基于粒子群融合机器学习的高尿酸血症风险预测：仅依赖血常规的创新突破

研究人员为解决高尿酸血症预测难题，开展基于粒子群融合机器学习的研究，模型准确率达 97.8%，意义重大。

　　在健康管理的大舞台上，高尿酸血症正逐渐成为一个不容忽视的 “主角”。近年来，它的发病率持续攀升，而且越来越多的年轻人也被其 “盯上”。高尿酸血症就像一颗隐藏在身体里的定时炸弹，不仅与痛风紧密相关，还是慢性肾病、高血压、心脑血管疾病以及糖尿病等多种疾病的独立危险因素，严重威胁着人类健康。然而，这颗 “炸弹” 在早期却十分 “低调”，没有明显症状，使得患者很难察觉，往往在出现痛风或其他严重并发症时才被发现。

目前，诊断高尿酸血症的传统方法存在诸多弊端。一方面，大规模人群诊断成本高、耗时长；另一方面，现有的风险预测模型也存在问题，大多数模型需要同时使用血常规和生化指标作为输入特征，而生化检测既耗时又昂贵。并且，由于数据质量问题，部分模型准确率较低，还有一些深度学习算法训练的模型资源需求大、能耗高。因此，开发一种更高效、低成本的高尿酸血症风险预测模型迫在眉睫。

杭州师范大学等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项极具创新性的研究。他们构建了一种基于粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）与机器学习相融合的高尿酸血症风险预测模型，该模型仅依靠常规血常规数据就能准确评估高尿酸血症的风险。研究成果发表在《BMC Medical Informatics and Decision Making》上。

在研究过程中，研究人员用到了多种关键技术方法。首先，数据来源于浙江两个地区医院的体检和疾病记录，包含 26 项血常规特征。针对数据集中的类别不平衡问题，采用基于 SMOTE 的过采样方法进行处理。接着，运用 t 检验和 Cohen's d 值进行单因素分析，筛选出影响高尿酸血症的关键因素，再通过多元逻辑回归进一步确定相关指标。然后，选取逻辑回归（LR）、随机森林（RF）、支持向量机（SVM）、深度神经网络（DNN）和极端梯度提升（XGBoost）这五种机器学习方法作为基线模型，利用 PSO 算法对模型参数进行优化。最后，通过模型集成方法提升预测精度，并引入可解释人工智能（XAI）方法分析特征重要性。

研究结果令人瞩目：

1. 特征分析：通过 t 检验和 Cohen's d 值分析，发现中性粒细胞百分比（NEUT%）、中性粒细胞绝对值（ANC）、体重（WEIGHT）等多个特征在高尿酸血症组和非高尿酸血症组之间存在显著差异。经过多元逻辑回归分析，确定 LYM、NEUT%、ANC 等指标与高尿酸血症的发生相关。
2. 模型构建与评估：对五种基线模型进行参数调整和性能评估，结果显示 XGBoost 模型结合 SMOTE 方法在各项指标上表现出色。进一步使用 PSO 算法优化后，该模型的 AUC 达到 0.997，准确率为 0.973。在此基础上，采用 Stacking 和 Voting 两种模型集成方法，其中 Stacking 集成模型的准确率高达 0.978，相比之前的模型有了显著提升。
3. 模型性能对比：与其他先进模型相比，该研究提出的模型在预测准确率上提高了 11% 以上，展现出明显的优势。
4. 模型解释性：利用 XGBoost 模型计算特征重要性，结合 SHAP 和 LIME 等 XAI 方法，从不同角度分析了各个特征对模型预测的影响。结果表明，年龄（AGE）、体重（WEIGHT）等特征对模型输出影响较大。
5. 疾病风险预测平台：研究人员开发了健康画像平台，将风险预测模型集成到平台中。该平台已覆盖杭州临安 65 万常住人口的数据，拥有约 10000 名用户，访问量达 10 万左右，能够实现疾病风险的在线评估和健康管理。

这项研究意义非凡。从临床角度看，其构建的预测模型仅依靠血常规数据，大大降低了检测成本和检测周期，有助于高尿酸血症高危人群的及时诊断和干预，为临床医生提供了有力的辅助诊断工具。从公共卫生角度而言，该模型为大规模人群的高尿酸血症筛查提供了新的技术手段，有助于提高公众对高尿酸血症的认知和防控意识。此外，研究中采用的数据处理和模型优化方法，以及开发的疾病风险预测平台，为其他疾病的风险预测和健康管理提供了宝贵的经验和借鉴。不过，研究也存在一定的局限性，如数据来源有限可能影响模型的普遍性，数据不平衡和合成数据可能存在偏差等。未来，研究人员将继续优化模型，拓展数据来源，提升模型性能，让这一成果更好地服务于人类健康。