本發(fā)明屬于醫(yī)療數(shù)據(jù)分析，特別涉及一種基于遷移學(xué)習(xí)的血液透析充分性預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著人口老齡化加重，慢性腎臟疾病發(fā)生率逐漸提升，將對(duì)血液透析工作帶來巨大的壓力。透析設(shè)備需求壓力也變得越來越大，透析充分性指標(biāo)是評(píng)估血液透析治療效果的關(guān)鍵參數(shù)，它直接影響患者的健康預(yù)后和透析療程的調(diào)整。目前，高端進(jìn)口透析設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)顯示透析充分性（kt/v）這一重要指標(biāo)，然而大量中低端設(shè)備普遍缺乏這一功能，導(dǎo)致許多醫(yī)院無法對(duì)患者的透析效果進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控和調(diào)整。

2、透析充分性主要有兩種計(jì)算方法，一種是透析前后采集血樣，通過檢測透析前后的尿素氮濃度，可以計(jì)算出透析結(jié)果指標(biāo)，但只能反映抽血時(shí)的身體情況，并且成本比較高，另一種計(jì)算透析充分性指標(biāo)就是通過設(shè)備實(shí)時(shí)顯示，主要有紫外線吸收率測量法、電導(dǎo)率檢測法、有效離子透析率（eid）方法。紫外線吸收率測量法實(shí)現(xiàn)對(duì)透析過程中尿素清除情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。該裝置發(fā)射特定波長的紫外線，通過透析廢液時(shí)，尿素分子會(huì)吸收部分紫外線，導(dǎo)致紫外線強(qiáng)度的減弱。這一衰減過程由裝置內(nèi)的接收頭檢測和記錄，從而反映出透析過程中尿素的清除率，進(jìn)而能夠計(jì)算出透析充分性指標(biāo)。有效離子透析率（eid）方法通過測量透析液中鈉離子的擴(kuò)散情況來實(shí)時(shí)評(píng)估血液透析的充足性。其原理基于透析過程中透析液的電導(dǎo)率變化：當(dāng)透析液的電導(dǎo)率（主要由鈉離子決定）短暫提高時(shí)，鈉離子通過透析器膜擴(kuò)散到血液中，這會(huì)導(dǎo)致透析液在透析器出口處的電導(dǎo)率降低，通過對(duì)透析器入口和出口電導(dǎo)率的差異進(jìn)行分析，可以推導(dǎo)出電導(dǎo)率清除率（kecn），這與尿素的清除率相當(dāng)，從而用于計(jì)算透析劑量。電導(dǎo)率檢測通過在透析器的入口和出口處安裝電導(dǎo)率傳感器，實(shí)時(shí)測量透析液的電導(dǎo)率變化，以無創(chuàng)的方式自動(dòng)計(jì)算透析清除率。透析液的電導(dǎo)率與電解質(zhì)濃度成正比，因此通過監(jiān)測透析液在進(jìn)入透析器前后的電導(dǎo)率差異，可以推算出電解質(zhì)（如nacl）的透析率。紫外線吸收率測量法雖然能實(shí)時(shí)監(jiān)測尿素清除，但設(shè)備昂貴且對(duì)操作環(huán)境要求較高，受透析廢液中的干擾物影響較大。有效離子透析率（eid）方法通過測量鈉離子擴(kuò)散評(píng)估透析效果，但其結(jié)果可能受電導(dǎo)率波動(dòng)影響，在電解質(zhì)濃度變化劇烈的情況下，計(jì)算精度會(huì)有所下降。電導(dǎo)率檢測法的計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，數(shù)據(jù)需要通過進(jìn)一步的公式計(jì)算，才能推導(dǎo)出清除率以及透析充分性指標(biāo)。

3、隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的迅速發(fā)展，如果能夠?qū)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的深度學(xué)習(xí)方法與醫(yī)療設(shè)備相結(jié)合，通過收集大量患者數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，能夠通過簡單有效的方式預(yù)測透析充分性這一指標(biāo)，將有助于解決眾多中低端設(shè)備無法實(shí)時(shí)顯示這一重要功能的問題。通過對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的預(yù)處理，僅憑透析后透析液的電導(dǎo)率和溫度，就可以準(zhǔn)確地預(yù)測出透析充分性指標(biāo)，為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法預(yù)測透析充分性（kt/v）提供新思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于遷移學(xué)習(xí)的血液透析充分性預(yù)測方法，利用透析后透析液的電導(dǎo)率和溫度進(jìn)行深度學(xué)習(xí)建模，預(yù)測血液透析充分性；利用遷移學(xué)習(xí)對(duì)不同患者透析充分性進(jìn)行有效預(yù)測。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于遷移學(xué)習(xí)的血液透析充分性預(yù)測方法，包括以下步驟：

