医学信息学概述

王伟吉林大学公共卫生学院 第1讲医学信息学基础 IntroductiontoMedicalInformatics 吉林大学医学信息学硕士学位课程 政策解读 2011年10月十部委 医学科技发展 十二五 规划 首次明确提出 发展医学信息学 开展数字化医疗技术研究 2016年6月21日 国务院办公厅关于促进和规范健康医疗大数据应用发展的指导意见 提出 要 加强健康医疗信息化复合型人才队伍建设 强化医学信息学学科建设 2016年8月26日中共中央政治局审议通过了 健康中国2030 规划纲要 习近平主持会议 提出加快构建 健康信息化服务体系 战略构想 政策解读 十二五 期间卫生信息化建设顶层设计 46312 工程国家卫生计生委统计信息中心主任 中国卫生信息学会常务副会长孟群在2016中国卫生信息技术交流大会上作了主题为 十三五我国信息化发展展望 融合互联网 拥抱大数据 的重要讲话 提出十三五医疗健康信息化发展的八个展望 八个展望 123456 规划和设想1个大数据中心2个融合 技术与应用的融合 3个转变 由技术驱动向需求引领转变 由系统平台向集成平台转变 由传统医疗向主动医疗 精准医疗 智慧医疗 4项原则 坚持以居民健康为中心 坚持模式创新与便民惠民相结合 坚持促进与规范并重 坚持政府引导与社会广泛参与 5项重点 平台 标准 安全 法律法规 人才 6大应用 公共卫生 医疗服务 医疗保障 药品供应 计划生育 综合管理 第二 四级平台互联互通信息网络建设基本形成第三 互联网 医疗健康将到处广泛应用第四 全生周期的卫生与健康服务基本建立 推动个人全生命周期的预防治疗康复连续服务和健康管理一体化第五 医疗健康大数据开放应用体系基本形成第六 医疗医药医保信息实时在线共享第七 我国医疗健康产业潜力无限第八 新技术将主推医疗健康卡创新与变革 课程内容 总论 信息学基础信息识别信息资源信息获取数据管理各论 四级平台六大系统三大数据库国家卫生信息网络标准与规范信息安全其他移动 远程医疗大数据与精准医学信息保障学科行业进展 本章内容 一 信息增值链信息是什么 二 医学信息学的任务学科干什么 三 医疗卫生CIO我们做什么 满意原则 satisfaction 组织发展变化的不确定性 不确定信息 信息的有限性和不完整性 不完全信息 决策备选方案的有限性 未穷尽所有方案 决策者对有限方案认识的局限性 一 从数据到情报 信息增值链 智能化水平 事务处理 操作 辅助医学决策 情报 智能 intelligence Layer4 Layer2 Layer1 Layer3 图1 1信息增殖链 1 数据 data ISO 数据是对事实 概念或指令的一种特殊表达形式 这种特殊表达形式可以用人工的方式或者用自动化的装置进行通信 翻译 转换或者进行加工处理 科学实验 检验 统计等所获得的和用于科学研究 技术设计 查证 决策等的数值 未经加工的原始资料 数据是客观对象的表示 而信息则是数据内涵的意义 是数据的内容和解释 医学数据的类型 叙述 narrative 主诉 病史 测量数值 numericalmeasurements 化验 编码数据 codeddata 疾病分类 文本数据 textualdata 病理报告 记录的信号 recordedsignals 心电图 图像 image X线图像 超声波图像 XT 计量资料 身高 体重 浓度 计数资料 人群血型分布 等级分组资料 尿糖化验结果的加号 医疗数据的变异 医疗数据通常不能提供完全的信息 也不能用肯定程度来确认病人 一条数据可能因为不精确和 或不准确而偏离实际值 数据变异程度的测量 精密度 正确度 精确度精密度 precisionofmeasurement 在相同条件下 多次反复测量获得的测量值之间的一致 符合 程度 反映的是测量值随机误差 精密度高 不一定正确度也高 也就是说 测得值的随机误差小 不一定其系统误差也小 正确度高 精密度较差 正确度 correctnessofmeasurement 被测量的测得值与其 真值 的接近程度 正确度所反映的是测得值的系统误差 正确度高 不一定精密度也高 也就是说 测得值的系统误差小 不一定其随机误差也小 精密度高 正确度较差 精确度 accuracyofmeasurement 精确度 准确度 是指被测量的各测得值之间的一致程度以及与其 真值 的接近程度 精确度是测得值的随机误差和系统误差的综合反映 医学信息研究 正确度高 基本 实际要求 精确度高 理想 理论要求 精准医学 精确度 准确度 较高 精密度 正确度均较高 数据科学 Dataology DataScience 