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临床信息系统 概述产生和应用范畴 1 临床信息系统 临床信息系统 climcalInfoimationsystem CIS 是指利用计算机软硬件技术 网络通信技术对病人信息进行采集 存贮 处理 传输 为临床医护和医技人员所利用 以提高医疗质量为目的的信息系统 临床信息系统CIS相对于医院信息系统HIS而言 是两个不同的概念 HIS是以处理人 财 物等信息为主的管理系统 CIS是以处理临床信息为主的管理系统 HIS是面向医院管理的 是以医院的人 财 物为中心 以重复性的事务处理为基本管理单元 以医院各级管理人员为服务对象 以实现医院信息化管理 提高医院管理效益为目的 而CIS是面向临床医疗管理的 是以病人为中心 以基于医学知识的医疗过程处理为基本管理单元 以医院的医务人员为服务对象 以提高医疗质量 实现医院最大效益为目的 因此 二者的区别是十分明显的 见表1 2 表lHIS与CIS的主要区别 3 1临床信息系统 HIS是以事务管理为主要内容 它的功能明确 数据易于结构化 其采集 处理方法简单而固定 例如患者的医疗费用管理 药品的库存 发放管理 人事档案管理 CIS以医疗过程为主要内容 而医疗过程是一个基于医学知识和医疗经验的推理 决策的智能化过程 由于面对的患者个体性强而重复性差 数据不易结构化 其采集及处理涉及到医学知识的表达和应用 医疗经验以及决策化支持 因此较之HIS更加复杂和困难 例如电子病历 专家诊疗系统 4 CIS与HIS既相互区别 又相互依存 相互关联 例如住院登记属HIS 但它所采集的病人一般信息是CIS的信息基础 再如 在HIS和CIS中我们都涉及了实验室信息系统 LaboratoryInformationsystem LIS 但在HIS中 主要注重申请 检查 结果的事务性过程中对数据和信息流的管理 以及自动划价收费管理 而在CIS中 更注重信息在临床诊断 治疗中的作用 例如将检验结果与电子病历中的症状 体征信息进行综合分析 经临床支持系统 做出诊断或制定治疗计划 所以 在完整的LIS NIS NurseInformationsystem 护理信息系统 等信息系统中都会涉及二方面内容 第一是对一般性信息的管理 例如姓名 年龄 化验数值 价格等 第二是对医学专业知识信息的采集 处理和智能分析 前者应归入HIS 后者应归入CIS 而就这些系统本质而言 是为临床服务的 属于CIS范畴 HIS是CIS的基础 CIS是HIS发展的必由之路 从医院管理内涵来看 CIS是本质 是核心 因为医院管理的根本是围绕病人的诊疗过程展开的 医院的社会和经济效益主要来自于这个过程 本章除介绍CIS的概念 与HIS的关系 还将介绍CIS的产生 应用 CIS的范畴 发展方向 最后将在本章和以下几章介绍国内外已应用的几个主要信息系统 5 2临床信息系统的产生和应用 政策演变是临床信息系统产生的外因医疗服务是临床信息系统产生的内因发达国家临床信息系统的应用我国临床信息系统的启动 6 2 1政策演变是CIS产生的外因 以美国为例 早期HIS的应用 主要是为了减轻医院为支付保险费用的工作量 以及支持自动处理庞大的药品数据和检验报告数据 但自20世纪80年代 美国保险政策和技术发生了很大变化 为了遏制过度增长的保险费用支出 只对某些疾病类型或某些治疗措施支付保险费用 其支付金额取决于诊断相关组 DRG 分类法 例如一位病人诊断为支气管哮喘 DRG编号为097 可支付4531美元 而诊断为哮喘合并慢性阻塞性肺气肿 DRG编号为088 则可支付7455美元 而DRG又取决于病历资料的综合分析 