医学数据挖掘_计算机辅助医学概论

1、计算机辅助医学计算机辅助医学 概论（下）概论（下） 提纲提纲 关于课程关于课程1 1 背景知识背景知识2 2 基本概念基本概念3 3 应用实例应用实例4 4 计算机辅助医学的必要性计算机辅助医学的必要性 经 验 知识知识 客观化、客观化、 智能化、智能化、 个性化诊疗个性化诊疗 随需而得的决策支持随需而得的决策支持 更有效的治疗更有效的治疗 A “Fundamental Theorem” of Biomedical Informatics “A person working in partnership with an information resource is better than t

2、hat same person unassisted.”Friedman, “Fundamental Theorem” of Biomedical Informatics 医疗卫生信息化医疗卫生信息化 v医疗卫生信息化离不开信息化手段和工具医疗卫生信息化离不开信息化手段和工具 u医院信息管理系统医院信息管理系统 u实验室信息管理系统实验室信息管理系统 v医疗卫生信息化引入新的概念医疗卫生信息化引入新的概念 u电子病历电子病历 u居民健康档案居民健康档案 v医疗卫生信息化带来新的学科医疗卫生信息化带来新的学科 u医学信息学（医学信息学（medical informaticsmedical inf

3、ormatics） u生物医学信息学（生物医学信息学（biomedical informaticsbiomedical informatics） u健康信息学（健康信息学（health informaticshealth informatics） 医学信息学医学信息学 v医学信息学（医学信息学（Medical InformaticsMedical Informatics）是研究如）是研究如 何通过现代信息技术来地有效何通过现代信息技术来地有效收集收集、存储存储、检索检索、 分析分析和更好地和更好地利用利用患者的患者的医疗信息医疗信息、临床研究信息临床研究信息 和和医学教育信息医学教育信息，从而

4、提高医疗卫生机构的管理与，从而提高医疗卫生机构的管理与 决策水平、医疗质量和医学教育效果的一门学科。决策水平、医疗质量和医学教育效果的一门学科。 临床医学临床医学 现代信息学现代信息学 计算机科学计算机科学 医院管理学医院管理学 医学情报学医学情报学 医学信息学医学信息学 医学信息学医学信息学 v医学信息学的研究内容医学信息学的研究内容 通过辨别、整合 和使用知识来改 善决策和行动 运用信息技术对信 息进行搜集、加工、 存储和传播。 远程医学、远程 放射学 用计算机来提 高决策的效能 医学信息学医学信息学 v医学信息学的目的医学信息学的目的 v提高医疗效果和医护质量提高医疗效果和医护质量 v降

5、低医疗差错和加强患者安全降低医疗差错和加强患者安全 v提高医护的成本效益提高医护的成本效益 v增强健康服务的途径增强健康服务的途径 医学信息学医学信息学 v医学信息学的亚学科医学信息学的亚学科 v生物信息学（生物信息学（bioinformatics） v临床医学信息学（临床医学信息学（clinical informatics） v消费健康信息学（消费健康信息学（consumer health informatics） v公共健康信息学（公共健康信息学（public health informatics） v 转化医学转化医学 v转化医学（转化医学（Translational Medicine）

6、的概念是）的概念是 在在2003年由美国年由美国EA. Zerhouni在在NIH路线图计划路线图计划 （NIH Roadmap）中提出的）中提出的 v它试图在基础研究与临床医疗之间建立更直接的联它试图在基础研究与临床医疗之间建立更直接的联 系系 v它的核心是要将医学生物学基础研究成果迅速有效它的核心是要将医学生物学基础研究成果迅速有效 的转化为可在临床实际应用的理论、技术、方法和的转化为可在临床实际应用的理论、技术、方法和 药物，它要在药物，它要在 之间架起一条快速通道。之间架起一条快速通道。 转化医学转化医学 v转换医学倡导以患者为中心，从临床工作中发现和转换医学倡导以患者为中心，从临床工