数据科学是个相当火爆但是定义始终模糊的概念 人人都在谈论 但是它到底是什么 或者这个学科与哪些领域相关 似乎并没有明确的说法 DrewConway的VennDiagram 2010年起 DrewConway开始用一张维恩图 VennDiagram 用不同的圆圈显示元素集合重叠区域来表示数据科学 DataScience 的范畴 Conway之后 不同的数据科学家也根据自己对数据科学的理解对这一维恩图进行了不同程度的删改和调整 数据科学最相关知识来自三大基础领域 2010年DrewConway对数据科学的基本描述 实质性专业 领域知识 数学和统计学知识 黑客技能 计算机知识 2012年BrendanTierne对数据科学的描述 数据科学是个多学科的领域 数据科学的价值在于其所需技能的广度 2013年UlrichMatter对数据科学的描述 DrewConway版的再解释 数据驱动计算 社会 数据科学 JoelGrus对数据科学的描述 NationalSecurityAgency 国家安全局 斯诺登棱镜事件之后 罪恶 邪恶 网络入侵者 特工人员 2013年HarlanHarris对数据科学的描述 从数据科学到数据产品 计算机科学 黑客 作为 软件工程 存在 统计圈和软件工程圈的交集是实际应用的工具 电子表格 一次性分析 流病统计学程序统计预测分析可视化 2014年StevenGeringer对数据科学的描述 独角兽 意思是像一个神兽一样 传言存在 但从来没有人在野外亲眼看到 称整个事情为 数据科学 外延更广泛 2014年MichaelMalak对数据科学的描述 三个危险区域 其中一个还是双重危 在 领域知识 之外 增加了 社会科学 2014年VincentGranville ShellyPalmer 2015年 StephanKolassa 2016年 MatthewMayo与GregoryPiatetsky Shapiro 2016年 Gartner 北京国双科技有限公司中国企业级大数据分析软件提供商 维基百科上未来的数据科学维恩图 Datascienceisaninterdisciplinaryfieldaboutprocessesandsystemstoextractknowledgeorinsightsfromdatainvariousforms eitherstructuredorunstructured whichisacontinuationofsomeofthedataanalysisfieldssuchasstatistics machinelearning datamining andpredictiveanalytics similartoKnowledgeDiscoveryinDatabases KDD Datascientistsusetheirdataandanalyticalabilitytofindandinterpretrichdatasources managelargeamountsofdatadespitehardware software andbandwidthconstraints mergedatasources ensureconsistencyofdatasets createvisualizationstoaidinunderstandingdata buildmathematicalmodelsusingthedata andpresentandcommunicatethedatainsights findings Datascience DataMiningDataAnalyticsDataStudiesDataScienceandManagementPredictiveAnalyticsBusinessAnalysisBusinessIntelligenceandDataAnalytics 数据科学 DataScience 利用计算机的运算能力对数据进行处理 研究探索Cyberspace中数据界 datanature 奥秘的理论 方法和技术 研究的对象是数据界中的数据 从数据中提取信息 进而形成 知识 研究数据本身 数据的各种类型 状态 属性及变化形式和变化规律 是关于数据的科学 为自然科学和社会科学研究提供一种新的方法 科学研究的数据方法 其目的在于揭示自然界和人类行为现象和规律 是研究数据的科学 三大核心技能 DATAHACKING独立从各种各样的地方把数据化为己用的能力 SQL Programming Hadoop Exploratoryanalysisskills R MachineLearning