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基于真实世界临床数据的科学研究与中药新药发现平台 ——中医临床数据仓库平台及挖掘分析方法
在医学领域首次应用商务智能软件(Business Objects XI)作为中医临床数据仓库OLAP分析的软件基础。开发实现了基于细节数据模型、多维数据模型和海量临床诊疗数据的探索性分析、展示系统,分析展示的内容包括名老中医经验传承、重大疾病的病证及临床表现要素关系等的主题分析集。可从数据概况、方剂、药物、疾病、症状、治法和证候等方面分别对名老中医和重大疾病临床数据进行多种关系知识的探索性分析。同时,对分析结果可进行实时查询、导出和展示(下图是一位名老中医某经典处方的临床应用证候分布情况)。    本实验室与中国中医科学院合作进行中医临床数据仓库与挖掘分析平台,以及中医临床数据挖掘方法的研究,实现了对中医临床采集病历数数据的集成与整合,数据挖掘与分析的中医临床数据仓库及挖掘分析平台,该平台旨在支持从真实世界中医临床诊疗中产生海量科研分析用数据,并以真实、高质量的数据为基础进行中医临床与理论研究,为中医临床疗效评价、临床中药新药创制提供客观的医学证据和适宜的数据分析方法。该成果于2009年12月获得国家科技进步二等奖。   名老中医OLAP展示例子 1.2多维分析与复杂网络分析系统   以中医临床数据中症-证-治的复杂关系和复杂网络分析方法研究为出发点,开发实现了中医临床复杂网络分析系统。该系统包括如联机数据筛选、复杂网络建模、统计特性分析、可视化网络数据筛选等基本功能,能够支持中医临床诊疗数据中的疾病(中西医)、症状、证候、药物等实体内部元素以及实体之间元素的网络模型构建和多种复杂网络分析方法如节点中心性分析、社团分析、节点相似度分析等。从大量的临床数据中分析获得临床核心处方及其主要适应症,以及随症加减信息。该系统采用Eclipse 富客户端(Rich Client Platform, RCP)和Java语言开发(下图是该系统的主界面)。  在医学领域首次应用商务智能软件(Business Objects XI)作为中医临床数据仓库OLAP分析的软件基础。开发实现了基于细节数据模型、多维数据模型和海量临床诊疗数据的探索性分析、展示系统,分析展示的内容包括名老中医经验传承、重大疾病的病证及临床表现要素关系等的主题分析集。可从数据概况、方剂、药物、疾病、症状、治法和证候等方面分别对名老中医和重大疾病临床数据进行多种关系知识的探索性分析。同时,对分析结果可进行实时查询、导出和展示(下图是一位名老中医某经典处方的临床应用证候分布情况)。  获奖证书   1.中医临床数据仓库与挖掘分析平台 通过分析中医临床数据元素及其多维、多层次的关系特点,研究设计了中医临床参考信息模型,以及为基础构建中医临床数据仓库细节数据模型和多维数据模型,建立以数据仓库为核心的数据整合、数据抽取/转换/转载和数据整理、数据挖掘、OLAP和统计分析的智能信息处理平台。该平台以中医临床数据仓库及其运行环境工具的构建为基础,基于实际的临床诊疗数据,实现对中医诊疗数据进行多主题、多粒度、多需求、高效、快捷的展示、研究和查询检索,并支持基于Web的OLAP主题应用,为名老中医经验继承研究、中医临床评价研究和临床科研提供实际的诊疗数据证据和知识来源,以支持临床科研决策分析,满足中医临床评价研究的探索性分析需求。