基于數(shù)據(jù)挖掘的齊齊哈爾地區(qū)男性骨密度與相關(guān)因素關(guān)系的研究

趙碩

（齊齊哈爾大學 網(wǎng)絡(luò)信息中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

對骨質(zhì)疏松早預防、早發(fā)現(xiàn)是一個重要的研究課題。有些學者對不同年齡健康人群不同部位骨密度調(diào)查分析[1]；有些學者對肥胖男性體成分與骨密度相關(guān)性進行研究[2]；有些學者對河北地區(qū)不同年齡健康男性不同部位骨密度與體成分分析[3]；有些學者研究COPD患者骨密度與其他指標的相關(guān)性[4]；有的學者研究Wards三角骨密度與年齡、腰圍、總體脂肪質(zhì)量和總體肌肉質(zhì)量的相關(guān)性[5]，但是有病史是否影響骨密度的含量，以及應用數(shù)據(jù)挖掘的方法對骨密度與相關(guān)因素關(guān)系的研究未見報道。本文應用數(shù)據(jù)挖掘的方法對齊齊哈爾地區(qū)男性骨密度與相關(guān)因素的關(guān)系進行研究。首先對20～89歲男性的骨密度與相關(guān)因素的原始數(shù)據(jù)進行采集，然后對原始數(shù)據(jù)按不同種類進行分類統(tǒng)計，得到各種統(tǒng)計表。再應用改進的決策樹算法找到不同分類標準下骨密度的變化規(guī)律。建立決策樹，用決策樹判斷患者患病的概率。

1 男性骨密度與相關(guān)因素關(guān)系

1.1 相關(guān)術(shù)語介紹

1.1.1 決策樹算法

決策樹算法是數(shù)據(jù)挖掘的常用方法之一。決策樹是一種常用于預測模型的算法，它通過一系列規(guī)則將大量數(shù)據(jù)有目的分類，從中找到一些有價值的、潛在的信息。

1.1.2 骨密度

骨密度又叫做骨骼礦物質(zhì)密度（Bone mineral density），簡稱BMD。是骨質(zhì)量的一個重要指標，以克/每平方厘米表示（g/cm2)，反映骨質(zhì)疏松的程度，是預測骨折危險性的重要指標和依據(jù)。

1.1.3 T值

T值是將測得的骨密度值與同性別、同種族的正常人群骨峰值的比較值：

T值=（被測人骨密度-正常人群平均骨密度峰值）/正常人群平均骨密度的標準差

1.1.4 Z值

Z值是將測得的骨密度值與同年齡、同性別、同種族的正常人群比較值：

Z值=（被測人骨密度-同齡人群平均骨密度值）/同齡人群平均骨密度的標準差

1.1.5 脂肪率

脂肪率是指身體成分中，脂肪組織所占的比率。用公式表示為

1.1.6 身高體重指數(shù)

體質(zhì)指數(shù)：即身高體重指數(shù)（BMI）。

BMI=體重(kg)/身高2(m2)

專家指出最理想的體重指數(shù)是22，BMI指數(shù)不適用于兒童。

體成分分析相關(guān)指標：中國成年人身體質(zhì)量指數(shù)，輕體重：BMI＜18.5；健康體重：18.5≤BMI＜24；超重：24≤BMI＜28；肥胖：28≤BMI，最理想的體重指數(shù)是22。

一般來說，絕經(jīng)后婦女和50歲以上男性的BMD報告原則使用T值和WHO骨密度測量的分類標準；絕經(jīng)前婦女和50歲以下的男性BMD報告原則使用Z值，不能使用T值，尤其是兒童。Z值等于或小于-2.0表示：“骨密度低于同齡人”；Z值大于-2.0表示：“骨密度在同齡人范圍內(nèi)?！眴为氁罁?jù)BMD不能診斷50歲以下男性患骨質(zhì)疏松癥。WHO診斷標準可能適用于絕經(jīng)婦女。

實際檢測病人的標準是：當T值為-1～+1時，骨量正常；當T值為-2.5～-1時，骨量減少；當T值小于-2.5時，是骨質(zhì)疏松。

1.2 原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，主要收集2015年以來，在齊齊哈爾市第一醫(yī)院門診及住院的20～89歲男性患者信息，共560人。其中20～29歲有21人；30～39歲有91人；40～49歲有152人；50～59歲有186人；60～69歲有62人；70～79歲有37人；80～89歲有11人。原始數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計部分數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 原始數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計部分數(shù)據(jù)

1.3 分類研究

50歲以下男性使用Z值進行檢測骨密度，50歲及以上男性使用T值檢測骨密度。

1.3.1 按照有無病史進行分類

有病史患者共279人。其中，20～29歲有6人；30～39歲有39人；40～49歲有73人；50～59歲有101人；60～69歲有28人；70～79歲有24人；80～89歲有8人?？梢郧蟪鲇胁∈坊颊逿值或Z值偏低、正常和偏高的人數(shù)，從而可求出有病史患者T值或Z值偏低、正常、偏高的比率表，如表2所示。

