CN115098836B - 一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法及装置。该方法包括步骤：A、获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数，多个微生态环境因素分为损态型和益态型；B、基于单个微生态环境因素下样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数；C、基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建并求解综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数，获得独立参数和互作参数；D、基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异；E、鉴别环境因素对阴道微生态的作用和性质。本发明能同时评估多个环境因素对阴道微生态的影响，鉴别微生态环境因素的作用和性质。

Description

一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法及装置

技术领域

本发明涉及微生态数据分析与处理技术，特别是涉及到一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法及装置。

背景技术

阴道微生态是一个复杂且脆弱的生态系统，容易受多种因素影响发生微生态失衡，导致阴道炎等疾病。常见的影响阴道微生态的环境因素有抗生素、性生活、性激素、阴道pH值和乳杆菌等，它们对阴道微生态的影响不同，分为益态型和损态型，前者是有利于维护正常阴道微生态平衡的因素，如乳杆菌，弱酸性环境和雌激素等，后者是不利于维护正常阴道微生态平衡的因素，如抗生素，弱碱性环境和孕激素等。多个微生态环境因素常常组合成不同的综合性微生态环境，影响阴道微生态中细菌生长数量和细菌互作关系等。微生态治疗是阴道炎治疗新理念，主张选用抗生素“杀菌”和补充益生菌“促菌”相结合，但阴道炎治疗后复发和耐药现象严重，造成这种现象的一个重要原因是，现有研究往往分析单个微生态环境因素的影响而没考虑多个微生态环境因素同时共存这一实际情况，在研究阴道微生态变化时也未对细菌互作关系深入分析，不能为合理选用抗生素和益生菌提供足够有效的信息，帮助优化阴道炎治疗策略和恢复阴道微生态平衡。

抗生素是导致阴道微生态失衡的常见因素，同时也是损态型环境因素，它在杀灭病原菌的同时也杀灭正常菌，并使耐药菌和条件致病菌增多，改变正常的菌群比例和菌群互作关系，导致微生态失衡和二重感染。目前，抗生素对阴道微生态影响的研究技术主要集中在菌群结构和抗生素抗性基因方面，有关抗生素种类对细菌互作的影响以及细菌互作对抗生素耐受的分析技术还不够成熟，而后者正是阴道炎复发和发生耐药的一个主因。弄清楚抗生素种类和抗生素耐受共同影响下的阴道微生态和细菌互作关系，根据细菌种类及细菌互作关系选用抗生素，既能减少药物副作用和耐药菌产生，又能降低抗生素对阴道微生态的破坏程度。

乳杆菌是维护正常阴道微生态的优势菌和益态型环境因素，与阴道微生态平衡和稳定密切相关。乳杆菌作为维护阴道微生态平衡的有益细菌，其种类、数量和功能会影响阴道pH环境和细菌互作关系，继而影响阴道微生态的平衡性和稳定性。现有阴道益生菌的分析技术主要涉及乳杆菌种类对阴道pH环境的影响，而乳杆菌组分对阴道微生态中细菌互作影响的分析技术还显薄弱和不足。

发明内容

为了解决现有阴道微生态数据分析和处理技术中，不能同时分析多个微生态环境因素对阴道微生态的综合影响，有关抗生素和乳杆菌对微生态尤其是细菌互作影响的分析技术还不够成熟，不能为合理选用抗生素和益生菌提供足够有效信息的问题，本发明提出了一种基于多个微生态环境因素综合影响下的微生态数据处理方法和装置，特别地同时考虑了多个损态型和益态型环境因素综合影响下的微生态网络的差异和变化，进一步鉴别微生态环境因素的性质和对微生态的作用。

为了实现这一目标，本发明采取了如下的技术方案。

一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，该方法包括步骤：

A、获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数，多个微生态环境因素分为损态型和益态型；

B、基于单个微生态环境因素下样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数；

C、基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解获得独立参数和互作参数；

D、基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数；

E、基于环境因素对阴道微生态的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法中，基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解获得独立参数和互作参数包括：

