劉江濤 邢輝

【摘要】 生物大數(shù)據(jù)可視化的實現(xiàn)能夠?qū)蒲泄ぷ魅藛T對海量復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、多角度觀察提供極大的幫助。生物數(shù)據(jù)量越大，復(fù)雜性越強烈，生物大數(shù)據(jù)可視化的作用就越加重要。文章主要針對生物大數(shù)據(jù)可視化的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】 生物大數(shù)據(jù) 大數(shù)據(jù)可視化 發(fā)展趨勢

在以往的10余年中，生命科學(xué)的各個領(lǐng)域得到了快速的增長，并且累積了海量的數(shù)據(jù)信息。海量的數(shù)據(jù)信息類型多樣，數(shù)量驚人，擁有巨大的潛在價值。如果采用傳統(tǒng)的處理方式來對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理不僅僅需要大量的人力、物力投入，而且還會使得失誤率大大提升。在這一情況下，生物大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)運而生。

一、大數(shù)據(jù)及其技術(shù)

大數(shù)據(jù)是一種區(qū)別于傳統(tǒng)意義的研究模式，其與傳統(tǒng)模式中以個別案例作為研究對象的方式不同，其需要使用大規(guī)模的數(shù)據(jù)來開展研究。大數(shù)據(jù)最為顯著的特征就是包括：1）海量數(shù)據(jù)。伴隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，2009-2012年在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有數(shù)以千百萬計的患者的病歷并采用電子格式保存[1]。電子病歷形式的數(shù)據(jù)給予了利用大量患者數(shù)據(jù)開展醫(yī)學(xué)研究的機(jī)會。2）類型多樣。基因測序技術(shù)在細(xì)胞領(lǐng)域的各個層面都形成了組學(xué)系統(tǒng)。同時，很多數(shù)據(jù)都是呈現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化的狀態(tài)，給醫(yī)療信息化的進(jìn)步帶來了巨大的空間；3）形成速度快。當(dāng)前大數(shù)據(jù)的增長數(shù)據(jù)依然處于持續(xù)增加的狀態(tài)中。在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，預(yù)計2019年采用電子病歷形式存儲的患者將會增加10倍。

二、生物大數(shù)據(jù)應(yīng)用

生物大數(shù)據(jù)不僅僅擁有大數(shù)據(jù)的特點，而且同時還擁有生物數(shù)據(jù)的特征，生物大數(shù)據(jù)擁有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)多樣化、數(shù)據(jù)價值高等重要特征。就當(dāng)前生物大數(shù)據(jù)的應(yīng)用狀況來看，生物大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有待進(jìn)一步的深入開發(fā)，根據(jù)生物大數(shù)據(jù)的上述特征，其能夠在醫(yī)療健康、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、食品健康領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

三、生物大數(shù)據(jù)可視化的現(xiàn)狀

1、測序數(shù)據(jù)。測序數(shù)據(jù)能夠?qū)⒈槐葘χ粱蚪M中的所有數(shù)據(jù)類型通過圖像的形式顯現(xiàn)出來。其對于基因組數(shù)據(jù)展示模式大部分現(xiàn)存瀏覽器的相同特征：1）將染色體位置作為索引的基因組數(shù)據(jù)視圖；2）以參考基因組為標(biāo)準(zhǔn)提供位置坐標(biāo)軸；3）優(yōu)越的交互性與可定制性，可以根據(jù)不同需求來隱藏或裝載相關(guān)內(nèi)容[2]。

