计算机辅助医学 临床决策支持系统（下） 刘雷 上海生物信息技术研究中心

提纲 背景知识 1 基本概念 2 实例介绍 4 关键技术 3

临床决策支持系统的定义 Clinical Decision Support System, CDSS Definition (Musen, 1997) “any piece of software that takes as input information about a clinical situation and that produces as output inferences that can assist practitioners in their decision making and that would be judged as “intelligent” by the program’s users.”

临床决策支持系统的意义  提高患者安全  提高医护质量  提高医护信息传输的有效性

临床决策支持系统的特征  专业性：应用于临床领域  智能性：进行决策  支持性：与宿主等系统关联，针对医疗业 务行为  系统性：自成体系

临床决策支持系统通用架构 (Jenders, 2000)

临床决策支持系统的结构 用户 人机交互系统 模型管理系统数据库管理系统方法库管理系统知识库管理系统 模型库数据库方法库知识库

临床决策支持系统的关键组成  知识  规则（推理）  数据  协议

知识的形式演变 标准化 数字化 模型化 结构化 头脑书本文本指南句法语义数字可视化

推理目的和目标  目的 使计算机能够自动地根据知识作出决策， 提供特定的提醒、建议、解释  目标 决策快速准确 对决策过程和结果提供合理的、适宜的 解释

常见 CDSS 中推理的实现 CDSS 推理方式实现机制解释功能 SAGE Sage Tab 插件 依赖模型有 EON Guideline Test Environment 插件 依赖模型无 HELEN Guideline Execution Environment (GEE) 模块 依赖模型不清楚

发展现状和缺点  发展现状 大多数 CDSS 中不存在独立的可重用的推 理模块 大都未能与知识完全分离  缺点 知识模型的变化会直接影响到推理功能 的实现

推理过程分析 规则 知识 – 由现实世界中的大量信息中 提取出来的，蕴含了逻辑思 维，可以重复进行验证。 – 符合人类的认知方式 规则 – 抽取出的可以通过明确的输 入得到明确的输出的知识。 – 符合计算机的认知方式

知识转换为规则  由于知识的复杂性，知识中往往包含 语义，计算机对于语义的理解困难， 所以很难将知识完全转化为规则  转换方法 手动转换 计算机自动转换

推理过程分析 规则 推理机 知识

推理方法  推理类型 —— 取决于知识的类型 精确推理 不确定性推理  概率理论  模糊逻辑  推理方式 —— 模拟医生诊断的方式 正向推理 反向推理 正向 + 反向推理

17 推理过程分析 规则 结果 解释 诊断 结果 治疗 建议 解释器 推理机 知识 事实 列表 病人数据 医疗行为

解释器 功能 – 过程追踪 – 数据回溯 要求 – 准确性 – 可读性 – 智能性 SAGE 中的解释功能的实现

19 推理过程分析 规则 结果 解释 诊断 结果 治疗 建议 解释器 推理机 知识 事实 列表 病人数据 医疗行为

与临床信息系统（ CIS ）集成  独立的 CDSS 因没有整合到临床工作流中限 制了 CDSS 的应用  大部分 CDSS 系统与 CIS 紧密耦合  越来越多的研究机构和组织致力于松耦合 的, 能够与多个 CIS 进行集成

来自 CIS 的数据种类  人口统计学方面的个人数据  就诊信息  疾病史  过敏史  诊疗所需要达到的指标数据  目前病人所有的药疗数据  与病人手术相关数据  病人所做的检查检验的结果值等

集成互操作  数据互操作 创建一个丰富的、结构化，能够与多个 CIS 有 效整合和应用的病人信息模型  工作流互操作 医生在提供服务时与 CDSS 交互方式  知识互操作 独立于任何 CIS 的数据模型 能够同时支持多版本临床指南 用户的反馈，知识更新问题

工作流互操作  被动式 ---- 用户通过按钮等告诉 CIS 什么时 候需要调用决策支持服务  主动式 ---- 预先定义决策支持服务的实时触 发事件 临床触发事件  病人入院就诊  病人转科  病人出院等 周期性或批事件  例如 : 每隔一个小时监测血糖值

数据互操作  HL7 临床数据交换标准 应用广泛： USA, Internationally  vMR: 基于 HL7 RIM 作为 CDSS 和不同 CIS 的连接桥梁  标准的 vMR 没有确立  各个研究和组织机构有共同的认识使用基 于 HL7 RIM 来建立数据模型： SAGE, GLIF, PRODIGY

CDSS 应该 …  用户需求的认识  上层管理的支持  专家的认同  系统整合  友好的人机界面  专业知识的集成

CDSS 应该 …  知识基于最好的临床循证  知识应充分覆盖问题域  知识可更新  决策数据来自，已存在的数据源  验证性能优秀  系统可以改善临床实践  医生可控、易用、决策易懂  灵活可扩展