这就要求医院信息系统中应包括更多的病人临床医疗信息 另一方面 DRG限额补偿政策促使医院改变自己的运营理念 由过去通过消耗过多医疗资源 向病人收取大量服务费来获取最大利润 转而通过努力降低成本 从限额中获取尽可能大的盈利 为达到这个目的 就要加强对临床医疗信息本身的分析研究 统计调控 以便采用 少而精 的医疗措施 省而好 的医疗资源 达到良好的医疗效果 总之 政策的变化 经济利益的驱使 使得医院必然将重点由管理信息转向临床信息 要求医务人员依托CIS管好医疗资源的分配 例如美国某研究所的一个小组研究结果表明 使用CIS后 医院开支可以减少12 6 7 2 2医疗服务是CIS产生的内因 医院的职能是为病人提供医疗服务 使病人恢复健康 即医院消耗了医疗资源换取病人康复 然而治疗相同的疾病 在不同地区 不同医院和不同医生间存在很大差异 如果医疗资源的消耗可以用价格来标识 那么治疗结果的标识就是疗效 医院之间的竞争 除了价格 更主要的是疗效 而疗效的实现 必须对整个诊疗过程中的病人临床信息进行最优化的管理 正是由于上述内因和外因 临床信息系统应运而生 CIS是以病人为中心的 为提高医疗质量列临床医疗信息进行管理的系统 它的直接用户是医生 护士 医技人员 8 2 3发达国家临床信息系统的应用 20世纪80年代中期 美国政府医疗卫生政策的变化 个人计算机及网络技术的发展 催生了CIS 20世纪90年代CIS在美国及西欧的发达国家被提出并实施 1977年 荷兰与美国的专家在 国际医学信息学 杂志发表了特别论文 面对21世纪医学信息学的挑战 将下一代的医学信息学命名为 临床信息学 前世界医学信息学会主席 美国JohnsHopkins大学M J Ball在1977年 第二届中日医学信息学会议 暨 第十七届日本医学信息学大会 上做了专题报告 临床信息学 新世纪的指南 她满怀激情地提出 面向下一个世纪的变化 我相信医学信息学将引导我们进入未来 我们将在新的领域里工作 这个新的领域我称之为临床信息学 国外应用CIS的范例很多 如美国马萨诸塞州波士顿市的BethIsrael医院 瑞士日内瓦市的Cantonal大学医院 荷兰Leiden大学医院等 美国医疗信息和管理协会 HIMSS 每年都对美国医疗机构的CIO或信息部门负责人进行一次IT技术应用情况的问卷调查 2002年对4000多位CIO的调查报告显示 对于 美国医院CIO最关心的问题 选择 加强住院病人临床信息系统的建设 达42 位居第三 对于 CIO认为目前最重要的应用 选择 临床信息系统 达74 位居第一 因此 在美国等发达国家 CIS已进人迅速发展和普及时期 9 2 4我国临床信息系统的启动 20世纪的最后几年 随着我国医药卫生体制改革的深入 医院管理体制和运行机制改革的推行 促使医院从计划经济逐步向市场经济转轨 激烈的医疗市场竞争促进了医疗信息化建设 特别是城镇职工医疗保险制度 新的医疗诉讼规定更促使了CIS在中国的启动 首先 医疗保险中的各种偿付规定 例如保险基金偿付限额 按总额付费 按病种付费和被保险方按比例付费 都促使医院通过降低医疗成本 提高医疗质量来吸引参保病人 其次 医疗诉讼中 医疗行为举证倒置原则 将使医疗信息有可能公之于众 因此 加强对临床医疗信息的采集 存储 处理和利用 创造最好的疗效 已到了非执行不可的境地 CIS启动顺理成章 我国近几年来CIS的研究开发取得了一些成效 主要体现在医学图像系统和实验室信息系统的推广应用方面 卫生部2002年公布的 医院信息系统基本功能规范 中已将医生工作站和护士工作站列为临床信息系统的两个组成部分 但是 我国CIS的研制和应用尚处在初级阶段 许多课题有待我们探讨和实践 10 3临床信息系统范畴 临床信息系统是一个广义的范畴 