针对中医临床数据的特点,研究体现中医临床数据模型特点的数据挖掘新方法,为面向中医临床研究的数据挖掘和机器学习方法研究提供新的思路和研究方向。该平台的构建初期以重大慢性疾病:中风、冠心病和糖尿病诊治规律,以及名老中医经验传承研究为支持目标。   中医临床数据仓库平台   1.1中医临床数据预处理技术临床数据的预处理包括数据整合、数据整理和数据转换等技术,我们面向中医临床数据结构内容以及中医临床研究的分析需求,实现具有完善的数据抽取-转换-装载(Extraction-transforming-loading,ETL)、数据整理和数据转换导出功能的数据前处理软件。该软件针对医学数据利用中的分布式(多采集点)采集、患者隐私保护和大规模数据处理的特点,采用灵活的数据映射配置和临床术语库衔接等方式把各采集点数据导入到临床数据仓库中,并支持批量数据核查和数据规范整理(对临床数据中的术语性数据如症状体征、诊断和药物等进行概念化语义规范)功能。   在医学领域首次应用商务智能软件(Business Objects XI)作为中医临床数据仓库OLAP分析的软件基础。开发实现了基于细节数据模型、多维数据模型和海量临床诊疗数据的探索性分析、展示系统,分析展示的内容包括名老中医经验传承、重大疾病的病证及临床表现要素关系等的主题分析集。可从数据概况、方剂、药物、疾病、症状、治法和证候等方面分别对名老中医和重大疾病临床数据进行多种关系知识的探索性分析。同时,对分析结果可进行实时查询、导出和展示(下图是一位名老中医某经典处方的临床应用证候分布情况)。   名老中医OLAP展示例子    以中医临床数据中症-证-治的复杂关系和复杂网络分析方法研究为出发点,开发实现了中医临床复杂网络分析系统。该系统包括如联机数据筛选、复杂网络建模、统计特性分析、可视化网络数据筛选等基本功能,能够支持中医临床诊疗数据中的疾病(中西医)、症状、证候、药物等实体内部元素以及实体之间元素的网络模型构建和多种复杂网络分析方法如节点中心性分析、社团分析、节点相似度分析等。从大量的临床数据中分析获得临床核心处方及其主要适应症,以及随症加减信息。该系统采用Eclipse 富客户端(Rich Client Platform, RCP)和Java语言开发(下图是该系统的主界面)。     中医临床复杂网络分析系统  1.3 真实世界中医临床有效处方发现系统 中药新药创制与研发是极具挑战和机遇的领域,当前化学制药和单成份药物研发已经出现明显的瓶颈,传统植物/天然药以及多成份复方药物的研发成为国内外关注的焦点。而从多成份调控和多靶点机理的研究为主要视角的网络药理学更成为新的趋势和方法。针对中医临床诊疗过程中具有证-治-效信息,且个体性的真实世界诊疗实践特点,我们研究基于大规模临床诊疗数据进行有效处方分析和发现的问题,通过对以中药复方为重点的治疗手段药物组成原理的分析,基于复杂网络模型和方法研制形成了有效核心处方及适应症分析方法、有效临床中药筛选与发现系统,对基于真实世界临床诊疗数据分析获得有效处方知识的方法、技术平台和示范应用进行了探索和初步实践,初步表明从真实世界临床诊疗数据中发现和挖掘有效方药是一种可行的途径,有望为中医新药创制提供可以验证的新处方、新药物等临床有效目标药物。     1.  中医临床数据挖掘分析方法 海量观察型临床数据是中医辨证论治数据的主体内容,具有复杂、多维和多关系的特点。从大规模中医临床观察数据中分析提炼形成有意义的临床假设或诊疗知识如有效处方、人群划分、药症关系以及多阶段优化治疗方案等,是实现从复杂、系统的中医辨证论治过程中发现并确认有效优化的临床诊疗处方及其药物组成的基本方法。