生物医学大数据分析和挖掘
生物信息学中的大数据分析与挖掘
生物信息学中的大数据分析与挖掘生物信息学是一门利用计算机技术和生物学知识来解决生物学问题的学科。
随着生物学和计算机技术的不断发展，生物学数据的规模和复杂度也在不断增加。
生物信息学中的大数据分析和挖掘成为了当前生物学研究的重点和热点。
1. 生物信息学中的大数据在过去的几十年中，随着基因测序技术的不断进步，越来越多的生物学数据被产生出来。
例如，基因组、转录组、蛋白组和代谢组数据等。
这些数据的规模和复杂度不断增加，如今已经达到了TB级别。
因此，在生物信息学中，如何高效地获取、处理和存储这些大数据，是一个关键问题。
2. 大数据分析技术大数据分析技术是指使用计算机技术和数学方法来挖掘和分析大量数据的方法。
在生物信息学中，大数据分析技术被广泛应用于基因测序、基因注释、基因表达谱分析、蛋白质互作网络分析、基因调控网络分析等领域。
2.1 基因测序分析基因测序分析是基因组学研究的基础。
在基因组学研究中，测序数据的处理和分析是非常重要的。
根据测序技术的不同，基因测序分析可分为Sanger测序分析和下一代测序分析。
下一代测序分析可以快速生成大量的DNA序列数据，这些数据通常需要进行质量控制、特征过滤、数据可视化和函数分析等处理。
2.2 基因表达谱分析基因表达谱分析是指对不同的样本中基因表达水平差异的分析和比较。
当前常用的基因表达谱分析方法包括荧光定量PCR （qPCR）、小RNA测序、miRNA芯片、蛋白微阵列等。
基因表达谱分析的主要目的是确定不同基因在不同生物条件下表达的情况，以研究生物体的生长、发育、生命过程、代谢活动等方面的情况。
2.3 蛋白质互作网络分析在细胞内，蛋白质之间互相作用，形成复杂的互作网络。
蛋白质互作网络分析是在大规模生物数据中，通过计算机技术和网络分析方法研究蛋白质互作网络的结构和功能。
这种方法可以帮助科学家了解蛋白质互作过程，进而发现关键的蛋白质，并研究其在生物学和医学领域的重要作用。
2.4 基因调控网络分析基因调控网络分析是研究基因调控过程的一种方法。
生物医学大数据分析与挖掘ppt课件
报告内容
一、生物医学大数据分析挖掘的几个方向 二、基于流感大数据发展流感预测预警新方法
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临床大数据分析与挖掘-流感危害性预测
y = 31.31 x - 8.85 R2=0.83
通过分析流感监测产生的大数据，社会经济大数据以及大 量基因序列，以及大量的相关性分析，发现了快速预测流 感病毒危害性的新方法
1，目前该方法已经申请了专利。 2，在使用我们的方法向WHO推荐疫苗参考株。 3，Nature Communcations, 2012.
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新华社发布的新闻：我国科学家发明流感 疫苗株快速选择新技术
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我国2013年华东地区H7N9溯源
进化分析
大规模病毒采样 与基因测序
Based on 7 seasons during 2002-2009.