它包括了所有以临床信息管理为核心的系统 主要有电子病历 护理信息系统 医学图像存档及通信系统 放射信息系统 实验室信息系统 临床监护信息系统 手术麻醉信息系统 专家决策支持信息系统 临床诊疗指导 临床诊疗路径等等 随着临床医学理论和技术的发展 计算机网络技术的发展 新的系统还会不断产生 在本节 将概括介绍临床信息系统范畴内的各个主要分支 对于一些研制成熟并推广应用的大型信息系统 如护理信息系统 电子病历 医学图像存档及通信系统 实验室信息系统 我们将分别在后续章节予以详细介绍 本节还要着重介绍放射信息系统和临床决策支持系统 尽管临床决策支持系统尚不成熟 国内亦未应用 但它仍是CIS中最具活力 最有前途的一个分支 11 3临床信息系统范畴 电子病历和医生工作站系统护理信息系统和护士工作站系统实验室信息系统和医学图像存储传输系统放射学信息系统人工智能与临床决策支持系统其他应用类型 12 3 1电子病历和医生工作站系统 1 电子病历电子病历 ElectronicPatientRecord EPR 是指用计算机信息技术 以电子信息为载体 记录病人发病情况 病情变化和诊疗情况的病案 电子病历不仅包含了纸质病历的所有信息 更重要的是 它能将纸质病历中各种类型的信息都变为计算机能识别和理解的结构化数据予以输入 存储 处理 查询 EPR与HIS是相互关联的 一方面EPR从HIS获得病人 医生 仪器 设备等相关信息 另一方面 EPR中的临床信息可借助HIS 被医院各部门利用 提升医院的管理水平和经济效益 可借助医疗决策支持系统 提高医疗质量 可借助于广域网 实现信息共享 为远程医疗 教学科研提供平台 电子病历是CIS的核心 有关内容 我们将在电子病历章节中专题介绍 13 2 医生工作站系统 卫生部2002年颁发的 医院信息系统基本功能规范 下称 规范 新增加了医生工作站 并将其作为临床信息系统的构成部分 它对医生工作站系统的定义是协助医生完成日常医疗工作的计算机应用程序 规范 分别以 门诊医生工作站分系统 和 住院医生工作站分系统 具体制定了它们的功能 分析这些功能 可见它们在实质上是HIS的一部分 但正向CIS过渡 因此 医生工作站系统已成为HIS和EPR之间的一座桥梁 它从HIS延伸到EPR 将HIS中患者 药品 医生等信息带进EPR 并成为它的基础之一 国外先进的医生工作站系统除了支持EPR的实现 还提供对诊疗工作的临床决策支持功能 14 2 医生工作站系统 临床决策支持功能 首先 医生工作站系统可为医生提供医学知识和专家经验的即时查询 医生在门诊和病房诊治病人时 经常需要得到关于诊断 鉴别诊断 药物治疗的各种参考信息 以便及时解决面对的疑难病例 通过对www的在线查询 特别是通过医生工作站系统对查询信息进行自动筛选过滤 即时得到最需要和准确信息是十分重要的 英国伯明翰城市医院 cityHospital 的医生工作站系统是一个成功的范例 其次 医生工作站系统含有的各种智能化的知识库也起了极大的作用 最常见的是药物知识库 它可以提供各种电子文档的药物信息 药理 用法 禁忌证 不良反应等以供查询 可以与医嘱系统相联互动 对药物的极限量 配伍禁忌 过敏史及时发出警告 还可以根据诊断 化验检查结果提出用药建议 15 3 2护理信息系统和护士工作站系统 1 护理信息系统 NursingInformationSystem NIS 它是指利用计算机软硬件技术 网络通信技术 帮助护士对病人信息进行采集 管理 为病人提供全方位护理服务的信息系统 早在20世纪60年代就产生了NIS的雏形 它主要是用文本形式的非结构化自然语言 来传递护理信息和建立护理文档 完成日常的护理工作 随着系统化整体护理的推广应用 