中医临床数据包括门诊数据和住院数据两大主要部分,其数据内容由临床表现、诊断和治疗(临床疗法)三部分核心内容(如下图),其中辨证知识、证候分布、药症关系、方证关系和药物组成等是数据挖掘和分析的主要目标,而所有这些知识的有效性的评价依据是临床疗效,即确认和发现临床有效的中医诊疗知识是中医临床数据挖掘分析方法的主要有价值研究目标。    中医临床数据挖掘问题:在疗效信息的约束下,验证和发现有价值的临床诊断/治疗关系知识。  2.1基于复杂网络的中药配伍分析方法 人们通过对中医临床处方数据的初期分析,并与临床专家的交流中发现,名老中医的临床复方的组织特性体现在两个层次。第一层次为临床医生一般以经典复方(包括经方、时方和验方等)为基础进行临床处方;第二层次为在药对或药症关系基础上的药物随症加减处理。这两个层次的临床处方配伍过程形成了具有核心处方结构,而又具有较大灵活性的处方集合。因此,通过对名老中医处方集的共性网络结构分析,能够发现体现其处方思维和学术特点的核心处方配伍结构,从而辅助进行名老中医经验的传承和整理研究。通过应用基于无尺度网络现象的网络分析方法进行研究。无尺度网络作为复杂系统研究的一种实证现象和方法,对基于网络研究复杂现象和复杂系统的方法具有很大的推动作用。具有宏观无尺度现象的网络在拓扑上存在幂律现象,即节点的度分布服从幂函数分布。这在医生处方中的具体体现就是某医生对药物的使用具有比较集中的趋势,某些名老中医偏好使用某些药物,使得这些药物的已有或潜在功效得到更大的发挥或挖掘。 我们基于网络中权值的幂律分布规律,实现了多层核心子网分析方法,能够从复杂的中药配伍网络中抽取多层核心子网。该算法已经在名老中医处方配伍经验的分析中得到广泛应用。其得到的结果具有直接而明确的临床含义,且可靠性较强。第一层核心子药物子网一般解释为共性的核心处方;第二层解释为主要药物配伍;第三层解释为次要药物配伍。这些药物配伍分别对应样本的核心病机如主要疾病和主要证候等、兼证和加减症状等。以下是两类特定中药处方:1287个肝脾不调证(GPBT)处方和752个2型糖尿病合并代谢综合征处方的分析结果。   特定中药处方的核心药物配伍网络和主要加减网络,其中的网络中的节点是药物,边的权重表示两相关药物配伍使用的次数。 2.2基于隐主题模型的疾病人群临床特征类别分析方法 症状-中药-诊断主题模型(Symptom-Herb-Diagnosis Topic model,SHDT), 用来提取中医临床数据中的症状、中药和诊断间的隐主题结构。SHDT模型是LDA主题模型在多关系应用中的扩展。该模型的核心思想是假设一类样本里面包含有多个主题,例如,一类糖尿病人群有不同的并发症,且这些主题所包含的信息特征(以症状来表达)具有相对完整性和独立性。SHDT把每个主题看作是症状上的多项式分布,并通过症状来表达主题的内容;同时,把每种中药看作是主题上的多项式分布,因为一类中药可以治愈多种症状/疾病;又因为一种诊断包含多种症状/疾病,于是把诊断看作是对主题的描述,构建一种“症状-中药-诊断”主题模型。SHDT模型这种分析原理和思路与中医辨证论治过程基本吻合,它可以客观地按照症状找到自然分类人群,给出诊断描述特征和中药治疗特征。SHDT模型分别在2型糖尿病、冠心病和肝炎等慢性疾病中进行人群特征分析。实验结果说明了该模型具有较好的适宜性和科学性,分析结果能够较为完整的反映特定疾病中相关的主要人群特征类别。   