C1、基于单个微生态环境下的多元正态概率密度函数，针对多个环境因素，构建综合了多个环境因素的综合概率密度函数；

C2、求解综合了多个环境因素的综合概率密度函数，得到多个微生态环境因素下不同细菌的独立丰度和互作丰度，以及对应的独立参数和互作参数。

本发明的评估多个微生态环境因素对阴道微生态影响的方法中，损态型环境因素和益态型环境因素各自均可包括多个环境因素取值，其中，

损态型环境因素是各种抑制或杀灭细菌生长的环境因素，包括不同种类和使用时间的抗生素、弱碱性环境和孕激素环境等；

益态型环境因素是各种促进细菌生长的环境因素，包括不同种类和组分的乳杆菌，弱酸性环境和雌激素环境等；

相应地，构建微生态网络包括构建不同组合的损态型环境因素和益态型环境因素下的微生态网络。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法中，构建并求解综合了多个环境因素的综合概率密度函数包括：

根据综合微生态环境中各个环境因素的具体取值，确定对应微生态环境下的样本，针对每一个微生态环境因素，基于所对应样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数，变量数目为样本的细菌种类；

将多个单微生态环境因素的多元正态概率密度函数求积，得到综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数，利用龙格-库塔法求解综合概率密度函数，得到综合概率密度函数的最大似然值，继而获得独立参数和互作参数的数值。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法中，构建微生态网络，包括基于表达细菌独立丰度的独立参数和表达细菌互作丰度的互作参数构建微生态网络。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法中，获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数包括：

A1、根据多个微生态环境因素下多个样本的16S rRNA测序结果，获得各种细菌的操作分类单元数据；

A2、将每个样本所含细菌的操作分类单元数据总和取对数，获得该样本的细菌表达指数。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法中，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数包括：

针对多个微生态网络，比较每一个综合微生态环境下多种对应细菌的互作参数；

将互作参数均相同的细菌，归入第一假设；将互作参数不全相同的细菌归入第二假设，计算第一假设和第二假设的似然比值，将该比值与通过排列组合确定的阈值进行比较，判断这个综合微生态环境因素对微生态网络的影响是否有显著性差异。如果比值小于阈值，认为该环境因素对微生态网络造成显著影响，两个微生态网络存在差异，并将不相同的互作参数确定为网络差异的指标参数，反之两个微生态网络无差异。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法中，鉴别环境因素的性质包括：

针对每一个微生态网络，将其与正常微生态网络中多种对应细菌的互作参数进行比较；

将互作参数均相同的细菌，归入第一假设；将互作参数不全相同的细菌归入第二假设，计算第一假设和第二假设的似然比值，将该比值与通过排列组合确定的阈值进行比较，如果大于阈值，说明二者无显著性差别，则确定这类综合微生态环境因素对维护正常微生态有益，属于益态型环境因素，反之则为损态型环境因素。

一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的装置，该装置包括数据获取单元、多元正态概率密度函数单元、综合概率密度函数单元、微生态网络构建单元、微生态环境因素评估单元，其中，

数据获取单元用于获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数，多个微生态环境因素分为损态型环境因素和益态型环境因素；

多元正态概率密度函数单元用于基于单个微生态环境因素下样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数；

综合概率密度函数单元用于基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解综合概率密度函数的独立参数和互作参数；

微生态网络构建单元用于基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数；

微生态环境因素评估单元用于基于微生态环境因素对微生态网络的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的装置中，综合概率密度函数单元包括综合概率密度函数构建单元和综合概率密度函数求解单元，其中，

综合概率密度函数构建单元用于基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，针对多个微生态环境，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数；

