生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)研究

王淑佳

【摘 要】生物醫(yī)學(xué)，它是將生物醫(yī)學(xué)信息與基因芯片和納米技術(shù)等結(jié)合起來(lái)的學(xué)術(shù)研究和創(chuàng)新領(lǐng)域。隨著21世紀(jì)的到來(lái)，現(xiàn)代系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)逐漸形成。系統(tǒng)的生物學(xué)研究與人類健康是息息相關(guān)的。

【關(guān)鍵詞】生物醫(yī)學(xué)；大數(shù)據(jù)；微生物群落

一、生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

在21世紀(jì)，新一代生物分析平臺(tái)不僅具有單細(xì)胞檢測(cè)功能，還有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像系統(tǒng)，能夠?yàn)樯镝t(yī)學(xué)研究提供大量的數(shù)據(jù)信息，在對(duì)海量數(shù)據(jù)中的深刻規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)，必須保證大數(shù)據(jù)的3特征，即數(shù)據(jù)量大，處理數(shù)據(jù)效率高、速度快，數(shù)據(jù)源要有多變性。通過借助大數(shù)據(jù)的這些特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測(cè)。

與其他科學(xué)大數(shù)據(jù)一樣，生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出典型的“3H”特點(diǎn)，那就是高維性、高度計(jì)算復(fù)雜性和高度不確定性。高維性指的是生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)不僅能夠?qū)颖具M(jìn)行多重分析，還能夠使用多組數(shù)據(jù)，樣本量較多，這些特點(diǎn)使多維數(shù)據(jù)的索引成為了可能。例如，近年來(lái)一時(shí)興起的“智慧醫(yī)療”的概念，是通過建立健康檔案區(qū)域的醫(yī)療信息平臺(tái)，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將患者和醫(yī)療服務(wù)商、保險(xiǎn)公司緊密聯(lián)系在一起的一種醫(yī)療方案。通過高維數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)律的剖析，但數(shù)據(jù)整合與分析的難度是較大的。高度計(jì)算復(fù)雜性指的是由于生物醫(yī)學(xué)中存在不同的數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)性整合提出了更高的要求，且樣本的對(duì)比需求也是必備的。生物醫(yī)學(xué)研究的樣本來(lái)源不一樣，這就使研究對(duì)象難以確定。大數(shù)據(jù)的研究與以往的邏輯推理研究有著本質(zhì)的差異，因?yàn)榇髷?shù)據(jù)研究需要對(duì)龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)分析歸納和相關(guān)性分析。

二、大數(shù)據(jù)思維變革在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)

正確認(rèn)識(shí)大數(shù)據(jù)，我們需要從數(shù)據(jù)來(lái)源、類型和量化等方面入手。之前美國(guó)科學(xué)家Weston和Hood（2004）首次提出“4P醫(yī)療”觀點(diǎn)，提倡進(jìn)行個(gè)體化預(yù)測(cè)、預(yù)防和醫(yī)療，個(gè)體化醫(yī)療需要將每位患者的各種信息綜合分析，針對(duì)個(gè)體患者的疾病診斷和治療中信息數(shù)據(jù)龐大。同時(shí)，人類基因組計(jì)劃的完成促進(jìn)了對(duì)人類基因的研究，在基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中分析基因表達(dá)、基因變異與疾病的相關(guān)性對(duì)臨床治療有很大的意義，收集到的蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、脂類組學(xué)、糖組學(xué)等數(shù)據(jù)非常龐大，還有人類對(duì)古人類基因組的研究也不斷深入（劉瑞濤等，2015）。