CDSS 应该 …  决策支持必须计算机化  须考虑与工作流集成  能及时地提供建议  临床效果和成本可评估  支持指南的整个生命周期，包括形 成，普及，应用和评估

CDSS 问题  用户必须充分了解 CDSS 的能做什么，有什 么限制？如，相比于大量的已知疾病，知识 的不完整性  可移植性。如，一些检验结论的特异性随地 域而不同  医师需要能够维护知识库  知识的建模  规则不确定性

总结： CDSS 的开发周期  从普通的文本指南开始  定义具体的医疗场景  可用性分析和医学逻辑模型建立  将指南内容计算机化  将场景内容编码到指南模型中  规则化，推理和解释  CIS 行为的具体需求  实现执行引擎  安装指南，将指南与 CIS 结合  通过 CIS 测试指南

发展趋势 标准化集成化多元化 实时性可靠性 扩展性安全性 教育与研究 国家 863 科技部

CDSS 成功临床实例 ATHENA DSS: 平台独立, 与电子病历系统无缝整合 基于高血压 EON 指南模型 主要功能： 病人对此高血压指南的适用度 根据病人特征得到病人治疗的目标血压 病人的血压是否得到了控制 评估病人的危险度 治疗建议

BP 结果 原则性的治 疗建议 药疗建议 当医生打开一个病 人的病历记录

HELP  具有决策支持模块的医院信息系统  最初应用于美国盐湖城的 LDS 医院  目前美国有另外 21 家医院也在使用  主要采用 Arden 语法描述的医学逻辑模块  基于主动式的事件驱动和数据驱动  能够打印病人的诊断报告

CDSS 实验实例 ——SAGE  于 2002 年提出，目前仍在研究之中  目前主要应用于糖尿病、免疫以及肺炎这 三种指南  提供了一个 workbench ，可以直接编辑执行 指南，提供决策  允许下载共享的指南使用  提供与 CIS 的接口，进行数据交互

SAGE 开发过程

代谢综合征临床决策支持系统  浙江大学  中国人民解放军总医院

 临床决策支持系统的开发  临床决策支持系统的使用 代谢综合征临床决策支持系统

知识获取  临床医生阅读指南结合经验绘制规范化流 程图

知识表达  知识工程师根据流程图使用 Protégé 建模

CLIPS 规则生成  规则转换程序将 SAGE 模型转换为 CLIPS 规 则

系统开发  根据系统设计开发临床决策支持系统

 临床决策支持系统的开发  临床决策支持系统的使用 代谢综合征临床决策支持系统

病例举例  ××× ，男性， 65 岁，因发现血糖升高 1 年余为全面查体入院。  现病史：缘于 2007 年 5 月在我院查体发现血糖升高，空腹血糖 7.60mmol/L ，餐后血糖未查，无多饮、多食、多尿， 无体重减轻，行 OGTT 试验，查血糖： 0h 7.21mmol/L 、 1h 14.46mmol/L 、 2h mmol/L ，诊为 2 型糖尿病，予 以饮食控制，适当运动，口服二甲双胍片 0.5g3/ 日治疗。此后患者定期在我院就诊，调整降糖药物治疗， 2008 年 1 月加用格列齐特缓释片 30mg 治疗。 2008 年 6 月 12 日在我院查 FPG 6.70 mmol/L 、 2hPG 8.91mmol/L 、 HbA1c 6.7 ％、 Alb/Cr 13mg/g ，现为进一步治疗及全面查体于 2008 年 6 月 15 日入院。  既往史： 2004 年在我院诊为高尿酸血症，现口服别嘌呤醇 0.1g1/ 日治疗，无不适。 2004 年 1 月诊为混合型高脂血症， 现口服阿托伐他汀 10mg1/ 晚治疗。 2006 年 7 月诊为高血压病，最高血压 180/110mmHg ，现口服氨氯地平片 5mg 1/ 日、厄贝沙坦片 150mg1/ 日治疗，血压控制在 130/80mmHg 左右。 2007 年 5 月无诱因出现胸闷、憋气，在我院就诊， 行冠脉 CTA 提示前降支中段狭窄 60 ％，诊为冠心病 稳定型心绞痛，予以硝酸异山梨酯缓释片 40mg1/ 日、阿司匹林 肠溶片 0.1g1/ 日治疗。另有前列腺增生、胆囊切除术后病史。吸烟： 20 支 / 日 ×40 年，饮白酒： 150ml/ 次 ×1-2 次 / 周。 育 2 子 1 女，体健。父母已故，父亲有糖尿病、高血压病病史，有 1 姐 2 弟，其中 1 弟有糖尿病。  查体：血压 112/63mmHg ，身高 174cm ，体重 85kg ，腰围 94cm ，臀围 102cm 。神志清，右侧颈部可闻及收缩期杂 音，左侧未闻及血管杂音，双肺呼吸音清，未闻及罗音，心界不大，心率 62 次 / 分，律齐，各瓣膜区未闻及杂音。腹 软，肝脾肋下未触及，腹部、腹股沟区未闻及血管杂音，移动性浊音阴性，双下肢无水肿，双侧足背动脉搏动好。  检查： FPG 6.70 mmol/L 、 PBG 8.91 mmol/L 、 FINS 2.71mU/L 、 2hINS 23.2mU/L 、 TC 5.93 mmol/L 、 TG1.85 mmol/L 、 HDL-c 0.87 mmol/L 、 LDL-c 3.57 mmol/L 、 Ua 486 umol/L ， Cr 79.1umol/L 、 BUN5.27mmol/L 、 ALT20U/L 、 AST28U/L ， HbA1c 6.7 ％、 Alb/Cr 13mg/g 。心电图示不正常 ST-T ；血管超声示右侧颈动脉狭窄 50 ％， 左侧颈动脉狭窄 30 ％；下肢动脉内膜粗糙，未见狭窄。  初步诊断： 1. 2 型糖尿病； 2. 高血压病 3 级 极高危； 3. 混合型高脂血症； 4. 高尿酸血症； 5. 冠心病 稳定型心绞痛； 6. 前列腺增生； 7. 胆囊切除术后

