[发明专利]一种智能结肠癌癌细胞检测仪

说明书

本发明公开了智能结肠癌癌细胞检测仪，该系统由基因微阵列读入模块、数据预处理及特征排序模块、参数寻优模块、模型输出模块组成。系统首先将输入的基因微阵列数据预处理，然后对剩余的各个基因进行重要性排序，通过统计分数计算相关性，再利用分类器准则函数计算贡献度，将所有基因重要性进行排序。改进的优化方法在原始的智能寻优算法下加入了适应度检测与种群扰动，能够防止种群多样性散失以及优化过程陷入局部最优。然后将搜寻到的最优参数作为分类器参数完成模型构建并输出结果。系统诊断速度快，适合在线检测。

技术领域

本发明涉及基因微阵列数据应用技术领域，具体地，涉及一种智能结肠癌癌细胞检测仪。

背景技术

DNA微阵列(DNA microarray)又称DNA阵列或DNA芯片，比较通俗的名字是基因芯片(gene chip)。是一块带有DNA微阵列(micorarray)涂层的特殊玻璃片，在数平方厘米之面积上安装数千或数万个核酸探针，经由一次测验，即可提供大量基因序列相关资讯。它是基因组学和遗传学研究的工具。研究人员应用基因芯片就可以在同一时间定量的分析大量(成千上万个)的基因表达的水平，具有快速、精确、低成本之生物分析检验能力。结肠癌是常见的恶性肿瘤之一，以40岁—50岁年龄组发病率最高。据世界流行病学调查，发现结肠癌在北美、西欧、澳大利亚、新西兰等地的发病率最高，居内脏种瘤前二位，但在亚、非、拉美等地发病率则很低。结肠癌是是常见的消化道恶性肿瘤,占胃肠道肿瘤的第二位。好发部位为直肠及直肠与乙状结肠交界处，占60％,发病多在40岁以后，男女之比为2：1。随着生活水平的提高和饮食结构的改变，中国城市结肠癌的发病率呈逐年上升趋势。找到合适的方法对结肠癌进行快速准确的得出结果是当下科研热点——DNA微阵列技术的运用的一个典型案例。在这类问题中，找到合适的分类器以及参数优化算法最为困难与重要。

发明内容

为了克服目前难以搜寻基因微阵列数据最优特征子集以及分类最佳参数的不足，本发明的目的在于提供一种智能结肠癌癌细胞检测仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能结肠癌癌细胞检测仪，该系统由基因微阵列读入模块、数据预处理及特征排序模块、参数寻优模块、模型输出模块组成；其中：

基因微阵列读入模块读入的是所有基因微阵列的类别标签Y＝[y₁,y₂,...,y_m]，其中y_i＝k,k∈(-1,1)，以及所有样本的基因微阵列表达值：

其中每一行x_i代表一个样本所有基因的表达值，对应的每一列x_j代表一个基因在所有样本中的表达值，下标i表示第i个样本、总共m个，下标j表示第j个基因、总共n个。

数据预处理及特征排序模块是对读入的原始微阵列数据进行归一化以及特征排序的处理过程。其中归一化操作为：

其中，Min、Max分别为样本基因表达值的最小值、最大值。而特征排序选择使用每个基因对分类准确度的贡献度打分来实现，通过定义一个贡献度函数：

其中，α＝[α₁,...,α_n],H_ij＝y_iy_jK(x_i,x_j),α为法向量对应的系数、H为中间矩阵，J为代价函数、I为单位矩阵、K为核函数、y为标签值、x为样本特征值，上标T表示矩阵的转置、下标i、j分别表示第i个样本和第j个基因。事实上，该式代表分类边界大小的平方值，则有：