而言,参照血液检查数值资料是抽取受试者的血液进行分析所获得的间接性血清检查标记资料,而本发明的肝纤维化评估模型则是利用间接性血清检查标记资料来进行分析,如此一来将可有效避免侵入性肝纤维化检测所造成的后遗症,并可直接利用参照血液检查数值资料的揭露内容而直接评估受试者发生的肝纤维化状态。较佳地,前述之的参照血液检查数值资料可包含参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数(Aspartateaminotransferase,AST),参照丙胺酸转胺酶指数(Alanine aminotransferase,ALT)以及参照血小板计数资料,其中前述的参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料合称为肝纤维化指标(Fibrosis4score,FIB-4),而参照天冬氨酸氨基转移酶指数与血小板计数资料的比值则为血小板比率指数(Aspartate aminotransferase to platelet ratio index,APRI)。
肝纤维化指标为现行肝纤维化的血液检查的判断依据,而血小板比率指数则是用以预测慢性B型肝炎及慢性C型肝炎病患的肝纤维化或肝硬化程度。当受试者的肝纤维化指标大于3.25时,即可准确地评估该受试者为晚期肝纤维化的患者,其准确率高达97%,且肝纤维化指标用以评估HIV/HCV合并感染的患者的阳性预测值也可高达65%以上。
步骤120为进行血液检查数值资料前处理步骤,其是以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代各参照血液检查数值资料的缺失值。详细而言,为了避免各参照血液检查数值资料的空值,例如检测资料的缺失等而使肝纤维化评估模型发生误判,以及提高肝纤维化评估模型的评估准确度,各参照血液检查数值资料的缺失值将以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值进行取代,以有效降低资料重复的发生机率。
较佳地,血液检查数值资料前处理步骤可分别计算前述的参照血液检查数值资料的参照受试者生理年龄资料的系统平均值、参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值、参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值以及参照血小板计数资料的系统平均值,并以前述的参照受试者生理年龄资料的系统平均值取代各参照受试者生理年龄资料的缺失值,以前述的参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值取代各参照天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以前述的参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值取代各参照丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以前述的参照血小板计数资料的系统平均值取代各参照血小板计数资料的缺失值。借此,可提升本发明的肝纤维化评估模型的肝纤维化评估准确率。
步骤130为进行血液检查数值资料标准化步骤,其是对前述的参照血液检查数值资料进行标准化处理,以得到多个标准化参照血液检查数值资料。详细而言,由于各参照血液检查数值资料中的参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料的单位值并不相同,而为了使本发明的肝纤维化评估模型在各参照血液检查数值资料中可具有相同的权重标准,血液检查数值资料标准化步骤将分别对前述的参照血液检查数值资料中的参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料进行数据的正规化处理,借以提升本发明的肝纤维化评估模型的肝纤维化评估准确度及辅助后续GradientBoosting演算模块的训练收敛效果。
步骤140为进行分类步骤,其是将前述的标准化参照血液检查数值资料以Gradient Boosting演算模块进行训练而达到收敛,以得肝纤维化评估模型,且肝纤维化评估模型是用以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度。借此,可避免本发明的肝纤维化评估模型对标准化参照血液检查数值资料进行分析的预测差值过高或过低。
较佳地,前述的肝纤维化发生程度可为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。详细而言,Metavir评分系统为现行临床上用于评估患者的肝纤维化的组织病理学评估方法,其分为F0至F5等五个等级,其中等级F0代表患者并未发生肝纤维化症状,等级F1代表患者在其肝门静脉部分发生没有隔膜组织(septa)的纤维化情形,属于轻度肝纤维化,等级F2代表患者的肝门静脉已完全纤维化,但纤维化区域的间隔组织很少,属于中度肝纤维化,等级F3代表患者的肝纤维化现象已遍布整个肝脏,并出现许多隔膜组织,但尚未发展成为肝硬化,属于重度肝纤维化,而等级F4则代表患者的肝纤维化现象已发展为严重肝纤维化,并可判定其为肝硬化的患者。借此,本发明的肝纤维化评估模型通过Gradient Boosting演算模块对参照血液检查数值资料进行训练,使其所预测的肝纤维化发生程度可符合组织病理学的肝纤维化评估方法的肝纤维化分级结果,使本发明的肝纤维化评估模型具有绝佳的评估准确率。