表2 有病史患者Z(T)值比率表

通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，對于有病史的患者，20～29歲時，正常范圍的比率最高，其次是40～49歲。50～89歲，T值的正常比率與年齡呈負相關(guān)。T值偏低的比率所有年齡段整體趨勢隨年齡增加而增加。T值偏高的比率，50～89歲隨年齡增加，偏高的比率增加。T值偏高的比率與年齡增長正相關(guān)，發(fā)現(xiàn)30～39歲，有病史的患者，比20～29歲和40～49歲有病史的患者骨密度偏低的比率增加。30～39歲，有其他疾病的患者，要注重補充體內(nèi)骨密度的含量，以免使骨密度減少。50～89歲，對于有病史的患者，注意預防骨量偏低、骨質(zhì)疏松和骨質(zhì)硬化。

無病史患者共281人。其中20～29歲有14人；30～39歲有52人；40～49歲有78人；50～59歲有88人；60～69歲有33人；70～79歲有13人；80～89歲有3人。可以求出無病史患者T值或Z值在偏低，正常和偏高的人數(shù)，從而可求出無病史患者T值或Z值在偏低，正常，偏高的比率表，如表3所示。

對于無病史患者，除了50～59歲以外，其他年齡段的患者，隨著年齡的增加，Z值或T值的正常比率下降；Z值或T值偏低的比率上升，50～59歲時候，T值或Z值比40～49歲、60～69歲偏低或偏高的現(xiàn)象。說明，無病史的男子50～59歲時候，需要注意身體保健，出現(xiàn)骨密度不正常的比率升高，應該注重營養(yǎng)，增加骨密度，主要防治骨質(zhì)疏松和骨質(zhì)硬化。

把有病史和無病史的患者對比發(fā)現(xiàn)，對于60歲以上的患者，無病史比有病史的患者，骨密度正常值的比率偏高。說明年齡大時，如果有其他病史，對骨密度含量有一定影響。

1.3.2 按脂肪率分類

采樣20～89歲男性共560人。按照30歲以下，偏瘦是脂肪率14%以下；標準是脂肪率14%～20%；微胖是脂肪率21%～25%；肥胖是脂肪率25%以上。30歲以上，偏瘦是脂肪率17%以下；標準是脂肪率17%～23%；微胖是脂肪率24%～25%；肥胖是脂肪率25%以上。偏瘦脂肪率共76人；標準脂肪率共104人；微胖脂肪率為28人；肥胖脂肪率為352人。由各段體重的人數(shù)可以求出脂肪率的比率，如表4所示。

表4 脂肪率Z(T)值比率統(tǒng)計表

通過脂肪率比率表發(fā)現(xiàn)，脂肪率肥胖的患者，Z值或T值偏低的比率最高，說明肥胖的患者，骨密度減少的可能性最大，肥胖患者Z值或T值正常的比率最低；微胖的患者Z值或T值偏高的比率最大。說明為了健康應該控制體內(nèi)脂肪的含量，以免患骨質(zhì)疏松或骨質(zhì)硬化病。

1.3.3 按BMI分類

采樣20～89歲男性共560人。按照30歲以下，偏瘦是BMI＜20；正常是20≤BMI≤25；超重是25＜BMI≤30；肥胖是30＜BMI≤35。重度肥胖是BMI＞35?？?cè)藬?shù)共560人。其中偏瘦的有26人；正常的有262人；超重的有236人；肥胖的有34人；重度肥胖的有2人。由各段人數(shù)，可以求出各段BMI的比率表，如表5所示。

表5 BMI比率統(tǒng)計表

通過BMI比率表發(fā)現(xiàn)，偏瘦或者重度肥胖的患者，Z值或T值偏低的比率最高，說明偏瘦或重度肥胖的患者，骨密度減少的可能性最大，偏瘦或重度肥胖的患者Z值或T值正常的比率最低；體重正?；颊遉值或T值正常比率最高。說明為了健康應該控制體重，爭取保持標準體重，以免患骨質(zhì)疏松。

1.3.4 按血壓分類

統(tǒng)計了20～89歲的男性高血壓患者127人。其中T值或Z值偏低的有53人；正常的有66人；偏高的有8人。T值或Z值偏低的比率為41.7%，T值或Z值正常的比率為52.0%；T值或Z值偏高的比率為6.3%。說明高血壓患者，患骨質(zhì)疏松或骨量減少的可能性很大。

