一種心血管疾病數(shù)據(jù)分析方法及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

陳逸杰 唐加山

摘要：隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣撸珖?guó)心血管疾病患病人數(shù)已接近21%，心血管疾病對(duì)生命的威脅愈加嚴(yán)重，已成為我國(guó)居民的主要死亡原因之一。因此，對(duì)心血管疾病數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提前預(yù)警顯得尤為重要。為了得到更貼合實(shí)際的各指標(biāo)正常區(qū)間，在收集指標(biāo)時(shí)新增“用戶自我感覺(jué)”指標(biāo)作為用戶身體狀況自評(píng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合各指標(biāo)已有數(shù)據(jù)劃分健康人群，得到新的正常區(qū)間，體檢人員一旦有相關(guān)指標(biāo)出現(xiàn)異常便計(jì)入高發(fā)人群數(shù)。以冠心病為例作出高發(fā)人群數(shù)趨勢(shì)圖，并設(shè)計(jì)體檢信息管理系統(tǒng)，可對(duì)上傳的體檢數(shù)據(jù)及用戶身體狀況自評(píng)數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析得到疾病預(yù)警結(jié)論，井告知體檢人員身體健康狀況。

關(guān)鍵詞：心血管疾病;用戶身體狀況自評(píng);數(shù)據(jù)分析;健康預(yù)警DOI：10.11907/rjdk.191209開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

中圖分類(lèi)號(hào).TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2019）010-0117-04

1研究背景及現(xiàn)狀

1.1研究背景

隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人類(lèi)文明的進(jìn)步，人們對(duì)自身健康情況越來(lái)越關(guān)注。同時(shí)，伴隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣?，心血管疾病?duì)人類(lèi)的危害也愈加嚴(yán)重。本文研究主要來(lái)源于實(shí)際需要，同時(shí)也是南京郵電大學(xué)鹽城大數(shù)據(jù)研究院關(guān)于老年人口健康大數(shù)據(jù)預(yù)演課題的一部分。

1.2研究意義

本文旨在對(duì)心血管疾病大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)計(jì)并構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用管理系統(tǒng)，對(duì)于醫(yī)學(xué)異常數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)給出應(yīng)急處理指令，以實(shí)現(xiàn)健康預(yù)警智能化，并對(duì)疾病高發(fā)人群數(shù)趨勢(shì)進(jìn)行分析，提出健康建議，從而提高人民健康水平與幸福感。

當(dāng)前，心血管疾病被公認(rèn)為全球致死率最高的疾病之一。國(guó)家心血管病中心于2017年發(fā)布的《中國(guó)心血管病報(bào)告2016》顯示，中國(guó)心血管病患病率正持續(xù)上升。心血管疾病現(xiàn)患病人數(shù)2.9億，其中冠心病1100萬(wàn)，肺原性心臟病500萬(wàn)，心力衰竭450萬(wàn)，風(fēng)濕性心臟病250萬(wàn)，先天性心臟病200萬(wàn)，高血壓2.7億。該報(bào)告還指出，心血管疾病是導(dǎo)致我國(guó)居民死亡的首要原因，每年約有350萬(wàn)人死于各類(lèi)心血管疾病。對(duì)心血管疾病患者（尤其是心肌梗死患者）而言，時(shí)間就是生命，患者就診時(shí)間越早，治療效果越好。

然而，雖然中國(guó)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量十分龐大，中國(guó)心血管疾病醫(yī)生的臨床診療水平也在迅速提高，但就臨床科研成果與臨床數(shù)據(jù)應(yīng)用而言，與世界先進(jìn)水平還有一定差距。迄今為止，尚沒(méi)有足夠證據(jù)表明利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)能夠改善心血管診療效果。心血管診療相關(guān)大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要集中在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)與臨床決策支持、診療差異性分析及公共衛(wèi)生等領(lǐng)域。

1.3研究現(xiàn)狀

在我國(guó)目前的就醫(yī)模式下，患者就診數(shù)據(jù)包括患者基本信息、就診信息、檢驗(yàn)及影像檢查報(bào)告、醫(yī)學(xué)影像圖像文件、住院病歷等臨床數(shù)據(jù)。以上海市為例，醫(yī)聯(lián)數(shù)據(jù)中心總數(shù)據(jù)規(guī)模已超過(guò)1507B。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，平均每日門(mén)診就診人次為180927，其中心血管患者占5.06%;平均每日新人院患者為4586，其中心血管患者占1.96%。但目前不管是區(qū)域衛(wèi)生信息平臺(tái)還是醫(yī)院平臺(tái)，都未曾對(duì)這些臨床大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效挖掘與分析利用，因此醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的信息化建設(shè)迫在眉睫。