请参照图2,其示出了本发明一实施方式的肝纤维化评估系统200的架构示意图。肝纤维化评估系统200用以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度,且肝纤维化评估系统200包含非瞬时机器可读媒体210。非瞬时机器可读媒体210包含储存单元220及处理单元230,其中储存单元220用以储存受试者的目标血液检查数值资料221及肝纤维化评估程序240,且处理单元230用以执行肝纤维化评估程序240。肝纤维化评估程序240包含参照资料库储存模块241、血液检查数值资料处理模块242、肝纤维化评估模型建立模块243以及比对模块244。较佳地,目标血液检查数值资料211可包含目标受试者生理年龄资料、目标天冬氨酸氨基转移酶指数、目标丙胺酸转胺酶指数以及目标血小板计数资料。
参照资料库储存模块241是用以储存参照资料库,其中参照资料库包含多个参照血液检查数值资料。较佳地,各参照血液检查数值资料报含参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料,以利于肝纤维化评估程序240对受试者的肝纤维化发生情形进行更精准的评估,并可直接利用参照血液检查数值资料的揭露内容直接评估受试者发生的肝纤维化状态。
血液检查数值资料处理模块242是以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代各参照血液检查数值资料的缺失值,并将前述的参照血液检查数值资料进行标准化处理,以得到多个标准化参照血液检查数值资料,以及以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代目标血液检查数值资料221的缺失值,并将目标血液检查数值资料221进行标准化处理,以得到标准化目标血液检查数值资料。
较佳地,血液检查数值资料处理模块242可用以计算前述的参照血液检查数值资料的参照受试者生理年龄资料的系统平均值、参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值、参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值以及参照血小板计数资料的系统平均值,并以前述的参照受试者生理年龄资料的系统平均值取代各参照受试者生理年龄资料的缺失值,以前述的参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值取代各参照天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以前述的参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值取代各参照丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以前述的参照血小板计数资料的系统平均值取代各参照血小板计数资料的缺失值。借此,可提升本发明的肝纤维化评估系统200的肝纤维化评估准确率。
较佳地,血液检查数值资料处理模块242可用以将前述的参照受试者生理年龄资料的系统平均值取代目标受试者生理年龄资料的缺失值,以前述的参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值取代目标天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以前述的参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值取代目标丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以前述的参照血小板计数资料的系统平均值取代目标血小板计数资料的缺失值。
肝纤维化评估模型建立模块243是用以将前述的标准化参照血液检查数值资料以Gradient Boosting演算模块进行训练而达到收敛,以得到肝纤维化评估模型。
比对模块244是用以将标准化目标血液检查数值资料以肝纤维化评估模型进行分析,以得到肝纤维化特征值权重数据,并依据前述的肝纤维化特征值权重数据分析受试者是否罹患肝纤维化以及获得受试者的肝纤维化发生程度。
请参照图3,其示出了本发明一实施方式的肝纤维化评估方法300的步骤流程图。肝纤维化评估方法300包含步骤310、步骤320、步骤330、步骤340以及步骤350。
步骤310为提供肝纤维化评估模型,而肝纤维化评估模型是经由前述步骤110至步骤140所建立。