综合概率密度函数求解单元用于求解综合概率密度函数，得到多个微生态环境下不同细菌的独立丰度和互作丰度，以及对应的独立参数和互作参数。

本发明的有益效果如下所述。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法和装置，能提取出直观反映抗生素和乳杆菌对细菌生长和互作的影响以及细菌互作导致抗生素敏感度差异的参数，这些参数都是阴道微生态分析的重要指标，对后续的阴道微生态维护和修复具有重要的指导价值。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法和装置，可以同时评估抗生素种类和药物敏感度，乳杆菌组分和阴道pH值等多个环境因素综合影响下的阴道微生态变化和细菌互作变化，为阴道微生态分析、阴道炎生态治疗和微生态修复提供关键信息。合理选用抗生素，利用药敏组细菌间的协同关系提高药物敏感度，增强杀菌效果，利用耐药组细菌间的竞争关系降低耐药率，减少耐药菌产生；选择恰当的乳杆菌配方和适宜的阴道pH值，恢复正常阴道微环境和微生态平衡。本发明有利于优化阴道炎的生态治疗策略，为合理选用杀菌型抗生素和护菌型乳杆菌，降低阴道炎发生率、复发率和耐药率提供数据支持。

特别需要说明的是，本发明提供的多个环境因素对阴道微生态影响的方法和装置，能同时考虑多个微生态因素的影响，包括损态型环境因素如抗生素、益态型环境因素如乳杆菌和其他微生态干预因素，以及评估这些因素的性质和作用。它以不同环境因素下细菌间的独立参数和互作参数为基础，提取出多个微生态环境因素对微生态影响的指标参数以及鉴别微生态环境因素的性质和作用，为分析和寻找导致微生态失衡的环境因素提供重要线索，为维护和修复微生态平衡制定科学策略，为研究微生态数据提供分析方法和技术支持。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法的流程示意图。

图2为本发明具体实施方式中，多个环境因素影响下的阴道微生态网络示意图。

图3为本发明具体实施方式中，正常阴道微生态网络图。

图4为本发明具体实施方式中，不同阴道pH值和乳杆菌组分综合影响下的阴道微生态网络图。

图5为本发明具体实施方式中，不同抗生素种类和药物敏感度综合影响下的阴道微生态网络图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解（例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等）。

本发明的目的是提供一种能同时评估多个微生态环境因素对阴道细菌生长和微生态网络影响，并鉴别微生态环境因素的性质和作用的数据处理方法，为维护和修复微生态平衡时合理选用益态型和损态型环境因素提供科学依据和技术支持。

为实现该目的，本发明具体实施方式中，采用了下述技术方案。

图1为根据本发明具体实施方式中评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法的流程示意图。如图所示，本发明具体实施方式中包括一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，该方法包括步骤：

A、获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数，多个微生态环境因素分为损态型和益态型；

B、基于单个微生态环境因素下样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数；

C、基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解获得独立参数和互作参数；

D、基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数；

E、基于环境因素对阴道微生态的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型。

如图1所示，本发明具体实施方式中，多个环境因素对阴道微生态影响的方法具体包括如下详细步骤。

A1、根据多个微生态环境因素下多个样本的16S rRNA测序结果，获得不同细菌的操作分类单元数据；其中多个微生态环境因素分为损态型和益态型。

具体而言，针对不同样本进行16S rRNA测序，获得不同细菌的操作分类单元（operational taxonomic units，OTU）数据，不同细菌的丰度都是基于OTU数据的分析。16SrRNA测序是一种高效的细菌学检测手段，能同时测多个样品，以较低成本获得大量OTU数据，进行菌群丰富度分析、菌群间差异比较分析等。

A2、将每个样本所含细菌的OTU数据总和取对数，获得该样本的细菌表达指数。

具体地，假定一个微生态环境因素下，有n个样本，m种细菌，其中细菌j在第i个样 本（i=1,…,n; j=1,…,m）的OTU数据为

。

将样本i所含的m种细菌的OTU相加后取log，获得该样本的细菌表达指数 （expression index, EI），即

。

另外，步骤B中，针对每一个微生态环境因素，基于所对应样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数，变量数目为该样本所含细菌种类数，由此构建单个微生态环境因素下的多元正态概率密度函数。

