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醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域計(jì)算機(jī)支持的概貌

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資源介紹

第1章
概論

一、概  述
本章旨在介紹醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域計(jì)算機(jī)支持的概貌，所取得的成就反映在數(shù)據(jù)采集和解釋、決策以及其他進(jìn)展方面。本章和以下各章節(jié)回顧計(jì)算機(jī)支持的各個(gè)方面，并且提供大量實(shí)例。
有意識(shí)的思考和推理往往發(fā)生在人類的大多數(shù)行為之前，無論是科學(xué)行為還是日常工作和生活，概莫能外。病人的醫(yī)療和醫(yī)學(xué)研究就是說明人類推理至關(guān)重要的一例。這種思考本質(zhì)上需要在專家提供的知識(shí)幫助下，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的觀察或數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和理解。而原則上這些數(shù)據(jù)和知識(shí)都能保存在計(jì)算機(jī)里，這就是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)能幫助人類推理的原因。
既然計(jì)算機(jī)能幫助人類推理，就需要進(jìn)一步了解計(jì)算機(jī)在一般應(yīng)用和在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域特殊應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)和局限性。因此，我們擬對(duì)以下情況進(jìn)行討論，即在醫(yī)療衛(wèi)生及其相關(guān)行為中，諸如在醫(yī)學(xué)研究或者管理和計(jì)劃中，人的思考在何處以及如何得到計(jì)算機(jī)的支持。同樣重要的是探索計(jì)算機(jī)在決策支持方面能起多大作用，以及計(jì)算機(jī)與臨床醫(yī)生對(duì)病人方面的責(zé)任有什么關(guān)系。
信息在解釋數(shù)據(jù)和決策中扮演了關(guān)鍵的角色。因此我們有必要懂得信息的含義并理解數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)之間的區(qū)別。本章及以下章節(jié)將討論怎樣獲得可靠的數(shù)據(jù)，用什么方法從數(shù)據(jù)中提煉信息，什么類型的知識(shí)對(duì)解釋數(shù)據(jù)是必需的，以及怎樣把知識(shí)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。圖1-1顯示臨床醫(yī)生在觀察病人或某一（生物的）過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并從這些數(shù)據(jù)中通過解釋或推理得到信息的過程。而這些信息又指導(dǎo)臨床醫(yī)生采取進(jìn)一步措施。圖1-1中，標(biāo)有“信息”的箭頭表示反饋給臨床醫(yī)生的第一個(gè)循環(huán)。通過仔細(xì)地研究大量醫(yī)學(xué)方面諸如此類的解釋過程，或者通過收集來自大量病人的數(shù)據(jù)解釋，最后歸納推理得到新的見解和新的知識(shí)。然后，這些知識(shí)又被增添到醫(yī)學(xué)知識(shí)體系中。反過來，這些知識(shí)又可作為解釋其他數(shù)據(jù)的根據(jù)。計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)的收集、解釋和新知識(shí)的獲得方面也能起作用。由此表明，不僅數(shù)據(jù)和知識(shí)能存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里，而且計(jì)算程序的開發(fā)可幫助采集和解釋數(shù)據(jù)。
本章第四部分是對(duì)計(jì)算機(jī)在醫(yī)療衛(wèi)生方面應(yīng)用的鳥瞰，顯示計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用有許多潛力，但是也有其根本性限制。如果應(yīng)用于病人醫(yī)護(hù)將更是如此。這一介紹性內(nèi)容試圖提供一個(gè)思路，以便對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域使用計(jì)算機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)方面能有一個(gè)清晰的輪廓。這個(gè)輪廓將以復(fù)雜度，（即對(duì)人類如醫(yī)生、護(hù)士、其他醫(yī)護(hù)人員和醫(yī)學(xué)研究者參與的依賴程度）劃分層次勾畫出來。

