工具信息

• 名称：DeepRare
• GitHub：https://github.com/MAGIC-AI4Med/DeepRare
• 语言：Python

你手头有一份复杂的罕见病病例，症状描述、HPO术语、基因检测结果混杂在一起，想快速生成一个可解释的鉴别诊断列表？今天介绍的这个工具，就是你的“诊断外挂”。DeepRare 是一个基于大语言模型的多智能体系统，它能整合超过40个专业工具和最新的医学知识源，处理多种临床输入，生成带有透明推理链的排名诊断假设。简单说，它能把复杂的诊断过程自动化、可追溯化，帮你从海量信息中快速定位方向。这篇教程将手把手带你把它跑起来。

1. 环境准备与安装

首先，我们需要准备好运行环境。DeepRare 主要依赖 Python，并且需要 Java 环境来运行其集成的 Exomiser 工具（如果你需要进行基因层面的分析）。请确保你的系统满足以下条件：

• 操作系统：64位 Windows, Linux 或 macOS。
• 内存：至少 16GB，推荐 32GB。
• Python：版本 3.8 或更高。
• Java：版本 21 或更高（用于 Exomiser）。

第一步：克隆代码仓库并安装 Python 依赖
打开你的终端（Windows 用户请使用 PowerShell 或 CMD），执行以下命令：

# 1. 克隆 DeepRare 仓库到本地
git clone https://github.com/MAGIC-AI4Med/DeepRare.git
# 2. 进入项目目录
cd DeepRare
# 3. 安装所有必需的 Python 包（这个过程可能需要一些时间）
pip install -r requirements.txt

第二步：配置 ChromeDriver
DeepRare 的部分工具需要浏览器自动化来获取网页信息，因此需要安装 ChromeDriver。请根据你的操作系统操作：

1. 首先，查看你电脑上 Chrome 浏览器的版本（在 Chrome 设置 -> 关于 Chrome 中查看）。
2. 访问 ChromeDriver 下载页面，下载与你 Chrome 版本匹配的驱动程序。
3. 解压下载的文件。

• Linux/macOS 用户：将解压出的 chromedriver 文件移动到系统路径并赋予执行权限。

  sudo mv chromedriver /usr/local/bin/
  sudo chmod +x /usr/local/bin/chromedriver
  # 验证安装
  chromedriver --version
  

• Windows 用户：将解压出的 chromedriver.exe 文件放在一个你记得的目录下，例如 C:\chromedriver\。后续运行脚本时需要指定这个路径。

第三步：（可选）安装 Exomiser
如果你计划使用 DeepRare 的基因分析功能（处理 HPO+基因型输入），则需要安装 Exomiser。这是一个独立的 Java 程序。以下以 Linux/macOS 为例，Windows 用户请参考 README 中的链接下载预编译包。

# 下载 Exomiser 程序包和数据文件（数据文件很大，约20GB，请确保网络和磁盘空间）
wget https://data.monarchinitiative.org/exomiser/latest/exomiser-cli-14.1.0-distribution.zip
wget https://data.monarchinitiative.org/exomiser/latest/2410_hg19.zip
wget https://data.monarchinitiative.org/exomiser/latest/2410_hg38.zip
wget https://data.monarchinitiative.org/exomiser/latest/2410_phenotype.zip

# 解压程序包
unzip exomiser-cli-14.1.0-distribution.zip
# 解压数据文件到程序目录下的 data 文件夹
unzip 2410_*.zip -d exomiser-cli-14.1.0/data

安装完成后，建议将 Exomiser 的可执行文件路径（例如 exomiser-cli-14.1.0/bin/exomiser-cli）添加到系统的 PATH 环境变量，或者记住它的绝对路径。

第四步：获取 LLM API 密钥
DeepRare 的核心“大脑”是大语言模型。你需要至少一个 LLM 服务的 API 密钥。系统支持 OpenAI, Anthropic Claude, Google Gemini, DeepSeek 等。这里以获取 OpenAI 的 API Key 为例：

1. 访问 OpenAI 平台，注册/登录。
2. 在 API Keys 页面，创建一个新的密钥并复制下来。
3. 在你的终端中，设置环境变量（每次打开新终端都需要设置，或写入 ~/.bashrc 等配置文件）。

   export OPENAI_API_KEY='你的-api-key-字符串'
   

   Windows (PowerShell) 用户：

   $env:OPENAI_API_KEY='你的-api-key-字符串'
   

2. 核心功能演示：基于 HPO 术语进行诊断推理

DeepRare 最核心的功能是接收临床输入，输出诊断假设。输入可以是自由文本、结构化的人类表型本体（HPO）术语，或者 HPO 术语加上基因型。我们这里演示最常用的场景：输入一组 HPO 术语，让系统进行诊断推理。

首先，我们需要下载 DeepRare 运行所需的知识库数据。项目提供了一个 Hugging Face 数据集。

# 在 DeepRare 项目根目录下执行
# 使用 huggingface-cli 工具下载数据库文件
huggingface-cli download Angelakeke/DeepRare --repo-type=dataset --local-dir ./database