NIS进一步发展为主要用结构化的护理信息和护理知识库 形成护理诊断 制定护理措施 进行护理评估 NIS和HIS是相互关联的 一方面NIS从HIS获得大量的人 财 物方面的基本信息 另一方面 N1S产生的大量护理质量信息又依托HIS传输到各个部门和子系统 为各部门共享 并成为医院信息全面管理的一部分 16 2 护士工作站系统 2002年卫生部颁发的 医院信息系统基本功能规范 指出 护士工作站系统 是协助护士对患者完成日常的护理工作的计算机应用程序 其主要任务是协助护士核对并处理医生下达的长期和临时医嘱 对医嘱执行情况进行管理 同时协助护士完成护理及病区床位管理等日常工作 分析 规范 制定的具体功能 可以发现 它们在实质上还是HIS的一部分 但正向CIS过渡 因此 护士工作站系统是NIS和HIS间的一座桥梁 它从HIS延伸到NIS 成为NIS的基础之一 并最终被NIS取代 17 3 3实验室信息系统和医学图像存储与传输系统 实验室信息系统 LaboratoryInformationSystem LIS 是应用计算机 网络技术 对临床实验室信息进行采集 存储 处理 传输 查询 并提供分析 诊断支持的信息系统 LIS早于20世纪70年代已在发达国家推广应用 由于医院每日必须重复处理大量实验数据 耗费大量人力 对LIS有需求性 而临床实验数据易于结构化和标准化 新型实验仪器具备数字接口 则为LIS提供可行性 因此 LIS成为最早应用的医学信息系统之一 我们将在LIS章予以详细介绍 18 3 3实验室信息系统和医学图像存储与传输系统 医学图像存储与传输系统 PictureArchivingandCommunicationSystem PACS 是应用数字成像技术 计算机技术和网络技术 对医学图像进行存储 传输 检索 显示 打印而设计的综合信息系统 PACS主要分为医学图像获取 大容量数据存储 图像显示和处理 数据库管理和传输图像的网络五部分组成 支持PACS运行的重要网络标准和协议是DICOM3 0 PACS产生于20世纪80年代 由于数字化成像设备如CT MRI等在医院的普及 医学图像数量剧增 以及现代信息技术的发展 催生了PACS 并迅速在医院推广应用 我国自21世纪初以来得到快速发展 我们将在PACS专题中详介 19 3 4放射学信息系统 1 RIS概念放射学信息系统 RadiologyInformationSystem RIS 是指利用计算机技术 对放射学科室管理的数据信息 包括图片影像信息 实现输入 处理 传输 输出自动化的计算机软件系统 随着计算机技术的不断发展 RIS的信息输入 输出方式多样化 数据分析处理的能力不断增强 RIS涉及的一般数据信息包括受检者 病人或体检者 信息 检查申请信息 检查结果及结论信息 以及科室运作 管理的其他辅助信息 RIS不同于一般信息系统之处 在于R1S还包含对复杂的图像信息处理 以及与PACS的集成 RIS一般具有预约 登记 影像处理 报告 信息查询统计等功能 随着医学影像学的发展 医院开始设立影像科 把依靠医学影像技术进行诊断 治疗的科室进行统一管理 因为这些科室的医疗业务过程是类似的 同时 原应用于放射科的RIS应用不断得到扩展 目前的RIS已成为包含核磁共振 MRI 超声波 内窥镜等医学影像科室的信息系统 或者说 把这些科室的信息系统也归为RIS 下面以金仕达卫宁公司开发的RIS为例 予以介绍 20 放射医学相关参考网址 华人影像诊疗网 21 1 系统构架技术良好的系统构架将有利于构建一个功能组合灵活 权限控制方便 运行安全稳定的RIS 早期的RIS大多是基于某一平台 单一的可执行文件 由于RIS涉及的图像领域多样化 RIS用户科室配置的个性化 单一的RIS界面难以满足应用需求 