假定单个微生态环境因素下有n个样本，m种细菌，其多元正态概率密度函数表示为：

L（y_s）=

其中，其中s为英文single的缩写，表示单个微生态环境因素，

表示细菌j (j = 1, …, m)在n个样本中的丰度向量，

是均值向量；

由均值向量

和对称性协变量矩阵

构成，μ和

分别用以下公式表示，

，

，

μ值用微分方程表示，可分解为两部分：

，

其中：j和j’为不同的细菌；

为细菌j的独立丰度，

为细菌j被细菌

影响的互作丰度，它们分别用独立参数

和互作参数

表示，g即OTU数 据，

即EI。

协变量矩阵Σ即Σ_jj’表示细菌j和

的互作误差矩阵，用参数表示为：

特别地，本发明具体实施方式的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法的步骤C中，基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解获得独立参数和互作参数包括：

C1、基于多元正态概率密度函数，针对多个微生态环境因素，构建综合概率密度函数；

具体地，本发明具体实施方式中，综合概率密度函数的表达式为如下：

；

其中，总共有C个微生态环境因素，其中某一个微生态环境因素有n个样本，因此C个微生态环境因素的综合概率密度函数为C*n_c个多元正态概率密度函数f_ci（.）之积。其中的n_c表示某个微生态环境因素下的n个样本。对于每个多元正态概率密度函数而言，其包括细菌丰度向量y，均值向量μ和对称性协变量矩阵Σ，c为具体的微生态环境因素的编号，i为样本的编号，m为细菌种类数。

C2、求解综合概率密度函数，得到多个微生态环境因素下不同细菌的独立丰度和互作丰度，以及对应的独立参数和互作参数。

利用龙格-库塔法求解综合概率密度函数，得到综合概率密度函数的最大似然值，继而获得独立参数和互作参数的数值。

另外，本发明具体实施方式的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法步骤D中，基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数包括如下步骤。

D1、基于求解综合概率密度函数所得的独立参数和互作参数构建微生态网络，独立参数表示的细菌在微生态网络中用节点表示，互作参数表示的细菌互作丰度在微生态网络中用连线表示，节点线条粗细与参数数值相关。

D2、检验多个环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数包括：

针对多个微生态网络，比较每一个综合微生态环境下多种对应细菌的互作参数；

将互作参数均相同的细菌，归入第一假设；将互作参数不全相同的细菌归入第二假设，计算第一假设和第二假设的似然比值，将该比值与通过排列组合确定的阈值进行比较，判断这类环境因素对微生态网络的影响是否有显著性差异。

具体而言，比较编号为c1和c2 (

下的微生态网络，微生态网 络差异的显著性可通过以下假设进行检验：

第一假设：

第二假设：至少有一个第一假设下的等量不成立

第一假设为配对互作的细菌j和

在微生态环境c1和c2下的互作方向和强度都相 同，否则为第二假设。计算第一假设和第二假设似然值的比值，该比值与通过排列组合确定 的阈值进行比较，判断环境因素是否对微生态网络造成显著影响，如果比值小于阈值，认为 该环境因素对微生态网络造成显著影响，两个微生态网络存在差异，并将不相同的互作参 数确定为网络差异的指标参数，反之两个微生态网络无差异。

本发明具体实施方式的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法步骤E中，基于微生态环境因素对微生态网络的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型。

本发明具体实施方式中的评估环境因素的性质和作用的方法中，针对每一个微生态网络，还将其与正常微生态网络中多种相对应的细菌的互作参数进行比较；将互作参数均相同的细菌，归入第一假设；将互作参数不全相同的细菌归入第二假设，计算第一假设和第二假设似然值的比值，将该比值与通过排列组合确定的阈值进行比较，如果比值大于阈值，说明二者无显著性差别，判断这类环境因素有益于维护正常阴道微生态，属于益态型环境因素，反之则为损态型环境因素。

