本發(fā)明屬于骨關(guān)節(jié)炎診療，具體涉及一種用于骨關(guān)節(jié)炎病因診斷、置換關(guān)節(jié)預(yù)后和關(guān)節(jié)健康預(yù)測的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、至2019年，全球約有5.28億人患有骨關(guān)節(jié)炎，自1990年以來增長了113％。約73％的骨關(guān)節(jié)炎患者年齡在55歲以上，且60％為女性。膝關(guān)節(jié)是最常受累的關(guān)節(jié)，患病人數(shù)達3.65億，其次是手關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)。當(dāng)出現(xiàn)關(guān)節(jié)嚴(yán)重退變、頑固性疼痛、關(guān)節(jié)功能受限、出現(xiàn)關(guān)節(jié)畸形或骨贅增生、保守治療無效時，需進行關(guān)節(jié)置換手術(shù)，以減輕疼痛、改善功能和提高生活質(zhì)量。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2011至2019年，中國的人工髖膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)量呈現(xiàn)快速增長的趨勢。全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(tka)從2012年的5.4萬例增長到2019年的37.4萬例，復(fù)合年增長率為32％。隨著人口老齡化進展，關(guān)節(jié)置換手術(shù)的數(shù)量不斷增長，與之對應(yīng)的是關(guān)節(jié)翻修手術(shù)的數(shù)量也隨之增加。

2、關(guān)節(jié)置換手術(shù)主要分為兩種：tka和單髁間膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(uka)。術(shù)后并發(fā)癥是導(dǎo)致假體使用壽命較短和翻修率較高的主要原因，包括感染、疼痛和假體無菌性松動等。1)關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍感染一旦發(fā)生，處理極具挑戰(zhàn)性。在某些情況下，只針對經(jīng)驗性的幾種可能的病原體進行菌培養(yǎng)。這是因為在實際操作中，可能基于患者的病史、臨床表現(xiàn)和其他實驗室檢測結(jié)果，選擇最有可能的病原體進行培養(yǎng)。值得注意的是，在處理假體感染的細菌培養(yǎng)時，存在培養(yǎng)陰性的情況。培養(yǎng)陰性并不意味著沒有感染，而是可能由于多種因素導(dǎo)致細菌難以被常規(guī)培養(yǎng)方法檢測到。例如，抗生素的使用；細菌生物膜的形成；以及某些生長緩慢的細菌無法及時檢測到。2)關(guān)節(jié)置換術(shù)后的疼痛管理是一個重要問題，部分患者術(shù)后可能會出現(xiàn)不明原因的疼痛，影響關(guān)節(jié)功能和生活質(zhì)量。一般術(shù)后減少止血帶的使用時間，或者采取冷凍療法，即使用冰袋敷在手術(shù)部位以減輕疼痛。3)假體部件之間的反復(fù)摩擦產(chǎn)生磨損顆粒，可誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，激活巨噬細胞釋放促炎細胞因子，促進破骨細胞活化，導(dǎo)致骨吸收和假體松動。骨質(zhì)疏松患者的骨密度較低，骨小梁結(jié)構(gòu)脆弱，難以有效支撐假體。此外，術(shù)后繼發(fā)感染進一步破壞骨組織，加速假體松動。

3、長期隨訪發(fā)現(xiàn)，uka的翻修率高于tka。因為uka主要針對單間室病變，術(shù)后剩余間室還需要治療，以控制該關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎進展。骨關(guān)節(jié)炎是一種與年齡相關(guān)的退行性關(guān)節(jié)疾病，不僅局限于單個關(guān)節(jié)，還可能累及全身多個關(guān)節(jié)，如膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、手關(guān)節(jié)和脊柱。關(guān)節(jié)置換手術(shù)是治療終末期骨關(guān)節(jié)炎的有效手段，而非治療的終點。并且，骨關(guān)節(jié)炎可能同時影響多個關(guān)節(jié)，這種情況在在老年患者中更為常見。因此，關(guān)節(jié)置換術(shù)后其它未受累或輕度受累的關(guān)節(jié)仍需通過藥物、康復(fù)治療或生活方式調(diào)整等方法進行管理。亟需開發(fā)一種基于關(guān)節(jié)置換術(shù)中獲取的關(guān)節(jié)軟骨組織的系統(tǒng)，直接且準(zhǔn)確的發(fā)掘潛在致病因素，有效預(yù)防關(guān)節(jié)置換術(shù)后并發(fā)癥并管理患者其他關(guān)節(jié)的健康。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于骨關(guān)節(jié)炎病因診斷、置換關(guān)節(jié)預(yù)后和關(guān)節(jié)健康預(yù)測的系統(tǒng)，所述預(yù)后是指評估置換關(guān)節(jié)的術(shù)后并發(fā)癥和康復(fù)情況。所述預(yù)測是指預(yù)測單髁置換術(shù)后膝骨關(guān)節(jié)炎(單髁間關(guān)鍵置換剩余間室骨關(guān)節(jié)炎)或其它關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎進展。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的一種用于骨關(guān)節(jié)炎病因診斷、置換關(guān)節(jié)預(yù)后和關(guān)節(jié)健康預(yù)測的系統(tǒng)，包括骨關(guān)節(jié)炎病因診斷單元以及關(guān)節(jié)置換手術(shù)預(yù)后和預(yù)測單元。