接下来，我们来看如何运行一个完整的诊断流程。项目提供了方便的 Shell 脚本。我们需要先配置脚本。

打开项目根目录下的 inference.sh 文件，你需要修改几个关键配置：

# 以下是 inference.sh 文件中需要你修改的部分示例
export OPENAI_API_KEY="sk-..." # 替换为你的真实 API 密钥
# 如果你使用其他模型，比如 Claude，则设置 ANTHROPIC_API_KEY
# export ANTHROPIC_API_KEY="your_key_here"

CHROMEDRIVER_PATH="/usr/local/bin/chromedriver" # Linux/macOS 用户，如果 chromedriver 在 PATH 里，可以直接写 `chromedriver`
# Windows 用户示例：CHROMEDRIVER_PATH="C:\chromedriver\chromedriver.exe"

# 输入文件路径。系统自带了一个示例输入文件 `./database/test.json`
INPUT_FILE="./database/test.json"
# 输出结果将保存在这个目录
OUTPUT_DIR="./results"

现在，让我们看看这个示例输入文件 ./database/test.json 里是什么结构。你可以用文本编辑器打开它。它定义了患者的表型信息（HPO术语）。

// 文件：./database/test.json
// 这是一个示例输入，定义了一个患者的 HPO 表型列表
{
  "hpo": ["HP:0001250", "HP:0000252", "HP:0004322", "HP:0001249", "HP:0100543"] // 这里是一组 HPO ID
  // HPO:0001250 代表“癫痫发作”， HP:0000252 代表“小头畸形”等等。
}

配置好脚本后，在终端运行它：

# 在 DeepRare 项目根目录下，赋予脚本执行权限（首次运行需要）
chmod +x inference.sh
# 运行诊断推理脚本
bash inference.sh

当脚本运行时，DeepRare 系统会启动：

1. 中央主机（LLM） 会读取输入的 HPO 列表。
2. 它会调用不同的专业智能体服务器，例如：
   • omim_search.py：查询 OMIM 数据库获取疾病信息。
   • pubcase_finder.py：在病例报告库中寻找相似病例。
   • search_pubmed.py：检索最新的相关医学文献。
   • hpo_search.py：深入查询 HPO 本体的关系。
3. 每个智能体使用其专业工具完成任务，并将证据返回给中央主机。
4. 中央主机综合所有证据，进行多轮推理，最终生成排名的诊断假设列表和完整的推理链。

3. 运行效果说明

脚本运行完成后，结果会保存在你指定的 OUTPUT_DIR（默认为 ./results）目录下。输出可能是一个 JSON 文件或结构化的文本报告。

典型的输出会包含：

• 排名靠前的疾病诊断：例如“Rett syndrome”、“MECP2 duplication syndrome”等，每个疾病会有一个置信度分数或排名。
• 支持该诊断的证据：例如，引用了哪些 OMIM 条目、哪些 PubMed 文章 ID、与哪些 HPO 术语匹配。
• 透明的推理链：以自然语言描述系统是如何一步步从症状推导到这个诊断的，例如：“患者有小头畸形(HP:0000252)和癫痫发作(HP:0001250)，这常见于MECP2相关疾病。通过查询OMIM发现Rett综合征(OMIM:312750)完全符合这些表型…”。

这个输出不仅给出了诊断方向，更重要的是提供了可追溯、可验证的理由，这对于临床决策支持和科研分析至关重要。

4. 处理自由文本临床描述

如果你的输入是一段自由的临床文本描述（例如出院小结的主诉部分），DeepRare 也提供了预处理功能，可以从中自动提取 HPO 术语。使用项目提供的另一个脚本：

# 运行自由文本提取 HPO 的脚本
bash extract_hpo.sh

这个脚本会调用 hpo_extractor.py 等模块，利用 LLM 将非结构化的文本“翻译”成结构化的 HPO ID 列表，为后续的诊断推理做准备。

小结与适用场景

DeepRare 是一个强大的、模块化的罕见病辅助诊断研究工具。它特别适用于以下场景：

1. 临床研究者：对疑难病例进行快速的、基于证据的鉴别诊断筛查，辅助生成研究假设。
2. 生物信息学分析：在完成基因测序（如外显子组测序）后，将候选基因变异与患者表型（HPO）结合，进行优先排序和解读。
3. 医学教育：通过其透明的推理链，学习罕见病与表型之间的复杂关联。

完整用法、基因分析模式 (inference_gene.sh) 以及系统评估脚本 (eval.sh) 的详细说明，请务必参考项目官方 README 文档。

常见问题提示

1. 网络问题：DeepRare 的许多工具需要访问外部数据库和搜索引擎（PubMed、OMIM等）。请确保你的网络环境能够顺畅访问这些国际学术网站，否则可能触发重试或超时错误。
2. API 费用与速率限制：使用商业 LLM API（如 OpenAI）会产生费用，并且有调用频率限制。对于大量病例的分析，请关注你的 API 使用量和成本。可以考虑使用 DeepSeek 等性价比更高的 API，或者按照 README 指导配置本地模型。
3. Exomiser 数据路径：如果你使用基因分析功能，务必在运行 inference_gene.sh 前，检查并正确配置 Exomiser 的安装路径和数据路径，否则基因分析模块将无法工作。

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本文首发于微信公众号【生信之灵】
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