步骤320为提供受试者的目标血液检查数值资料。较佳地,前述的目标血液检查数值资料可包含目标受试者生理年龄资料、目标天冬氨酸氨基转移酶指数、目标丙胺酸转胺酶指数以及目标血小板计数资料。
步骤330为对目标血液检查数值资料进行血液检查数值资料前处理,其是以前述步骤120所述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代前述的目标血液检查数值资料的缺失值。较佳地,各参照血液检查数值资料可包含参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料,以分别对目标血液检查数值资料中的目标受试者生理年龄资料、目标天冬氨酸氨基转移酶指数、目标丙胺酸转胺酶指数以及目标血小板计数资料进行更精确的处理。
步骤340为对目标血液检查数值资料进行标准化,以得到标准化目标血液检查数值资料。
步骤350为利用肝纤维化评估模型分析标准化目标血液检查数值资料,以评估受试者是否罹肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度。较佳地,而肝纤维化发生程度可为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。
根据上述实施方式,以下提出具体试验例并配合图式予以详细说明。
<试验例>
一、参照资料库
本发明所使用的参照资料库为中国医学大学暨附设医院所搜集的回溯性的受检者的临床血液检查数值资料,为经中国医药大学暨附设医院研究伦理委员会(ChinaMedical University&Hospital Research Ethics Committee)核准的临床试验计划,其编号为:CMUH 107-REC1-129。
前述的参照资料库共包含2354笔去连结化的受检者的参照血液检查数值资料,其中参照血液检查数值资料报含受试者生理年龄资料、天冬氨酸氨基转移酶指数、丙胺酸转胺酶指数以及血小板计数资料,以符合现行肝纤维化的血液检查的判断标准。
二、本发明的肝纤维化评估模型
本发明的肝纤维化评估模型在取得参照资料库后,将分别计算参照资料库的参照血液检查数值资料的参照受试者生理年龄资料的系统平均值、参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值、参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值以及参照血小板计数资料的系统平均值,并以参照受试者生理年龄资料的系统平均值取代各参照受试者生理年龄资料的缺失值,以参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值取代各参照天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值取代各参照丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以血小板计数资料的系统平均值取代各参照血小板计数资料的缺失值。
接着,经过前述步骤的参照血液检查数值资料的参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料将分别进行数据正规化处理,以对参照资料库中所有参照血液检查数值资料的单位值进行标准化,以得包含标准化参照受试者生理年龄资料、标准化参照天冬氨酸氨基转移酶指数、标准化参照丙胺酸转胺酶指数与标准化参照血小板计数资料的标准化参照血液检查数值资料,借以提升肝纤维化评估准确度。
接着,前述的标准化参照血液检查数值资料将以Gradient Boosting演算模块进行训练而达到收敛,以得本发明的肝纤维化评估模型。详细而言,Gradient Boosting演算模块是以Gradient Descent算法与Boosting算法分别对前述的标准化参照血液检查数值资料进行分析。当标准化参照血液检查数值资料先以Gradient Boosting演算模块或Boosting算法中的其中一个进行训练并达到收敛后,为了进一步避免本发明的肝纤维化评估模型对标准化参照血液检查数值资料进行分析的预测差值过高或过低,GradientBoosting演算模块将会再次以Gradient Boosting演算模块或Boosting算法中的另一个对前次的训练结果进行再次训练,以进一步确保损失函数(Loss Function)可达稳定收敛。
三、本发明的肝纤维化评估模型用于评估受试者是否罹患肝纤维化及预测受试者的肝纤维化发生程度
在本试验例中进一步将所建立的肝纤维化评估模型用于评估受试者是否罹患肝纤维化及预测受试者的肝纤维化发生程度。其步骤如下:提供由前述步骤建立的肝纤维化评估模型。提供受试者的目标血液检查数值资料。对目标血液检查数值资料进行血液检查数值资料前处理,其是以前述的参照血液检查数值资料的系统平均值取代目标血液检查数值资料的缺失值。对目标血液检查数值资料进行标准化,以得到标准化目标血液检查数值资料。利用前述的肝纤维化评估模型分析前述的标准化目标血液检查数值资料,以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测受试者的肝纤维化发生程度。
