綜合指數與粗糙集聯用法在評價人群血常規指標健康風險水平的應用*

張 明,陳楚言,尹 杰,梁 兵,劉 君△,吳婧宇,徐艷鳳

1.廣州南方學院云康醫學與健康學院,廣東廣州 510970;2.廣州達安臨床檢驗中心,廣東廣州 510700

血液是懸浮著大量自由漂浮的紅細胞、白細胞和血小板，且對人及動物的許多生命功能起至關重要作用的弱堿性液體，它的主要功能是將氧氣和營養物質運送到全身各器官、組織和細胞。同時，血液將細胞代謝產生的二氧化碳運送到肺，將其他代謝終產物運送到肝臟和腎臟而排出體外。血常規指標的檢測結果常被用于人類健康的臨床評估[1]。通過紅細胞計數(RBC)、平均紅細胞容積(MCV)、血紅蛋白(Hb)、平均紅細胞血紅蛋白量(MCH)、平均紅細胞血紅蛋白濃度(MCHC)和血細胞比容(HCT)來評估人體的攜氧能力；通過白細胞計數(WBC)和血小板計數(PLT)來分別評估免疫系統和凝血狀態。血常規指標有助于診斷貧血、某些癌癥、感染、急性出血狀態、過敏、免疫缺陷以及可引起血液系統疾病的藥物毒副作用[2]。目前，各類醫學檢測機構存在著大量血常規指標的監測數據，這些數據僅用于當時個體健康的評估或者臨床上結合其他指標情況來診斷某些疾病，缺乏對于數據信息的挖掘過程，造成了數據浪費。本研究根據血常規指標限量值特點，將綜合指數法與粗糙集理論相結合建立了一種血常規指標健康風險評價方法，以2016-2020年廣東地區送往廣州達安臨床檢驗中心血常規監測數據為研究對象,應用該方法綜合分析廣東地區人群血常規各項指標健康風險水平及動態變化情況,為綜合評價相關指標提供可借鑒方法。

1 資料與方法

1.1一般資料 隨機抽取2016-2020年廣東地區送往廣州達安臨床檢驗中心血常規體檢標本20 023份，其中男性標本10 011份,女性標本10 012份；受檢者年齡6～96歲，平均(56.8±17.4)歲；標本及受試者具體情況詳見表1。血常規檢測項目為RBC、MCV、Hb、MCH、MCHC、HCT、WBC和PLT共8項，監測數據共計160 184個，血常規檢測數據具體情況詳見表2。

表1 標本及受試者基本情況

表2 血常規指標檢測數據基本情況

1.2評價內容 建立健康水平與風險等級分級標準,使用血液健康指數(BHI)評價血液健康狀況，分別以BHIA、BHIM、BHIF、BHIE、BHIN表示整體、男性、女性、老年(年齡≥60歲)、非老年(年齡<60歲)人群的血常規指標的健康水平及年度變化情況；評價各單項指標對不同人群的BHI的影響。使用粗糙集理論方法進行指標約簡,評價整體(A)、男性(M)、女性(F)、老年(E)、非老年(N)人群血常規指標中的核心指標及風險程度。本研究方案完全符合《赫爾辛基宣言》的原則，嚴格遵守醫學研究的準則。

1.3方法

1.3.1血常規檢測 使用邁瑞BC-5800全自動五分類血細胞分析儀及其配套試劑(質控品、校準品及檢測試劑)檢測血常規各指標,各指標限量值與試驗具體步驟嚴格按照衛生部行業標準[3]及全國臨床檢驗操作規程[4]執行。

1.3.2評價方法 BHI是用無量綱的相對數來表示血液健康狀況的統計學方法，將檢測數據轉化為標準形式進行比較。本研究在前期工作基礎上[5]將指數分為：單要素健康指數Ii,代表一個檢驗數據的健康指數；類要素健康指數HIi，代表同類指標檢驗數據平均健康指數，如：紅細胞計數健康指數可表示為HIRBC；血液要素BHIi代表一定范圍內所有數據平均健康指數，如：男性人群健康指數可表示為BHIM。采用公式(1)計算Ii：

(1)

公式中Xi為各項指標實測值,Su和Sd是與Xi相應指標參考范圍的上限值和下限值。采用公式(2)計算HIi：

(2)

公式中n為單要素個數。采用公式(3)計算BHIi：

(3)

公式中k為類要素個數。

為了突出超標情況，一旦實測值超出限值，即對Ii值取加權系數2，同時避免因實測值與限值相差太大而影響評價,將實測值的最高值分別限定為上、下限值的10倍和1/10。由公式(1)-(3)可知，當全部指標實測值均大于或等于相應限值10倍或1/10時，BHI=20，即最差值；當全部實測值等于上、下限值時，BHI=1，即限量值；當全部實測值等于上、下限值的1/2時，BHI=0，即最佳值。