劉利明在Spark平臺(tái)上運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并使用3種不同模型建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，雖然預(yù)測(cè)效果更好，但耗時(shí)較長(zhǎng);張福榮通過(guò)調(diào)查研究篩選出導(dǎo)致疾病的危險(xiǎn)因素，從而制定預(yù)警方案;吳丹對(duì)健康信息學(xué)在急性心血管疾病早期預(yù)警方向上的3項(xiàng)重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行總結(jié)，包括無(wú)擾式傳感器開(kāi)發(fā)、成像理論方法與多模信息融合技術(shù);孫嘩根據(jù)脈搏分析檢測(cè)理論設(shè)計(jì)了心血管疾病預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合前端嵌入式系統(tǒng)與后端服務(wù)器提出相應(yīng)解決方案。

在國(guó)外，Luyster提出通過(guò)檢查失眠與睡眠呼吸暫停兩種非傳統(tǒng)的心血管風(fēng)險(xiǎn)因素，研究多種心血管危險(xiǎn)因素組合對(duì)人群的影響，發(fā)現(xiàn)存在多種非傳統(tǒng)心血管風(fēng)險(xiǎn)因素的人群發(fā)病率明顯高于單獨(dú)失眠組與無(wú)失眠及睡眠呼吸暫停癥狀的人群;Berry建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分模型，并對(duì)年輕男性冠心病發(fā)病及死亡率作出預(yù)測(cè)。

依據(jù)國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略總體發(fā)展目標(biāo)，國(guó)務(wù)院關(guān)于《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》精神及國(guó)家生物數(shù)據(jù)匯集管理與共享利用的重大需求，組織開(kāi)展生物大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究工作，建設(shè)國(guó)家生物大數(shù)據(jù)平臺(tái)。心血管疾病大數(shù)據(jù)處理分析與應(yīng)用研究委托首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院等多家單位完成，計(jì)劃建立國(guó)家心血管疾病大數(shù)據(jù)平臺(tái)，并開(kāi)發(fā)心血管疾病預(yù)警、預(yù)后相關(guān)模型及臨床決策支持系統(tǒng)，為提高心血管疾病診治水平提供大數(shù)據(jù)支撐。

本文基于對(duì)體檢數(shù)據(jù)的分析，增加新的指標(biāo)，使用更貼合實(shí)際的指標(biāo)區(qū)間對(duì)多種導(dǎo)致疾病的危險(xiǎn)因素進(jìn)行判斷，以確定該疾病高發(fā)人群，而不是直接判斷患病人群，從而對(duì)高發(fā)人群進(jìn)行預(yù)警。

2數(shù)據(jù)分析

2.1數(shù)據(jù)指標(biāo)

本文一共收集了214種不同指標(biāo)，分別隸屬于體格檢查、器械檢查及實(shí)驗(yàn)室檢查3大類(lèi)。其中，體格檢查有8類(lèi)，器械檢查有9類(lèi)，實(shí)驗(yàn)室檢查有16類(lèi)，共計(jì)33個(gè)小類(lèi)。每個(gè)小類(lèi)下皆由多個(gè)指標(biāo)組成，并按照小類(lèi)進(jìn)行編號(hào)，如表1所示。

2.2正常區(qū)間與異常數(shù)據(jù)

在設(shè)計(jì)本功能時(shí)，預(yù)先在體檢時(shí)增加一個(gè)“用戶自我感覺(jué)”指標(biāo)作為用戶自身狀況自評(píng)數(shù)據(jù)。用戶對(duì)體檢當(dāng)天身體狀況進(jìn)行自評(píng)，1-5分別為不舒適到舒適，然后將得分為l和2的判定為不健康人群，得分為3、4、5的判定為健康人群，如表2所示。

以健康人群數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)各個(gè)指標(biāo)建立95%置信區(qū)間，得到的區(qū)間即為對(duì)應(yīng)指標(biāo)的正常區(qū)間。指標(biāo)值在區(qū)間內(nèi)即為正常，否則記為異常，并作出對(duì)應(yīng)柱狀圖。

2.3心血管疾病高發(fā)人群趨勢(shì)分析

以冠心病為例，冠心病危險(xiǎn)因素包括可改變的危險(xiǎn)因素與不可改變的危險(xiǎn)因素，了解并對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行干預(yù)有助于冠心病預(yù)防。可改變的危險(xiǎn)因素有：高血壓、血脂異常（總膽固醇過(guò)高或低密度脂蛋白膽固醇過(guò)高、甘油三酯過(guò)高、高密度脂蛋白膽固醇過(guò)低）、超重/肥胖、高血糖/糖尿病，以及不良生活方式包括吸煙、不合理膳食（高脂肪、高膽固醇、高熱量等）、缺少體力活動(dòng)、過(guò)量飲酒等及社會(huì)心理因素;不可改變的危險(xiǎn)因素有：性別、年齡、家族史。此外，該疾病也可能與感染有關(guān)，如巨細(xì)胞病毒、肺炎衣原體、幽門(mén)螺桿菌等。冠心病發(fā)作通常與季節(jié)變化、情緒波動(dòng)、體力活動(dòng)過(guò)量、飽食、大量吸煙及飲酒等有一定關(guān)聯(lián)。

