一种肠道微生物健康评分的构建方法和构建系统与流程

本发明涉及肠道微生物，尤其涉及一种肠道微生物健康评分的构建方法和构建系统。

背景技术：

1、肠道微生物也称肠道菌群，是指人体胃肠道内数千种微生物群，按照一定比例组合、相互制约、相互依存，形成的庞大而复杂的微生态系统。肠道菌群重达1.2kg，接近于人体肝脏的重量，具有人体自身不具备的代谢功能，对维持机体健康状态起重要作用。肠道微生物与人类相互作用，它们参与物质的代谢和吸收，如碳水化合物代谢、脂肪代谢和维生素合成等，进而影响机体的代谢过程。在正常情况下，肠道菌群与人体内外环境始终维持着动态平衡，肠道菌群的种类和数量是相对稳定的。然而，当肠道菌群受到外界环境、饮食习惯等的影响而失衡时，会导致多种疾病的发生，进而对机体的健康产生威胁。研究表明，肠道微生物结构的改变与糖尿病、肥胖症、炎症性肠病、类风湿性关节炎、自闭症、抑郁症、心血管疾病、肿瘤等多种疾病的发生、发展有着重要联系。

2、因此，肠道菌群检测除了可以获知包括肠道微生物分型、肠道微生物多样性、食源性致病菌、条件致病菌、益生菌、营养代谢功能和抗生素耐药基因等基本组成和功能外，也可以评估一些疾病的发病风险及趋势。然而肠道菌群和疾病的相关研究通常只是单一疾病的患者和健康对照之间的横向比较，虽然已经可以从多个侧面评估肠道菌群的健康程度，但是难以评估肠道菌群的总体平衡状态。对于“健康的肠道菌群”组成的科学研究相对较新，还需要更深入的科学探索。

3、2020年梅奥诊所在《nature communications》发表了一项新的研究，提出了肠道微生物健康指数(gmhi)的概念，该指数旨在将健康个体与非健康个体的肠道微生物组一定程度上区分开来。研究人员在文章中阐述了如何使用常见微生物的物种丰度提取“健康丰富”和“健康稀缺”的两类微生物菌群特征，构建和计算gmhi用于预测肠道微生物组样本与健康或不健康状况的相似程度。研究还发现gmhi与血液中的高密度脂蛋白存在一定程度的正相关，表明该指数成为肠道健康预测指标的潜力。

4、gmhi也存在一定的局限性，研究纳入了多个国家和人群的34项研究的4347个肠道菌群数据，所以该研究的时空复杂度高，存在批次效应；同时gmhi研究覆盖的疾病类型只有12种，样本的代表性不太够；gmhi提取的是“健康丰富”和“健康稀缺”两类微生物菌群特征，一方面与通常意义下的“益生菌”和“病原菌”重合度较差，另一方面未覆盖肠道菌群的功能特征，也不能使用“健康居中”的微生物特征；另外可能是gmhi研究中的来自中国的样本比例较低，并不能很好的区分中国人群的健康个体和非健康个体。综上，如果在肠道微生物检测报告中使用gmhi可能存在一个比较严重的问题，gmhi与报告的异常数据结论相悖。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种肠道微生物健康评分的构建方法和构建系统，能够综合反应肠道微生物的健康状况。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种肠道微生物健康评分的构建方法，包括以下步骤：

