楊雨衡 楊雪

【摘 要】綜述計(jì)算機(jī)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展前景，并介紹了計(jì)算機(jī)在信息檢索與網(wǎng)絡(luò)、生物專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、藥物不良反應(yīng)監(jiān)測(cè)、計(jì)算機(jī)輔助藥物研究、生物醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)等方面的應(yīng)用，提出了今后生物醫(yī)藥行業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)；生物醫(yī)藥；數(shù)據(jù)庫(kù)

一、信息檢索與網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)上的資源無(wú)窮無(wú)盡， 為生物醫(yī)藥研發(fā)工作提供了準(zhǔn)確、快捷的信息，一般可以通過(guò)網(wǎng)上綜合搜索引摯，如谷歌學(xué)術(shù)搜索（https：//scholar.google.com.hk/）、百度學(xué)術(shù)搜索（http：//xueshu.baidu.com/）；專(zhuān)業(yè)化的醫(yī)藥信息數(shù)據(jù)庫(kù)如Reaxys（https：//new.reaxys.com/），Scifinder（https：//scifinder.cas.org/），Elsevier（https：//www.elsevier.com），中國(guó)生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)等。此外，還包括MEDLINE（https：//www.nlm.nih.gov/bsd/pm

resources.html），U.S.FOOD& DRUG ADMIN

ISTRATION（https：//www.fda.gov），Pharmacy（https：//www.pharmacy.org）等藥學(xué)信息網(wǎng)站。

二、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)（computer aided drug design/computer assisted drug design）是以計(jì)算機(jī)為載體，綜合運(yùn)用物理、化學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科的基本原理和（統(tǒng)計(jì)）數(shù)學(xué)知識(shí)，對(duì)藥物研發(fā)的各個(gè)階段進(jìn)行輔助解釋、預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)。1962年，Hansch發(fā)表Hansch方程，首次實(shí)施藥物結(jié)構(gòu)與生物活性之間的定量構(gòu)效關(guān)系，計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始得以應(yīng)用于藥物設(shè)計(jì)研究。目前，計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)主要研究方向包括以下7個(gè)方面：虛擬小分子生成、大分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、定量構(gòu)效關(guān)系、藥效團(tuán)模型、分子對(duì)接、全新藥物設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)模擬。傳統(tǒng)的藥物研發(fā)不僅周期漫長(zhǎng)，而且耗費(fèi)大量的人力物力。計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的引入對(duì)整個(gè)研發(fā)過(guò)程都有一定的推動(dòng)作用，有時(shí)候甚至可以起到推動(dòng)藥物研發(fā)或者決定藥物研發(fā)成敗的關(guān)鍵因素。

三、生物醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)

隨著生物分析技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步， 生物醫(yī)藥領(lǐng)域的數(shù)據(jù)量已經(jīng)從以前的TB級(jí)上升到PB級(jí)，甚至EB級(jí)。世界各國(guó)紛紛建立生物醫(yī)藥領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)中心，如美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（The National Center for Biotechnology Information，NCBI）、歐洲生物信息研究所（European Bioinformatics Institute， EBI）、我國(guó)的華大基因、標(biāo)普醫(yī)學(xué)信息研究中心等機(jī)構(gòu)均持有的數(shù)十PB的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涵蓋醫(yī)學(xué)影像、電子病歷、基因序列、科學(xué)文獻(xiàn)等多種類(lèi)型。由于這些數(shù)據(jù)來(lái)源復(fù)雜、有較強(qiáng)的異質(zhì)特性，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建和數(shù)據(jù)管理方式提出了新的挑戰(zhàn)。目前，主要應(yīng)用的技術(shù)包括批處理、流處理、圖處理、迭代式高性能計(jì)算、高通量計(jì)算；針對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的挑戰(zhàn)，可考慮使用使能技術(shù)；針對(duì)異質(zhì)的海量數(shù)據(jù)，可考慮設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理中間件，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)數(shù)據(jù)的集中管理，例如IRods、skype等。生物醫(yī)藥學(xué)大數(shù)據(jù)處理的相關(guān)應(yīng)用中一些常用的核心算法，如：圖論算法、字符串算法、隨機(jī)化算法等，同時(shí)，嘗試設(shè)計(jì)異構(gòu)并行算法結(jié)構(gòu)、寬向量化機(jī)制、計(jì)算和I/O重疊方法等，實(shí)現(xiàn)基因排序、文本挖掘、藥物篩選、影像重構(gòu)等生物醫(yī)學(xué)健康領(lǐng)域的核心算法計(jì)算性能的提升。已開(kāi)展的相關(guān)研究如下：融合網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的重大及新發(fā)傳染病預(yù)警預(yù)測(cè)模型研究、面向典型疾病的高精度生物大分子三維結(jié)構(gòu)研究、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘理論與方法研究等。

四、藥物不良反應(yīng)監(jiān)測(cè)

藥品不良反應(yīng)（英語(yǔ)：adverse drug reaction，簡(jiǎn)稱(chēng)ADR）是患者在使用某種藥物治療疾病的時(shí)候產(chǎn)生的與治療無(wú)關(guān)的作用，而這種作用一般都對(duì)患者的治療不利。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)來(lái)開(kāi)展ADR研究已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。目前，主要包括ADR自發(fā)呈報(bào)系統(tǒng)、ADR醫(yī)院集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、ADR因果關(guān)系判斷等方面。雖然，目前國(guó)內(nèi)的ADR文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)從規(guī)模、功能上還有很多不足，許多學(xué)者嘗試把流行病學(xué)的原理、方法應(yīng)用到ADR的監(jiān)測(cè)工作中，解決了實(shí)際應(yīng)用中的許多難題。

五、計(jì)算機(jī)輔助診斷

計(jì)算機(jī)輔助診斷（computer aided diagnosis，CAD）是指通過(guò)影像學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)以及其他可能的生理、生化手段，結(jié)合計(jì)算機(jī)的分析計(jì)算，輔助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)病灶，提高診斷的準(zhǔn)確率。CAD已逐漸成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。主要包括以下四個(gè)方面：1.圖像預(yù)處理；2.感興趣區(qū)（region of interest，ROI）的分割；3.特征提取、選擇與分類(lèi)；4.腫瘤區(qū)域的識(shí)別。目前研究的熱點(diǎn)是將深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于CAD系統(tǒng)，有望解決基于傳統(tǒng)淺層機(jī)器學(xué)習(xí)的CAD問(wèn)題，提高輔助診斷的能力。

六、發(fā)展前景

雖然計(jì)算機(jī)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但與其它學(xué)科相比，在應(yīng)用的普及性、深入性上還有較大的差距。我國(guó)的生物醫(yī)藥行業(yè)正處于攻堅(jiān)克難、創(chuàng)新實(shí)干的關(guān)鍵時(shí)期，計(jì)算機(jī)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，多學(xué)科交叉融合，在未來(lái)的研究中必將會(huì)有更大突破。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]盧宇彤等.生物醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐平臺(tái)與關(guān)鍵技術(shù)[J].科研信息化技術(shù)與應(yīng)用，2017.8（1）3-9

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（吉林省四平市第一高級(jí)中學(xué)）