Du et al. Nature Communications析与挖掘-流感疫苗推荐
大规模病毒采样 与基因测序
流感病毒关联 网络
疫苗推荐
该工作发表在《Nature Communications》上， 被选为亮点文章，并且同期《Nature》杂志也对 该工作进行了报道
商业大数据 生物医学大数据
智能交通
天气预报
股票
? 智慧医疗和
个性化医疗
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医院信息化产生海量临床数据
临床大数据
4
美国卫生信息化发展计划
2011年，美国卫生信息技术协调官办公室发布全国卫生信息化发展计划，计 划时限2011-2015
5
我国卫生信息化发展计划
35212工程
6
美国VS中国
美国 系统逐步成型、理念推广、政策制定、科 学研究
大数据的挖掘和分析技术及应用
大数据的挖掘和分析技术及应用在当今信息化的时代，大数据已经成为各行各业得以发展的重要基石之一。
大数据挖掘和分析技术，作为大数据的核心应用技术之一，其在商业、医疗、金融、政府等领域的应用得到越来越广泛的认可和重视。
本文从大数据挖掘和分析技术的基础知识出发，深入探讨了其发展历程和现有应用情况，并简单预测了其未来发展趋势。
一、大数据挖掘技术的概述大数据挖掘技术是指从海量数据中获取有价值信息的一种技术手段。
通过对数据的获取、处理、分析和模型建立，可以发现并提取其中的关联规则、异常点、趋势、模式等等。
其核心思想在于对数据进行加工，挖掘出其中的潜在价值，为机构或企业提供参考依据。
二、大数据分析技术的概述大数据分析技术是指将大数据进行筛选、计算、分析和可视化等一系列操作，得到有用的洞察和结论的技术。
它是一种好的决策工具，可为企业的经营管理、市场营销、风险管理和人才管理等提供有力的支持。
分析技术充分利用互联网各种数据源，从而挖掘其中鲜为人知的结果或信息，进而发现有利的营销机遇或其他商业模式。
三、大数据挖掘和分析技术的历史和现状大数据挖掘和分析技术得以迅速发展，受益于近几年国内外IT技术和通信技术的迅速发展，尤其是云计算、移动互联网和人工智能等技术的诞生和发展。
同时，大数据汇聚与存储的技术、新型应用模式以及跨界创新产物的兴起，也为大数据挖掘和分析技术打下了坚实基础。
在商业领域，各大企业为提高数据的价值和利用，积极在数据挖掘和分析领域做出尝试。
在福特、可口可乐、波音、华为、京东等国内外著名企业，业务实践中已经成功应用了各种大数据挖掘和分析技术，如基于数据挖掘的消费理解、基于征信评分的风险预测、基于机器学习的推荐系统等。
四、大数据的挖掘和分析技术应用领域商业领域是大数据挖掘和分析技术最广泛的应用领域之一。
比如对于营销市场部门而言，通过挖掘客户消费行为和产品偏好等信息，制定出更为合适的产品营销策略。
对于金融来说，数据挖掘和分析可以帮助预测债务信用风险、最大化利润等。
医学大数据分析和挖掘
医学大数据分析和挖掘引言医学大数据分析和挖掘是当前医学研究的热门领域。
随着时间的推移，今天的医学已经不再仅仅是以过去所熟知的人工方法来进行研究和分析。
通过使用计算机技术和各种算法转换，我们现在可以从各种各样的医学数据中更精准地获得信息和洞察力，以推动医学的发展。
一. 医学大数据的概念和特点医学大数据是指以医学研究为目的，获得的海量数据。
医学大数据的来源包括医院患者的病例记录、临床试验数据、生命科学数据等。
医学大数据的特点是样本数量庞大、特征复杂、数据精度高。
二. 医学大数据应用1. 电子病历数据分析随着信息技术的快速发展，越来越多的医院采用了电子病历系统。
医生可以通过电子病历系统快速记录、查看和管理患者的病历信息。
电子病历还可以与临床试验和公共卫生计划等其他医疗系统进行互联，从而实现更加智能化的医学服务。
医学大数据分析可以从电子病历系统中提取各种医疗信息，如就诊记录、实验室数据、处方信息等，为医疗保健提供更加准确和有效的支持。
2. 医学生物信息学医学生物信息学是一门交叉学科，将计算机科学和生物学相结合，用于分析生物学和医学系统中的数据。
生物技术已经开始广泛应用于新药研发、癌症研究、基因组学等领域。
医学大数据分析为这些生物技术的研究和发展提供了巨大的潜力，例如基因组学、转录组学和蛋白质组学，这些已经成为当代医学和生物科学研究的主要方法。