DataMining Modeling PROBLEMSOLVING从whatuserssaytheywant到whattheyactuallymean PROBLEMSOLVING COMMUNICATIONPresentation Visualization Developmentteam Domainknowledge ComputerScience InformationScience InformationSystems Statistics Business 相关岗位 核心能力 算法工程师编程能力数据分析师好奇心技术支持工程师解决问题的能力产品经理快速学习能力机器学习软件工程师数学基础数据工程师机器学习大数据开发工程师深度学习数据平台工程师创新激情 2 信息 information C E Shannon 不确定性减少的量 差 NorbertWiener 与外界交换的东西 GB T4894 1985 信息是物质存在的一种方式 形态或运动状态 也是事物的一种普遍属性 一般指数据 消息中所包含的意义 可以使消息中所描述事件的不定性减少 信息是带有某种解释或者附加含义的成组的数据 是人们对数据进行系统组织 整理和分析 使其产生相关性 是数据处理的最终产品 是被解释了的数据 但没有与特定用户行动相关联 信息论早已成为一门举足轻重的学科 艾尔伍德 香农 香农 ClaudeElwoodShannon 1916年4月30日 2001年2月26日 数学家 电子工程师 密码学家 信息论创始人1937年的硕士论文将布尔代数和电子电路中开关和继电器的工作原理结合起来 创造性地提出 所有的信息都可以用0和1来表示 被誉为 20世纪最重要的硕士论文 博士论文 理论遗传学的代数学 二战期间 密码分析 密码破译和保密通信 1948年的 通信的数学原理 现代信息理论的基础 会走迷宫的机械老鼠 世界上首个提出 计算机能够和人类下棋 的人 1950 杂耍学博士 证书 玩具大部分都是他亲手制作 语法 语义 语用信息 语法信息 grammaticalinformation 信息的最基本层次 又称句法信息 是认识主体感知或表述的事物运动状态和特征的形式化关系 符号表达 只在形式上反映和再现事物运动状态和方式的信息 如描述某一现象的数学公式或物理模型等 这一信息只涉及某一类运动的普遍规律 而不涉及具体的某一次过程 语义信息 semanticinformation 信息的第二个层次 是指认识主体所感知或所表述的事物的存在方式和运动状态的逻辑含义 语义信息回答的是 信息运动状态及其状态变化方式的含义是什么 是符号所要表达的确切含义 事物的概念 语用信息 pragmaticinformation 信息内容对信息使用者的有用性 语用信息回答的是 这种含义的运动状态及其状态变化方式对观察者有什么样的价值和效用 效用 的大小取决于信宿对信息的需求状况 3 知识 knowledge 韦伯斯特词典 WebsterDictionary 的解释 辞源 的解释国家科技领导小组办公室在 关于知识经济与国家知识基础设施的研究报告 知识是经过人的思维整理过的信息 数据 形象 意向 价值标准以及社会的其他符号化产物 知识与行动和决策密切相关 反映了人们利用信息做出决策的行为能力 知识创造与环境相关 知识冰山模型 Icebergmodel 显性知识 explicitknowledge 显性知识也称编码知识 人们可以通过口头传授 教科书 参考资料 期刊杂志 专利文献 视听媒体 软件和数据库等方式获取 可以通过语言 书籍 文字 数据库等编码方式传播 容易被人们学习的一类知识 隐性知识 tacitKnowledge 是指那种我们知道但难以言述的知识 雷伯试验20世纪60年代 美国心理学家 A S Reber 在其有关人工语法概念学习的试验中发现 被试者在无意识条件下也能习得实验材料中蕴涵的语法规则 首次明确提出了 内隐学习 implicitlearning 这一概念 并将内隐学习界定为 无意识地获得关于刺激情境复杂知识的过程 显性知识与隐性知识的转化 群化 Socialization 通过共享经验产生新的意会性知识的过程 外化 Externalization 把隐性知识表达出来成为显性知识的过程 融合 Combination 显性知识组合形成更复杂 更系统的显性知识体系的过程 内化 Internalization 把显性知识转变为隐性知识 成为企业的个人与团体的实际能力的过程表1隐性知识与显性知识的转化关系 情形1 隐性知识 隐性知识的转化在个人间分享隐性知识 是知识 意会知识 社会化的过程 