患者基本信息

糖尿病病史 缘于 2007 年 5 月在我院查体发现血糖升高，诊为 2 型糖尿病，口服二甲双胍片 0.5g3/ 日治疗。此后患者定期在我院就诊，调整降糖药物治疗， 2008 年 1 月加用格列齐特 缓释片 30mg 治疗。现为进一步治疗及全面查体于 2008 年 6 月 15 日入院。

高血压病史 2006 年 7 月诊为高血压病，最高血压 180/110mmHg ，现口服氨氯地平片 5mg 1/ 日、 厄贝沙坦片 150mg1/ 日治疗。

血脂紊乱病史 2004 年 1 月诊为混合型高脂血症，现口服阿托伐他汀 10mg1/ 晚治疗。

高尿酸血症病史 2004 年在我院诊为高尿酸血症，现口服别嘌呤醇 0.1g1/ 日治疗，无不适。

其他疾病史 2007 年 5 月无诱因出现胸闷、憋气，在我院就诊，行冠脉 CTA 提示前 降支中段狭窄 60 ％，诊为冠心病 稳定型心绞痛。

个人史 吸烟： 20 支 / 日 ×40 年，饮白酒： 150ml/ 次 ×1-2 次 / 周

家族史 育 2 子 1 女，体健。父母已故，父亲有糖尿病、高血压病病史，有 1 姐 2 弟， 其中 1 弟有糖尿病。

体格检查 查体：血压 112/63mmHg ，身高 174cm ，体重 85kg ，腰围 94cm ，臀围 102cm 。心率 62 次 / 分。

化验结果 检查： FPG 6.70 mmol/L 、 PBG 8.91 mmol/L 、 TC 5.93 mmol/L 、 TG1.85 mmol/L 、 HDL-c 0.87 mmol/L 、 LDL-c 3.57 mmol/L 、 Ua 486 umol/L ， Cr 79.1umol/L 、 HbA1c 6.7 ％、 Alb/Cr 13mg/g 。

诊疗建议

膳食处方

运动建议

评估结果打印

CDSS 研究参考资源  Journals: JAMIA Journal of the American Medical Informatics Association Methods of Information in Medicine IMIA International Journal of Medical Informatics Association Computer journals (Artificial Intelligence, IEE)  Conferences Annual Symposium (JAMIA) Medinfo (IMIA) 60

有关 CDSS 的书籍  Shortliffe, E. H., Wiederhold, G., et al. (2000). Medical Informatics: Computer Applications in Health Care and biomedicine (Health Informatics), Springer Verlag, 2 nd ed. (1 st was 1990)  Bemmel, J. H. v. and Musen, M. A. (1997). Handbook of medical informatics. Houten, Bohn Stafleu Van Loghum c1997  Berner, E. S. (1999). Clinical decision support systems : theory and practice. New York ; London, Springer c1999  Giarratano, J.(2006). 专家系统：原理与编程 ( 第四版 ). 北 京：机械工业出版社

相关网站 SAGE 很多知识模型的链接 CLIPS Arden GEM

谢谢！