症状-中药-诊断主题模型,图中三个黑色圆圈,代表显变量(观察变量),其中s 表示一个采样症状,表示患者p的所有药,表示患者p的所有诊断。白色圆圈代表隐变量,其中z 采样症状s对应的主题,x表示s对应的药,u表示s对应的诊断。矩形框表示重复采样。外部矩形框表示在集合中有P个患者。内部矩形框表示对患者p的个症状、主题、药物以及诊断重复采样。 2.3基于内隐对照和部分可观察马尔可夫决策过程模型的动态序贯处方治疗方案优化方法 中医辨证论治是症-治-效紧密相关的个体、动态的复杂干预过程,动态序贯干预是中医临床治疗慢性疾病的基本方法。以患者为轴心的治疗原则和医生的个体性特点,使得中医动态序贯干预过程中包含多样化的治疗方案。在临床诊疗经验知识的形成阶段,医生往往通过对治疗前后患者健康状态的判断,试图获得较好的治疗方案的认识,进而逐步形成固化的有效经验性治疗方案。因此,在无外部对照的情况下,如何从大规模的复杂多维临床关系数据中发现并确认在临床实际中较优的动态序贯诊疗方案是有效临床方案形成的重要课题。 考虑到实际可行性和研究代价的问题,在未有明确的有效干预方案形成的临床研究初期,无外部对照的传统中医经验整理和归纳普遍存在,且长期的中医学实践表明是有效的。但由于临床诊疗信息关系的复杂性,基于传统经验整理方式形成有效治疗方案是一个较为漫长的过程。 因此,如何借助源自真实世界(无外部对照)的大规模临床观察数据,进行挖掘分析,以辅助发现和确认较优的临床治疗方案成为辨证论治临床评价研究的关键问题之一。我们采用部分可观察马尔可夫决策过程模型(POMDP)对此问题进行研究,实现了基于POMDP的中医临床处方优化分析方法,以探寻从来自临床实际的大规模观察性临床数据中发现较优或最优的动态序贯治疗方案,为中医辨证论治有效动态干预方案的形成和临床验证提供参考知识。   中医临床诊疗过程对应的POMDP模型 1.  成果的推广应用 本成果已经在国家科技重大专项:重大传染病防治、重大新药创制等两个项目;国家科技支撑计划项目-名老中医经验传承研究;北京市科技攻关项目和国家中医临床研究基地等项目中进行推广应用。分别对艾滋病、肝炎和肺结核等传染病的中医药防治规律,从中医临床中分析确认有效处方与药物,名老中医的辨证论治个体诊疗经验,中风、冠心病和糖尿病等重大慢性疾病的临床诊治规律,以及全国10余家重点中医院诊疗优势病种(如上海龙华医院的中医胃癌治疗、骨关节病治疗;河南中医学院一附院的中医艾滋病治疗、中医慢性阻塞性肺炎治疗等)的临床诊疗优化方案等进行应用研究。逐步探索和完善中医临床科研一体化技术体系,支持基于临床诊疗实践及其真实世界诊疗数据,进行中医临床研究和中药新药创制研究的医学模式。   北京地区22家单位应用分布图
北京交通大学 2021-04-13
大规模并发数据流处理系统及其处理方法
一种大规模并发数据流处理系统及其处理方法,涉及数据处理技术领域,所解决的是提高流处理器处理效率的技术问题.该系统包括数据流单元缓冲区,数据流单元聚类队列池,数据流单元映射表,流处理器池,数据流读取部件,DSU聚类分配部件,任务调度部件,计算后处理部件,所述流处理器池由多个GPU构成,其中数据流读取部件用于将并发数据流写入数据流单元缓冲区,DSU聚类分配部件用于对数据流单元缓冲区中当前被处理的数据流单元进行分类,任务调度部件用于将数据流单元聚类队列池中的就绪队列加载至流处理器池中的GPU上执行流计算,计算后处理部件用于将GPU的计算结果返回到数据流.本发明提供的系统,能提高流处理器的处理效率.
