基于粗糙集的干細胞技術產業化潛力評價研究

高 翔，王宏起，李 玥

1 引言

后金融危機時期，發展戰略性新興產業已成為世界各國搶占新一輪經濟和科技發展制高點的重大戰略［1］。2010年，我國發布了《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，確立了節能環保、生物、高端裝備制造等七大戰略性新興產業［2］。干細胞作為生物產業的前沿領域，成為我國最活躍和最具發展潛力的戰略性新興產業之一。隨著世界各國法律限制放寬、資金投入加大以及技術交叉融合等發展趨勢，基于干細胞的臨床治療新技術和新產品不斷增多。理論及實踐均已證明，干細胞臨床治療技術對很多頑癥和重大疑難疾病都有一定療效。預計到2015年，全球干細胞市場將達638億美元［3］。我國的干細胞應用轉化研究被認為是亞洲發展最快的幾個國家之一。而由于研發人才缺乏、資金不足及創新資源分散等因素制約，很多干細胞企業或研究機構雖在研發階段取得一定進展，卻難于進行臨床應用及產業化運作。

近年來，很多國內外學者從不同視角對新興技術識別、技術商業化要素、成果價值評估、技術產業化潛力等問題進行研究，Sohn SY等從技術本身、技術提供者和接收者的角度研究技術商業化的成功要素［4］，盧文光等從技術、市場、產業、效應等因素設計了新技術產業化潛力評價指標［5］，等等。國內外相關文獻為本文研究提供了一定思路借鑒，但也存在以下問題:一是多數學者更重視技術選擇或評價指標的普適性，而對特定產業的技術特征及其產業化需求考慮不足;二是指標權重的確定目前仍以層次分析法、專家調查法等方法為主，可能導致評價結果主觀性過強;三是技術選擇或評價中不可避免地存在模糊性或難以直接獲取數據的指標，而且實際評價中還可能出現不精確不完整的數據，亟待選擇一種能夠包容指標模糊性和數據缺陷的評價方法，以保證評價結果的科學性和準確性。有鑒于此，本文運用粗糙集理論對干細胞技術產業化潛力進行研究，為干細胞技術產業化方向的選擇提供有效的方法指導和決策依據。

2 干細胞技術產業化潛力評價指標體系

2.1 干細胞技術產業化特征

目前，美、歐、日、韓等都在干細胞領域投入重金以支持基礎研究和臨床應用研究，臨床級干細胞制備技術、規模化擴增技術等產業關鍵共性技術陸續獲得突破，各種產業化試探猶如雨后春筍［6］。干細胞技術產業化表現出以下特征:

(1)高技術性。干細胞技術代表了當前世界上最先進的生物工程技術，創新復雜程度極高，干細胞技術產業化是一項系統的知識密集型活動，從基礎研究、藥物開發到臨床應用整個過程，都需要分子細胞生物學、生物力學、生物材料學三大學科的支撐、交叉、滲透和發展，新興的干細胞產業將在極大程度上依賴于多學科進步和技術能力提升以及多領域技術的有效集成。

(2)高風險性。從干細胞技術發展規律看，重大干細胞產品的研制周期大約要5～10年，美國從新藥研發到臨床試驗再到FDA批準，平均花費3億美元，而干細胞藥品的研發、生產及臨床治療過程更為復雜，導致干細胞技術產業化不但耗時長且耗資巨大。而且新興產業的技術成熟度較低，不確定性大，管理規范體系尚未建立，這又加大了干細胞技術產業化風險，任何一個環節失敗都將前功盡棄。

(3)高壁壘性。干細胞技術產業化不僅要有成熟度較高的技術來源，而且需要大量資金投入，同時還應建立高端創新團隊和臨床試驗基地等。以干細胞產業中最成熟的臍血庫領域為例，各主要國家都對其準入資質、技術標準、運行管理、過程監管進行了系統規范。建立一套完善的集采集、制備、儲存、檢測為一體的臍血庫技術體系至少需要3～5年時間，前期投入成本極高，需運營很久才可能收回成本，這對于一些有意涉足干細胞領域的企業而言，無疑設置了較高的準入壁壘。