采用统一框架 配以丰富可选功能模块 使用户可以灵活配置系统功能和界面 是RIS构架技术的发展方向 2 报告模板构建技术RIS的基本工作流程和要求在各医学影像科室是比较一致的 如申请登记 预约安排 统计查询等 各科室差异最大的是检查报告内容 业务逻辑 报告格式 因此 熟悉各科室的业务逻辑 为其开发相应的报告模板框架是RIS研制的关键技术之一 要求框架能表达 容纳相应专业的各种业务逻辑 并使用户能方便地 不断地丰富报告模板 2 RIS研制开发基础 关键技术 22 3 图像处理技术图像信息是RIS要处理的一类特殊信息 由于不同科室有不同形式的静态图像和动态影像 RIS必须对其进行有效的获取 必要的格式转换和显示处理 图像处理能力的强弱是RIS技术水平的重要指标 要进行RIS开发 必须掌握一定的图像处理技术 4 图像存储传输技术由于RIS涉及各种图像 影像数据 其数据量巨大 而且图像存储格式又多种多样 因此 RIS设计中 存储技术的选定和存储方案的制定也是关键技术之一 目前 在这方面R1S应和专门处理图像存储传输的PACS集成 即使作为独立产品 也宜于直接采用或移植PACS的有关技术 5 程序升级技术由于计算机技术的发展和RIS需求的变化 RIS常需要不断升级更新 最好解决方法是基于良好的模块化系统构架 采用智能升级解决方案 原有程序包含足够的版本状态信息 升级程序可检测现有程序版本和升级组件的相容性 自动决定升级并更新相应组件 从而支持网络远程升级 使升级方便 快捷 安全 2 RIS研制开发基础 关键技术 23 1 一般事务和系统配置RIS应具备下列一些基本功能 用户管理和登录 由于医疗工作要求绝对的安全性 无论单机或网络RIS 必须有用户管理和登录控制 所有系统的合法用户必须先注册登记 一般由主任或主任授权完成 用户使用系统前必须输入用户名和口令进行登录 身份验证 用户权限管理 对合法用户 仍然需要根据其工作岗位和职责的不同 对其使用系统功能的权限进行分配 一般先定义具有一定权限的 角色 或 岗位 然后把具体工作人员归到各 角色 可以在 角色 权限基础上增加或去除某人的某权限 常用字典维护 系统需要对其用到的字典及有关参数选项提供维护和设置界面 如科室设置 报告类型 没备登记 预约排班 报告项目 注意事项等字典 系统参数根据系统没计要求而各不相同 医技号规则设置 影像科等医技科室在检查登记时 首先应该给予影像图片标识号 如放射科的 x线号 cT室的 cT号 不同的医院 科室可能采用不同的编号策略 通常 系统能够通过 医技号生成器 进行设置 以适应不同的需求 又不致产生错误 这是RIS必有的一种设置 3 RIS各模块介绍 24 2 检查预约模块很多影像检查由于检查资源限制或检查准备要求 需要进行检查预约 因此 RIS应提供检查预约功能 预约资源的定义和组织是预约工作的基础 要有较好的资源描述结构 适应灵活 3 检查登记模块检查之前必须对检查申请的有关信息进行登记 包括病人身份信息 住院或门诊信息 申请人 检查要求等 若和HIs联接 应可通过住院号或病人卡号 各种病人身份卡 获取病人信息 具有医生工作站的 还可获得住院病人的医嘱信息和收费信信息 3 RIS各模块介绍 25 4 图像采集模块图像采集是图像处理的基础 图像采集模块一般以图像来源的不同形式 格式 而分别对待 影像科室的图像来源一般可分为数值图像 模拟图像 光学图像等几大类 每大类内又有多种形式 RIS针对不同的图像类别采用不同的图像采集技术 RIS的图像采集模块若能灵活支持下述多种图像采集方式 则能很好地适应各种应用 对数值图像的采集 是相对低成本的 主要技术是对各种数值图像格式的识别和转换 对常见的数值图像来源是带DICOM数值图像接口的影像设备 