[發明專利]一種藥物新用途預測方法及裝置

有效

• 申請號: 202010534120.5
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111681720B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 鄭思;李姣
• 申請（專利權）人: 中國醫學科學院醫學信息研究所
• 主分類號: G16C20/70
• 分類號: G16C20/70;G06F18/2321;G06F18/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 錢娜

1.一種藥物新用途預測方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取藥物集合中藥物之間的相似度，其中藥物為已知至少一種藥物用途的藥物；

獲取因素集合中各層級的因素之間的相似度以及疾病集合中疾病之間的相似度，所述因素集合中各層級因素影響藥物在人體內的作用機制，所述因素集合中各層級的因素包括：靶標、通路和基因中的至少一種，靶標、通路和基因之間的層級關系為：通路為靶標的下一層，基因為通路的上下一層；

根據藥物之間的相似度、因素之間的相似度以及疾病之間的相似度，計算藥物至因素集合中第一層級的因素的轉移概率、因素集合中相鄰兩層級中上一層級因素至下一層級因素的轉移概率以及因素集合中最后一層級的因素至疾病的轉移概率，所述相似度用于度量同類對象之間的距離，所述轉移概率用于度量不同類對象之間的距離；

其中，計算所述藥物至因素集合中第一層級的因素的轉移概率、因素集合中相鄰兩層級中上一層級因素至下一層級因素的轉移概率以及因素集合中最后一層級的因素至疾病的轉移概率，包括：對于所述藥物至因素集合中第一層級的因素、所述因素集合中相鄰兩層級中上一層級因素至下一層級因素以及最后一層級的因素至疾病中計算轉移概率的任意兩個對象，以前者為第一對象，后者為第二對象，通過如下步驟計算第一對象至第二對象的轉移概率：構建所述第一對象對應的無向圖，其中所述無向圖以所述第一對象為節點，以所述第一對象之間的相似度作為所述無向圖中連接節點的邊的權重；獲取與邊的權重對應的轉移特征以及與節點對應的狀態特征；將所述轉移特征和所述狀態特征代入公式，計算所述第一對象至所述第二對象的轉移概率，所述公式如下：

其中Z(D)是規范化因子，f是邊的權重對應的轉移特征，邊的權重為節點之間的相似度，節點之間的相似度以S(d_i,d_j)表示，g為節點對應的狀態特征，狀態特征取決于藥物到疾病的已知目標鏈路覆蓋的節點，nd為對象總數，λ_i,j和μ_i為常數，且在計算每個第一對象至第二對象的轉移概率時采用相同的λ_i,j和μ_i，表示第i個第一對象至第k個第二對象，表示第j個第一對象至第k個第二對象，D為第一對象集合，向量表示所有第一對象至第k個第二對象的概率集合；

根據所述轉移概率，確定從所述藥物經過所述因素集合中各因素到達所述疾病的各條可能鏈路；

從所述各條可能鏈路中確定出目標鏈路，所述目標鏈路用于指示所述藥物可治療的疾病，并通過位于所述目標鏈路中的各因素示出所述藥物在人體內的作用機制。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：

以所述藥物集合中的藥物、所述因素集合中各層級的因素和所述疾病集合中的疾病分別作為深層網絡模型的一層的節點；

若同一層節點之間的相似度大于預設相似度，在相似度大于預設相似度的節點之間連接一條邊；

以相鄰兩層節點中前一層節點至后一層節點的轉移概率，在相鄰兩層節點之間構建一條邊。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：

對于所述藥物至因素集合中第一層級的因素、所述因素集合中相鄰兩層級因素以及最后一層級的因素至疾病中計算轉移概率的任意兩個對象，以前者為第一對象，后者為第二對象，從所述第一對象中確定根據所述相似度沒有計算出轉移概率的目標第一對象；

根據所述目標第一對象與其他第一對象之間的相似度，確定與所述目標第一對象匹配的第一對象；

將與所述目標第一對象匹配的第一對象存在轉移概率的第二對象作為與所述目標第一對象具有對應關系的第二對象。

4.一種藥物新用途預測裝置，其特征在于，所述裝置包括：

相似度獲取單元，用于獲取藥物集合中藥物之間的相似度，其中藥物為已知至少一種藥物用途的藥物，以及獲取因素集合中各層級的因素之間的相似度以及疾病集合中疾病之間的相似度，所述因素集合中各層級因素影響藥物在人體內的作用機制，所述因素集中的因素包括：靶標、通路和基因，靶標、通路和基因之間的層級關系為：通路為靶標的下一層，基因為通路的下一層；

概率獲取單元，用于根據藥物之間的相似度、因素之間的相似度以及疾病之間的相似度，計算藥物至因素集合中第一層級的因素的轉移概率、因素集合中相鄰兩層級中上一層級因素至下一層級因素的轉移概率以及因素集合中最后一層級的因素至疾病的轉移概率，所述相似度用于度量同類對象之間的距離，所述轉移概率用于度量不同類對象之間的距離；

其中，對于所述藥物至因素集合中第一層級的因素、所述因素集合中相鄰兩層級中上一層級因素至下一層級因素以及最后一層級的因素至疾病中計算轉移概率的任意兩個對象，以前者為第一對象，后者為第二對象，所述概率獲取單元，用于通過如下方式計算第一對象至第二對象的轉移概率：構建所述第一對象對應的無向圖，其中所述無向圖以所述第一對象為節點，以所述第一對象之間的相似度作為所述無向圖中連接節點的邊的權重；獲取與邊的權重對應的轉移特征以及與節點對應的狀態特征；將所述轉移特征和所述狀態特征代入公式，計算所述第一對象至所述第二對象的轉移概率，所述公式如下：

其中Z(D)是規范化因子，f是邊的權重對應的轉移特征，邊的權重為節點之間的相似度，節點之間的相似度以S(d_i,d_j)表示，g為節點對應的狀態特征，狀態特征取決于藥物到疾病的已知目標鏈路覆蓋的節點，nd為對象總數，λ_i,j和μ_i為常數，且在計算每個第一對象至第二對象的轉移概率時采用相同的λ_i,j和μ_i，表示第i個第一對象至第k個第二對象，表示第j個第一對象至第k個第二對象，D為第一對象集合，向量表示所有第一對象至第k個第二對象的概率集合；

第一確定單元，用于根據所述轉移概率，確定從所述藥物經過所述因素集合中各因素到達所述疾病的各條可能鏈路；

第二確定單元，用于從所述各條可能鏈路中確定出目標鏈路，所述目標鏈路用于指示所述藥物可治療的疾病，并通過位于所述目標鏈路中的各因素示出所述藥物在人體內的作用機制。