典型方式 观察 模仿和亲身实践等 借助信息技术建立虚拟知识社区 为在更广范围内实现从隐性知识到隐性知识的转化创造了条件 情形2 隐性知识 显性知识的转化是对隐性知识的显性描述 将其转化为别人容易理解的形式 典型方式 类比 隐喻和假设 倾听和深度会谈等 当前的一些智能技术 如知识挖掘系统 商业智能 专家系统等 则为实现隐性知识的显性化提供了手段 情形3 显性知识 显性知识的转化知识组合知识扩散知识传承知识创造 情形4 显性知识 隐性知识的转化显性知识在员工间传播 员工接收了这些新知识后 可以将其用到工作中去 并创造出新的隐性知识 典型方式 团体工作 在干中学习和在工作中培训等是实现显性知识隐性化的有效方法 电子社区 E learning系统等为实现显性知识 隐性知识的转化提供了一些协作工具 4 智慧 智能 wisdom intelligence 智慧 wisdom 生物学生物所具有的基于神经器官的一种高级的感知 知识 记忆 理解 联想 情感 逻辑 辨别 计算 分析 判断等综合能力 智者 智能 intelligence 心理学从 感觉 记忆 思维 行为 语言 的能力 是智力和能力的表现 脑科学 神经心理学 人工智能 artificialintelligence 计算机研究人类智能活动的规律 构造具有一定智能的人工系统 研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作的理论 方法和技术 自然语言处理 知识表现 智能搜索 推理 规划 机器学习 知识获取 感知问题 模式识别 逻辑程序设计 神经网络 复杂系统 遗传算法等 人工智能 artificialintelligence 1956 机器学习 machinelearning 1986 人工神经网络 artificialneuralnetworks 1990 深度学习 deeplearning 2006 通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征 以发现数据的分布式特征表示 5 情报 辞源 定敌情如何 而报于上官者 辞海 战时关于敌情之报告 曰情报 军事 经济 情报 intelligence 对从目标国家地区或行动的一个或诸多方面所能得到的 对制定计划具有现实或潜在意义的一切资料进行搜集 评价 分析 综合和译释的产物 科学 文化 情报 information intelligence wisdom 在特定时间 特定状态下 对特定的人提供有用知识 是使人原有的知识结构发生变化的那一小部分知识 是被 激活 了的知识 是决策所需要的知识和智慧 中华医学百科全书 医学信息学卷 编辑中 医学情报 medicalintelligence 医药卫生领域科技发展与管理决策所需要的知识和智慧 即情报提供者针对用户的特定需要 有意识地搜集与医药卫生领域有关的具有现实意义或潜在意义的事实 数据 信息和知识 经过有序化加工处理 深度分析和综合并通过一定的方式和渠道提供给特定用户的信息产品 三个基本属性 知识性 传递性 有用性 6 文献 literature document 宋代朱熹在 四书章句集注 中对 文献 一词解释为 文 典籍也 献 贤也 国家标准 GB3792 1 83 记录有知识的一切载体 一次文献 primarydocument 二次文献 secondarydocument 三次文献 tertiarydocument 7 概念之间的联系 数据与信息数据不等于信息 信息 information 是对数据的解释 是从数据中提取的有意义的或有用的事实 也即被解释了的数据称为信息 信息是数据处理的最终产品 信息与知识知识是加工过的信息 知识包含于信息 知识是信息的子集 知识与情报情报是在特定时间 特定状态下 对特定的人提供的有用知识 知识 感性 理性 是情报产生的基础 文献数据 信息 知识 情报的物质载体 智能 人工智能 使客观的数据 信息 知识 活 起来的手段 高效率完成人的智力才能胜任的工作 K S I K S S 决策循环 知识循环 观察 计划 推理 患者 数据 信息 知识 决策 治疗等 图1 3医疗过程中的数据 信息与知识 1 符号 处理 解释 数据 信息 数字 字母 标点 39 5 逻辑思维 简单数据 有序化组织 复杂数据 症状 体征 辅助检查 肺炎导致体温升高 图1 4医疗过程中的数据 信息与知识 2 39 5 知识 Medicalintelligence 图1 6概念之间的转换 图1 7信息增殖链 2 二 医学信息学的任务 1 医学信息学的界定20世纪70年代后期 