如比较新型的CT机 MRI机 DSA机 只要用户购买了DICOM接口 可以比较容易地获取其数值图像 此外 cR DR的图像信息也是数值化了的 即使不提供DICOM接口 也可以某种方式获取其图像数据 数值图像一般分辨率较高 在获取 传输过程中是无损耗的 模拟图像 即视频图像 又分标准视频和非标准视频 往往有多种输出方式 如复合视频 S VIDEO RGB 射频等 常见的此类检查设备有带显示屏幕的x线胃肠机 DSA机 超声仪 电子内窥镜等 此类图像需要通过支持相应接口的视频采集卡来采集 RIS应能支持不同档次的采集卡 以便用户选择 一般宜采用中 高档采集卡 很少用低档卡 光学图像是指直接反光或透光而形成的 或通过显微镜等光学仪器获得的图像 如x线片 纸面图像 照片 显微镜图像等 这类图像也需要一种相应的转换设备 如扫描仪 数码相机 摄像机 对用模拟摄像机的 还需进一步用视频采集卡把视频信号转换成数值图像 26 5 检查报告模块RIS的检查报告模块 关键是报告模板的建立和应用 报告的内容 格式各专业各不相同 通过相应模板的使用 能极大地简化 方便报告内容的输入 提高工作效率 对常见报告 只需简单操作即可完成 但同时应具有灵活性 允许修改 调整 以对复杂情况作出准确的报告 6 报告查询模块系统应对已完成的检查和报告提供查询手段 一般应能对检查登记的各项数据进行单独或组合统计查询 查询结果应能方便地进入报告浏览或修改界面 若能根据某一项或某些指标的结果进行大样本的瞬时查询 则更具有实用性 特别是对医务人员进行专业总结和学术研究提供极大方便 7 统计报表模块对RIS有关工作量 费用 报告 预约情况自动做出统计报表 这类统计报表应能根据用户需求进行定制 以适应不同医院在管理 核算上的特殊要求 27 4 RIS与HIS的联接与关系 RIS与HIS的一般联系方式从HIS获取有关信息向HIS提交发布信息 28 1 RIS与HIS的一般联系方式 RIS和HIS是密切相关 互相联系的 RIS在病人管理和收费管理上对HIS存在依赖性 而RIS的结果又可借HIS传输到各个临床工作站 直接为临床服务 RIS和HIS随时交换数据信息 实现信息共享 当RIS和HIS为同一软件开发商提供时 它们容易实现无缝联结 保持数据一致和系统稳定 当为不同软件开发商时 往往需要额外开发接口程序 接口一般为动态链接库形式 供双方程序调用 互操作功能和权限要有适当设置和控制 29 2 从HIS获取有关信息 获取病人信息 HIS系统一般都采用一种或多种病人标识号或标识卡 因此 最简单的病人信息的获取方法就是用和HIS一致的病人标识号或卡 如住院号 门诊号 医保卡 病人卡等 从HIS读取信息 对住院病人 也可调出按科室 病区组织的病人清单供选择 获取申请信息 RIS可从HIS中的医嘱获取检查申请信息 但需要定义各个医嘱项目和检查项目的对应转换表 RIS进入申请登记界面 按相应功能按钮即可获得有关检查申请清单 并确认 补充登记有关申请信息 根据HIS的约定 应只读取已审核确认的医嘱 对已有医生工作站的HIS系统 可在工作站上输入更详细的检查申请 通过接口直接在RIS数据库中生成RIS申请登记 进入RIS即可直接看到 就像是在RIS中登记的一样 30 3 向HIS提交发布信息 发布报告信息 当和HIS联接时 RIS在完成检查 报告 审核后 应向HIS发布报告 发布后的报告不得修改 发布的错误报告可以收回和重发 但不能删除 有可跟踪记录 发布的报告和RIS内部报告完全一致 可以在HIS其他部门打印 有预约中心的 在预约中心也可查询 打印检查报告 31 5 RIS的系统环境 这里主要介绍RIS网络的系统配置原则 为了保证RIS网络的快速 