7、作中发现和 提出问题，由基础研究人员进行深入研究，然后再提出问题，由基础研究人员进行深入研究，然后再 将基础科研成果快速转向临床应用，基础与临床科将基础科研成果快速转向临床应用，基础与临床科 技工作者密切合作，以提高医疗总体水平。技工作者密切合作，以提高医疗总体水平。 基础基础临床临床 生物医学信息学与转化医学生物医学信息学与转化医学 Sarkar Journal of Translational Medicine 2010, 8:22 循证医学循证医学 v 循证医学（循证医学（ evidence-based medicine evidence-based medicine ）指）指 认真、明

8、确和明智地应用现有的认真、明确和明智地应用现有的最好证据最好证据，同时，同时 结合结合医生的个人专业技能医生的个人专业技能和和临床经验临床经验，考虑，考虑患者患者 的愿望的愿望，对患者作出医疗决策。，对患者作出医疗决策。 v其核心思想是其核心思想是“任何临床医疗决策的制定，都需任何临床医疗决策的制定，都需 要基于科学研究的依据要基于科学研究的依据”。 循证医学循证医学 v 19871987年，年，Cochrane Cochrane 根据产科根据产科RCTRCT结果，揭示了循证医结果，揭示了循证医 学的实质学的实质 。 v19921992年，英国成立了英国年，英国成立了英国CochraneCoc

9、hrane中心；并提出了中心；并提出了 Evidence-Based MedicineEvidence-Based Medicine。 v19921992年年JAMAJAMA上首次发表文章：上首次发表文章：“Evidence-based Evidence-based medicine. A new approach to teaching the medicine. A new approach to teaching the practice of medicine”practice of medicine”， v19931993年，成立了国际年，成立了国际CochraneCochrane协

10、作网协作网 v19961996年，国际著名内科学家年，国际著名内科学家David L. David L. SackettSackett明确提明确提 出了循证医学的定义。出了循证医学的定义。 v19991999年，我国在华西医科大学成立了中国循证医学年，我国在华西医科大学成立了中国循证医学 /Cochrane/Cochrane中心，王家良教授主编出版了中国第一部循证中心，王家良教授主编出版了中国第一部循证 医学专著。医学专著。 循证医学循证医学 v 循证医学循证医学5S5S模型模型 循证医学5S模型 v 循证医学研究方法循证医学研究方法 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -医学数据挖掘医学

11、数据挖掘 v数据挖掘（数据挖掘（Data MiningData Mining）是从海量数据中挖）是从海量数据中挖 掘有用的、未知的、有趣的知识的过程掘有用的、未知的、有趣的知识的过程 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -医学数据挖掘医学数据挖掘 临床数据挖掘的技术路线 v结直肠癌同时肝转移早期预测结直肠癌同时肝转移早期预测 v复旦大学附属肿瘤医院复旦大学附属肿瘤医院20002000年至年至20052005 年年6 6月收治的大肠癌患者信息月收治的大肠癌患者信息 v本研究发现了本研究发现了CEACEA、CA50CA50和和CA199CA199三个三个 指标与结直肠癌并发肝转移相关，并且确指

12、标与结直肠癌并发肝转移相关，并且确 定了不同指标的风险区间，简化了临床决定了不同指标的风险区间，简化了临床决 策的步骤。策的步骤。 v对肿瘤医院对肿瘤医院20062006年收治的年收治的152152例结直肠癌例结直肠癌 患者数据测使用该模型预测结果：患者数据测使用该模型预测结果： 灵敏度：灵敏度：62.5%62.5% 特异性：特异性：91.7%91.7% 准确率：准确率：90.1%90.1% 医学自然语言处理技术，是针对医学领域中自然 语言形式的信息进行规范化的一种技术，从而使 其处理后的结果，可以被计算机所理解，并可以 在此基础上进行计算机辅助诊断、临床决策支持 等工作。 计算机辅助医学实例