3、所述骨關(guān)節(jié)炎病因診斷單元用于檢測待測骨關(guān)節(jié)炎病人置換關(guān)節(jié)軟骨組織的骨關(guān)節(jié)炎特征表達譜，并通過predict_proba方法將其歸為4個聚類簇之一。

4、所述骨關(guān)節(jié)炎特征表達譜，其包括以下14個基因，acan、comp、col2a1、col1a1、mmp13、adamts4、ccr2、mcp1、cox2、ntrk1、cgrp、il1-ra、trpv4、piezo1。

5、所述4個聚類簇，分別為cluster_0、cluster_1、cluster_2和cluster_3，其中，cluster_0中col1a1、il1-ra、trpv4高表達，ntrk1、cgpr低表達，cluster_1中adamts4高表達，il1-ra低表達，cluster_2中ccr2、mcp1、ntrk1、cgpr高表達，trpv4、piezo1低表達，cluster_3中ccr2、mcp1、ntrk1、cgpr高表達。用于檢測待測骨關(guān)節(jié)炎病人置換關(guān)節(jié)軟骨組織的骨關(guān)節(jié)炎特征表達譜具體為：采用qpcr技術(shù)對置換關(guān)節(jié)軟骨組織mrna表達進行定量分析，qpcr檢測以3-磷酸甘油醛脫氫酶為內(nèi)參基因，以這整個群體平均表達水平為對照，結(jié)果以均值呈現(xiàn)，數(shù)值大于1為高于平均水平，小于1為低于平均水平。

6、所述關(guān)節(jié)置換術(shù)預(yù)后和預(yù)測單元是在骨關(guān)節(jié)炎病因診斷單元分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，檢測待測骨關(guān)節(jié)炎病人置換關(guān)節(jié)軟骨組織的微生物組成結(jié)構(gòu)，分析軟骨微生物dna沉積，對骨關(guān)節(jié)炎病因診斷單元聚類分析結(jié)果進行補充和修正，基于補充修正結(jié)果對置換關(guān)節(jié)進行預(yù)后評估、以及對患者其它關(guān)節(jié)或單髁置換術(shù)后膝骨關(guān)節(jié)炎進展進行預(yù)測。

7、所述置換關(guān)節(jié)軟骨組織的微生物包括但不限于afipia、anoxybacillus_a、brevibacillus_d、brevibacillus、comamonas、cutibacterium、diaphorobacter、pseudomonas、ralstonia、sphingomonas、stenotrophomonas、streptococcus、xanthomonas。

8、基于微生物dna沉積對骨關(guān)節(jié)炎病因診斷單元聚類分析結(jié)果進行補充和修正的依據(jù)為：cluster_1和cluster_2高微生物dna沉積，cluster_0的xanthomonas、bacillus_a、pseudomonas_e、streptococcus和klebsiella含量高，同時sphingomonas、anoxybacillus_a、acinetobacter含量低；cluster_1的acinetobacter和comamonas含量高，同時streptococcus含量低；cluster_2的sphingomonas、anoxybacillus_a、ralstonia、afipia、bradyrhizobium、streptococcus含量高；cluster_3的stenotrophomonas含量高而klebsiella、bradyrhizobium、cupriavidus、cutibacterium、comamonas含量低。

9、檢測待測骨關(guān)節(jié)炎病人置換關(guān)節(jié)軟骨組織的微生物組成結(jié)構(gòu)，具體為：采用2brad-m對骨關(guān)節(jié)炎軟骨組織進行測序分析，將測序得到的短序列與物種特異性標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫進行比對，分析微生物群落的物種組成和相對豐度，根據(jù)相對豐度的大小確定含量高低。

10、所述置換關(guān)節(jié)進行預(yù)后評估具體為：在骨關(guān)節(jié)炎病因診斷單元的基礎(chǔ)上，結(jié)合置換關(guān)節(jié)軟骨微生物dna沉積情況，對置換關(guān)節(jié)進行預(yù)后并進行個性化的預(yù)防或治療，包括感染預(yù)防、感染事件進行針對性治療、術(shù)后疼痛進行管理、預(yù)防關(guān)節(jié)假體松動或促進假體骨整合等。

11、所述對患者其它關(guān)節(jié)或單髁置換術(shù)后膝骨關(guān)節(jié)炎進展進行預(yù)測具體為：在骨關(guān)節(jié)炎病因診斷單元的基礎(chǔ)上，結(jié)合置換關(guān)節(jié)軟骨微生物dna沉積情況，預(yù)測患者骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展，并進行個性化的預(yù)防或者治療。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1)通過檢測置換關(guān)節(jié)的軟骨組織基因表達情況和微生物dna沉積情況，有助于判斷骨關(guān)節(jié)炎的病因和關(guān)節(jié)置換的潛在風(fēng)險；2)判斷全膝關(guān)節(jié)置換或者膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)之后感染的可能性，有針對性的進行預(yù)防，如選擇抗生素、劑量和治療持續(xù)時間；3)判斷假體骨整合的情況，可通過關(guān)節(jié)原位注射、改善腸道營養(yǎng)、制定康復(fù)計劃等手段調(diào)整關(guān)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)和代謝，促進假體骨整合，防止假體無菌性松動；4)明確骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病的原因，確定單髁置換術(shù)后膝骨關(guān)節(jié)炎或者是患者其它關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的個性化治療方案；5)用于追究關(guān)節(jié)置換術(shù)后疼痛的根本原因，通過抗炎等方式減輕關(guān)節(jié)置換術(shù)后疼痛。