2.2 干細胞技術產業化影響因素

(1)技術優勢。技術優勢是干細胞技術產業化的基礎和核心要素［7］。技術先進性旨在考察干細胞技術的新穎性、獨創性以及在國內外相關領域所處的領先地位;可靠性旨在考察干細胞技術的安全性和穩定性;成熟度旨在考察干細胞技術處于臨床應用的哪個階段以及臨床Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期效果如何。此外，能否獲得知識產權、形成技術標準、轉化為主導技術也在一定程度上體現了干細胞技術的延展性及升級空間，進而影響干細胞技術產業化的持續性。

(2)資源儲備。資源可獲性主要考察技術產業化所需干細胞類型的采集及存儲難度，如果產業化中所需的干細胞類型不易獲取、相關配套技術很復雜、產業化資金規模巨大、核心設備儀器不到位、創新團隊級別及其技術能力要求極高，則干細胞技術產業化的難度系數會很大。因此，要求各項資源條件的完備性及資源之間相互匹配、動態協同和充分整合，才能保證干細胞技術產業化成功實現。

(3)政策導向。政策導向是干細胞技術產業化實現的基本保證［8］。我國已經制定了《干細胞研究國家重大科學研究計劃“十二五”專項規劃》等發展規劃，旨在構建一套相對規范且有效的干細胞產業監管模式。干細胞技術產業化應符合我國科技發展戰略、產業技術標準和管理規范以及社會倫理道德，在國家宏觀引導和管理的統一框架下，實現干細胞產業的突破性創新發展。

(4)市場需求。市場需求是干細胞技術產業化的必要前提，主要體現為人口、購買力和購買愿望等要素的綜合作用，也受到倫理約束、行業競爭等因素的影響。如神經系統疾病、心血管病、糖尿病等疾病的發生概率和治療難度以及人們對干細胞治療的認知和接受程度等，直接影響了干細胞的市場容量;近年來，居民消費水平大幅上升，對個人形象及健康養生等更為關注，這種消費觀念的轉變也為干細胞產業開拓市場提供了機會。

(5)預期效益。預期效益是干細胞技術產業化的根本目標，這不僅體現為干細胞新產品數量及利潤率、產業化規模等經濟效益，也包括干細胞技術產業化對其他相關產業的帶動性、對人類健康與醫療水平提升的貢獻度以及與干細胞基礎研究的互動反饋等社會效益。

0號高壓加熱器正常疏水采用逐級自流方式疏水至1號高壓加熱器，事故疏水送至凝汽器的高加事故疏水擴容器。0號高壓加熱器選型參數見表2。

2.3 干細胞技術產業化潛力評價指標

在干細胞技術產業化特征與影響因素分析的基礎上，遵循系統性、科學性、客觀性、可操作性等指標設計原則，從技術優勢、資源儲備、政策導向、市場需求、預期效益等五個維度建立干細胞技術產業化潛力評價指標體系，具體如表1所示。

3 基于粗糙集理論的評價模型構建

粗糙集 (Rough Set)理論是波蘭華沙理工大學Pawlak教授于1982年提出的一種研究不完整、不確定知識和數據的表達、學習、歸納的理論方法［9］。它有兩個顯著特點:一是無需提供問題所需處理的數據集合之外的任何先驗信息，可以自動地從數據中獲取潛在依賴模型，與其他不確定推理理論相比更具客觀性;二是具有從大量數據中求取最小不變集合 (稱為核)與求解最小規則集 (稱為約簡)的能力，即在保持分類能力不變的前提下，刪除不重要或不相關的知識［10］，提取有用的特征信息，可用于簡化冗余屬性和屬性值。因此，目前粗糙集理論已在機器學習、過程控制、決策分析、模式識別與數據挖掘等很多領域得到了成功應用［11］。

