计算机辅助医学 概论（下） 李作峰 上海生物信息技术研究中心.

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1 计算机辅助医学 概论（下） 李作峰 上海生物信息技术研究中心

2 提纲 关于课程 1 背景知识 2 基本概念 3 应用实例 4 创新点 单列

3 提纲 关于课程 1 背景知识 2 基本概念 3 应用实例 4 创新点 单列

4 计算机辅助医学的必要性 A “Fundamental Theorem” of Biomedical Informatics 客观化、
“A person working in partnership with an information resource is ‘better’ than that same person unassisted.” Friedman, “Fundamental Theorem” of Biomedical Informatics 经验 知识 客观化、 智能化、 个性化诊疗 随需而得的决策支持 更有效的治疗

5 医疗卫生信息化 医疗卫生信息化离不开信息化手段和工具 医院信息管理系统 实验室信息管理系统 医疗卫生信息化引入新的概念 电子病历
居民健康档案 医疗卫生信息化带来新的学科 医学信息学（medical informatics） 生物医学信息学（biomedical informatics） 健康信息学（health informatics）

6 医学信息学 医学信息学（Medical Informatics）是研究如何通过现代信息技术来地有效收集、存储、检索、分析和更好地利用患者的医疗信息、临床研究信息和医学教育信息，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。 现代信息学 医学信息学是临床医学与现代信息学、计算机科学、医院管理学和医学情报学等学科的交叉融合形成的新的学科 计算机科学 医学信息学 临床医学 医院管理学 医学情报学

7 医学信息学 医学信息学的研究内容 运用信息技术对信息进行搜集、加工、存储和传播。 通过辨别、整合和使用知识来改善决策和行动
远程医学、远程放射学 用计算机来提高决策的效能

8 医学信息学 医学信息学的目的 提高医疗效果和医护质量 降低医疗差错和加强患者安全 提高医护的成本效益 增强健康服务的途径

9 医学信息学 医学信息学的亚学科 生物信息学（bioinformatics） 临床医学信息学（clinical informatics）
消费健康信息学（consumer health informatics） 公共健康信息学（public health informatics） ……

10 转化医学 转化医学（Translational Medicine）的概念是在2003年由美国EA. Zerhouni在NIH路线图计划（NIH Roadmap）中提出的 它试图在基础研究与临床医疗之间建立更直接的联系 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、方法和药物，它要在实验室到病房（Bench To Bedside, 简称B2B）之间架起一条快速通道。 转化或转换医学（Translational Medicine）是近两三年来国际医学健康领域出现的新概念，同个性化医学（Personalized Medicine）、可预测性医学等一同构成系统医学（systems medicine，包括系统病理学、系统药物学、系统诊断与综合治疗等）的体系，建立在基因组遗传学、组学芯片等系统生物学与技术基础上的现代医学，系统科学理论与自动化通讯技术之间的互动密切，从而使科学研究向工程技术应用的产业化过程快速实施，系统科学应用于医药学而将导致基础与临床之间的距离迅速缩短。

11 转化医学 转换医学倡导以患者为中心，从临床工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。 转化医学，从基础到临床，不是单向的，亦不是封闭的；而是双向的，开放的；即实验室研究的成果，迅速有效的应用与临床实际；临床上出现的问题，又能及时反馈到实验室，进行更深入的研究，它是一个不断循环向上的永无止境的研究过程。 转化或转换医学（Translational Medicine）是近两三年来国际医学健康领域出现的新概念，同个性化医学（Personalized Medicine）、可预测性医学等一同构成系统医学（systems medicine，包括系统病理学、系统药物学、系统诊断与综合治疗等）的体系，建立在基因组遗传学、组学芯片等系统生物学与技术基础上的现代医学，系统科学理论与自动化通讯技术之间的互动密切，从而使科学研究向工程技术应用的产业化过程快速实施，系统科学应用于医药学而将导致基础与临床之间的距离迅速缩短。 基础 临床

