医疗科研Python数据清洗与分析

第二周课程 · 从原始数据到科研洞察的完整流水线

课程基本信息

培训对象:具有基础Python知识的医疗科研人员

课时安排:1天(6小时,含2小时分组实战)

核心工具:Pandas | NumPy | Matplotlib | Scikit-learn | Lifelines

模块1:医疗数据预处理核心工具链

09:00-10:30

1.1 Pandas医疗数据处理专训

临床数据加载技巧:

import pandas as pd
# 多源医疗数据合并
demo_df = pd.read_excel('患者人口学.xlsx')
lab_df = pd.read_csv('检验报告.csv', parse_dates=['采集时间'])
merged = pd.merge_asof(
  demo_df.sort_values('就诊时间'),
  lab_df.sort_values('采集时间'),
  left_on='就诊时间',
  right_on='采集时间',
  by='患者ID',
  tolerance=pd.Timedelta('2h'))

1.2 NumPy医学计算加速

生物信号处理:

from scipy.signal import butter, filtfilt
def bandpass_filter(data, lowcut, highcut, fs, order=5):
  nyq = 0.5 * fs
  low = lowcut / nyq
  high = highcut / nyq
  b, a = butter(order, [low, high], btype='band')
  return filtfilt(b, a, data)

模块2:统计分析可视化实战

10:45-12:30

2.1 临床统计核心方法

生存分析全流程:

from sksurv.linear_model import CoxPHSurvivalAnalysis
model = CoxPHSurvivalAnalysis(alpha=0.1)
model.fit(X_train, y_train)
concordance = model.score(X_test, y_test)

2.2 学术级可视化

import matplotlib.pyplot as plt
plt.style.use('seaborn-talk') # SCI期刊推荐样式
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8,6))
for group in groups:
  kmf.fit(durations[group], events[group], label=group)
  kmf.plot_survival_function(ax=ax, ci_show=True)
ax.set(xlabel='Time (months)', ylabel='Survival Probability')
ax.spines['top'].set_visible(False)
ax.spines['right'].set_visible(False)
plt.savefig('KM_curve.tiff', dpi=300, format='tiff')

模块3:生物医学专用工具

13:30-15:00
数据类型 处理难点 工具组合
基因组数据 VCF文件解析 PyVCF + Seaborn
医学影像 DICOM元数据 PyDICOM + SimpleITK
电子病历 非结构化文本 正则表达式 + SpaCy

模块4:全流程综合实战

15:15-18:00

COVID-19临床预测模型案例

# 从原始数据到预测模型的全流程
clinical_df = pd.read_sas('raw_data.sas7bdat')
clean_df = (clinical_df
  .pipe(fill_missing, method='ffill')
  .pipe(add_prognostic_scores)
  .query('随访时间 > 30'))
X_train, X_test = train_test_split(clean_df, test_size=0.3)
model = RandomSurvivalForest().fit(X_train, y_train)
plot_calibration_curve(model, X_test, y_test)
课后交付:
1. 医疗数据清洗Jupyter Notebook模板
2. 常用生物医学Python库conda环境配置指南
3. SCI图表代码库(含Kaplan-Meier、森林图等)