3. 临床试验数据分析临床试验数据是医学大数据中一项非常重要的领域。
临床试验一般是在新药上市前的必经之路，为了保证试验结果的科学性和客观性，需要进行多中心、大样本、双盲、随机、对照试验，从而产生大量高质量的数据。
医学大数据分析可以处理这些数据，以找到药物在不同人群中的疗效差异，以及药物副作用和安全性问题，并为临床试验的设计提供支持和改进。
三. 医学数据挖掘的方法和应用1. 聚类分析聚类分析是用于识别数据集中固有的结构的一种方法。
它将数据分组，并找到具有相似性的对象或数据点，并为每个组分配一个标签。
大数据分析在生物医学研究中的应用研究
大数据分析在生物医学研究中的应用研究在当今科技快速发展的时代，大数据已经成为信息时代的重要标志。
在各个领域中应用广泛，而在生物医学研究中的应用也越来越引人注目。
大数据分析在生物医学研究中的应用研究已经成为当今科学界的热门话题。
一、大数据分析在基因组学研究中的应用基因是生命体中的重要组成部分，对人类健康和疾病的发生具有非常重要的作用。
近年来，随着生物信息技术和计算机技术的发展，基因测序等高通量技术的出现，大量的生物医学数据不断积累。
如何从这些数据中挖掘出有用的信息，并应用到具体的目标研究中，成为了当前基因组学研究的重要课题。
利用大数据分析技术，可以对基因测序数据进行快速处理和分析，从而实现对基因序列、基因突变、基因表达、蛋白质互作等方面的研究。
例如，在癌症基因组学领域，大数据分析已经成为癌症生物学研究的重要手段之一，能够帮助科学家深入了解癌症的基因变异情况、蛋白质正常、异常表达情况等核心信息，从而为癌症的预防、诊断和治疗提供有力支撑。
二、大数据分析在临床医学研究中的应用在临床医学研究中，往往需要从大量的病人数据中分析出相关的信息，以此为基础进一步研究疾病的病因和治疗方法。
利用大数据处理技术，可以从临床记录、医学影像、检测指标等多个方面获取丰富的信息，进而进行多维度的数据分析和挖掘。
以糖尿病的研究为例，使用大数据分析技术进行病例数据的分析，可以从血糖水平、胰岛素水平、脂肪代谢等多个方面对患者的病情进行全面评估，从而为糖尿病的个性化治疗提供有力支撑。
三、大数据分析在药物研发中的应用药物研发是生物医学研究中的重要领域之一。
在过去的研发过程中，往往需要在动物身上进行很多实验，但由于动物研究具有一定的局限性，不可能完全还原真实的人体生理环境。
因此，大量的药物研发都需要使用人类数据进行临床试验，以此来评估药物的安全性和有效性。
而大数据分析正是在此过程中发挥着非常重要的作用。
利用大数据分析技术，可以对生物信息、生物样本、临床数据等大量数据进行分析，评估药物的安全性、有效性，甚至可以对药物的剂量进行优化。
大数据时代医学生物信息的挖掘和利用
大数据时代医学生物信息的挖掘和利用作者：时钢王兴梅黄志民洪松林闫妍高伟伟门天男来源：《医学信息》2014年第09期摘要：随着医院信息化的建设，医疗诊断手段进步和高通量实验设备的利用，医学数据呈现几何级数的增长表现出大数据的特征。
如何利用现在已有的医疗信息系统和在将来医学生物信息化建设的问题上，对医学研究、标本库建设、临床医疗、医疗卫生监管等都提出了巨大的挑战，也为生物医学研究带来了前所未有的机遇。
开展"大数据"相关研究工作对医院信息化建设、生物标本信息库建设是有着意义的。
这种研究技术的应用必将成为生物医药科学技术发展的趋势，也必将是未来生物信息研究领域的核心技术。
所以做好相关的技术知识了解、基础建设要求、人才培养内容是非常必要的。
大数据必将渗透到医学领域，改变着医学研究、医学临床、医学管理的实践。
关键词：大数据；海量存储；数据挖掘；标本库；医学生物信息；数据挖掘随着信息技术在医学临床和科研中的应用，临床医学、生物学、信息学发生了一次交叉融合，这种以生物大数据信息是未来生物医学研究发展的核心点。
这种以海量、高维度、数据变量复杂、为特征的数据结构，需要我们在传统的医学基础之上集数学、统计学、工程学、计算机信息科学的交叉综合、理论和实验相结合，建立新的新方法和手段。
使得我们的临床医学模式从经验医学进一步向循证医学转变，无序医疗向着有序医疗发展，医学研究也会进入从发现、研究、验证、应用到再发现、再研究、再验证、再应用的迭代式良性循环过程中。
1实现大数据的大价值是医学信息建设的新目标信息化时代各行业信息数据量呈现指数上升，医疗行业的数据信息增长更快。