在粗糙集理論中，知識的表達是通過二維信息表 (決策表)來實現的，即信息表達系統。

定義1:知識表達系統S={U，R，V，f}，其中U表示對象的非空有限集合，也稱為論域。R是屬性集合，R=C∪D，其中C稱為條件屬性集，D稱為決策屬性集，D≠?。V=，稱為屬性的值域。f:U×R→V是一個信息函數，用來指定U中每一個對象x的屬性值。

定義2:設U為非空集合，R是U上的一個等價關系，則U/R表示R的所有等價類，U上的一簇劃分 (對U的分類)稱為關于U的知識庫，可用K=(U，R)表示。若P?R且P≠?，則∩P也是一個等價關系，稱為P上的不可分辨關系，記為ind(P)。

定義3:R是U上的一簇等價關系，設r0∈R，若ind(R－ {r0})=ind(R)，則稱屬性r0在R中是冗余的，即r0為冗余屬性;否則稱r0在R中是絕對必要的。若每個屬性r∈R都是R中絕對必要的，則稱屬性集R是獨立的，否則稱R是可約簡的。R中所有必要屬性組成的集合稱為R的屬性 核，記作core(R)。

表1 干細胞技術產業化潛力評價指標及規則

定義4:設P和Q為論域U上的兩個等價關系簇，且Q?P。如果滿足ind(Q)=ind(P)，且Q是獨立的這兩個條件，則稱Q是P的一個絕對約簡，記為red(P)。

定義5:設X?U，B為U上的一個等價關系。當X能表達成某些B基本范疇的并時，稱X是B可定義的，否則稱X是B不可定義的。B可定義集稱作B精確集，B不可定義集稱為B粗糙集。包含于X中的最大可定義集稱為X的下近似集，記為B－(X);包含X的最小可定義集稱為X的上近似集，記為B－(X)。

由此將論域空間分為三個區域:POSB(X)=B－(X)稱為X的B正域，即根據知識B，U中所有一定能歸入集合X的元素構成的集合;NEGB(X)=UB－(X)稱為X的B負域，即根據知識B，U中所有不能確定一定歸入集合X的元素的集合;BNB(X)=B－(X)ackslash B－(X)稱為X的B邊界域，即根據知識B，U中既不能肯定歸入集合X，又不能肯定歸入集合X的元素構成的集合。

定義6:對于決策表S={U，R，V，f}，C∪D=R，條件屬性ci∈C(i=1，2，…，n)對于決策屬性的重要性定義為公式 (1):

其中，card(U)表示集合U中元素的數量，POS{C/ci}(D)稱為D的相對于 {C/ci}的正域，即U中所有根據屬性集 {C/ci}進行劃分后，仍可準確地劃分到D的等價類中的對象集合，card(POS{C/ci}(D))表示集合POS{C/ci}(D)中元素的個數。

ki越大，表明當從條件屬性中去掉屬性ci以后再對論域中對象進行分類時，分類U/D的正域所受影響越大，則條件屬性ci即第i個指標對決策結果越重要［12］;對于重要程度ki=0的指標，說明它對決策結果影響很小，可直接約簡，不必賦予權重和評分。

本文基于粗糙集的知識約簡及屬性重要度原理，得到收斂的指標體系 (見表1)，在此基礎上構建干細胞技術產業化潛力綜合評價模型，有效克服了指標權重過分依賴專家經驗知識的主觀性過強等不足［13］。

4 干細胞技術產業化潛力評價實證研究

4.1 決策表的離散化處理

干細胞技術的最大價值在于其能應用于目前尚無有效治療手段的重大難治性疾病領域，在專家咨詢、問卷調查、行業市場調研報告及國內外相關文獻分析的基礎上，選取目前被認為是干細胞技術最具應用價值的11種疾病為樣本［14－16］，對治療此11種疾病的干細胞技術產業化潛力進行實證研究。