上海理工大学 2021-05-04
用于大数据处理系统的内存数据集置换系统与置换方法
本发明公开了一种用于大数据处理系统的内存数据集置换系统, 包括分析模块、信息监测模块、决策模块。分析模块用于对上层用户 程序进行逻辑分析,得出各运算阶段中生成内存数据集时的运算步骤 集合;信息监测模块用于对运行中的用户程序进行监测,并收集生成 内存数据集时的信息提交给决策模块;决策模块用于对收集到的信息 进行分析和排序,判断当前阶段是否需要对系统中的内存数据集进行 置换,在系统需要进行置换时确定需要移除的内存数据集并
华中科技大学 2021-04-14
化工行业废水预处理和资源化技术研究与示范
太湖流域分布近两万家化工企业,促进经济发展的同时产生大量含有高浓度难生物降解有机毒物和有毒重金属的化工废水;预处理技术水平低,抑制了后续生化处理效果,采用加水稀释的方法,造成水资源的浪费,增大了污水处理厂处理负荷;预处理效果不理想,尾水中含有大量难降解有机毒物及氮、磷,造成大量的化工污染物进入太湖水体,加剧了太湖水质的恶化;亟需强化化工企业的废水预处理和尾水的深度净化,改善太湖水生态环境,解决我国环境环境敏感区域重大复杂工业污染技术难题。技术成果:1. 复杂化工废水复合催化转化技术针对复杂农药、化工废水中溶解态有机毒物的巨大环境危害性及其处理技术上的难度,研究开发了结构独特、性能优越的高效催化转化技术在催化材料、反应器结构及多技术协同等方面获得重要创新,在高浓度含盐有机废水高效预处理上取得突破,实现对溶解态、高浓度、难降解、多组分有机有毒废水快速有效处理。高效催化氧化主要技术指标 反应时间≤10 min 能耗≤4.5元/吨 药剂费用≤1.5元/吨 难降解有机物的去除效率≥80%高效催化氧化装置已应用于多家医药、农药企业排放的高浓度含盐有机毒物废水2. 化工废水强化预处理成套组合工艺化工废水种类多、水质差异大,常含有:大量的难降解有机毒物,高浓度的盐分、氮、磷,有害重金属等,一般单一的预处理技术难以达到处理要求,本课题组研发成功以复合催化转化为技术核心的成套组合优化组合工艺,根据废水具体水质情况和处理技术难点,采用先进的单元处理技术柔性优化组合,优化组合工艺能确保废水达到处理要求,实行达标或趋零排放。3. 新型平板膜生物反应器与中水回用技术 针对现有膜生物反应器在废水处理中存在的技术难题,创新地开发了新型平板膜材料,研制了结构独特、性能优越的膜生物反应器 在膜原材料、组件结构、生化池结构等方面获得重要创新 长时间稳定运行,清洗操作方便,运行能耗低,膜片可单张更换 为废水深度处理、中水回用提供了重要的技术支持 新型膜生物反应器主要技术指标 设计通量:450~600 L/m2.d 能耗:≤1.0元/吨 新型膜生物反应器已应用于多家制药、乳化液等废水处理及中水回用4. 污水深度净化与趋零排放成套工程技术 针对江苏地方标准严格、众多污水处理厂不能稳定达标的问题 研究分析废水提标后的限制因素; 突破强化预处理技术关键 研发了强化改造技术和深度生物、生态处理及集成技术,实现了污水深度净化处理。
南京工业大学 2021-04-13
加工件钝化清洗液,高浓度碱液等浓缩分离预处理
上海理工大学 2021-01-12
扰动挖掘装置
本发明涉及挖掘根茎类作物的机械,尤其是一种扰动挖掘装置。包括机架和电机,电机设置在机架上,其中,还包括减振限位机构、对行调整机构、控制机构和挠动挖掘机构,机架的前端设有对行机架,减振限位机构的上端固定在对行机架上,减振限位机构的下端连接有对行调整机构,对行调整机构上设有控制机构,机架中后部的下方设有挠动挖掘机构,挠动挖掘机构设置在机架上。其结构紧凑,提高了根茎类农作物的准确挖掘率。
青岛农业大学 2021-04-13