接着,前述受试者是否罹患肝纤维化以及受试者的肝纤维化发生程度预测结果将进一步整合在参照资料库中,以对本发明的肝纤维化评估模型进行优化,进而使本发明的肝纤维化评估模型的训练效果及判断准确度进一步提升。
请参照图4,其示出了本发明的肝纤维化评估模型的接收者操作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)图。如图4所示,当以本发明的肝纤维化评估模型评估受试者是否罹患肝纤维化时,其接收者操作特征曲线的曲线下面积(AreaUnder the Receiver Operating Characteristic curve,AUROC)可高达88.4%。再者,根据现行临床资料研究结果显示,血清标记的肝纤维化指针用于评估慢性B型肝炎病患晚期的肝纤维化情形及是否恶化为肝硬化的敏感度的接受者操作特征曲线下面积为81%,其准确度的接受者操作特征曲线下面积则为84%,显示本发明的肝纤维化评估模型、肝纤维化评估系统和肝纤维化评估方法可以精准地以受试者的目标血液检查数值资料评估受试者是否罹患肝纤维化。
请参照图5,其示出了本发明的肝纤维化评估模型用于评估受试者的肝纤维化发生程度的混淆矩阵图。当以本发明的肝纤维化评估模型用以预测受试者的肝纤维化发生程度时,其是以Metavir评分系统等级作为基准进行比对分析,其中等级F0-F3代表肝纤维化发生程度为未发生肝硬化,而等级F4则代表肝纤维化发生程度为严重肝纤维化,即受试者发生肝硬化现象。
如图5所示,预测标签的未发生肝硬化的真阴性(True Negative,TN)区块501中的受试者数量为1602人,预测标签的发生肝硬化的真阳性(True Positive,TP)区块502中的受试者数量为361人,预测标签的未发生肝硬化的伪阴性(Flase Negative,FN)区块503中的受试者数量为164人,而预测标签的发生肝硬化的伪阳性(Flase Positive,FP)区块504中的受试者数量则为227人。请再同时参照图5与表一,表一为本发明的肝纤维化评估模型用于预测受试者的肝纤维化发生程度的预测结果。
由上述结果所示,本发明的肝纤维化评估模型用于评估受试者的肝纤维化发生程度的正确度、灵敏度及特异度均优,显示本发明的肝纤维化评估模型、肝纤维化评估系统和肝纤维化评估方法可以精准地以受试者的目标血液检查数值资料评估受试者的肝纤维化发生程度。
借由上述内容可知,本发明的肝纤维化评估模型、肝纤维化评估系统及肝纤维化评估方法通过前处理与标准化的方式对参照血液检查数值资料以及目标血液检查数值资料进行处理后,再以Gradient Boosting演算模块进行训练,以根据常规的血液检查数值资料而自动化评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测其肝纤维化发生程度,并可避免现有的侵入性肝纤维化检测的检测风险以及大幅增加肝纤维化检测的效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域的技术人员,在不脱离本发明地精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种肝纤维化评估模型,其特征在于,所述肝纤维化评估模型由以下建立步骤建立:
取得参照资料库,其中所述参照资料库包含多个参照血液检查数值资料;
进行血液检查数值资料前处理步骤,其是以所述多个参照血液检查数值资料的系统平均值取代各所述参照血液检查数值资料的缺失值;
进行血液检查数值资料标准化步骤,其是对所述多个参照血液检查数值资料进行标准化处理,以得到多个标准化参照血液检查数值资料;以及
进行分类步骤,其是将所述多个标准化参照血液检查数值资料以Gradient Boosting演算模块进行训练而达到收敛,以得到所述肝纤维化评估模型,且所述肝纤维化评估模型是用以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测所述受试者的肝纤维化发生程度。
2.根据权利要求1所述的肝纤维化评估模型,其特征在于,各所述参照血液检查数值资料包含:参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数,参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料。
3.根据权利要求2所述的肝纤维化评估模型,其特征在于,所述血液检查数值资料前处理步骤是分别计算所述多个参照血液检查数值资料的所述多个参照受试者生理年龄资料的系统平均值、所述多个参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值、所述多个参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值以及所述多个参照血小板计数资料的系统平均值,并以所述多个参照受试者生理年龄资料的所述系统平均值取代各所述参照受试者生理年龄资料的缺失值,以所述多个参照天冬氨酸氨基转移酶指数的所述系统平均值取代各所述参照天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以所述多个参照丙胺酸转胺酶指数的所述系统平均值取代各所述参照丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以所述多个参照血小板计数资料的所述系统平均值取代各所述参照血小板计数资料的缺失值。