2、分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)分子生物是物理、化學(xué)與生物學(xué)緊密聯(lián)系的重要學(xué)科，其主要關(guān)注3D與4D復(fù)雜形狀與功能關(guān)系的探索，成像捕捉、顯微觀察等技術(shù)給其研究工作提供了直觀的視圖數(shù)據(jù)。例如，軟件Para View在使用過程中，使用者可以利用其通過定性預(yù)定量的方式選取大海量的數(shù)據(jù)快速建立三維視圖模型，并且可以從隨意一個角度來進(jìn)行分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致觀察。蛋白質(zhì)等類型大分子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其內(nèi)部的位置關(guān)系與詳細(xì)情況需要海量的運算空間，所以三維視圖軟件的使用相對于二維軟件來說需要更加強勁的算法設(shè)計，因此軟件的硬件設(shè)備也需要相應(yīng)的提高，以支持軟件的運算。為了全面提升海量數(shù)據(jù)的處理能力，Para View可以使用分布式存儲計算資源，能夠在超級計算機(jī)中來進(jìn)行運算，從而實現(xiàn)可視化。

3、臨床數(shù)據(jù)。雖然電子病歷的普及范圍是在不斷擴(kuò)大，然而非統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)模式對于獲取患者資料有著一定的阻礙[3]。鑒于改善這一問題，F(xiàn)latiron技術(shù)建立Oncology Cloud就能夠歸納整理來自多渠道的患者詳細(xì)信息與患者恢復(fù)情況，并且還可以對數(shù)據(jù)集進(jìn)行分類研究。醫(yī)生不單單可以利用Oncology Cloud搜索到同類病人的治療結(jié)構(gòu)，還可以實時搜索到以往不同治療方式下不同的療效。又例如，Chimera軟件可以將分子結(jié)構(gòu)、序列對比、軌跡等數(shù)據(jù)整合起來，以形成高質(zhì)量的動畫效果。另外，針對臨床數(shù)據(jù)的可視化軟件還包括能夠?qū)崿F(xiàn)核小體定位與組蛋白分析的可視化等。

四、生物大數(shù)據(jù)可視化新技術(shù)展望與挑戰(zhàn)

首先，在目前擁有的海量數(shù)據(jù)中存在著大量的冗余，因此在未來的生物大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)發(fā)展趨勢中可以將數(shù)據(jù)分類歸納，采用統(tǒng)一的規(guī)格來進(jìn)行存儲，降低數(shù)據(jù)存儲與處理的成本，提升數(shù)據(jù)的易用性。其次，由于生物大數(shù)據(jù)都是位于不同的研究機(jī)構(gòu)的，因此可以建立相關(guān)的通信協(xié)議，在通信協(xié)議的支持下可以實現(xiàn)同一界面對異地數(shù)據(jù)的可視化。最后，生物大數(shù)據(jù)的多樣性與海量性給數(shù)據(jù)挖掘帶來了巨大的困難，為了提升生物大數(shù)據(jù)的挖掘，在實現(xiàn)生物大數(shù)據(jù)可視化的過程中要在保證實用性的基礎(chǔ)上提升軟件的人性化水平，兼顧到使用者的體驗感，提供更加友好的人機(jī)交互界面。

五、結(jié)束語

生物大數(shù)據(jù)可視化工作種類多樣，針對不同需求有不同的工具來實現(xiàn)可視化。基于更徹底、更好的挖掘有效數(shù)據(jù)，生物大數(shù)據(jù)可視化工具的開發(fā)趨勢已經(jīng)朝著擁有統(tǒng)計分析功能的一站式集成軟件發(fā)展。伴隨著科技的進(jìn)步，未來的生物大數(shù)據(jù)可視化工具將會更加人性化、更加美觀、更加實用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周琳 ， 孔雷 ， 趙方慶.生物大數(shù)據(jù)可視化的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)[J].Science Bulletin， 2015， （Z1）：547-557.

[2]蘇咪咪.大數(shù)據(jù)的“豆形”可視化及其在資本市場中的應(yīng)用[J].科學(xué)與管理， 2014， （06）：3-8.

[3]第一次“中國生物大數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法研討會”在重慶第三軍醫(yī)大學(xué)召開[J].中國衛(wèi)生統(tǒng)計， 2015， （01）：145.