二、診斷-治療循環(huán)
幾乎所有的人類行為，我們都能分辨出三個(gè)階段：①觀察；②推理；③處理。
在人類行為中，這三個(gè)階段不僅在日常生活，而且在病人醫(yī)護(hù)、管理和研究中都起著作用。例如，如果我們身處危險(xiǎn)或不愉快的境地，我們就會(huì)認(rèn)真觀察事實(shí)和環(huán)境，然后制定一個(gè)計(jì)劃擺脫這一困境，如果可能的話就設(shè)法改善境況。又如，在戰(zhàn)場(chǎng)上將軍們盡可能收集關(guān)于軍隊(duì)情況的數(shù)據(jù)，制定一個(gè)戰(zhàn)略計(jì)劃并實(shí)施之。甚至他們可以預(yù)先在計(jì)算機(jī)上模擬戰(zhàn)爭(zhēng)情況和戰(zhàn)略計(jì)劃。在科學(xué)研究中，也同樣存在這三個(gè)階段（表1-1）。調(diào)查者收集并觀察資料（測(cè)量值或數(shù)據(jù)），得出一個(gè)基于假設(shè)的結(jié)論，并基于他的理論知識(shí)和推理得出一種解釋，否決或修正這一理論，最后制定一次新的科研或?qū)嶒?yàn)計(jì)劃以拓寬其知識(shí)。
在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中，在所謂的診療循環(huán)（圖1-2）中也能遇到相同的三個(gè)階段：①觀察；②診斷；③治療。

表1-1  各領(lǐng)域人類活動(dòng)的三個(gè)階段
人類活動(dòng)領(lǐng)域
   階段    普通行為    科學(xué)研究    醫(yī)療衛(wèi)生    計(jì)算機(jī)處理
   1       觀察    測(cè)量    病人數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)輸入
   2       推導(dǎo)    理論形成診斷          數(shù)據(jù)處理
   3       行為    實(shí)驗(yàn)    治療          輸出生成

這個(gè)循環(huán)包括病人講述他/她的病史，臨床醫(yī)生收集數(shù)據(jù)（如作物理檢查、實(shí)驗(yàn)室檢查或X線透視）并得出一個(gè)結(jié)論，甚至可能得出診斷，然后開出治療處方或者執(zhí)行其他治療。醫(yī)療衛(wèi)生與科學(xué)研究不同，面對(duì)的不是解決抽象的一般化的問題，而是要解決具體病人問題。這些問題只有部分能被一般化。為了解決與病人有關(guān)的問題，臨床醫(yī)生必須盡可能使用在科學(xué)研究中已經(jīng)肯定的方法，但是必須永遠(yuǎn)面對(duì)現(xiàn)實(shí)的非抽象世界中每個(gè)病人的特殊問題。因此與病人有關(guān)的問題不能用某種從病人的社會(huì)性抽象出來的方法解決。實(shí)際中，人類行為的三個(gè)階段經(jīng)常反復(fù)循環(huán)，因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)先前的假設(shè)必須改進(jìn)或更改的情況。在作診斷或進(jìn)行研究的過程中，到底何時(shí)何地在頭腦中突然迸發(fā)出創(chuàng)造性火花而獲得真知灼見，仍是一個(gè)不解之謎。就科學(xué)研究（包括醫(yī)學(xué)研究）來說，這一點(diǎn)更是明顯。
經(jīng)過以上帶有哲理性的介紹以后，有一點(diǎn)必須強(qiáng)調(diào)，本書不是計(jì)算機(jī)編程教程，而是關(guān)于應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理解決醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的參考書。它既涉及科學(xué)問題，也涉及與病人有關(guān)的問題。當(dāng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于科學(xué)研究的時(shí)候，在醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中的應(yīng)用與其他學(xué)科研究并無區(qū)別。然而，應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決與病人相關(guān)的問題時(shí)就與在其他方面的應(yīng)用有所不同。鑒于這個(gè)原因，我們首先討論在診療循環(huán)中的三個(gè)階段（圖1-2）。它簡(jiǎn)潔地描述了醫(yī)護(hù)人員在處理數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)中具有共性的臨床實(shí)踐。

