支持向量机在胃癌诊断预测中的应用

支持向量机在胃癌诊断预测中的应用
孙清1，2，鞠建峰3，曲庆美4，鲜婧1
（1.山东省医药工业研究所，山东济南250100；2.山东省化学药物重点试验室，山东济南250100；3.山东
中医药大学附属医院，山东济南250000；4.山东药品食品职业学院，山东威海264210）
摘要：目的利用支持向量机-微量元素法建立胃癌的模式识别，以期作为胃癌诊断的辅助手段。

方法采用电感耦合等离子体发射光谱法与支持向量机分类模式，判别健康者与患者血清中Zn 、Fe 、Cu 、Ni 、Co 、Mo 、Mn 、Cr 和Zn/Cu 9个指标，建立胃癌诊断的模型。

结果多项式核函数和径向基核函数的平均总正确率分别为91.11%和93.33%，灵敏度和特异度也达到了良好的水平。

结论本方法适于辅助诊断患者胃癌疾病，并为进一步研究微量元素与各种疾病之间的关系奠定了基础。

关键词：支持向量机；微量元素；胃癌
中图分类号：R944.4
文献标识码：A
文章编号：1672-979X （2010）11-0401-04
收稿日期：3
作者简介：孙清（），女，济南人，主管药师，从事药物分析工作q @6Application of Support Vector Machine in Prediction of Gastric Cancer
SUN Qing 1,JU Jian-feng 2,QU Qing-mei 3,XIAN Jing 1
(1.Shandong Institute of Pharmaceutical and Industry,Jinan 250100,China;2.K ey Laboratory for Chemical Drug of Shandong Province,Jinan 250100,China;3.A f liated Hospital of Shandong University of Traditional Chinese
Medicine,Jinan 250014,China;4.Shandong Drug and Food V ocation College,W eihai 264210,China)
Abstr act :Obj ective To establish the identification model of gastric cancer by the support vector machine-trace element method as the supplementary means of the diagnosis of gastric cancer.Methods The inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and support vector machines for pattern classi cation were adopted to make discrimination for 9indicators of serum Zn 、Fe 、Cu 、Ni 、Co 、Mo 、Cr and Zn/Cu between healthy volunteers and patients,and establish the diagnosis model of gastric cancer .R esult s The average total accuracy of polynomial kernel function and RBF kernel function were 91.11%and 93.33%,respectively.The sensitivity and speci city also reached a good level.Conclusion This method is suitable for aided diagnosis of gastric cancer,and also lays a foundation for the further study on the relationship between trace elements and various diseases.Key Words:support vector machine;trace element;gastric cancer;
近年胃癌的发病率已经跃居我国常见恶性肿瘤的首位，其发病主要与饮食习惯、营养和化学致癌物等多种因素有关。

胃癌与微量元素的相关性引起了许多学者的重视[1-4]。

支持向量机是在统计学习理论基础上发展而来的一种新的通用学习方法，通过选用不同的核函数，根据其性能评价应用于早期癌症的诊断[5-7]。

在本研究中两种核函数的支持向量机取得了较高的准确率，表明其在胃癌的早期诊断中有很大的应用潜力。

1仪器与试药1.1
仪器
电感耦合等离子体发射光谱仪（O ptima 2000DV ，Perkin Elmer 公司），水平炬管，WinLab32与matlab7.1操作软件，氩气纯度大于99.99%；控温电热板（江苏金坛金城国胜实验仪器厂）；SC-97型自动三重纯水蒸馏器（上海亚荣生化仪器厂）。

实验中所用的玻璃仪器均用20%硝酸浸泡12h 后，用三重蒸馏水冲洗干净，自然晾干后备用。

1.2
试药
锌（100μg/m L ，GS W (E )080130），铁（1000μg/mL ，GSW (E)08616），铜（1000μg/mL ，GSW (E)080396），镍（1000μg/mL ，GSB G 62022-
2010-07-11972-E-mail:
90），钴（1000μg/mL ，GS B G 62021-90），钼（1000μg/mL ，GSB G 62035-90），锰（1000μg/mL ，GSW (E)080157），铬（1000μg/mL ，GSW (E)080403）；硝酸、高氯酸均为优级纯；实验用水为三重蒸馏水（实验室自制）。

1.3
仪器参数
功率1.3kW ，冷却气流量15L/m in ，辅助气流量0.2L/mi n ，雾化器气体流量0.8L/mi n ，提升量1.45mL/min ；各待测元素最佳分析线波长（nm ）为Zn 213.857，Fe 259.939，Cu 327.393，Ni 231.607，Co 238.892，Mo 202.034，Mn 279.482，Cr 267.716。

2方法与结果2.1
样品采集
本实验采集了山东地区健康人全血样品90份，均无重要脏器病变，进食正常，体检证实健康合格；采集了山东地区胃癌无并发症患者全血样品30份。