4、步驟s1、采集透析數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理：

5、采集透析過程中的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)輸入變量，包括電導(dǎo)率、溫度以及透析充分性值；并引入時(shí)間增量作為額外的輸入變量；將時(shí)間增量、電導(dǎo)率和溫度共同作為輸入變量并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

6、步驟s2、模型訓(xùn)練：

7、經(jīng)過步驟s1處理后的數(shù)據(jù)，利用改進(jìn)的多源域tradaboost算法進(jìn)行預(yù)測模型的訓(xùn)練；所述算法首先訓(xùn)練多個(gè)弱回歸器，經(jīng)過多輪迭代，逐步提升每個(gè)弱回歸器的性能，并最終通過集成多個(gè)弱回歸器，構(gòu)建出一個(gè)強(qiáng)回歸模型，作為最終的預(yù)測模型；

8、步驟3：透析充分性預(yù)測：

9、將新的患者數(shù)據(jù)輸入步驟2訓(xùn)練好的最終的預(yù)測模型，進(jìn)行透析充分性預(yù)測。

10、進(jìn)一步的，步驟s1，具體通過以下實(shí)現(xiàn)：

11、步驟s11、數(shù)據(jù)采集：

12、通過透析設(shè)備收集透析患者在透析過程中的數(shù)據(jù)，具體是：利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測收集透析后透析液的電導(dǎo)率和溫度，并人工記錄設(shè)備顯示的透析充分性值；在透析過程中采集到的電導(dǎo)率、溫度以及透析充分性值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源；

13、步驟s12、數(shù)據(jù)處理：

14、對(duì)采集到的電導(dǎo)率和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即通過按分鐘對(duì)電導(dǎo)率和溫度進(jìn)行平均計(jì)算，確保電導(dǎo)率和溫度數(shù)據(jù)與透析充分性值的采樣頻率相一致；同時(shí)，引入時(shí)間增量，將時(shí)間增量與電導(dǎo)率和溫度共同作為預(yù)測模型的輸入變量，并對(duì)輸入變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

15、所述預(yù)測模型是以電導(dǎo)率、溫度和時(shí)間增量為輸入變量，透析充分性指標(biāo)作為標(biāo)簽值，使用改進(jìn)的多源域tradaboost?算法訓(xùn)練出的用于預(yù)測血液透析的充分性的模型。

16、進(jìn)一步的，步驟s12具體來說：

17、人工記錄的每一個(gè)時(shí)刻的透析充分性值對(duì)應(yīng)計(jì)算一個(gè)時(shí)間增量，時(shí)間增量是基于透析開始時(shí)刻的累積時(shí)間，其初始值設(shè)為0，時(shí)間增量的計(jì)算公式如下：

18、（1）；

19、其中，為在第個(gè)時(shí)間點(diǎn)人工采集到的透析充分性值對(duì)應(yīng)的時(shí)間，在每個(gè)采樣時(shí)刻，時(shí)間增量、電導(dǎo)率和溫度共同作為模型的輸入變量，具體表示為：

20、（2）；

21、其中，為在時(shí)間點(diǎn)測得的電導(dǎo)率，為在時(shí)間點(diǎn)測得的溫度，為從透析開始時(shí)計(jì)算的時(shí)間增量；

22、對(duì)所有輸入變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化公式如下：

23、（3）；

24、其中為三個(gè)輸入變量的均值向量，為三個(gè)輸入變量的標(biāo)準(zhǔn)差向量；

25、經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后每一名透析患者數(shù)據(jù)表示為，其中n是所有患者的樣本數(shù)，為每一名患者標(biāo)準(zhǔn)化處理后的輸入變量，為每一名患者人工采集標(biāo)注的透析充分性值。

26、進(jìn)一步的，步驟s2通過以下實(shí)現(xiàn)：

27、步驟s21、源域數(shù)據(jù)集初始化權(quán)重：

28、收集到同一臺(tái)設(shè)備的多名透析患者數(shù)據(jù)，將訓(xùn)練數(shù)據(jù)作為源域數(shù)據(jù)集，測試集作為目標(biāo)域數(shù)據(jù)集；源域數(shù)據(jù)集定義為，其中分別表示不同的源域數(shù)據(jù)集；

29、一名患者透析數(shù)據(jù)作為目標(biāo)域；對(duì)于每個(gè)源域數(shù)據(jù)集，分配初始權(quán)重，源域數(shù)據(jù)集的樣本初始權(quán)重均為均勻分布：

30、（4）；

31、其中表示在迭代次數(shù)時(shí)，第個(gè)源域數(shù)據(jù)的初始權(quán)重；

32、步驟s22、開始迭代訓(xùn)練：

33、使用所有源數(shù)據(jù)集中的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，并用于更新弱回歸器的參數(shù)；訓(xùn)練弱回歸器，使用個(gè)門控循環(huán)單元gru，對(duì)每個(gè)源數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練；

