本发明涉及疾病预测领域，具体涉及一种基于呼出气的认知障碍预测系统。
背景技术：
1、疾病的早期检测至关重要。据认为，疾病被诊断出的时间越早，疾病被治愈(或成功控制)以及患者获得较好的预后的可能性就越大。如果可以对疾病进行早期筛查和治疗，那么疾病的进一步恶化可以被预防或延缓，治疗效果可以被提高(例如延长患者生命、提高患者的生活质量)等。
2、阿尔茨海默病(alzheimer's disease，ad)是老年人最常见的慢性神经系统疾病之一，也是全球65岁以上老年人死亡的主要原因之一。阿尔茨海默病的发病率逐年上升，造成了巨大的社会经济负担。轻度认知障碍(mild cognitive impairment，mci)是阿尔茨海默病前期的一个重要阶段，早期识别并采取有效的预防措施可以防止患者发展为阿尔茨海默病。
3、然而，由于早期症状不明显、患者自身的认识程度不高、检查流程繁琐及费用高等原因，轻度认知障碍往往发展到较为难以干预和治疗的阶段(例如痴呆或阿尔茨海默病)时才被诊断出。据统计，每年有15％-20％的轻度认知障碍患者发展成阿尔茨海默病。因此，需要对目标人群(例如中老年人)进行大规模筛查，以实现轻度认知障碍的早期检测。然而，大规模筛查需要处理的数据量大且通常依赖人工分析，整个过程费时费力、成本高昂，且数据分析的结果主观性强、复杂且难以量化。因此，很多疾病的大规模筛查难以普及，特别体现在轻度认知障碍的早期筛查中。
4、现有技术中，认知功能障碍类疾病的诊断方式包括量表评估，计算机断层扫描成像(ct)、磁共振成像(mri)、单光子发射计算机断层成像(spect)等影像学检查，脑脊液检查等。具体地，当患者具备认知功能障碍的表现时，自己或其家属才会前往医院就诊。问诊时，医生通常会给予患者纸质量表(组合)并根据患者的测试结果进行初步评估，并结合其他检查结果来筛选出疑似认知功能障碍的患者。由此可见，量表评估虽然无创，但复杂繁琐、耗时久、工作量大、效率低，而且结果受主观影响较大。此外，患者还可能出现对认知功能障碍类疾病认识程度和诊断配合度较低，由于听力、视力、理解能力衰退、文化程度较低等原因，无法独立与医生交流及完成量表而依赖家属转达等情况，这使得轻度认知障碍的早期检测(特别是在基层、较广人群中大规模筛查)和及时的针对性治疗与预防的难度较大。影像学检查虽然直观、准确，但成本高、缺乏动态监测能力，轻度认知障碍患者的早期成像无明显变化。腰椎穿刺脑脊液检查有创且疼痛，不适合早期筛查或体检。近年来出现的血液标志物检测虽然比影像学和腰椎穿刺脑脊液检测更无创、方便，但准确性有待评估。
5、呼出气组学是一种评估和量化人体各种生理和病理过程产生的挥发性有机化合物(vocs)的呼出代谢物的方法，目前已应用至癌症(例如肺癌、乳腺癌、结直肠癌)和呼吸系统疾病(例如结核病、covid-19)的诊断。文献《a detection model for cognitivedysfunction based on volatile organic compounds from a large chinesecommunity cohort》公开了可以利用挥发性有机化合物来检测认知障碍(cognitivedysfunction，cd)，然而，其仅能够实现对认知障碍(包括轻度认知障碍和痴呆)患者和健康人群的区分，以及阿尔兹海默患者和轻度认知障碍患者的区分，难以区分轻度认知障碍和健康人群，进而无法应用至轻度认知障碍患者的早期筛查。
技术实现思路
1、第一方面，本发明提供了一种基于呼出气的认知障碍预测系统，其特征在于，包括：
2、数据库，用于存储数据，所述数据的类型包括呼出气voc数据和基线数据，所述呼出气voc数据包括甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷和甲基环己烷；所述数据包括来自样本人群的样本数据和来自受试者的受试者数据；
3、数据获取模块，用于获取所述数据，并将所述数据存储于所述数据库；
4、模型训练模块，所述模型训练模块利用机器学习算法对所述样本数据进行训练学习，从而确定轻度认知障碍预测模型；
5、预测模块，所述预测模块通过所述数据获取模块获取所述受试者数据，并调用所述轻度认知障碍预测模型对所述受试者数据进行分析，用以预测所述受试者发生轻度认知障碍的概率。
6、在一些实施例中，所述基线数据包括年龄和教育程度。
7、在一些实施例中，所述机器学习算法选自逻辑回归、随机森林、k-近邻、xgboost、支持向量机、xgboost和随机森林的集成学习模型。
8、在一些实施例中，所述呼出气voc数据由微型气相色谱仪测定。
9、在一些实施例中，所述系统还包括判断模块，所述判断模块用于根据所述数据库所存储的所述受试者数据的类型，选定相应的轻度认知障碍预测模型。
10、在一些实施例中，当所述受试者数据的类型为所述呼出气voc数据时，所述判断模块判断为选定第一轻度认知障碍预测模型。在一些实施例中，所述第一轻度认知障碍预测模型的特征变量包括甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷和甲基环己烷。
11、在一些实施例中，当所述受试者数据的类型为所述呼出气voc数据和所述基线数据时，所述判断模块判断为选定第二轻度认知障碍预测模型。在一些实施例中，所述第二轻度认知障碍预测模型的特征变量包括甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷、甲基环己烷、年龄和教育程度。