13、计算机辅助医学实例自然语言处理自然语言处理 v为了满足科研和医院管理的需求，电子病历为了满足科研和医院管理的需求，电子病历 的结构化一直是电子病历的主流方向的结构化一直是电子病历的主流方向 v使用自然语言处理，能够将非结构化、半结使用自然语言处理，能够将非结构化、半结 构化数据结构化构化数据结构化 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -自然语言处理自然语言处理 v 自然语言处理流程自然语言处理流程 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -自然语言处理自然语言处理 v对复旦大学附属中山医院对复旦大学附属中山医院8282份肝癌病人手术记录份肝癌病人手术记录 使用自然语言处理进行信息抽提，结果

14、如下：使用自然语言处理进行信息抽提，结果如下： 真阳性率真阴性率ROC Area 肿瘤大小0.9570.9310.950 肿瘤位置0.8500.8510.915 肿瘤边界0.9510.9970.995 肿瘤包膜0.7650.9760.861 淋巴结部位0.1430.9230.555 淋巴结肿大0.8840.9890.956 癌栓0.7650.9760.858 腹水0.9510.9970.995 阻断0.2110.9900.721 出血0.6521.0000.986 输血0.9331.0000.947 手术方法1.0001.0001.000 肝硬化0.3060.9820.750 侵犯情况0.95

15、60.8890.94 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -自然语言处理自然语言处理 v 将自然语言处理模块整合到科研病历系统中将自然语言处理模块整合到科研病历系统中 计算机辅助医学计算机辅助医学医学知识库医学知识库 v医学知识种类繁多医学知识种类繁多 v医学知识更新速度快医学知识更新速度快 信息化手段信息化手段 医学文献医学文献 临床实践指南临床实践指南 临床路径临床路径 用药指南用药指南 转化医学知识转化医学知识 数字人体模型数字人体模型 医学知识库医学知识库 结构化 随需而得 及时更新 计算机辅助医学计算机辅助医学医学知识库医学知识库 v MD ConsultMD Consult是一

16、个集成医学文献、图书、临床指是一个集成医学文献、图书、临床指 南、药物等的综合性医学知识库南、药物等的综合性医学知识库 一、First Consult 二、参考书籍（Books） 三、医学期刊（Journals） 四、北美临床杂志（The Clinics） 五、病人教育（Patient Education） 六、药物库（Drugs） 七、诊疗指南（Guidelines） 八、医学图片（Images） 九、医学新闻（News） 十、继续医学教育（CME） 计算机辅助医学计算机辅助医学医学知识库医学知识库 v MD ConsultMD Consult是一个集成医学文献、图书、临床指是一个集成医学文

17、献、图书、临床指 南、药物等的综合性医学知识库南、药物等的综合性医学知识库 Keywords： colorectal cancer 计算机辅助医学计算机辅助医学医学知识库医学知识库 v 问答系统问答系统 计算机辅助医学计算机辅助医学医学知识库医学知识库 v 问答系统问答系统 计算机辅助医学计算机辅助医学医学知识库医学知识库 v 基于知识库的临床决策支持系统基于知识库的临床决策支持系统 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -电子化临床路径系统电子化临床路径系统 v 临床路径（临床路径（clinical pathwayclinical pathway）是指针对某一）是指针对某一 疾病建立一套标

18、准化治疗模式与治疗程序疾病建立一套标准化治疗模式与治疗程序 v自自20092009年卫生部启动临床路径试点工作以来，目年卫生部启动临床路径试点工作以来，目 前已下发前已下发112112个病种的临床路径，全国已经开展临个病种的临床路径，全国已经开展临 床路径试点工作的医院已超过床路径试点工作的医院已超过200200余家。余家。 v临床路径的应用显著提高了诊疗的规范化，降低临床路径的应用显著提高了诊疗的规范化，降低 了患者住院天数和住院费用。了患者住院天数和住院费用。 v 基于关键事件的标准化临床路径基于关键事件的标准化临床路径 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -电子化临床路径系统电子化临