34、訓(xùn)練時(shí)，利用均方誤差mse作為損失函數(shù)，額外引入最大均值差異mmd損失來計(jì)算源域數(shù)據(jù)和目標(biāo)域數(shù)據(jù)之間差異，并加入到總損失函數(shù)中，通過最小化組合損失，模型逐步學(xué)習(xí)從源數(shù)據(jù)集到目標(biāo)數(shù)據(jù)集的遷移規(guī)律，具體公式表示為：

35、?（5）；

36、其中是將數(shù)據(jù)映射到高維再生核希爾伯特空間rkhs的核函數(shù)，h表示該差異在再生核希爾伯特空間中的范數(shù)，為目標(biāo)域數(shù)據(jù)集中樣本的數(shù)量，為源域數(shù)據(jù)集中樣本的數(shù)量；

37、步驟s23、更新源域數(shù)據(jù)權(quán)重：

38、調(diào)整源域數(shù)據(jù)的權(quán)重參數(shù)的是根據(jù)源域數(shù)據(jù)上的均方誤差和最大均值差異mmd來更新的，其權(quán)重更新公式如下：

39、（6）；

40、其中是源域數(shù)據(jù)集上的均方誤差，反映當(dāng)前弱回歸器在源域數(shù)據(jù)上的預(yù)測能力；為調(diào)節(jié)系數(shù)，用于平衡誤差與?mmd?的影響，mmd為最大均值差異，反映源域和目標(biāo)域之間的數(shù)據(jù)分布差異；

41、在每一輪迭代后，樣本權(quán)重根據(jù)弱回歸器的預(yù)測誤差進(jìn)行調(diào)整；對(duì)于源數(shù)據(jù)集中的樣本，源域數(shù)據(jù)的權(quán)重更新公式為：

42、（7）；

43、其中為源域樣本在輪迭代后的權(quán)重，為源域樣本在輪迭代的權(quán)重；

44、步驟s24、權(quán)重歸一化：

45、在每一輪迭代后，對(duì)源數(shù)據(jù)的權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，具體公式為：

46、（8）；

47、步驟s25、輸出最終回歸模型：

48、經(jīng)歷了輪迭代得到最終模型，將個(gè)弱回歸器平均加權(quán)得到最終強(qiáng)回歸模型。

49、進(jìn)一步的，步驟3，當(dāng)有新患者進(jìn)行透析時(shí)，傳感器實(shí)時(shí)收集透析過程中的電導(dǎo)率和溫度數(shù)據(jù)，與步驟1中處理方法一致，收集到的數(shù)據(jù)將引入時(shí)間增量作為額外的輸入變量；然后對(duì)電導(dǎo)率、溫度和時(shí)間增量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；處理后的數(shù)據(jù)輸入至步驟2中訓(xùn)練得到的最終回歸模型中，從而預(yù)測出新患者的透析充分性指標(biāo)。

50、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

51、現(xiàn)有的透析前后血樣檢測法，雖然能夠直接且準(zhǔn)確地反映透析前后尿素氮濃度的變化，但此方法僅能反映采血時(shí)的患者身體狀況，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測透析過程中的動(dòng)態(tài)變化。此外，頻繁的采血對(duì)患者來說具有侵入性，因此不適合在常規(guī)透析中頻繁使用。紫外線吸收率測量法盡管能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測尿素的清除情況，但其對(duì)操作環(huán)境的要求較高，同時(shí)設(shè)備成本昂貴，且維護(hù)費(fèi)用較高。有效離子透析率（eid）方法通過鈉離子的擴(kuò)散情況來評(píng)估透析效果，然而，該方法依賴于透析液中的鈉離子濃度，這一參數(shù)并不總是能直接反映尿素的清除率，因此其準(zhǔn)確性可能受到影響。盡管電導(dǎo)率檢測法能夠通過在透析器入口和出口處安裝電導(dǎo)率傳感器，以無創(chuàng)方式實(shí)時(shí)測量透析液的電導(dǎo)率變化，并計(jì)算透析清除率，但其清除率計(jì)算過程復(fù)雜且準(zhǔn)確性有限。

52、本發(fā)明引入了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的預(yù)測模型（如遷移學(xué)習(xí)），通過透析后透析液的電導(dǎo)率和溫度兩個(gè)易于獲取的參數(shù)來預(yù)測透析充分性（kt/v）。相比于傳統(tǒng)方法，本發(fā)明能通過電導(dǎo)率和溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)透析充分性（kt/v）的有效預(yù)測。通過大規(guī)模數(shù)據(jù)訓(xùn)練，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法能夠有效捕捉電導(dǎo)率與溫度與透析充分性之間的復(fù)雜關(guān)系，從而提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。同時(shí)，這一方法還減少了對(duì)昂貴且高維護(hù)成本設(shè)備的需求，具有更廣泛的應(yīng)用潛力。