12 生物医学信息学与转化医学 Figure 1 The synergistic relationship across the biomedical informatics and translational medicine continua. Major areas of translational medicine (along the top; innovation, validation, and adoption) are depicted relative to core focus areas of biomedical informatics (along the bottom; molecules and cells, tissues and organs, individuals, and populations). The crossing of translational barriers (T1, T2, and T3) can be enabled using translational bioinformatics and clinical research informatics approaches, which are comprised of methodologies from across the sub-disciplines of biomedical informatics (e.g., bioinformatics, imaging informatics, clinical informatics, and public health informatics). Sarkar Journal of Translational Medicine 2010, 8:22

13 循证医学 循证医学（ evidence-based medicine ）指认真、明确和明智地应用现有的最好证据，同时结合医生的个人专业技能和临床经验，考虑患者的愿望，对患者作出医疗决策。 其核心思想是“任何临床医疗决策的制定，都需要基于科学研究的依据”。 就是将个人的临床经验与最佳的外部证据，以及病人的需求有机地结合起来。 最佳的外部证据是指通过科学的临床研究所获得的准确和精确的诊断试验，得力的预后指标，以及有效的和安全的治疗、康复、及预防措施，用这些更准确、更得力、更有效、更安全的新的证据取代过去的诊断和治疗方法； 临床经验是运用我们的临床技能和过去的经验，迅速判断病人的健康状况和诊断，现存的治疗措施对其将产生的利与弊，及其价值和预期的结果； 病人的需求是就诊病人的选择、关心和期待的问题需要被结合到临床决策中，因为这是在为病人服务。

14 循证医学 1987年，Cochrane 根据产科RCT结果，揭示了循证医学的实质 。
1992年，英国成立了英国Cochrane中心；并提出了Evidence-Based Medicine。 1992年《JAMA》上首次发表文章：“Evidence-based medicine. A new approach to teaching the practice of medicine”， 1993年，成立了国际Cochrane协作网 1996年，国际著名内科学家David L. Sackett明确提出了循证医学的定义。 1999年，我国在华西医科大学成立了中国循证医学/Cochrane中心，王家良教授主编出版了中国第一部循证医学专著。 就是将个人的临床经验与最佳的外部证据，以及病人的需求有机地结合起来。 最佳的外部证据是指通过科学的临床研究所获得的准确和精确的诊断试验，得力的预后指标，以及有效的和安全的治疗、康复、及预防措施，用这些更准确、更得力、更有效、更安全的新的证据取代过去的诊断和治疗方法； 临床经验是运用我们的临床技能和过去的经验，迅速判断病人的健康状况和诊断，现存的治疗措施对其将产生的利与弊，及其价值和预期的结果； 病人的需求是就诊病人的选择、关心和期待的问题需要被结合到临床决策中，因为这是在为病人服务。

15 循证医学 循证医学5S模型 循证医学研究方法 循证医学5S模型

16 计算机辅助医学实例-医学数据挖掘 数据挖掘（Data Mining）是从海量数据中挖掘有用的、未知的、有趣的知识的过程
综合数据库、数据仓库、机器学习、模式识别和统计等

17 计算机辅助医学实例-医学数据挖掘 结直肠癌同时肝转移早期预测 复旦大学附属肿瘤医院2000年至2005年6月收治的大肠癌患者信息
本研究发现了CEA、CA50和CA199三个指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，简化了临床决策的步骤。 对肿瘤医院2006年收治的152例结直肠癌患者数据测使用该模型预测结果： 灵敏度：62.5% 特异性：91.7% 准确率：90.1% 临床数据挖掘的技术路线

18 计算机辅助医学实例—自然语言处理 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
使用自然语言处理，能够将非结构化、半结构化数据结构化 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。

19 计算机辅助医学实例-自然语言处理 自然语言处理流程

20 计算机辅助医学实例-自然语言处理 对复旦大学附属中山医院82份肝癌病人手术记录使用自然语言处理进行信息抽提，结果如下： 真阳性率 真阴性率
ROC Area 肿瘤大小 0.957 0.931 0.950 肿瘤位置 0.850 0.851 0.915 肿瘤边界 0.951 0.997 0.995 肿瘤包膜 0.765 0.976 0.861 淋巴结部位 0.143 0.923 0.555 淋巴结肿大 0.884 0.989 0.956 癌栓 0.858 腹水 阻断 0.211 0.990 0.721 出血 0.652 1.000 0.986 输血 0.933 0.947 手术方法 肝硬化 0.306 0.982 0.750 侵犯情况 0.889 0.94