实例分析所用数据来源：本发明具体实施所用数据下载自2020年Wang 等公开发表的论文《Vaginal bacterial profiles of aerobic vaginitis: a case-controlstudy》,该论文共收集240例生育期妇女的阴道微生物样本，她们的生活习惯、月经周期、阴道pH值、抗生素使用情况、样本的细菌培养和药敏实验结果等均有详细记录。样本提取DNA后送HiSeq 2500平台进行16S rRNA测序，通过生信分析得到以97%为基准聚类的OTU数据，各种细菌在门纲目科属种水平的OTU不同。

构建多个环境因素影响下的阴道微生态网络示意图。

有多种环境因素会影响阴道微生态，包括抗生素、pH值等，它们使阴道微生态中的细菌生长和细菌互作发生变化，因此本发明具体实施方式中提出了能同时评估多个环境因素对于阴道微生态影响的方法和装置。

阴道微生态受多个环境因素影响，例如抗生素、性生活、性激素、阴道pH值、生活方式、免疫力等。图2是多个环境因素影响下的微生态网络示意图，图中节点上的数字表示不同细菌（没有具体数值含义），不同的环境因素可能对阴道微生态产生有益影响（用深色区域表示，颜色越深有益影响越大）或者有害影响（用浅色区域表示，颜色越浅有害影响越大），前者有利于维护正常阴道微生态平衡，是益态型环境因素，其下的微生态网络平衡稳定（用深色网络表示）；后者不利于维护正常阴道微生态平衡，是损态型环境因素，其下的微生态网络脆弱不稳（用浅色网络表示）。多个微生态环境因素同时共存，对阴道微生态施加综合性影响。本发明具体实施方式中提出的多个环境因素对阴道微生态影响的方法和装置，能同时评估多个环境因素对阴道微生态的影响和作用，鉴别环境因素的性质是益态型还是损态型。

构建正常阴道微生态网络。

本发明的主要优势在于能同时考多个微生态环境因素对微生态网络的影响，并进一步鉴定环境因素的性质是损态型还是益态型。这需要将综合因素影响下的微生态网络与正常阴道微生态网络比较，如果和正常阴道微生态网络接近则为益态型环境因素，反之则为损态型环境因素，因此需要首先构建正常阴道微生态网络，作为后续判断微生态环境因素性质的网络参考标准。

下载数据中有160例样本处于正常阴道微生态环境，按发明所述的技术方案构建该环境因素下的多元正态密度函数，基于求解所得的细菌独立参数和互作参数构建正常阴道微生态网络，见图3。可以看出，正常阴道微生态网络结构较稳定，多种细菌间有互作连接，乳杆菌是网络的核心，其节点跟其他细菌的互作联系最多，对加德纳菌的抑制作用最强，对普雷沃菌施加促进影响。

