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，透析充分性指標是評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，高端進口透析設(shè)備能夠?qū)崟r顯示透析充分性（kt/v）這一重要指標，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)院無法對患者的透析效果進行持續(xù)的監(jiān)控和調(diào)整。

2、透析充分性主要有兩種計算方法，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，可以計算出透析結(jié)果指標，但只能反映抽血時的身體情況，并且成本比較高，另一種計算透析充分性指標就是通過設(shè)備實時顯示，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現(xiàn)對透析過程中尿素清除情況的實時監(jiān)測。該裝置發(fā)射特定波長的紫外線，通過透析廢液時，尿素分子會吸收部分紫外線，導(dǎo)致紫外線強度的減弱。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，進而能夠計算出透析充分性指標。有效離子透析率（eid）方法通過測量透析液中鈉離子的擴散情況來實時評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，鈉離子通過透析器膜擴散到血液中，這會導(dǎo)致透析液在透析器出口處的電導(dǎo)率降低，通過對透析器入口和出口電導(dǎo)率的差異進行分析，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，實時測量透析液的電導(dǎo)率變化，以無創(chuàng)的方式自動計算透析清除率。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時監(jiān)測尿素清除，但設(shè)備昂貴且對操作環(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散評估透析效果，但其結(jié)果可能受電導(dǎo)率波動影響，在電解質(zhì)濃度變化劇烈的情況下，計算精度會有所下降。電導(dǎo)率檢測法的計算相對復(fù)雜，數(shù)據(jù)需要通過進一步的公式計算，才能推導(dǎo)出清除率以及透析充分性指標。

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，將有助于解決眾多中低端設(shè)備無法實時顯示這一重要功能的問題。通過對收集到的數(shù)據(jù)進行有效的預(yù)處理，僅憑透析后透析液的電導(dǎo)率和溫度，就可以準確地預(yù)測出透析充分性指標，為數(shù)據(jù)驅(qū)動方法預(yù)測透析充分性（kt/v）提供新思路。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(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)對不同患者透析充分性進行有效預(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；并引入時間增量作為額外的輸入變量；將時間增量、電導(dǎo)率和溫度共同作為輸入變量并進行標準化處理；

6、步驟s2、模型訓(xùn)練：

7、經(jīng)過步驟s1處理后的數(shù)據(jù)，利用改進的多源域tradaboost算法進行預(yù)測模型的訓(xùn)練；所述算法首先訓(xùn)練多個弱回歸器，經(jīng)過多輪迭代，逐步提升每個弱回歸器的性能，并最終通過集成多個弱回歸器，構(gòu)建出一個強回歸模型，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，進行透析充分性預(yù)測。

10、進一步的，步驟s1，具體通過以下實現(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：利用傳感器實時監(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、對采集到的電導(dǎo)率和溫度數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，即通過按分鐘對電導(dǎo)率和溫度進行平均計算，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，引入時間增量，將時間增量與電導(dǎo)率和溫度共同作為預(yù)測模型的輸入變量，并對輸入變量進行標準化處理；

15、所述預(yù)測模型是以電導(dǎo)率、溫度和時間增量為輸入變量，透析充分性指標作為標簽值，使用改進的多源域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、進一步的，步驟s12具體來說：

17、人工記錄的每一個時刻的透析充分性值對應(yīng)計算一個時間增量，時間增量是基于透析開始時刻的累積時間，其初始值設(shè)為0，時間增量的計算公式如下：

18、（1）；

19、其中，為在第個時間點人工采集到的透析充分性值對應(yīng)的時間，在每個采樣時刻，時間增量、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，為在時間點測得的電導(dǎo)率，為在時間點測得的溫度，為從透析開始時計算的時間增量；

22、對所有輸入變量進行標準化處理，標準化公式如下：

23、（3）；

24、其中為三個輸入變量的均值向量，為三個輸入變量的標準差向量；

25、經(jīng)過標準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)，為每一名患者標準化處理后的輸入變量，為每一名患者人工采集標注的透析充分性值。

26、進一步的，步驟s2通過以下實現(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)作為目標域；對于每個源域數(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，第個源域數(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，使用個門控循環(huán)單元gru，對每個源數(shù)據(jù)集進行訓(xùn)練；

34、訓(xùn)練時，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損失來計算源域數(shù)據(jù)和目標域數(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)測誤差進行調(diào)整；對于源數(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，對源數(shù)據(jù)的權(quán)重進行歸一化處理，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，將個弱回歸器平均加權(quán)得到最終強回歸模型。

49、進一步的，步驟3，當(dāng)有新患者進行透析時，傳感器實時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)將引入時間增量作為額外的輸入變量；然后對電導(dǎo)率、溫度和時間增量進行標準化處理；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。

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

51、現(xiàn)有的透析前后血樣檢測法，雖然能夠直接且準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的患者身體狀況，無法實時監(jiān)測透析過程中的動態(tài)變化。此外，頻繁的采血對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監(jiān)測尿素的清除情況，但其對操作環(huán)境的要求較高，同時設(shè)備成本昂貴，且維護費用較高。有效離子透析率（eid）方法通過鈉離子的擴散情況來評估透析效果，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)方式實時測量透析液的電導(dǎo)率變化，并計算透析清除率，但其清除率計算過程復(fù)雜且準確性有限。

52、本發(fā)明引入了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的預(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)率和溫度實現(xiàn)對透析充分性（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)測的準確性。同時，這一方法還減少了對昂貴且高維護成本設(shè)備的需求，具有更廣泛的應(yīng)用潛力。