出现medicalinformatics 始于法语单词informatiquem dicalemedicalcomputersciencemedicalinformationsciencecomputersinmedicinehealthinformaticsnursinginformaticsdentalinformatics MIDefinitions Majorthemesexpressedinclude MIspansmedicalresearch medicalpractice andmedicaleducationMIismorethantheuseofcomputersinmedicineMIincludesinformationscienceaswellasinformationtechnologyMIhasanimportant applied componentMIcrossesbiomedicaldisciplinesMIcrosses hardscience and softscience boundariesMIisbroadlyinterdisciplinaryMIisrecognizedwithinthefieldasaseparatesub disciplineofmedicine 定义 definition 研究对象医学领域中的信息现象 信息活动和信息规律 包括数据 信息和知识三个层面的问题 技术手段与现代信息技术密切相关 现代信息技术的发展以及在医疗卫生领域中的应用是医学信息学发展的强大推动力 也是医学信息学交叉学科特点的最直接的体现 学科的任务通过对医学信息 数据 的挖掘 有效组织和管理 实现医学信息 知识 的充分利用和共享 提高医学决策与管理的效率和质量 2 社会 学科背景分析 社会对医学信息 公共资源 个体信息 的普遍需求是MI产生和发展的原动力 信息与网络技术的发展是MI产生和发展的强大推动力 医学信息与知识的一体化趋势是医学信息学产生和发展的内在原因 医学信息资源 特别是医学文献 是医学信息学产生和发展的重要物质基础 国家医疗卫生信息化发展战略为医学信息学产生和发展提供了机遇 6Research Development 5Therapy Control 3Computations Automation 2Storage Retrieval Databases 4Recognition Diagnosis 1Communication Recording man computer 信息处理水平 复杂依赖程度 3 医学信息学的知识结构 TechnologyEngineeringScienceEducationResearch Y Z X ResearchEducationAdministrationPractice MEDICAL INFORMATICS InformationComputersCommunications 28个目标 目标 应用领域 方法 医疗保健公共卫生医学研究卫生教育卫生管理卫生图书馆 AMIA医学信息学分类三轴体系 信息与知识表达信息与知识处理经验性研究 医学信息学所有的基础研究或应用研究项目都可以从本体论角度分析为 应用某一个 或几个 方法 针对某一个 目标 在某一个 应用领域 进行研究或应用 4 医学信息学研究范畴 可以概括为4个结构层次 原始健康数据从原始健康数据中分析出来的有组织的综合数据库从数据库中抽象出来的知识库从知识库中验证出来的可直接应用的知识结晶和理论 数据采集 数据集成等 数据存贮 数据提取 数据整合 数据仓库 数据模型 语义网络 数据可视化等 自然语言处理 信息抽取 数据挖掘 文本产生 统计处理 自动学习等 知识管理 知识表达 知识模型 知识获取 机器学习 知识过程 决策理论 IMIA IMIAWorkingGroupsandSpecialInterestGroupsWG01 HealthandMedicalInformaticsEducationWG02 ConsumerHealthInformaticsWG03 IntelligentDataAnalysisandDataMiningWG04 SecurityinHealthInformationSystemsWG05 PrimaryHealthCareInformaticsWG06 MedicalConceptRepresentationWG07 BiomedicalPatternRecognitionWG08 MentalHealthInformaticsWG09 HealthInformaticsforDevelopment 