经研究表明，未来10年医学数据将高爆式地增长，其增长来源于医院医疗信息运行数据的积累、新的临床信息系统的嵌入（如电子病例系统）、新医疗诊疗设备接入等。
随着医学的进步以生物芯片为代表的高通量生物技术的飞速发展，基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学的信息也会涌入医学生物信息领域。
生物医学中的大数据分析方法
生物医学中的大数据分析方法生物医学数据每天都在以迅猛的速度增长，无论是从基因组、蛋白质组还是临床医学研究等，都需要大量的数据。
尤其是在基因组学、医学影像学和医保管理等领域，大数据分析方法已经成为大势所趋，极大地推动了生物医学研究的发展。
本文将探讨这些大数据分析方法。
1. 生物统计学生物统计学是通过数理统计学和概率论来分析生物医学数据。
它可以适用于多个领域，包括生物医学和药理学等领域。
生物统计学为生物医学研究提供了数值方法，如要确定模式、检查假设和预测结果等。
通过生物统计学和生物信息学的整合，可以形成一个强大的分析工具箱，为生物医学研究提供稳健和可靠的数据分析手段。
2. 机器学习机器学习是利用统计学和人工智能的规律，建立模型来解决未知的问题。
例如，一个训练有素的机器学习模型可以用来分析、分类医学图像，快速地诊断肿瘤疾病或其他分子生物学问题。
另外，机器学习可以被用来挖掘庞大的生物医学数据库来找出医学领域中有价值的而且难以发现的关联性。
机器学习可以解决生物医学研究中的许多挑战，该技术可能会在未来的生物医学研究中扮演重要角色。
3. 数据挖掘数据挖掘是用计算机技术分析、分类、理解大量的数据的过程。
在生物医学研究中，数据挖掘可以帮助生物医学工作者从大量数据中发现新知识，以提高研究数据的价值。
因此，数据挖掘在医学研究领域中已经很流行，并被广泛应用。
4. 强化学习强化学习是通过编写一个智能算法，使之在累积足够的训练数据和反馈机制下，能够自主地优化和改进策略。
在医学影像处理领域，强化学习可以帮助机器可靠地分析医学图像，制定精确的医学决策，以及改进疾病模型来提高生命救治效果。
因此，在生物医学领域，强化学习是非常重要的方法之一。
总之，生物医学研究中的大数据分析方法已成为许多领域不可或缺的工具。
通过使用这些工具，我们可以更好地了解疾病的本质，以及有效的预防和治疗方法。
同时，大数据分析方法还可以帮助医疗保健提供更高效、协调和可靠的服务。
生物医学大数据的挖掘与应用
生物医学大数据的挖掘与应用随着科技的不断发展，生物医学领域中产生的数据量也逐年增加，这些数据中蕴藏着很多的健康信息和生物学知识，如何利用这些数据并挖掘出其中的有用信息并应用到临床医学中，成为一个重要的挑战和机遇。
一、生物医学大数据的意义生物医学大数据是指从基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、影像学等方面获得的大量生物学数据，这些数据对于研究人类健康和疾病机制、药物研发和临床治疗等方面具有重要的意义。
这些数据的产生曾一度成为生物医学领域的瓶颈，但随着科技的进步和仪器的改进，数据的产生已逐渐逐步爆发。
生物医学大数据的意义在于其有助于发现潜在的疾病标识物，这对于一些难以被识别的疾病是非常有意义的。
此外，通过大数据的探索，我们还可以更好地理解疾病的发生、发展机制及其影响因素，为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。
二、生物医学大数据挖掘技术生物医学大数据的挖掘与分析需要依赖于多种计算机科学和生物学的技术，包括机器学习、统计学、数据可视化、图像分析、神经网络等等。
机器学习技术是生物医学大数据挖掘中的最重要技术之一，有监督学习和无监督学习两种方式。
有监督学习需要一个数据集和已知的结果集，通过特定的算法建立模型、训练以及验证和测试，进而进行预测或分类。
而无人监察学习则不要特定的结果集，通过算法自行发现数据集的内在结构和关联性，从而挖掘出其中的信息。
另一个核心技术是数据可视化。
通过生物医学可视化方法，可以将科学数据转化为更高效甚至是美观的表格形式。
这有助于很好地理解数据中的分类、维度和关系，从而更好地发现数据中蕴含着的生物学信息。
三、生物医学大数据应用案例介绍1. 基于生物医学大数据挖掘的奶粉婴儿过敏预测近年来，婴幼儿过敏风险越来越高，针对奶粉过敏预测的研究也已成为生物医学领域的热门话题之一。
