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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 2013.5.17
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提纲 背景知识 1 基本概念 2 实例介绍 4 关键技术 3
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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.”
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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
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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
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临床决策支持系统通用架构 (Jenders, 2000)
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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
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临床决策支持系统的关键组成 知识 规则（推理） 数据 协议
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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推理过程分析 规则 推理机 知识
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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SAGE 开发过程
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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
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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
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知识获取 临床医生阅读指南结合经验绘制规范化流 程图
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知识表达 知识工程师根据流程图使用 Protégé 建模
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CLIPS 规则生成 规则转换程序将 SAGE 模型转换为 CLIPS 规 则
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系统开发 根据系统设计开发临床决策支持系统
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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
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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 12.85 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
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患者基本信息
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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个人史 吸烟： 20 支 / 日 ×40 年，饮白酒： 150ml/ 次 ×1-2 次 / 周
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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。
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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。
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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 。
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诊疗建议
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膳食处方
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运动建议
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评估结果打印
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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 http://vojtechhuser.minfor.net
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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 2006.8
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相关网站 SAGE http://sage.wherever.org/ 很多知识模型的链接 http://www.openclinical.org CLIPS http://www.ghg.net/clips/CLIPS.html Arden http://cslxinfmtcs.csmc.edu/hl7/arden/ GEM http://gem.med.yale.edu/default.htm
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谢谢！ 2013.5.17
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