（一）觀察
在觀察階段的任務(wù)是獲取數(shù)據(jù)，更確切地說，是獲取能提供相關(guān)信息的數(shù)據(jù)（關(guān)于數(shù)據(jù)和信息的區(qū)別等其他方面內(nèi)容，將在第2章中討論）。簡(jiǎn)而言之，利用信息能夠減少關(guān)于病人疾病的不確定性。在許多病例中，這種不確定性能通過參考病人的病史數(shù)據(jù)（既往病史）得以減少；另外一些病例中，必須通過病人體格檢查、血樣分析或生物學(xué)信號(hào)的記錄（如心電圖或呼吸描記圖）等途徑收集生理或生化數(shù)據(jù)。
收集數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到不可忽視的數(shù)據(jù)不規(guī)則性，諸如病人的回答不全面或不正確，生物學(xué)信號(hào)的噪聲，或者生化分析的錯(cuò)誤（參閱第2章）。許多病例中，由于不能通過無創(chuàng)傷的診斷手段進(jìn)行觀察，因而無法獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)。只有在某些情況下，醫(yī)生才會(huì)決定做侵入性探查（例如用導(dǎo)管、內(nèi)鏡等）或者通過活組織檢查取得標(biāo)本以收集數(shù)據(jù)。而有些疾病，病程是不穩(wěn)定的，是動(dòng)態(tài)的，其病程特點(diǎn)在不斷地變化。譬如，期外收縮病人、休克病人或者癲癇發(fā)作病人就可能出現(xiàn)這種情況。
幫助解釋來自病人的數(shù)據(jù)對(duì)于醫(yī)學(xué)信息學(xué)來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。本章的第四部分和以下的章節(jié)列舉了眾多例子，說明通過使用計(jì)算機(jī)可獲得對(duì)診斷和治療非常重要的參數(shù)。
用完全不同的方式得到的病人數(shù)據(jù)常�？上嗷パa(bǔ)充和相互佐證，以得出更加可靠的診斷（例如：病史、運(yùn)動(dòng)心電圖、冠狀動(dòng)脈血管造影和超聲心動(dòng)圖等對(duì)心肌缺血性心臟病的診斷）。而有時(shí)在處理時(shí)數(shù)據(jù)太多以致我們不得不面對(duì)數(shù)據(jù)冗余問題。實(shí)際上，在診療循環(huán)的每一個(gè)途徑，臨床醫(yī)生都盡力減少病人的疾病或者病程的不確定性。鑒于上述原因，如果可能，診療循環(huán)的第一步總是獲得病人的病史，接著優(yōu)先考慮費(fèi)用低的手段（如體檢或?qū)嶒?yàn)室檢查），最后才考慮費(fèi)用高的和損傷性的方法，如磁共振成像（MRI）或心導(dǎo)管插入。在絕大多數(shù)情況下，通過使用不同方式和不同方法得到的數(shù)據(jù)，就能獲得關(guān)于病人狀況的全貌。醫(yī)學(xué)信息學(xué)的任務(wù)就是幫助臨床醫(yī)生獲得必需的數(shù)據(jù)，提供決策支持的方法，以便使診療循環(huán)得以有效地進(jìn)行并盡可能保證服務(wù)質(zhì)量和減少病人麻煩。