研究人员借助大数据技术，结合了体内和环境因素，对100万个不同因素作出检测，运用机器学习算法预测婴儿是否患有奶粉过敏，预测准确率达到了90.7%。
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我国卫生信息化发展计划
35212工程
美国VS中国
美国 系统逐步成型、理念推广、政策制定、科学研究 中国 系统建设和部署
临床大数据的特点与现状
临床大数据的采集与标准化
临床大数据- 沉睡的金矿
临床大数据
临床大数据分析与挖掘
临床大数据分析与挖掘-病因识别
相关性 分析
大数据驱动 的病因分析
/media/news_stories/2014/140313_2.html J Breast Cancer 2012 September; 15(3): 265-272
临床大数据分析与挖掘-个性化诊疗
P4 Medicine:
personalized: it takes into account a person’s genetic or protein profile. preventive: it anticipates health problems and focuses on wellness, not disease. predictive: it directs appropriate treatment and avoids drug reactions. participatory: it empowers patients to take more responsibility for their health and care.
报告内容
一、生物医学大数据分析挖掘的几个方向 二、基于流感大数据发展流感预测预警新方法
临床大数据分析与挖掘-流感危害性预测
y = 31.31 x - 8.85 R2=0.83
通过分析流感监测产生的大数据，社会经济大数据以及大 量基因序列，以及大量的相关性分析，发现了快速预测流 感病毒危害性的新方法
Inefficacy of the one-dose-fits-all approach. The average response rate of a cancer drug is the lowest at 25%.
Personalized medicine drugs for breast cancer as of July 2012
Based on 7 seasons during 2002-2009.
Du et al. Nature Communications 2012.
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临床大数据分析与挖掘-流感疫苗推荐
大规模病毒采样 与基因测序
流感病毒关联 网络
疫苗推荐
该工作发表在《Nature Communications》上，
Wu et al., 2010, Plos Computational Biology;
早期预测流感危害程度的计算模型在流感防控策略上具 有十分重要的应用价值，该工作在国内外引起重要关注
《流感重要的科学问题》
接种疫苗是控制流感传染最有效的手段
Vaccination
Every season, WHO will recommend trivalent vaccine composition: A/H1N1, A/H3N2, and B
https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/People/MaartenBraakhekke
临床大数据分析与挖掘-样本筛选
根据临床大数据中病人多方面的信息,选择满足生物医学研究/临床实验需 要的病人,获取相应样本. 相对于传统选择样本的方式，其优势在于： 选择面广，便于控制干扰因素，结果更明显; 节约人工和经济成本； 加快研究/实验进程
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世界卫生组织WHO：对中国地区 2/7；其他北半球地区4/7
1，目前该方法已经申请了专利。 2，在使用我们的方法向WHO推荐疫苗参考株。 3，Nature Communcations, 2012.