4.根据权利要求1所述的肝纤维化评估模型,其特征在于,所述肝纤维化发生程度为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。
5.一种肝纤维化评估系统,用以评估受试者是否罹患肝纤维化以及预测所述受试者的肝纤维化发生程度,其特征在于,所述肝纤维化评估系统包含:
非瞬时机器可读媒体,包含储存单元及处理单元,其中所述储存单元用以储存受试者的目标血液检查数值资料及肝纤维化评估程序,且所述处理单元用以执行所述肝纤维化评估程序;
其中,所述肝纤维化评估程序包含:
参照资料库储存模块,其是用以储存参照资料库,其中所述参照资料库包含多个参照血液检查数值资料;
血液检查数值资料处理模块,其是以所述多个参照血液检查数值资料的系统平均值取代各所述参照血液检查数值资料的缺失值,并将所述多个参照血液检查数值资料进行标准化处理,以得到多个标准化参照血液检查数值资料,以及以所述多个参照血液检查数值资料的所述系统平均值取代所述目标血液检查数值资料的缺失值,并将所述目标血液检查数值资料进行标准化处理,以得到标准化目标血液检查数值资料;
肝纤维化评估模型建立模块,其是用以将所述多个标准化参照血液检查数值资料以Gradient Boosting演算模块进行训练而达到收敛,以得到肝纤维化评估模型;以及
比对模块,其是用以将所述标准化目标血液检查数值资料以所述肝纤维化评估模型进行分析,以得到肝纤维化特征值权重数据,并依据所述肝纤维化特征值权重数据分析所述受试者是否罹患肝纤维化以及获得所述受试者的所述肝纤维化发生程度。
6.根据权利要求5所述的肝纤维化评估系统,其特征在于,各所述参照血液检查数值资料包含:参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料,所述目标血液检查数值资料包含:目标受试者生理年龄资料、目标天冬氨酸氨基转移酶指数、目标丙胺酸转胺酶指数以及目标血小板计数资料。
7.根据权利要求6所述的肝纤维化评估系统,其特征在于,所述血液检查数值资料处理模块是用以计算所述多个参照血液检查数值资料的所述多个参照受试者生理年龄资料的系统平均值、所述多个参照天冬氨酸氨基转移酶指数的系统平均值、所述多个参照丙胺酸转胺酶指数的系统平均值以及所述多个参照血小板计数资料的系统平均值,并以所述多个参照受试者生理年龄资料的所述系统平均值取代各所述参照受试者生理年龄资料的缺失值,以所述多个参照天冬氨酸氨基转移酶指数的所述系统平均值取代各所述参照天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以所述多个参照丙胺酸转胺酶指数的所述系统平均值取代各所述参照丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以所述多个参照血小板计数资料的所述系统平均值取代各所述参照血小板计数资料的缺失值。
8.根据权利要求7所述的肝纤维化评估系统,其特征在于,所述血液检查数值资料处理模块是用以将所述多个参照受试者生理年龄资料的所述系统平均值取代所述目标受试者生理年龄资料的缺失值,以所述多个参照天冬氨酸氨基转移酶指数的所述系统平均值取代所述目标天冬氨酸氨基转移酶指数的缺失值,以所述多个参照丙胺酸转胺酶指数的所述系统平均值取代所述目标丙胺酸转胺酶指数的缺失值,以及以所述多个参照血小板计数资料的所述系统平均值取代所述目标血小板计数资料的缺失值。
9.根据权利要求5所述的肝纤维化评估系统,其特征在于,所述肝纤维化发生程度为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。
10.一种肝纤维化评估方法,其特征在于,包含:
提供如权利要求1所述的肝纤维化评估模型;
提供受试者地目标血液检查数值资料;
对所述目标血液检查数值资料进行血液检查数值资料前处理,其是以所述多参照血液检查数值资料的所述系统平均值取代所述目标血液检查数值资料的缺失值;
对所述目标血液检查数值资料进行标准化,以得到标准化目标血液检查数值资料;以及
利用所述肝纤维化评估模型分析所述标准化目标血液检查数值资料,以评估所述受试者是否罹患所述肝纤维化以及预测所述受试者的所述肝纤维化发生程度。
11.根据权利要求10所述的肝纤维化评估方法,其特征在于,所述目标血液检查数值资料包含:目标受试者生理年龄资料、目标天冬氨酸氨基转移酶指数、目标丙胺酸转胺酶指数以及目标血小板计数资料,各所述参照血液检查数值资料包含:参照受试者生理年龄资料、参照天冬氨酸氨基转移酶指数、参照丙胺酸转胺酶指数以及参照血小板计数资料。
12.根据权利要求10所述的肝纤维化评估方法,其特征在于,所述肝纤维化发生程度为轻度肝纤维化、中度肝纤维化、重度肝纤维化及严重肝纤维化。
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