稳定运行 可遵循以下原则进行RIS系统环境配置 1 网络相对独立网络相对独立的含义是RIS系统的服务器 工作站尽量集中在1个交换机上 或2个堆叠或直接级联的交换机上 由于RIS图像数据量大 对网络带宽要求较高 所以网络骨干速度应采用lGb s或以上 lOOMb s到工作站 交换机性能要好 2 服务器专用服务器是RIS网络的核心 其性能和稳定性影响整个RIS网络 因此一般主张RIS服务器专用 也方便管理 对C S结构的RIS系统 服务器指数据库服务器和图像存储服务器 3 工作站硬件配置适当提高由于RIS工作站需要进行图像处理 要使系统快速运行 对硬件配置要求较高 特别是显示设备 内存和CPU 若需配图像采集卡 要确保其显卡和采集卡相容 32 3 5人工智能与临床决策支持系统 1 人工智能概念2 知识的表达3 知识推理技术4 知识获取5 临床决策支持系统 33 1 人工智能概念 1 人工智能定义人工智能 ArtificialIntelligence AI 是一门探索和模拟人的感觉和思维过程的规律 并设计出类似人某些智能的智能机器的科学 通常是指利用计算机模拟人 主要指专家 的思维和推理的一门科学 人工智能是由计算机科学 控制论 信息论 生理学 神经学 心理学 语言学 数学和哲学等多种学科相互渗透而形成的一门综合性新兴学科 它试图去了解人类是如何去学习 认知 思想 表达的 并根据人类的这些天然职能行为去设计一些职能机器 它们具有近似人的职能 能够运用知识去认识问题和解决问题 2 人工智能研究范畴人工智能研究范畴很广 有专家系统 ExpertSystem 自然语言处理 NaturalLanguageProcessing 机器人学 Robotics 自动程序设计 AutomaticProgramming 学习理论 Learning 问题解决 ProblemSolving 归纳及理论证实 DeductionTheoremProving 等 3 人工智能原理智能的高低是以知识拥有程度和有效运用知识能力为主要评估标准 因此人工智能的工作原理包括知识的表达 知识的获取 知识推理 系统构成技术等方面内容 下面通过三小节予以介绍 34 2 知识的表达 知识的表达 KnowledgeRepresentation 指知识的形式化或模式化 所谓知识是指一些事实 概念 规则 规律 方法 技术以及应用它们能力的综合体 医学知识可以概括为两大类 第一类是科学知识 例如医学书籍 文献 第二类是经验知识 例如医学专家长期积累提炼的治疗原则和方法 所谓表达是指描述这些事物的一组约定 是上述知识的符号化过程 知识表达技术就是利用计算机对系统中所需的各种知识进行组织 设计各种数据结构 即知识表示方法 使得人工智能程序能有效地利用这些知识进行推理和做出决策 知识表达的方法有多种 在专家系统中多用的是语义网表示法 谓词逻辑表示法 框架表示法 产生式表示法 目前医学人工智能多用到语义网 SemanticNetwork 表示法 语义 主要是指语言结构 如词 短语 句子 段落等 及其意义上的联系 语义网是一种基于广义图的表示法 由结点和弧所组成 其中结点表示事实 概念和事件等 而弧表示它们之间相互关系 我们将关系的说明作为指示器或指针 语义网是我们研制开发医学专家系统和电子病历的常用方法 UMLS是美国国家图书馆资助开发的医学描述性语言 可使用语义网方法描述医学术语 一部分学者认为XML extensibleStylesheetLanguage 可延伸标示语言 较UMLS更为先进 能更好的支持基于Internet多层结构的系统 知识表达是近几年来医学信息学研究的热门学科 例如在AMIA99上 知识表达论文有40篇 占总数204篇的20 