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新华社发布的新闻：我国科学家发明流感 疫苗株快速选择新技术
/connections/2010/Vol4_No1/features_pg2.asp /blog-41174-719048.html
The first human trial of a pioneering personalised cancer treatment developed at Oxford University will begin this week, with the potential to tackle a wide range of latestage cancers.
更深入的理解人类疾病 个性化诊疗 智能临床决策 医学研究方式的转变：假设驱动转变为数据驱动
临床大数据
卫生信息化发展计划
国家卫生信息化“十二五”规划“35212工程”
重点建设国家级、省级和地市级三级卫生信息平台 加强信息化在公共卫生、医疗服务、新农合、基本药物制度、综 合管理五项业务中的深入应用 建设电子健康档案和电子病历二个基础数据库 建设一个医疗卫生信息专用网络 逐步建设信息安全体系和信息标准体系
被选为亮点文章，并且同期《Nature》杂志也对
该工作进行了报道
Du, et al., 2012, Nature Communications.
新方法优于目前WHO使用的方法
我们预测的准确度: 对中国地区 6/7；其他北半球地区6/7。
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Based on 7 seasons during 2002-2009.
Treatment C Treatment D Treatment E
临床大数据分析与挖掘-健康评估
统计学建模
综合健康评估
临床大数据分析与挖掘-疾病预测预警
疾病分子标志物识别： ER/PR, bcl-2，p53, AFP，CEA等等
疾病风
险预测
健康指标异Risk = w1*SNP1+ w2*SNP2+…+ wi*SNPi
提高患者安全
降低药物差错和不良反应 改善用药与检验的顺序
提高医护质量
减少临床医生处理日常事务的时间 增加临床路径和临床指南的使用
提高医护信息传输的有效性
提高医嘱过程，降低成本 改变了现有处方的模式
/medical_electronics/2012/0101/article_2627.html
https:///entries/21548199-Understanding-Health-Risk-Reports
临床大数据分析与挖掘-个性化诊疗
The U.S. Food and Drug Administration defined personalized medicine as “the best medical outcomes by choosing treatments that work well with a person’s genomic profile or with certain characteristics in the person’s blood proteins or cell surface proteins”
生物医学大数据分析 与挖掘
报告内容
一、生物医学大数据分析挖掘的几个方向 二、基于流感大数据发展流感预测预警新方法
大数据时代
交通大数据 气象大数据 金融大数据
商业大数据 生物医学大数据
智能交通
天气预报
股票
? 智慧医疗和
个性化医疗
医院信息化产生海量临床数据
临床大数据
美国卫生信息化发展计划
2011年，美国卫生信息技术协调官办公室发布全国卫生信息化发展计划，计 划时限2011-2015
Grown in eggs Inactivated virus or live attenuated virus Injection (Flu shot)
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世界卫生组织(WHO)在全球建立了一个流感监控网络。
目前流感疫苗推荐不是非常有效
世界卫生组织WHO推荐疫苗的准确度不高：对中国地区 ：2/7 其他北半球地区：4/7
Google Flu Trends
/flutrends/
临床大数据分析与挖掘-临床决策支持
临床决策支持系统(CDSS)是用来帮助医生和其他医护人员做临床决策支持的交互式 计算机软件。现在常用的一些 CDSS包括Archimedes IndiGO, Auminence, DiagnosisOne, Dxplain等等。CDSS的发展趋势是与HER融合，成为后者的重要组 成部分。临床大数据将极大地改善此类系统的准确率。
Source: /2014/04/23/moreefficient-clinical-trials-with-tissue-phenomics/
临床大数据分析与挖掘-临床决策支持
Treatment A Treatment B
我国2013年华东地区H7N9溯源
进化分析
大规模病毒采样 与基因测序
Wu et al. 2013. Cell Host & Microbe
通过多源数据整合，我们发现H7N9是两次重 配的结果
Cell Host & Microbe. Oct 2013.
该工作对流感防控具有重要的指导意义
临床大数据的价值