2020 4 15 WG10 HealthInformationSystemsWG11 DentalInformaticsWG12 BiomedicalStatisticsandInformationProcessingWG13 OrganizationalandSocialIssuesWG14 WorkStationinHealthCareWG15 TechnologyAssessment QualityDevelopmentinHealthInformaticsWG16 StandardsinHealthCareInformaticsWG17 ElectronicMedicalRecordWG18 TelemetricinHealthCare 2020 4 15 大数据和生物医学信息学 机遇与挑战 医学大数据驱动大变革 科学和医学大数据 文献综述 Medinfo IMIA Stockholm 1974 Toronto 1977 Tokyo 1980 Amsterdam 1983 Washington 1986 Beijing Singapore 1989 Geneva 1992 Vancouver 1995 Seoul 1998 London 2001 SanFrancisco 2004 Brisbane 2007 CapeTown SouthAfrica 2010 Copenhagen Denmark 2013 SaoPaolo Brazil 2015 Beijing China 2017 From2015onwards MedInfowillbeheldeverytwoyears 亢川博 王伟 张世玉 陶成琳 国内外医学信息学研究现状的可视化分析 J 中华医学图书情报杂志 2016 08 24 30 三 医学信息学教育 1 教育目的 培养三类人才普及型人才 懂得使用计算机 网络等各种信息资源 具有常识性信息技术知识 医务人员 科研人员等 计算机人才 包括软件 硬件 网络人才 软件 系统开发 设计 网络建设等 信息管理人才 CIO 文献资源管理 信息系统规划 应用 维护与管理 情报研究 查新检索 信息咨询等 互联网 时代的CIO 互联网 是信息化的高级阶段传统行业 互联网或者是互联网 传统行业 什么 互联网的思维互联网的技术互联网的模式 互联网 思维变革 最重要的是加两个思维 用户思维 黏住用户 用户用我的服务 用户参与 因为有了用户 才有背后的商业价值 因为有了用户才会把产品做得更好 因为有了用户才会得到更好的传播 数据思维 用户创造了很多数据 用户行为数据 物联感知数据等 在数据基础上我们才可以做一些决策 用数据说话 基于数据驱动创新或者决策 用户画像 个性化推荐 互联网 技术变革 第一代的互联网技术 http tcp ip等 现在的互联网公司核心技术 云 大 物 移 云计算和大数据最核心的 是一种分布式并行计算 云计算能力是弹性可扩展的 通过软件方式实现高性能 软件定义一切 移动互联网主要是在连接人 创造一些人的应用的各个场景 物联网是在连接物 创造一个个物的应用场景 云计算和大数据在背后处理大的数据量 互联网 模式变革 互联网模式的特点 增长规律 既有规模经济的特点也有范围经济的特点 与传统产业不同 互联网规模越大越经济 范围越大越经济 边际成本 随着范围的增长可能会有点长长的 尾巴 因为增值服务会有很多 营销手段 营销方式是社会化营销 朋友圈 粉丝经济 湿营销等 产品模式 用户量做大了 本身就成为了一个平台 简约 极致 快速迭代 互联产品需要不断迭代 快速迭代 生态 互联 开放数据 开放API 众包 众筹 与碎片化需求对接等 互联网 机会变革 业务互联网化业务模式要互联网化 众包 众筹 O2O 新的自媒体营销 个性化定制等 技术互联网化新的模式包括 网络平台 App 网络规模IT 敏捷开发 快速迭代 WOA 微服务架构等 互联网 时代CIO的使命和职责 传统的CIO支撑业务更好的运营 互联网 时代的CIO支撑业务更好的运营 利用互联网技术实现新的应用 实现与外部合作伙伴的互联 支撑决策 互联网转型战略与计划 要做互联网 互联网的技术是必然的选择 基本技术 硬 软件 应用核心技术 云 大 物 移目标 数据 信息 知识 智慧 2 教育内容 提高信息素养 literacy 信息意识 informationconsciousness 信息能力 informationcompetence 干 字形知识结构 3 国际教育机构 美 亚利桑那卫生科学院 美 克里夫兰临床基金综合内科医学部 美 哥伦比亚大学医学中心 美 哈佛大