4、s1、获取肠道微生物检测报告样本，所述肠道微生物检测报告样本中记载有一种或多种检测项目，每一种检测项目为一级项目和二级项目；

5、s2、计算每一种检测项目中二级项目的评分；

6、s3、对同属一级项目的二级项目的评分进行加权求和求得一级项目的评分，并对多个一级项目的评分进行加权求和求得该肠道微生物检测报告样本的总评分；

7、s4、取若干份肠道微生物检测报告样本的评分，构建评分分布；

8、s5、将待评分的肠道微生物检测报告代入评分分布，得到其在评分分布中的排序；

9、s6，将所述排序转化为最终评分。

10、进一步的，获取肠道微生物检测报告样本过程中，对输入结果进行格式化处理，比如将项目原始取值归一化，或者通过累计分布函数转换为人群排序作为输入的结果。

11、进一步的，所述二级项目的评分的计算方法如下：

12、根据二级项目的属性选择转换函数fij(.)，对二级项目的结果vij

13、进行转换，其中，下标i代表一级项目编号，下标j代表二级项目编号；

14、设置二级项目的取值范围为[lij,uij]，以及正常取值的下限值为lij，上限值为uij，转换函数fij(.)的选择包括以下三种情况：

15、一、“健康丰富”项目，右端取值为正常取值，即(lij,uij]为正常取值范围，其中lij<lij<uij＝uij，那么fij(vij)是递增函数；

16、二、“健康稀缺”项目，左端取值为正常取值，即[lij,uij)为正常取值范围，其中lij＝lij<uij<uij，那么fij(vij)是递减函数；

17、三、“健康居中”项目，中间取值为正常取值，即(lij,uij)为正常取值范围，其中lij<lij<uij<uij，那么存在某个临界点pij，在vij≤pij时fij(vij)是递增函数，vij≥pij是fij(vij)是递减函数，且fij(lij)＝fij(uij)；

18、根据二级项目的属性选择分段函数gij(.)，对二级项目的结果vij进行转换；其中，下标i代表一级项目编号，下标j代表二级项目编号；分段函数gij(.)的选择包括以下三种情况：

19、一、“健康丰富”项目，

20、二、“健康稀缺”项目，

21、三、“健康居中”项目，

22、选定二级项目平滑权重系数wfij和wgij，计算二级项目的评分sij：sij＝wfijfij(vij)+wgijgij(vij)，其中wfij+wgij＝1，且wfij≥0,wgij≥0，前者对应异常程度，后者对应异常数目。

23、进一步的，当仅有“健康丰富”项目时，

24、

25、其中，qnorm(·)为标准正态分布累计分布函数的反函数，0<δ＜＜1，由客户自行设定。

26、进一步的，所述三种情况同时存在时，转换函数fij(.)具体为：

27、

28、

29、

30、其中，qnorm(·)为标准正态分布累计分布函数的反函数，0<δ＜＜1，由客户自动设定。

31、进一步的，对同属一级项目的二级项目的评分进行加权求和求得一级项目的评分的方法如下：

32、选定二级项目的权重系数wij，计算如下：

33、

34、其中，si代表一级项目的评分，sij代表二级项目的评分，ci代表一级项目中二级项目的总数，wij≥0。

35、进一步的，对多个一级项目的评分进行加权求和求得该肠道微生物检测报告样本的总评分的方法如下：

36、选定一级项目的权重系数wi和截断ti，计算如下：

37、

38、其中，si代表一级项目的评分；s代表肠道微生物检测报告样本的总评分。其中wi≥0；若ti≤min(si)，则为后续描述方便起见，定义s0＝s。

39、进一步的，构建评分分布的具体方法如下：

40、计算若干一级项目的评分si的m等份分位数，作为评分分布di的近似分布；定义di,k是评分分布di的第k个分位数，di,0是评分分布di的最小取值，di,m是评分分布di的最大取值。

41、所述排序的计算方法如下：

42、r0＝f(s0)，

43、其中，r0是排序，s0是所述总评分，f(.)是所述评分分布的累计分布函数。

44、进一步的，将所述排序转化为最终评分的方法如下：

45、设置所述最终评分的均值和标准差δ，

46、

47、其中，r0为最终评分，qnorm(·)为标准正态分布累计分布函数的反函数。

48、一种肠道微生物健康评分的构建系统，包括

49、样本获取模块，获取肠道微生物检测报告样本；

50、二级项目评分模块，计算每一种检测项目中二级项目的评分；

51、一级项目评分模块，对同属一级项目的二级项目的评分进行加权求和求得一级项目的评分；

52、报告总评分模块，对多个一级项目的评分进行加权求和求得该肠道微生物检测报告样本的总评分；

53、评分分布模块，取若干份肠道微生物检测报告样本的评分，构建评分分布；

54、排序模块，将待评分的肠道微生物检测报告代入评分分布，得到其在评分分布中的排序；

55、转换评分模块，将所述排序转化为最终评分。

56、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

57、本发明结合肠道微生物检测报告样本的检测结果，构建出一个新的肠道微生物健康评分方法，具备以下优点：(1)评分组成的来源明确，可信度高，扩展度强；(2)可使用多种富集模式的微生物特征；(3)除微生物菌群组成外，还可覆盖其他微生物特征；(4)除评分分布外，算法与参考数据无关，适用性广。