21 计算机辅助医学实例-自然语言处理 将自然语言处理模块整合到科研病历系统中

22 计算机辅助医学—医学知识库 医学知识种类繁多 医学知识更新速度快 医学文献 结构化 临床实践指南 临床路径 用药指南 转化医学知识
数字人体模型 结构化 医学知识库 信息化手段 及时更新 随需而得

23 计算机辅助医学—医学知识库 MD Consult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 六、药物库（Drugs）
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）

24 计算机辅助医学—医学知识库 MD Consult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
Keywords：colorectal cancer

25 计算机辅助医学—医学知识库 问答系统

26 计算机辅助医学—医学知识库 问答系统

27 计算机辅助医学—医学知识库 基于知识库的临床决策支持系统

28 计算机辅助医学实例-电子化临床路径系统 临床路径（clinical pathway）是指针对某一疾病建立一套标准化治疗模式与治疗程序
自2009年卫生部启动临床路径试点工作以来，目前已下发112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200余家。 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。

29 计算机辅助医学实例-电子化临床路径系统 基于关键事件的标准化临床路径

30 计算机辅助医学实例-电子化临床路径系统 临床路径系统实例

31 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（clinical decision support system，CDSS）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、无结构化问题的用户界面的交互式计算机系统。 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 知识库（knowledge base） 数据库（database） 功能和用途（functionality and usability） 管理（organization）

32 计算机辅助医学实例-临床决策支持系统 临床决策支持系统发展 Wright A et al, 2008

33 计算机辅助医学实例-临床决策支持系统 Real Q HIV CDSS

34 计算机辅助医学实例-个性化医疗 21世纪医学模式将发生革命性变化：
从19世纪末、20 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、 分子药理学以及现代计算机技术等为基础）模式转变。 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 和治疗，目标是向特异性诊断、个体化治疗发展。 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 展方向。

35 计算机辅助医学实例-个性化医疗 结直肠癌个性化诊疗流程图

36 计算机辅助医学实例-个性化医疗 the Oncotype DX— Colon Cancer Assay

37 计算机辅助医学实例-生理系统建模与仿真 建模 仿真 动物模型往往与人体差异较大 由于实验动物存在个体差异 受到实验技术条件和实验手段的限制
实验的局限性 动物模型往往与人体差异较大 由于实验动物存在个体差异 受到实验技术条件和实验手段的限制 临床实验受伦理道德的限制，许多实验不能直接在人体上进行 建模 仿真 数学模型 物理模型 数学仿真 物理仿真

38 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 07级学生使用SCIRUN构建的心肌缺血模型

39 计算机辅助医学实例-数字人体 数字人体是信息化、数字化的虚拟人体
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，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 型、信息模型和计算机模型，并将其集成;同时，以高新人体观测和网络技术为支撑，建立具有多分辨率、海量数据和多种数据的融合，并可用多媒体和仿真技术进 行多维表达，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。

40 计算机辅助医学实例-数字人体 中国数字人男1号

41 计算机辅助医学实例-个人健康管理 个人健康档案记录每个人健康相关的资料，如疾病的发生、发展、治疗和转归的过程。

42 计算机辅助医学实例-个人健康管理 高血压个人管理系统

43 计算机辅助医学实例-合理用药 根据患者的个性化差异，选择有效的药物和治疗方法，避免副作用和不良反应，是提高医护质量，降低成本的一个关键手段。
开发面向个性化医疗的合理用药系统，可以减少医生开药时的主观成分，增强合理化用药的标准性和规范性，均衡医疗资源，减少医疗成本。 同时患者也可以通过用药系统得到用药咨询，增强人民的健康保健意识。

44 计算机辅助医学实例-合理用药 合理用药咨询系统 搜索药物 用药咨询 药物目录

45 参考文献 《简明医学信息学》。刘加林、石应康，四川大学出版社。2008年10月第1版。 相关文献 网络资料
中国医学生物信息网

46 谢谢！ 刘 雷 上海生物信息技术研究中心