构建不同阴道pH值和乳杆菌组分综合影响下的阴道微生态网络。

下载数据按不同阴道pH值和乳杆菌组分分成3个综合微生态环境：pH3.8+卷曲乳杆菌62.6%+惰性乳杆菌33.6%、pH4.0-4.4+卷曲乳杆菌38.6%+惰性乳杆菌53.3%、pH4.6-5.4+卷曲乳杆菌25.0%+惰性乳杆菌60.2%，按发明所述的的技术方案分别构建3种环境的微生态网络，如图4所示。网络中节点表示不同细菌，浅色和深色连线分别表示促进作用和抑制作用，连线粗度表示互作强度，箭头起点和终点分别表示互作影响的发出者和接受者。分析图4发现，不同的阴道pH值+乳杆菌组分构成不同的综合阴道微生态环境，它们对应的微生态网络差异明显。卷曲乳杆菌产乳酸能力强，在pH3.8时占优势，维持弱酸性环境，惰性乳杆菌产乳酸能力弱，在pH4.6-5.4时占优势，使阴道pH升高。当综合环境为pH3.8+卷曲乳杆菌62.6%+惰性乳杆菌33.6%时，微生态网络结构比较稳定，乳杆菌是网络中唯一的枢纽细菌，主要抑制加德纳菌和链球菌，促进普雷沃菌；当综合环境为pH4.6-5.4+卷曲乳杆菌25.0%+惰性乳杆菌60.2%时，微生态网络复杂度增加，细菌间互作强度差异缩小，乳杆菌不再是网络枢纽，对其它细菌的抑制明显减弱，非乳杆菌间互作增强且数量增多。而pH4.0-4.4+卷曲乳杆菌38.6%+惰性乳杆菌53.3%的微生态网络复杂度居中，乳杆菌对其它细菌的影响削弱，非乳杆菌间互作增多。3个网络中，pH3.8+卷曲乳杆菌62.6%+惰性乳杆菌33.6%的微生态网络与正常阴道微生态网络最接近，所以该类环境因素是益态型环境因素，相差最远的是pH4.6-5.4+卷曲乳杆菌25.0%+惰性乳杆菌60.2%的网络，所以它是损态型环境因素。

构建不同抗生素种类和药物敏感度综合影响下的阴道微生态网络。

下载数据按使用红霉素和四环素后药物敏感度不同分为4组，组合成4种综合微生态环境：使用红霉素+红霉素耐药、使用红霉素+红霉素敏感、使用四环素+四环素耐药、使用四环素+四环素敏感，以OTU数值表示细菌丰度为基础，按发明所述的的技术方案分别构建它们的微生态网络，见图5。网络中节点表示不同细菌，浅色和深色连线分别表示促进作用和抑制作用，连线粗度表示互作强度，箭头起点和终点分别表示互作影响的发出者和接受者。分析图5发现，不同组合的微生态环境对微生态网络的影响不同，细菌互作关系也不一样。在使用红霉素+红霉素耐药组，4号菌被1、3和5号菌强烈抑制，而使用红霉素+红霉素敏感组，4号菌未被1、3、5号菌抑制，使得该组对红霉素敏感，推测4号菌是红霉素敏感菌，使用红霉素效果治疗效果好且不受1、3、5号菌影响。使用四环素组的细菌互作关系跟使用红霉素组不同，使用四环素+四环素耐药组，3号菌促进4号菌但抑制2号菌，但在使用四环素+四环素敏感组，转变成3号菌抑制4号菌同时被2号菌抑制，推测3号菌跟2、3、4号菌间不同的互作关系会导致该菌对四环素敏感度不同，需要在使用四环素时给予重视，否则疗效不好，容易治疗后复发或发生耐药。与正常阴道微生态网络相比，这4组微生态网络中的细菌互作变得稀疏且以抑制为主，乳杆菌对外影响均为强烈抑制，说明使用抗生素会抑制菌群互作，微生态网络结构变得脆弱，稳定性差，容易发生菌群失调和微生态失衡，因此判断抗生素是损态型环境因素。4组网络中细菌互作关系不同，它们会影响细菌对抗生素的敏感性和耐药性，所以选用抗生素时要考虑细菌互作关系，以降低阴道炎的发生率和复发率。

上述两个具体实施方式中，摆脱了现行微生态分析时只考虑单个环境因素影响的限制，而是综合考虑了阴道pH值和乳杆菌组分，或者不同抗生素种类和药物敏感度多个环境因素，它能同时评估多个环境因素包括益态型和损态型因素对微生态的综合影响，并进一步鉴别出环境因素的性质和作用，将环境因素影响下的微生态网络和细菌互作关系数据处理方法扩展到多个维度，更加接近实际微生态环境，分析结果更真实可靠也更具有代表性。