指標約簡是指在分類能力保持不變的條件下刪除掉不重要或不相關的指標，達到突出核心指標的目的。本研究在前期工作基礎上[6]使用基于粗糙集理論[7]開發的Rosetta軟件完成約簡過程,給出相應的決策規則。具體過程為：按照健康風險等級標準(表3)將各單要素風險值(1～6)離散導入軟件組成條件屬性集“D”，將超限1項及以上項目的行組定義為風險組“R”，組成決策屬性集并生成決策表。采用遺傳算法計算最小命中集合“R”,種群從屬性集“D”的冪集2k中選擇相應的屬性是否出現[8],適應函數公式如下：

(4)

1.3.3分級標準 通過假設全部標本實測值的3種理想狀態(最佳值、限量值和最差值)的不同比例(最佳值為70%和40%，最差值為40%、70%和100%，其余部分由限量值補齊為100%)將BHI數值范圍劃分為6個區間(限量以上為3個；以下為3個)，表示人群血常規指標的健康水平及風險程度，具體情況詳見表3。

表3 健康水平與風險等級標準

1.4統計學處理 采用SPSS19.0軟件進行數據分析。粗糙集約簡使用波蘭華沙大學開發的Rosetta，版本號為1.4.41。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1人群血常規健康水平及年度變化情況 由表4可見，BHIA、BHIM、BHIF、BHIE和BHIN分別為0.774、0.758、0.790、0.742和0.794，指數對應評價等級范圍均為3級(表3),說明各人群血常規健康水平合格,健康程度一般。不同人群健康水平從高到低依次為老年、男性、女性、非老年人群,組間比較差異無統計學意義(P=0.737>0.05)。由圖1可見，2016-2020年BHIA、BHIM、BHIF、BHIE和BHIN的變化趨勢相同，自2016至2019年逐漸下降至最低，2020年回升，指數總體保持下降趨勢，說明2016-2020年血常規健康水平總體向好，無論男性、女性、老年、非老年人群血常規健康水平均表現自2016年逐步上升至2019年達到最佳，2020年均表現為略有下降。

表4 血常規各指標BHI評價結果

圖1 2016—2020年BHI值年度變化情況

2.2各單項指標對人群血常規健康水平的影響 由表4可見,對人群(含男性、女性、老年和非老年)BHI影響最大的2項指標為MCHC和MCV，BHI范圍分別為1.280～1.398和0.834～1.010(均明顯高于其他指標)。MCHC在各類人群中等級值均為4級(表3)，說明各類人群中MCHC指標健康水平較差；MCV在老年人群中等級值為4級，其他人群中均評價為3級，說明在老年人群中MCV指標健康水平較差，在其他人群中健康水平一般。除上述2項指標外，對人群BHI影響較大的指標(評價為3級)有男性人群的Hb、PLT和RBC(0.618～0.788)，女性人群的MCH、PLT、HCT和WBC(0.615～0.830)，老年人群的Hb、PLT、HCT和RBC(0.607～0.697)，非老年人群的Hb、MCH、PLT、HCT、WBC和RBC(0.661～0.834)，影響較大的指標說明對應人群的該指標健康水平一般；影響較小的指標(評價為2級)有：男性人群的MCH(0.589)、HCT(0.594)和WBC(0.548)，女性人群的Hb(0.583)和RBC(0.596)，老年人群的MCH(0.564)和WBC(0.551)，非老年人群無影響較小指標。影響較小的指標說明對應人群的該指標健康水平良好。

2.3人群血常規指標風險分析 將全部監測數據導入Rosseta軟件進行計算，分別對整體及各類人群(含男性、女性、老年人和非老年人)數據進行約簡，結果發現Hb、MCHC、MCV、MCH、PLT、HCT、WBC和RBC均為核心指標。獲得決策屬性為“R”的風險規則7 322組，篩選(設定精度>0.75,覆蓋度>0.002)得到主要風險規則22組。由表5可見，整體人群規則為4項(序號1-4)、男性人群為5項(序號5-9)、女性人群為8項(序號10-17)、老年人群為2項(序號18-19)和非老年人群為3項(序號20-22)。在約簡規則中MCHC均為4級，覆蓋度的和分別為0.009 362(A)、0.013 242(M)、0.020 831(F)、0.005 597(E)和0.007 547(N)，提示在9.362‰的整體人群、13.242‰的男性人群、20.831‰的女性人群、5.597‰的老年人群和7.547‰的非老年人群中MCHC指標均存在較高風險；同時在男性和女性人群均有MCV為4級，覆蓋度的和分別為0.004 566(M)和0.004 363(F)，提示在4.566‰男性和4.363‰女性人群中MCV指標也存在較高風險；并且在女性人群中有PLT為4級，覆蓋度為0.002 111，提示2.111‰的女性人群中PLT存在較高風險。由于約簡規則經過條件篩選，各類人群實際風險程度要高于提示水平。