采样时取肘静脉血3mL 置于抗凝试管中，-18℃保存。

2.2
样品制备
精密移取于37±2℃水浴中融化后的全血1.0mL ，置于50mL 广口锥形瓶中，加入混酸HNO 3-HClO 4-H 2SO 4（3:1:1，v/v/v ）5mL ，摇匀，置于电热板上110℃消解2h 后，将电热板温度升至250℃继续消解至溶液澄清，稍冷，加入相同体积去离子水，移至电热板上继续加热至近干。

取下，放冷，定量转移至10mL 量瓶中，用1%（v/v ）硝酸稀释至刻度，摇匀。

同法
表1标准曲线与范围
化学元素b a r 浓度范围/μg mL -1Zn
11060815.30.99990.05~100Fe 226002052.50.99990.05~100Cu 618303640.90.99980.01~20.0Ni 420029.70.99990.005~10Co 1311055.30.99990.001~2.0Mo 9458.70.99990.005~10Mn 164100673.40.99990.001~2.0Cr
21490
63.6
0.9999
0.001~2.0
做空白溶液，待测。

2.3
标准曲线的制备
参照人全血中8种微量元素的预测值及文献报道，用逐级稀释法制成系列标准溶液，溶液介质为2%硝酸。

以发射强度对浓度进行回归，得各元素的标准曲线如表1所示，相关系数均大于0.9999，线性关系良好。

表2人全血中8种元素的平均含量与Zn/Cu （n=90,μg/mL ）
化学元素Zn Fe Cu Ni Co Mo Mn Cr Zn/Cu 平均含量0.15770.46040.09340.02230.01150.06390.03030.0223 1.8019SD
0.0859
0.3136
0.0283
0.0178
0.0108
0.0428
0.0079
0.0178
1.0101
表3革者胃癌患者血清中8种元素的平均含量与Zn/Cu （n=30,μg/mL ）
化学元素Zn Fe Cu Ni Co Mo Mn Cr Zn/Cu 平均含量0.0227 1.48940.04530.00640.00210.05310.00960.10990.9844SD
0.0704
3.2833
0.0713
0.0063
0.0087
0.0204
0.0071
0.0598
14.239
2.4样品测定
2.4.1健康人全血中微量元素的测定将采集到的健康人全血样品，按“2.2”项下方法处理，以选定的仪器测定条件进行测定，健康人全血中8种微量元素的平均含量和Zn/Cu 比值的平均值见表2。

2.4.2胃癌患者血清中微量元素的测定将采集到的胃癌患者血清样品按“2.2”项下方法处理，以选定的仪器测定条件进行测定，样品中微量元素的平均含量见表3。

2.5数据处理
2.5.1双样本t 检验通过双样本t 检验对90名健康人和30名胃癌患者全血中8种微量元素含量及Zn/Cu 比值测定结果进行了分析。

结果表明，胃癌患者全血中Zn 、、M 、N 、的含量显著低于健康人（<），Z 比值显著低于健康人（<），F 的含量显著
高于健康人（0.01<P<0.05）。

2.5.2支持向量机分类结果该数据集为健康人和胃癌患者的全血样本，其中正样本为100份，负样本为35份。

正样本表示健康人，类别标签记为+1。

负样本表示Ⅱ型糖尿病患者，类别标签记为－。

每个样本对应一个人全血中的种微量元素含量与Z 比值，血清
Cr n i Co P 0.01n/Cu P 0.01e 18n/Cu
中微量元素的支持向量机5次交叉验证结果见表4。

其中TP （true positive ）表示在测试集中被正确判断的正样本个数，FN （false negative ）表示在测试集中被错判为负样本的样本个数，TN （true negative ）表示在测试集中被准确判断的负样本个数，FP （false positive ）
表示在测试集中被错判为正样本的样本个数。

Sen （灵敏度）、Spe （特异度）、Q （总正确率）用来评价支持向量机的性能。

从表4中可以看出，2个核函数的总正确率分别是91.11%和93.33%，灵敏度与特异度的平均值也良好，
表4支持向量机的分类及评价指标结果
分类方法交叉TP TN FP FN Sen %Spe %Q %多项式核函数
11861290.0085.7188.8921961195.0085.7192.5931870290.0010092.5942052010071.4392.5951861290.0085.7188.89平均18.661 1.493.0085.7191.11径向基核函数
12052010071.4392.5921861290.0085.7188.8931870290.0010092.5941961195.0085.7192.59520700100100100平均
19
6.2
0.8
1
95.00
88.57
93.33
公式表示：Sen =TP /(TP +FN)；Spe =TN /(TN +FP)；Q =(TP +TN)/(TP +FN +TN +FP)
因此“支持向量机-微量元素法”或许有希望能成为综合分析、诊断人体胃癌的手段，这方面值得进一步的研究。