（二）生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的挖掘

生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)不僅可以應(yīng)用于組學(xué)研究及不同組學(xué)間的關(guān)聯(lián)研究、識(shí)別生物標(biāo)志物和研發(fā)藥物、實(shí)施健康管理等，而且還能實(shí)施更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘，例如對(duì)數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類分析和異常分析等，對(duì)生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘能夠增加把握度并且有發(fā)現(xiàn)弱關(guān)聯(lián)的能力，例如對(duì)TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)信息的挖掘，對(duì)現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用大數(shù)據(jù)思維挖掘TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中有用的信息在臨床上有非常重要的作用，通過對(duì)TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)挖掘掃描全基因組范圍內(nèi)與肺腺癌預(yù)后相關(guān)的甲基化位點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)肺腺癌預(yù)后相關(guān)的基因，就能作為預(yù)后研究的生物標(biāo)志物（王可等，2016）。或者可以直接研究目的基因與癌癥的相關(guān)性，從TC-GA數(shù)據(jù)庫(kù)中收集癌癥數(shù)據(jù)集，下載基因表達(dá)譜資料與臨床信息資料，就可以分析目的基因與癌癥臨床病理學(xué)參數(shù)的相關(guān)性和對(duì)癌癥預(yù)后的影響（王碩等，2016），也可以對(duì)癌癥相關(guān)的miRNA和mRNA進(jìn)行聯(lián)合分析、構(gòu)建共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行聯(lián)合分析，找出與臨床相關(guān)的基因或miRNA做進(jìn)一步研究。

（三）大數(shù)據(jù)時(shí)代的疾病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與健康指導(dǎo)

提升大數(shù)據(jù)分析與共享的實(shí)用性，首先要建立起適合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)劃進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，觀察各個(gè)控制系統(tǒng)中所存在的問題，以及設(shè)計(jì)方案中需要繼續(xù)深入完善的內(nèi)容，通過建立起綜合控制環(huán)境，并觀察在控制方案中存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，可以實(shí)現(xiàn)疾病評(píng)估目標(biāo)。達(dá)到預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)控制效果。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)為健康指導(dǎo)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參照，通過數(shù)據(jù)分析也能夠了解到健康方面存在的問題，不僅能夠根據(jù)個(gè)體不同時(shí)期的變化來(lái)加強(qiáng)分析，更能將不同個(gè)體的信息進(jìn)行參照整合，從而綜合評(píng)比健康指數(shù)，以及需要注意的相關(guān)健康問題。將各個(gè)時(shí)期的體檢結(jié)果輸入到大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，形成一個(gè)健康指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)不同時(shí)期數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息超出了安全范圍，在系統(tǒng)中會(huì)自動(dòng)作出提醒，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果整理顯示出來(lái)，有關(guān)于大數(shù)據(jù)時(shí)代下的疾病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，更應(yīng)該充分結(jié)合健康指導(dǎo)來(lái)進(jìn)行，觀察數(shù)據(jù)系統(tǒng)中存在的不同問題，并通過綜合控制方案來(lái)提升最終的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防效果。

（四）精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)藥物研發(fā)及用藥指導(dǎo)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)完成后，所進(jìn)行的各項(xiàng)藥品研發(fā)以及疾病治療用藥都能夠在此指導(dǎo)下進(jìn)行，將醫(yī)學(xué)方面的安全控制體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)方面，實(shí)現(xiàn)用藥指導(dǎo)更為精準(zhǔn)的開展。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)中的信息，具有極強(qiáng)的用藥指導(dǎo)價(jià)值，構(gòu)建出適合現(xiàn)場(chǎng)工作內(nèi)容開展的體系后，臨床用藥也可以參照共享系統(tǒng)中所記錄的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行，避免產(chǎn)生用藥安全隱患，對(duì)臨床醫(yī)學(xué)能力提升有很大幫助。醫(yī)藥研發(fā)中需要大量的臨床精準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為支持，通過對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)展開分析與共享，可幫助醫(yī)學(xué)人員在短時(shí)間內(nèi)搜集到更多的信息資料，包括不同醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容。在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)支持下，提升了數(shù)據(jù)環(huán)境的使用開發(fā)效果，為醫(yī)藥研發(fā)以及藥品應(yīng)用建立更適合的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。在用藥指導(dǎo)中也可以參照精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)方面的大數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行，提升用藥安全性。如果能堅(jiān)持推廣精準(zhǔn)用藥的臨床醫(yī)學(xué)指導(dǎo)，可望能有效避免卡馬西平、氯吡格雷、別嘌醇、甲氨蝶呤、巰嘌呤等藥物的嚴(yán)重不良事件，減少藥品的無(wú)效使用和醫(yī)保的不必要支出。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，同時(shí)面臨老年化社會(huì)的到來(lái)，從臨床治療到健康管理將成為一個(gè)趨勢(shì)。轉(zhuǎn)化生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)的應(yīng)用未來(lái)對(duì)于預(yù)測(cè)疾病發(fā)生趨勢(shì)將發(fā)揮重要作用。

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