表5 血常規不合格指標主要約簡規則

3 討 論

本研究將綜合指數法與粗糙集理論2種統計學法聯用建立了一種新的評價方法，通過對廣州達安臨床檢驗中心2016-2020年20 023份血常規數據進行回顧性分析，將該方法應用于評價不同人群的血常規8項檢測指標，獲得了各類人群隊列血常規健康風險水平。血常規指標能夠直接反映出人體血液健康水平，而血液功能又是人體健康水平的重要衡量指標，所以血常規指標狀態可以間接體現出人體健康程度。本研究發現廣東地區人群血常規健康程度為合格水平，2016-2020年廣東地區各類人群(男性、女性、老年、非老年)血常規健康水平總體向好，2019年達到最佳，各類人群健康水平從高到低依次為老年、男性、女性、非老年人群。本研究發現，老年人群血常規指標健康水平高于非老年人群，男性人群高于女性人群。陳政弘等[9]調查了北京、長沙和成都老年前期(45～59歲)人群亞健康狀況及影響因素，發現老年前期人群的亞健康狀態檢出率為53.51%，女性亞健康比例要高于男性，勞動強度和年齡因素是影響健康的主要因素。老年前期人群的身體功能逐步下降而勞動強度反而增加導致此類人群健康水平明顯下降，而步入老年期后勞動強度的明顯降低，加之保健、養生、治療等因素使老年人群血常規指標更加健康。陳結瑜等[10]通過調查廣州、東莞、深圳等地2萬名人口樣本發現廣東男性比女性健康的比例高出8%，這與本研究血常規指標性別差異結果一致，其認為在同等勞動強度下，女性比男性承擔更多的家務勞動同時又缺乏有效的調節。

MCHC和MCV是臨床診斷貧血的特征指標，最近研究發現這2項指標在其他多種疾病中具有臨床應用價值，LI等[11]在中國人群中基于Cox風險模型評估MCHC與高血壓疾病的關聯性發現，MCHC與男性受試者高血壓發生率明顯相關；LI等[12]通過為期8年的社區老年人群研究發現，MCV與認知功能損害的風險增加相關；LEE等[13]研究發現MCHC與女性抑郁癥狀發生率相關；TANAKA等[14]研究發現MCV合并Hb水平升高與代謝綜合征患病率相關。本研究發現，在各類人群中MCHC和MCV對BHI影響均明顯高于其他指標，建議應加強對MCHC和MCV指標的常規監測。除MCHC和MCV外，各類人群其他指標影響差異程度表現不盡相同。在不同性別人群比較中Hb和RBC對男性人群影響較大，而MCH、HCT和WBC對女性人群影響較大，PLT影響程度相同，其他指標影響程度較小，說明廣東地區男性人群Hb和RBC異常情況要高于女性人群，而女性人群MCH、HCT和WBC異常情況要高于男性人群。究其原因可能與吸煙、焦慮和輕度抑郁等因素有關，眾所周知，男性人群吸煙比例明顯高于女性，而女性人群焦慮和輕度抑郁要高于男性人群。MIRI-MOGHADDAM等[15]研究發現吸煙可導致大鼠的RBC和Hb數值明顯異常升高；MALENICA等[16]研究發現男性吸煙者與女性吸煙者相比Hb明顯升高；PITSAVOS等[17]研究發現健康人群中女性的焦慮和抑郁會引起白細胞異常，但對男性沒有影響；MOJTABA等[18]和MAES等[19]的研究發現焦慮能夠引起MCH和HCT血液指標的異常變化。本研究顯示，在不同年齡人群比較，MCH和WBC對非老年人群影響較大，而對老年人群影響較小。江虹等[20]對中國老年健康人群血常規指標研究發現，對于60歲以上老年人群，隨著年齡增加，MCH和WBC未見明顯變化。

粗糙集理論可以約簡到核心風險指標并能獲得決策規則，是對綜合指數評價方法的有益補充和完善。本研究將粗糙集理論算法應用于血常規檢測數據的統計分析，具有良好的應用價值。研究發現血常規8項指標均為核心指標，說明此次粗糙集理論運算指標的條件屬性分布及對決策屬性的貢獻度比較均勻。通過篩選得到主要風險規則22組，在廣東地區各類人群中均提示MCHC指標具有較高超標風險，在男性和女性人群中提示MCV存在較高風險，同時女性人群中還提示PLT也存在較高風險。陳國新等[21]研究發現異常血常規標本的MCHC比健康人群明顯升高；楊志釗等[22]對2 000例無貧血體檢成人靜脈血指標研究發現MCV存在年齡和性別的差異性；張園滿等[23]研究發現不同性別之間血小板參數之間存在明顯差異，不同人群類型的風險指標能夠對異常血常規標本起到一定風險提示作用。本研究還存在局限性，一是研究為回顧性，在隨機抽取數據上可能存在選擇性偏移，需要更加全面的數據量進行驗證；二是在粗糙集理論約簡規則獲取過程中采用了數據篩選(由于規則太多)，導致不能體現出全部指標風險規則。本研究的主要貢獻體現在建立了一種多統計學聯用的醫學檢驗指標的評價方法，具有可借鑒的意義。

綜合指數與粗糙集理論聯用法可以評價人群血常規指標健康風險狀況，2016-2020年廣東地區人群血常規健康程度為合格水平且表現為總體上升，MCHC和MCV對廣東地區人群血常規健康影響較大，整體人群MCH、男性人群MCV、女性人群MCV和PLT均提示不同概率的風險，應加強監測。