粗糙集理論要求決策表中的值用離散數據表達。如果某些條件屬性或決策屬性的值域為連續值，則必須先進行離散化處理。首先建立評價決策表結構，條件屬性即評價指標，決策屬性即干細胞技術產業化潛力大小。然后設計評價指標數據的離散規則及評價標準，針對條件屬性設計“強、一般、弱”三個等級及具體標準，分別對應3、2、1分 (見表1);針對決策屬性也設計“大、中、小”三個等級，分別對應3、2、1分。在此基礎上，請干細胞產業領域專家針對11種疾病的干細胞治療技術產業化潛力評價指標進行打分。以“技術優勢”指標為例，其決策表如表2所示。

4.2 指標約簡及權重確定

根據表2，運用粗糙集理論進行屬性約簡，并計算干細胞技術產業化潛力評價指標的權重。

(1)首先計算決策屬性的等價類以及移去各條件屬性的等價類:

(2)然后計算干細胞技術產業化潛力評價中“技術優勢”各項指標的重要度:

表2 干細胞技術產業化潛力評價決策表

同理可得，k12=0，k13=3/11，k14=4/11，k15=2/11，k16=0。根據粗糙集的屬性約簡原理，可以判斷條件屬性c12和c16是冗余屬性，直接進行約簡，得到干細胞技術產業化潛力評價二級指標“技術優勢”的屬性核為:core(R)={c11，c13，c14，c15，D}。

(3)進而利用公式 (2)對屬性重要度進行歸一化處理，計算評價指標的權重:

其中，ωi是評價指標的權重，ki是屬性重要度。由此得到干細胞技術產業化潛力評價指標“技術優勢”下面各三級指標的權重:WB1=(ω11，ω13，ω14，ω15)= (0.182，0.273，0.364，0.182)。

按照以上步驟對干細胞技術產業化潛力評價的其他二級指標C2，C3，C4，C5等進行屬性約簡，得出 c23，c24，c27，c31，c32，c43，c44，c53，c55，c56是冗余屬性，約簡后得到干細胞技術產業化潛力評價的收斂指標體系以及二級指標、三級指標的相對權重。

4.3 綜合評價結果及分析

在此基礎上，通過傳遞運算得出干細胞技術產業化潛力三級指標相對評價目標A的權重Wi，然后根據公式 (3)對干細胞技術產業化潛力進行綜合評價，評價結果如表3所示。

其中，Ei是干細胞技術產業化潛力綜合評價值，Wi是評價指標權重，yi是評價指標值。

表3 干細胞技術產業化潛力綜合評價結果

根據評價結果可以看出，“II型糖尿病”干細胞治療技術的產業化潛力最大，其次是“急性心肌梗死”、“心臟衰竭”，該結果與實際情況相符。就目前我國干細胞產業領域而言，糖尿病治療的市場空間最大，而且在研技術也較多，增強了干細胞技術產業化的概率和成功率。

在從實驗室到臨床的創新過程中，還需要治療規范化、新技術商業化和良好市場秩序，資金來源和嚴格監管也是不可或缺的因素。為保障我國干細胞技術成功實現產業化，本文從政府視角提出以下支撐策略:一是根據當前干細胞治療技術的發展現狀、市場前景及我國的技術優勢，重點關注干細胞在糖尿病、心腦血管疾病、神經系統疾病等重大疾病領域的應用技術。二是打造精英級干細胞研究及產業化團隊，為干細胞企業提供智力支持和技術服務，加強人才支撐。三是充分發揮政策性金融機構作用，利用科技金融手段為干細胞技術產業化提供資金支持。四是進一步完善和落實干細胞產業技術規范及監管機制。五是構建干細胞產業創新的網絡化平臺，以形成全國廣泛覆蓋、區域協調發展的干細胞產業化網絡，為干細胞技術產業化提供有效支撐。

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