本文收集的與冠心病密切相關(guān)的指標(biāo)包括：血壓（收縮壓、舒張壓）、體重指數(shù)、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇、甘油三酯及空腹血糖。對(duì)體檢結(jié)果中與冠心病關(guān)系緊密的8項(xiàng)指標(biāo)中的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，只要有一項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)異常即記為冠心病高發(fā)人群，作出高發(fā)人群趨勢(shì)圖如圖2所示。

在圖2中，橫軸為月份，縱軸為指標(biāo)異常人群數(shù)，3條線分別代表3年的數(shù)據(jù)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，3年數(shù)據(jù)總體在一條線上，僅略有起伏，這是由于3年數(shù)據(jù)都是基于同一分布仿真生成的。若輸入實(shí)際數(shù)據(jù)，則會(huì)出現(xiàn)不同情況，可針對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的趨勢(shì)圖變化進(jìn)行分析。

就冠心病而言，由于冠心病對(duì)人們健康的威脅居高不下，因此從高發(fā)人群趨勢(shì)圖中發(fā)現(xiàn)特征，對(duì)體檢用戶進(jìn)行健康預(yù)警則顯得十分必要，以提醒人們從上述提到的可改變的危險(xiǎn)因素著手，改善生活質(zhì)量，拒絕不良生活方式。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1體檢數(shù)據(jù)展示

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，加入了大量可視化展示，如圖3所示。以脈搏數(shù)據(jù)為例，選取其中ID為1-102的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大操作，同時(shí)以橫虛線標(biāo)注出數(shù)據(jù)均值，以氣球形式標(biāo)注出該數(shù)據(jù)中的最大及最小值。

3.2正常區(qū)間及異常數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)上文的算法處理，體檢數(shù)據(jù)正常區(qū)間柱狀圖如圖4所示，舒張壓的最小值與最大值分別為59和88.4，通過(guò)柱狀圖可以清晰地觀察到正常區(qū)間的上下限。

異常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)柱狀圖如圖5所示，其中右側(cè)代表總數(shù)據(jù)量，左側(cè)代表異常值數(shù)量。

3.3高發(fā)人群趨勢(shì)分析及健康預(yù)警

高發(fā)人群趨勢(shì)分析已在2.3節(jié)中展示，在發(fā)現(xiàn)體檢人員體檢結(jié)果異常后，需要對(duì)該人員進(jìn)行健康預(yù)警，并為其發(fā)送郵件，如圖6所示。

首先點(diǎn)擊頁(yè)面上的一鍵發(fā)送警告郵件，在這里由于是對(duì)該功能進(jìn)行測(cè)試，因此發(fā)送一封給測(cè)試郵箱。若發(fā)送成功，頁(yè)面會(huì)彈出對(duì)話框提示。最后測(cè)試郵箱成功收到預(yù)警郵件，告知體檢用戶體檢結(jié)果出現(xiàn)異常，請(qǐng)及時(shí)到醫(yī)院作進(jìn)一步檢查。

4結(jié)語(yǔ)

隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣?，心血管疾病?duì)生命的威脅愈加嚴(yán)重。為了更好地關(guān)注人們身體健康狀況，本文通過(guò)預(yù)先增加“用戶自我感覺(jué)”指標(biāo)劃分健康人群并建立置信區(qū)間，獲得更加貼合實(shí)際情況的指標(biāo)正常區(qū)間，一旦出現(xiàn)異常即計(jì)人高發(fā)人群數(shù)，并作出每一年不同月份下的冠心病高發(fā)人群數(shù)趨勢(shì)圖，以便提出針對(duì)性建議。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)體檢信息管理系統(tǒng)，通過(guò)郵件方式對(duì)體檢結(jié)果出現(xiàn)異常的人員進(jìn)行預(yù)警，以通知其提早作進(jìn)一步檢查，避免病情加重。本文采用的思想在其它疾病預(yù)警上也同樣適用，并可結(jié)合除體檢數(shù)據(jù)外的其它傳統(tǒng)或非傳統(tǒng)影響因素共同分析是否需要對(duì)人們進(jìn)行預(yù)警。