在MEDINFO2001上 知识表达论文37篇 占总数 17个专题279篇 的13 2 35 3 知识推理技术 知识推理 KnowledgeInference 是指利用计算机技术 在知识表达基础上使用形式化的知识模型 进行机器思维 求解问题 从而实现知识推理的智能操作过程 知识推理过程就是问题求解过程 其技术就是使问题从初始状态转移到目标状态的方法和途径 例如搜索路线 演算步骤 符号串 语句集等 以便从问题初始状态 沿着最优化 最经济的路径 有效的转移到所要求的目标状态 例如医学专家系统的临床诊断 问题的初始状态是病人的症状 体征 化验结果等 在诊断知识库等基础上 经过人机对话形式的知识推理过程 一步一步 最后转移到目标状态 疾病诊断和治疗方案 36 4 知识获取 知识获取 KnowledgeAcquistion 是指从知识源发现 吸取 构造和组织知识 使之形成系统知识库的过程 知识表达 知识获取和知识推理三者关系如下 通过知识表达 将获取的知识进行构造和组织 存储在知识库中 然后利用其中知识进行机器推理 求解问题 因此知识表达和知识获取是知识推理的前提 而知识推理是利用知识表达和知识获取的求解过程 知识获取的主要方式有三种 第一是人工移植 通常通过人工智能设计师 计算机工程师与医学专家对话交流 将其医学知识 理论知识和实践经验 通过人机交互移植到知识库中 第二是机器学习 即在人工智能系统中 机器通过学习 获取知识 对知识库进行增加 删除 修改 更新 这种学习可以在人工示教监督之下进行 电可以由系统指导监督下自学 第三是机器感知 即人工智能系统在调试运行过程中 通过机器视觉 例如文字 图像识别 机器听觉 例如语音识别 机器触觉 例如温度识别 等途径 直接感知外部世界 输入自然信息 获得知识 机器感知最富于挑战性的是如何识别和理解自然语言 可采用的方式有问答系统 语音识别系统 手书文字识别系统等 一旦这个问题解决 人们将可以方便准确的使用自己的语言 文字与计算机交流 而不必学习专门的程序设计语言 不必进行费时费工的输人操作 37 5 临床决策支持系统 临床决策支持系统 clinicalDecisionsupportsystem CDSS 是用人工智能技术对临床医疗工作予以辅助支持的信息系统 它可以根据收集到的病人资料 做出整合型的诊断和医疗意见 提供给临床医务人员参考 Wyatt和Spiegelhalter对CDSS做出更为严谨的定义 根据两项或两项以上的病人数据 主动生成针对具体病例的建议的知识系统 这个定义说明了CDSS组成的三要素 医学知识 包括知识的表达和知识的获取 病人数据以及针对具体病例的建议 根据病人数据所做的知识推理 目前开发应用的CDSS主要是医学专家系统 医学专家系统是基于医学知识库的知识利用系统 是一种求解问题的计算机程序系统 它可以像具有某一医学领域知识 能力 经验的专家一样分析和判断复杂的临床问题 并利用专家推理方法来求解这些问题 因此专家系统不同于一般数据库系统 它所存储的不是医学问题答案 而是用于知识推理的知识和能力 38 医学专家系统的基本结构和功能如下 1 医学知识库 该库存放被系统化组织的某一医学领域的书本知识 常识以及专家经验 可通过计算机以电子方式访问和解释 以供系统推理判断 知识库具有存储 检索 删除 修改 扩充功能 一般包括标准词库和词库中各个术语间的关系 2 推理机 它能利用医学知识库 依照推理方法去求解所遇到的临床问题 3 咨询解释器 即人机接口 它能将用户提出的问题 提供的临床信息转换成推理机可以理解的信息 并将推理结论如诊断 治疗方案转达给用户 4 知识获取 此为专家系统与真实专家之问的界面 即通过人工移植或机器学习的方法将专家知识输人到医学知识