（二）診斷
第15~18章將講述計(jì)算機(jī)和診斷之間的關(guān)系。因此，本章只作初步的介紹性的描述。準(zhǔn)確診斷的先決條件是治療醫(yī)生的周密思考。計(jì)算機(jī)在診斷階段可以有很多應(yīng)用，然而，這僅僅限于診斷的可結(jié)構(gòu)化、可一般化和可客觀化部分。換言之，是基于能科學(xué)地結(jié)構(gòu)化的那一部分。臨床醫(yī)生經(jīng)常不在意他不知道的東西，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的列表可以提示并引起他注意。例如，計(jì)算機(jī)能幫助從文獻(xiàn)中找出必需的背景信息。
臨床醫(yī)生要對(duì)病人負(fù)責(zé)，因此必須對(duì)診斷負(fù)責(zé)。但是，當(dāng)使用計(jì)算機(jī)支持時(shí)，絕不允許用計(jì)算機(jī)取代人類（臨床醫(yī)生）對(duì)診斷的負(fù)責(zé)。因此，客觀的和基于科學(xué)的部分可以交給計(jì)算機(jī)去做，而處理病人獨(dú)特的和個(gè)體的問題不能也不應(yīng)該交給機(jī)器。例如，一個(gè)診斷總是帶有某種程度的主觀因素，那些因素永遠(yuǎn)不可能一般化，永遠(yuǎn)不能交給計(jì)算機(jī)去做。初看起來，似乎在診斷和治療病人中臨床醫(yī)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是高度主觀性的，不可能為計(jì)算機(jī)所代替。但這僅說對(duì)了一部分，其實(shí)，即使是存儲(chǔ)在人腦中的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)（盡管只有部分內(nèi)容并且只在某種程度上）也能被結(jié)構(gòu)化并用計(jì)算機(jī)來處理（如知識(shí)庫，參閱第15章）。

（三）治療
治療階段需要的臨床知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與診斷階段不同；治療的特點(diǎn)是人類行為的實(shí)踐性，它較多地受決策控制，而較少地受理論思維控制。治療階段依賴于前階段的結(jié)果，即診斷和決策分析（參閱第18章）中所提示的可能預(yù)后（即病人將來最可能的結(jié)果）。
通常治療是由內(nèi)科醫(yī)生或護(hù)士處理的，而診斷還可由其他醫(yī)務(wù)人員作出。例如提供治療的有外科和放射治療。很難想象外科和探查行為能完全由計(jì)算機(jī)和機(jī)器人取代。但是，治療的準(zhǔn)備和監(jiān)護(hù)卻可以得到計(jì)算機(jī)支持。后者的例子是藥物管理（劑量、可能存在的藥物之間的反應(yīng)或禁忌癥）和危重病人或放射治療的監(jiān)護(hù)。
盡管這些例子都直接與病人醫(yī)護(hù)有關(guān)，但是計(jì)算機(jī)也能用于分析來自許多病人的大量數(shù)據(jù)并通過歸納而得出結(jié)論（參見圖1-1）。這樣的分析，有時(shí)被稱為“數(shù)據(jù)采掘”（data mining）（參閱第22章），可應(yīng)用于流行病學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)情況研究、決策分析和醫(yī)學(xué)科研中。對(duì)于不同治療的評(píng)估，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也不可或缺，因?yàn)樵谠S多情況下必須做對(duì)照分析以觀察療效。