19、床路径系统 v 临床路径系统实例临床路径系统实例 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -电子化临床路径系统电子化临床路径系统 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -临床决策支持系统临床决策支持系统 v 临床决策支持系统（临床决策支持系统（clinical decision support clinical decision support systemsystem，CDSSCDSS）是帮助医生利用患者信息、医学知识）是帮助医生利用患者信息、医学知识 和针对具体病例的临床指南、建议以及解决半结构化、和针对具体病例的临床指南、建议以及解决半结构化、 无结构化问题的用户界面的交互式计算机系统

20、。无结构化问题的用户界面的交互式计算机系统。 v临床决策支持系统的特点是确保知识课数据安全、临床决策支持系统的特点是确保知识课数据安全、 高质量和成本效益高质量和成本效益 v知识库（知识库（knowledge baseknowledge base） v数据库（数据库（databasedatabase） v功能和用途（功能和用途（functionality and usabilityfunctionality and usability） v管理（管理（organizationorganization） 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -临床决策支持系统临床决策支持系统 v临床决策支持系

21、统发展临床决策支持系统发展 Wright A et al, 2008Wright A et al, 2008 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -临床决策支持系统临床决策支持系统 vReal Q HIV CDSSReal Q HIV CDSS 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -个性化医疗个性化医疗 v2121世纪医学模式将发生革命性变化：世纪医学模式将发生革命性变化： v从从1919世纪末、世纪末、20 20 世纪初以细胞病理学为基础的医世纪初以细胞病理学为基础的医 学模式，向分子医学（以分子生物学、分子细胞学、学模式，向分子医学（以分子生物学、分子细胞学、 分子药理学以及现代计

22、算机技术等为基础）模式转变。分子药理学以及现代计算机技术等为基础）模式转变。 v医疗实践以循证医学为主，从基因、蛋白质等大分医疗实践以循证医学为主，从基因、蛋白质等大分 子水平研究疾病的发病机理，对疾病进行预防、诊断子水平研究疾病的发病机理，对疾病进行预防、诊断 和治疗，目标是向特异性诊断、个体化治疗发展。和治疗，目标是向特异性诊断、个体化治疗发展。 v遗传信息在临床环境下的集成必将导致个性化医疗遗传信息在临床环境下的集成必将导致个性化医疗 在临床实践中的应用，个性化医疗是疾病治疗的发在临床实践中的应用，个性化医疗是疾病治疗的发 展方向。展方向。 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -个性

23、化医疗个性化医疗 结直肠癌个性化诊疗流程图 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -个性化医疗个性化医疗 v the the OncotypeOncotype DX Colon Cancer Assay DX Colon Cancer Assay 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -生理系统建模与仿真生理系统建模与仿真 v动物模型往往与人体差异较大动物模型往往与人体差异较大 v由于实验动物存在个体差异由于实验动物存在个体差异 v受到实验技术条件和实验手段的限制受到实验技术条件和实验手段的限制 v临床实验受伦理道德的限制，许多实验不能直接在临床实验受伦理道德的限制，许多实验不能直接在 人

24、体上进行人体上进行 实验的局限性实验的局限性 u数学模型数学模型 u物理模型物理模型 建模建模仿真仿真 u数学仿真数学仿真 u物理仿真物理仿真 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -生理系统建模与仿真生理系统建模与仿真 v 生理系统建模与仿真生理系统建模与仿真 07级学生使用 SCIRUN构建的心 肌缺血模型 计算机辅助医学实例计算机辅助医学实例- -数字人体数字人体 v数字人体是信息化、数字化的虚拟人体数字人体是信息化、数字化的虚拟人体 v以人体系统为原型，以人体坐标为参考系，以以人体系统为原型，以人体坐标为参考系，以 医学科学技术、信息科学和计算科学为理论基础，医学科学技术、信息科学和计算科学为理论基础， 建立一系列不同层次的原型、系统场、物质模型、建立一系列不同层次的原型、系统场、物质模型、 力学模型、数学模力学模型、数学模 型、信息模型和计算机模型，型、信息模型和计算机模型，