12、在一些实施例中，所述预测模块根据所述判断模块的判断结果，调用选定的所述轻度认知障碍预测模型，进而预测所述受试者发生轻度认知障碍的概率。
13、在一些实施例中，所述受试者的年龄至少为50岁。
14、第二方面，本发明提供了一种标志物组在制备检测轻度认知障碍的试剂盒中的用途，其特征在于，所述标志物组包括甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷和甲基环己烷，所述试剂盒包括用于检测所述标志物组在所述受试者呼出气样品中的含量的检测试剂。
15、在一些实施例中，所述标志物组还包括年龄和教育程度。
16、在一些实施例中，所述呼出气样品的样品量至少为600毫升。
17、在一些实施例中，所述检测的方式包括气相色谱法。
18、与现有技术相比，本发明的有益技术效果至少包括：
19、本发明筛选出“甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷和甲基环己烷”这8个特征变量，并基于上述8个特征变量构建出轻度认知障碍预测模型及系统。本发明发现，基于上述8个特征变量构建的轻度认知障碍预测模型的auc均能保持在较高水平(例如0.70以上)。这实际上表明，本发明筛选出的这8种vocs可以作为检测轻度认知障碍的标志物组，来准确区分轻度认知障碍患者和认知正常人群，适用于应用至广大人群的轻度认知障碍早期筛查。基于这8种vocs构建出的轻度认知障碍预测模型能够较佳地区分轻度认知障碍患者和认知正常人群，以有效评估受试者发生轻度认知障碍的概率。
20、现有技术虽然存在一些通过量表、影像学、脑脊液检查来诊断认知功能障碍的方法，但其很难实现轻度认知障碍的早期筛查。轻度认知障碍患者可能在记忆力、语言和其他认知功能上表现出减退，但在生活和社会功能上没有表现出异常。轻度认知障碍患者在早期阶段表现出的症状往往难以察觉，因此可能错过介入治疗的较优时期。当患者或者其周围人士意识到患者本人可能患有认知功能障碍时，该患者可能发展到较为难以干预和治疗的阶段、甚至已发展成难以逆转的痴呆或阿尔茨海默病。本发明提供的轻度认知障碍预测系统只需要受试者的部分呼出气voc数据，无需多种检查和量表，即可对受试者的轻度认知障碍发生风险进行预测，有利于轻度认知障碍的早期筛查和降低发展成其他疾病(例如阿尔茨海默病或痴呆)的风险。
21、此外，本发明提供的轻度认知障碍预测系统还可以结合部分基线信息(例如年龄和教育程度)来更准确地预测受试者的轻度认知障碍发生风险。
22、由于本发明提供的轻度认知障碍预测系统不涉及体液检查、影像学检查等费用较高(甚至可能是侵入性的)检查，也无需受试者填写量表，程序简单、价格低廉，因此受试者接受度和配合度高。本发明提供的轻度认知障碍预测系统和方法，不受年龄、文化程度的限制，也不受就诊过程中沟通和理解上的障碍、医生个人经验的影响，能够相对客观和无创地对受试者数据进行分析和预测，尤其适用于对较大人群(例如社区、体检中心)进行轻度认知障碍的初步筛查和早期检测。
23、综上所述，本发明提供的轻度认知障碍预测系统，不仅有助于辅助临床评价，而且有助于个体化预测，适用于多种应用场景(例如，基层医疗机构、家庭、医院、体检中心)和人群。
1.一种基于呼出气的认知障碍预测系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基线数据包括年龄和教育程度。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器学习算法选自逻辑回归、随机森林、k-近邻、xgboost、支持向量机、xgboost和随机森林的集成学习模型。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括判断模块，所述判断模块用于根据所述数据库所存储的所述受试者数据的类型，选定相应的轻度认知障碍预测模型。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述受试者数据的类型为所述呼出气voc数据时，所述判断模块判断为选定第一轻度认知障碍预测模型，所述第一轻度认知障碍预测模型的特征变量包括甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷和甲基环己烷。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述受试者数据的类型为所述呼出气voc数据和所述基线数据时，所述判断模块判断为选定第二轻度认知障碍预测模型，所述第二轻度认知障碍预测模型的特征变量包括甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷、甲基环己烷、年龄和教育程度。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述预测模块根据所述判断模块的判断结果，调用选定的所述轻度认知障碍预测模型，进而预测所述受试者发生轻度认知障碍的概率。
8.一种标志物组在制备检测轻度认知障碍的试剂盒中的用途，其特征在于，所述标志物组包括甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、4-乙基辛烷、4-甲基癸烷、2,4,6-三甲基癸烷和甲基环己烷，所述试剂盒包括用于检测所述标志物组在所述受试者呼出气样品中的含量的检测试剂。
9.如权利要求8所述的用途，其特征在于，所述标志物组还包括年龄和教育程度。
10.如权利要求8所述的用途，其特征在于，所述呼出气样品的样品量至少为600毫升。