1.3.5 骨密度相關(guān)因素之間相互作用

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)疏松和年齡、有無病史、脂肪率、BMI以及血壓都有關(guān)系。并且這些影響因素之間兩兩相互作用，如果幾個因素疊加，會加大骨質(zhì)疏松的風險。

2 采用改進的決策樹算法建立決策樹

改進的決策樹算法的基本思想是：首先遞歸地對某一分類數(shù)據(jù)集進行劃分，可以多路分割，樹的每個非葉子節(jié)點可以包含一個分割點或者包含一個組合判斷分割點，由這個分割點決定數(shù)據(jù)如何劃分。直至每個子集的記錄全屬于一類或者某一類占壓倒的多數(shù)。根據(jù)這個算法思想，再結(jié)合表2～5，建立下面4個決策樹。

根據(jù)改進的決策樹算法分析，對于有病史患者，如圖1所示，如果Z值(T)值正常，年齡在20～29歲、40～49歲時候，骨量正?？赡苄宰畲?；如果Z值(T)值偏低，年齡在30～39歲時候，骨量減少的可能性很大。當年齡在60～69歲、80～89歲時候，患骨質(zhì)疏松的可能性很大；如果Z值(T)值偏高，年齡是70～79歲的時候，患者患骨硬化病的可能性比較大。

圖1 有病史患者決策樹

根據(jù)改進的決策樹算法分析，對于無病史患者，如圖2所示，如果Z值(T)值正常，年齡在20～29歲、30～39歲時候，骨量正?？赡苄宰畲?；如果Z值(T)值偏低，年齡在40～49歲時候，骨量減少的可能性很大。當年齡在50～59歲、80～89歲時候，患骨質(zhì)疏松的可能性很大；如果Z值(T)值偏高，年齡是70～79歲的時候，患者患骨硬化病的可能性比較大。

圖2 無病史患者決策樹

根據(jù)改進的決策樹算法分析，根據(jù)脂肪率可以推測，當脂肪率屬于偏瘦時候，骨量正?？赡苄院艽?；當脂肪率屬于肥胖時候，骨質(zhì)疏松的可能性很大；當脂肪率屬于微胖時候，患者患骨硬化病的可能性比較大，如圖3所示。

圖3 脂肪率決策樹

根據(jù)改進的決策樹算法分析，當BMI屬于偏瘦或重度肥胖時候，患骨質(zhì)疏松的可能性很大；當BMI正常時，骨量正?？赡苄院艽?，如圖4所示。

圖4 BMI決策樹

通過4個決策樹，可以輔助醫(yī)生判斷患者是否易患骨量減少、骨質(zhì)疏松或骨硬化病。如果有此風險，應該早預防、早治療。

3 結(jié)論

本文主要研究了齊齊哈爾地區(qū)男性骨密度與相關(guān)因素的關(guān)系。采用的方法是分類和改進的決策樹算法。首先對20～89歲男性骨密度和相關(guān)因素進行采樣，得到患者骨密度及相關(guān)信息的原始數(shù)據(jù)。然后對原始數(shù)據(jù)按照不同分類方法進行統(tǒng)計。得到各種統(tǒng)計表。通過對各種表格對比分析發(fā)現(xiàn)，對于有病史的患者，20～29歲時，正常范圍的比率最高，其次是40～49歲。50～89歲，T值的正常比率與年齡呈負相關(guān)。T值偏低的比率所有年齡段整體趨勢隨年齡增加而增加。T值偏高的比率，50歲以后隨年齡增加，偏高的比率增加。T值偏高的比率與年齡增長正相關(guān)。對于無病史患者，除了50～59歲以外，其他年齡段的患者，隨著年齡的增加，Z值或T值的正常比率下降，Z值或T值偏低的比率上升。50～59歲時候出現(xiàn)T值或Z值比40～49歲、60～69歲偏低或偏高的現(xiàn)象。無病史比有病史的患者，骨密度正常值的比率偏高。說明年齡大時，如果有其他病史，對骨密度含量有一定影響。按照脂肪率的含量進行分類發(fā)現(xiàn)，脂肪率肥胖的患者，Z值或T值偏低的比率最高，說明肥胖的患者，骨密度減少的可能性最大，肥胖患者Z值或T值正常的比率最低；微胖的患者Z值或T值偏高的比率最大。根據(jù)BMI含量可以推測，當BMI屬于偏瘦或重度肥胖時候，可能骨質(zhì)疏松；當BMI正常時，骨量正?？赡苄宰畲蟆Ｕf明為了健康應該控制體內(nèi)脂肪的含量或控制體重，以免患骨質(zhì)疏松或骨質(zhì)硬化病。高血壓患者易患骨質(zhì)疏松。然后根據(jù)改進的決策樹算法建立了4個決策樹，通過4個決策樹，可以輔助醫(yī)生判斷患者患病情況。