3讨论
本文对支持向量机分类作了简单介绍，检测2组数据具有显著性差异才能进行支持向量机的分类，数据具有显著性差异是进行分类的必要条件，并且两者相互验证了结果的正确性。

3.1
解读表4
文中已对TP 、TN 、FP 、FN 及Sen 、Spe 和Q 都做了概念性的介绍，并且从公式可以看出Sen 是用来表示支持向量机对正样本的识别能力，Spe 是对负样本的辨别能力，Q 是用来表示对总体数据的判断能力，2个核函数的总正确率值分别是91.11%和93.33%，说明这个分类结果在小样本的基础上达到了很好的效果，能够用于胃癌的辅助诊断及预防。

3.2I C P-O ES 参数选择
根据各实验参数对不同元素发射强度的影响，采
用正交实验设计方法，对离子化功率、等离子气、雾化气和提升量进行考核，其正交试验因素及水平表见表5。

3.3
消解温度选择
考察了升温（110℃消解2h 后升温至250℃消解至近干）和恒温（250℃消解至近干）对各元素含量的影响。

比较结果看出，前者消解样品后Fe 、Cu 的含量明显高于后者。

最后选择升温。

3.4
消解体系选择
考察了HNO 3-HClO 4（4∶1，v/v ）、HNO 3-HClO 4-H 2SO 4（3∶1∶1，v/v /v ）不同湿法消解体系对发样中各元素测定结果的影响。

综合分析，发现用HNO 3-HClO 4-H 2SO 4（3∶1∶1，v/v/v ）作为消解体系对结果的影响最小。

表5正交试验因素及水平
因素/水平
A
功率/kw B
等离子气/L min
-1
C
雾化气/L min
-1
D
提升量/L min
-1
11100140.6 1.35553
36
55
2120010.8 1.4100
1 1.0
1.
超声波法提取裙带菜多糖的工艺研究
李建，杨波，季宇彬
（国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究发展中心，哈尔滨商
业大学药物研究所博士后科研工作站，黑龙江哈尔滨150076）
摘要：目的
探讨超声波法提取裙带菜多糖的最佳工艺条件。

方法选定料液比、提取温度、提取时间以及超声波频率4
个因素，通过单因素考察和正交试验探索最佳工艺条件。

结果确定裙带菜多糖的最佳提取工艺条件为料液比1∶30、提取温度40℃、提取时间10min 、超声波频率24kHz 。

裙带菜多糖得率13.02％。

结论超声波提取法较传统酸提法和碱提法得率高、损失小。

关键词：超声波；提取；裙带菜多糖；正交试验中图分类号：Q946.3
文献标识码：A
文章编号：1672-979X(2010)11-0404-04
收稿日期：2010-04-14
作者简介：李建（1986-），男，山东济宁人，硕士研究生，研究方向为抗肿瘤海洋药物E-mail:swordlee009@
Study on Extraction Technology of Undaria pinnati da Polysaccharide by Ultrasonic Wave
LI Jian,Y ANG Bo,JI Y u-bin
(Engineering Research Center on Natural A nticancer Drugs of Ministry of Education,Research Center on Lif e Sciences and Environmental Sciences,Harbin University of Commerce,Post-doctoral Scienti c Research W orkstation,Institute of Materia Medica,Harbin University of commerce,Harbin 150076,China)
Abst ract :Objective To investigate the optimum technology conditions of ultrasonic extraction of Undaria pinnati da polysaccharide.Methods The single-factor experiment and orthogonal test were conducted to examine the optimum technology conditions.Four factors were selected,including material to liquid ratio,extraction temperature,extraction time and ultrasonic frequency.Result s The optimum extraction technology for Undaria pinnati da polysaccharide was as follows:material to liquid ratio of 1:30,extraction temperature of 40℃,extraction time of 10min,ultrasonic frequency of 24kHz.The yield of Undaria pinnati da polysaccharide under these conditions was 13.02%.Conclusion Compared with the traditional extraction methods such as acid extraction and alkali extracti on,the ultrasonic extraction can be more ef cient with smaller loss.
Key Words:ultrasonic wave;extraction;Undaria pinnati da polysaccharide;orthogonal test
裙带菜（Undaria pinnatifida ）是温带性多年生大型褐藻，属褐藻门、褐子纲、海带目、翅藻科、裙带菜属，民间习称海芥菜、海芹菜。

我国的裙带菜产量
参考文献
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为世界第三，居日本和韩国之后。

目前裙带菜养殖主要集中在辽宁、山东、浙江等省。

裙带菜的主要活性成分为多糖，有良好的抗肿瘤[1，2]、抗病毒[3，4]等活
ouget ergeant C labador et al.race metal and cancer:he
case o neu roblastoma.J .ucl nstrum ethod s 2001181:4-49.
2007.。