本发明具体实施方式中还包括一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的装置，该装置包括数据获取单元、多元正态概率密度函数单元、综合概率密度函数单元、微生态网络构建单元、微生态环境因素评估单元，其中，

数据获取单元用于获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数，多个微生态环境因素分为损态型环境因素和益态型环境因素；

多元正态概率密度函数单元用于基于单个微生态环境因素下样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数；

综合概率密度函数单元用于基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解综合概率密度函数的独立参数和互作参数；

微生态网络构建单元用于基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验多个微生态环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数；

微生态环境因素评估单元用于基于微生态环境因素对微生态的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的装置中，综合概率密度函数单元包括综合概率密度函数构建单元和综合概率密度函数求解单元，其中，

综合概率密度函数构建单元用于基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，针对多个环境因素，构建综合了多个环境因素的综合概率密度函数；

综合概率密度函数求解单元用于求解综合概率密度函数，得到多个微生态环境因素下不同细菌的独立丰度和互作丰度，以及对应的独立参数和互作参数。

本发明的有益效果包括如下。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法和装置，能提取出直观反映抗生素和乳杆菌对细菌生长和互作的影响以及细菌互作导致的抗生素敏感度差异的参数。这些参数是阴道微生态分析的重要指标，对后续的阴道微生态维护和修复具有重要的指导价值。

本发明的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法和装置，可以同时评估抗生素种类和药物敏感度，乳杆菌组分和阴道pH值等多个环境因素综合影响下的阴道微生态变化和细菌互作变化，为阴道微生态分析、阴道炎生态治疗和微生态修复提供关键信息。合理选用抗生素，利用药敏组细菌间的协同关系提高药物敏感度，增强杀菌效果，利用耐药组细菌间的竞争关系降低耐药率，减少耐药菌产生；选择恰当的乳杆菌配方和适宜的阴道pH值，恢复正常阴道微环境和微生态平衡。本发明有利于优化阴道炎的生态治疗策略，为合理选用杀菌型抗生素和护菌型乳杆菌，降低阴道炎发生率、复发率和耐药率提供数据支持。

特别需要说明的是，本发明提供的多个环境因素对阴道微生态影响的方法和装置，能够同时考虑和评估多个微生态因素的影响，包括损态型因素如抗生素、益态型因素如乳杆菌和其他微生态干预因素，它以不同环境因素下的细菌独立参数和互作参数为基础，提取出多个微生态环境因素对微生态影响的指标参数以及鉴别各个微生态环境因素的性质和作用，为分析和寻找导致微生态失衡的环境因素提供重要线索，为维护和修复微生态平衡制定合适策略，为研究微生态数据提供分析方法和技术支持。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，本发明实施方式中所述只是在目前技术条件下本发明的技术流程的典型样例，在不脱离本发明的技术原理、步骤、功能、应用和实施框架的前提下，还有很大的优化提升空间，这些改进、优化等也视为本专利的保护范围。因此，如前所述，应当理解本发明并非局限于本说明书所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本说明书所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

A、获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数，多个微生态环境因素分为损态型和益态型；

B、基于单个微生态环境因素下样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数；

C、基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解获得独立参数和互作参数；

D、基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数；

E、基于环境因素对阴道微生态的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型。

2.根据权利要求1中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解获得独立参数和互作参数包括：

C1、基于单个微生态环境下的多元正态概率密度函数，针对多个环境因素，构建综合了多个环境因素的综合概率密度函数；

C2、求解综合了多个环境因素的综合概率密度函数，得到多个微生态环境因素下不同细菌的独立丰度和互作丰度，以及对应的独立参数和互作参数。

3.根据权利要求2中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，损态型环境因素和益态型环境因素各自均包括多个环境因素取值，其中，