生物复合床技术及其在生活污水、工业中水及饮用水预处理中的应用
1. 项目概述常用的水处理技术有物理吸附法、化学氧化法和生物氧化法三类。其中以生物膜方式进行的生物处理过程能有效去除原水中可生物降解有机物、氨氮和铁锰等污染物,使出水更安全可靠,在当前的水处理工程中得到了最为广泛的应用,然而该方法主要适用于CODcr为100乃至200以上的“高”污染水,而对CODcr处于100以下的低营养度废水处理效率低下,故并不适用于低浓度生活污水、工业中水和富营养化地表饮用水的处理。综合利用生物膜,物理过滤和化学反应、沉积等过程处理污染水源的人工湿地净化技术作为一种经济有效、运行稳定的新型生态工程,近年来已成为备受关注的焦点。但该项技术占地大,处理时间长,对水质变化的适应性差,季节性差异显著,且生物量后续处理困难,极易形成滞后累积污染,无法大规模高效率应用于水质的处理。本项目针对为150以下的低浓度废水或富营养化地表水,将固定床生物膜处理、人工湿地生物预处理和微氧水处理技术引入富营养化饮用水源预处理过程,充分发挥其物理吸附、生物膜处理和植物效应的多级复合处理功能,结合多单元连续操作方式提高系统处理效率和可操作性,开发具有良好的水质适应性、耐候性,低能耗且无二次污染的高效生物复合床净化技术。项目成果形成自主的知识产权。具有广阔的工程应用前景。2. 技术优势(1)基于多孔介质填料固定床的生物膜强化水处理体系;(2)基于小风量曝气的高效微氧水处理系统;(3)单元化和模块化的生物复合床系统。以富营养化水源地的劣V类水(CODcr为50至100)为例,采用新型生物复合床技术,综合采用物理吸附与截留、微生物降解、植物吸附与吸收等手段,其出水可稳定保持在Ⅲ类乃至更优水平。
南京工业大学 2021-04-13
一种采用酸性离子液体预处理提高褐煤热解焦油产率与品质的方法
(专利号:ZL 201410182363.1) 简介:本发明公开了一种利用酸性离子液体在温和条件下预处理褐煤来提高其热解焦油产率并改善油品品质的方法,属于褐煤综合利用技术领域。本发明通过选择能高效破坏褐煤中弱键合结构的酸性离子液体,将褐煤粉与酸性离子液体加入反应釜中,在温和条件下预处理;然后利用水或有机溶剂将酸性离子液体洗出后将煤样干燥,有机溶剂和酸性离子液体回收后循环使用。预处理后的褐煤进行热解,相比于原煤酸性离子液体预处理后褐煤热解焦
安徽工业大学 2021-01-12
超大规模 RDF 图数据的划分与并行分布处理方法
本发明公开了一种超大规模 RDF 图数据的划分与并行分布处理 方法,包括:对原始的 RDF 图数据进行预处理,生成对应的哈希字典 文件和整形三列表数据,并将整形三列表数据转换成关联矩阵 M;建 立关联矩阵 M 的超图模型,在该超图模型中,M 的主语、谓词和宾语 即为超边,与超边相关的数据即为超边数据;判断该 RDF 图数据是连 通图还是非连通图,如果是非连通图,则将该非连通图划分为多个连 通图;基于超图模型,并发的广
华中科技大学 2021-04-14
一种基于 GPU 的异步图数据处理系统
本发明公开了一种基于 GPU 的异步图数据处理系统,包括:实 现一个混合着色的算法:将原有的单一、启发式着色算法改为混合着 色算法;数据预处理策略:将原有的基于顶点度数的预处理分割方法 改为基于顶点着色分布的方式;异步处理执行引擎:将处理引擎的执 行方式由同步 BSP 方式改为异步处理的方式,结合混合着色算法模块, 实现 GPU 上的无锁异步编程;在异步处理执行引擎内部,实现迭代处 理模块、数据流执行模块,对 CPU
华中科技大学 2021-04-14
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