损态型环境因素是各种抑制或杀灭细菌生长的环境因素，包括不同种类和使用时间的抗生素、弱碱性环境和孕激素环境；

益态型环境因素是各种促进细菌生长的环境因素，包括不同种类和组分的乳杆菌，弱酸性环境和雌激素环境；

相应地，构建微生态网络包括构建不同组合的损态型环境因素和益态型环境因素下的微生态网络。

4.根据权利要求3中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，构建并求解综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数包括：

根据各个环境因素的具体取值，确定各个微生态环境因素下的样本，针对每一个微生态环境因素，基于所对应样本的细菌表达指数，分别构建多元正态概率密度函数，变量数目为样本中的细菌种类；

将多个单微生态环境因素的多元正态概率密度函数求积，得到综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数，利用龙格-库塔法求解综合概率密度函数，得到综合概率密度函数的最大似然值，继而获得独立参数和互作参数的数值。

5.根据权利要求4中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，基于表达细菌独立丰度的独立参数和表达细菌互作丰度的互作参数构建微生态网络。

6.根据权利要求1中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数具体包括：

A1、根据多个微生态环境因素下多个样本的16S rRNA测序结果，获得各种细菌的操作分类单元数据；

A2、将每个样本所含细菌的操作分类单元数据总和取对数，获得该样本的细菌表达指数。

7.根据权利要求1中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，检验环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数包括：

针对多个微生态网络，比较每一个综合微生态环境下多种对应细菌的互作参数；

将互作参数均相同的细菌，归入第一假设；将互作参数不全相同的细菌归入第二假设，计算第一假设和第二假设的似然比值，将该比值与通过排列组合确定的阈值进行比较，判断这个综合微生态环境因素对微生态网络的影响是否有显著性差异，如果小于阈值，说明该环境因素对微生态网络有显著影响，并将不相同的互作参数确定为微生态网络差异的指标参数。

8.根据权利要求1中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的方法，其特征在于，基于环境因素对阴道微生态的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型包括：

针对每一个微生态网络，将其与正常微生态网络中多种对应细菌的互作参数进行比较；将互作参数均相同的细菌，归入第一假设；将互作参数不全相同的细菌归入第二假设，计算第一假设和第二假设似然值的比值，将该比值与通过排列组合确定的阈值进行比较，如果大于阈值，说明二者无显著性差别，则确定这类环境因素对维护正常微生态有益，属于益态型环境因素，反之则确定为损态型环境因素。

9.一种评估多个环境因素对阴道微生态影响的装置，其特征在于，该装置包括数据获取单元、多元正态概率密度函数单元、综合概率密度函数单元、微生态网络构建单元、微生态环境因素评估单元，其中，

数据获取单元用于获取多个微生态环境因素下多个样本的操作分类单元数据和细菌表达指数，多个微生态环境因素分为损态型环境因素和益态型环境因素；

多元正态概率密度函数单元用于基于单个微生态环境因素下样本的细菌表达指数，构建多元正态概率密度函数；

综合概率密度函数单元用于基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数, 求解综合概率密度函数的独立参数和互作参数；

微生态网络构建单元用于基于独立参数和互作参数构建微生态网络，检验微生态环境因素对微生态网络的影响有无统计学差异，确定微生态网络差异的指标参数；

微生态环境因素评估单元用于基于微生态环境因素对微生态网络的影响，鉴别微生态环境因素的性质是益态型还是损态型。

10.根据权利要求9中所述的评估多个环境因素对阴道微生态影响的装置，其特征在于，综合概率密度函数单元包括综合概率密度函数构建单元和综合概率密度函数求解单元，其中，

综合概率密度函数构建单元用于基于单个微生态环境因素的多元正态概率密度函数，针对多个微生态环境，构建综合了多个微生态环境因素的综合概率密度函数；

综合概率密度函数求解单元用于求解综合概率密度函数，得到多个微生态环境下不同细菌的独立丰度和互作丰度，以及对应的独立参数和互作参数。

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