三、信息處理
在第3章中，我們將討論信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，試圖闡明人類和機(jī)器在處理信息上的相似性和相異性。在用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理時(shí)我們也能看到與上述相同的三個(gè)階段：①測(cè)量和數(shù)據(jù)輸入；②數(shù)據(jù)處理；③結(jié)果產(chǎn)生（參見表1-1）。
實(shí)際上，只有當(dāng)人們以某種方式參與進(jìn)來時(shí)，才談得上信息處理。計(jì)算機(jī)不會(huì)處理信息，只會(huì)處理數(shù)據(jù)。只有人類能夠解釋數(shù)據(jù)使其成為信息。計(jì)算機(jī)輔助獲取數(shù)據(jù)和人類感官獲取數(shù)據(jù)，兩者之間有相似性（參閱第2章）。計(jì)算機(jī)處理過程與人腦思考過程也有相似性。但正如上文所述，這僅僅限于能結(jié)構(gòu)化和一般化的信息處理部分。在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)不能也不應(yīng)該代替人腦的思考過程，而應(yīng)該用在增強(qiáng)人腦的能力方面。計(jì)算機(jī)能夠擴(kuò)展人腦的記憶力，提高它的數(shù)據(jù)處理能力和提高數(shù)據(jù)處理的精確性和一致性。正如人類的感覺能被顯微鏡或聽診器放大一樣，人腦的能力也能被計(jì)算機(jī)放大。
在計(jì)算機(jī)信息處理的框架中，人類的特殊任務(wù)是采取初步行動(dòng)，準(zhǔn)備處理過程和解釋結(jié)果。在開發(fā)和使用信息處理系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該確保人的責(zé)任是完整的，不能把人看作只是信息處理系統(tǒng)可代替的部分；不能認(rèn)為只有當(dāng)人工費(fèi)用比較便宜時(shí)才被利用，而一旦計(jì)算機(jī)提供一種更好的選擇方法的時(shí)候，人的角色就可被取代。這一點(diǎn)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中特別重要，因?yàn)樗粌H涉及經(jīng)濟(jì)問題而且涉及倫理問題。在信息處理過程中，人類既是主體（醫(yī)生和護(hù)士）又是客體（病人），在人類和機(jī)器之間應(yīng)該保持適當(dāng)?shù)钠胶狻?br />
（一）人類思維的擴(kuò)展
信息學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)正在快速互動(dòng)發(fā)展。數(shù)十年前（在ENIAC時(shí)代，第一代計(jì)算機(jī)用電子管構(gòu)成，每秒鐘運(yùn)行1000次）誰能想象到將會(huì)出現(xiàn)每秒鐘能運(yùn)行一億甚至十億次的便攜式計(jì)算機(jī)？在20世紀(jì)50年代早期，那時(shí)值100萬美元的計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在購(gòu)買與其功能相同的計(jì)算機(jī)只要25美元甚至更少。
由于信息學(xué)和遠(yuǎn)程通信的成就，當(dāng)令時(shí)代迅速地戲劇性地發(fā)展成為信息時(shí)代。Internet和WWW成為眾所周知的詞語，擁有個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的百分率不斷上升。但實(shí)際上，我們并不知道信息到底是什么，它由什么東西組成（第2章將詳細(xì)地討論信息的各個(gè)方面）。我們真的理解重力和電的本質(zhì)嗎？我們并沒有真正了解電子或中微子。在科學(xué)中，人們創(chuàng)立各種理論，而在這些理論被證明并非真理之前，或找到了另一種能更好解釋這個(gè)世界的模式之前，人們常認(rèn)為這些理論是正確的。
與此相似，一個(gè)臨床醫(yī)生也經(jīng)常不完全了解疾病本身以及它的本質(zhì)或者它的起源。盡管遺傳學(xué)大大地開闊了我們的知識(shí)范圍，醫(yī)生還是經(jīng)常不完全清楚他們是通過怎樣的途徑得出正確診斷的（第15章將更加深入地討論這一問題）。一個(gè)已經(jīng)參加過大量比賽的國(guó)際象棋大師真的能說清楚他是如何獲得下一步棋的最佳思路嗎（參閱第15章）？同樣，在醫(yī)療保健方面，臨床醫(yī)生基于他的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)獲得他的思路，即使對(duì)那些作為醫(yī)學(xué)研究結(jié)果的模型和理論不十分了解，也照樣能成功地利用這些模型和理論為病人提供服務(wù)。如果沒有這些模型和理論，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)將不復(fù)存在。在科學(xué)和醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中，人們的思維（人類行為的第二階段）和行為（第三階段）都受人為的規(guī)則或者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律和已被建立的理論支配。在我們生存的世界（包括科學(xué)和社會(huì)）的結(jié)構(gòu)化和有序化方面，計(jì)算機(jī)可給我們極大的支持。因而，在科學(xué)研究中，事實(shí)上在現(xiàn)代科學(xué)的所有領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)已經(jīng)是必不可少的一員。
在醫(yī)學(xué)信息學(xué)領(lǐng)域中，我們也試圖闡明規(guī)則、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、建立模型，對(duì)信息處理提供一個(gè)更佳的思路。這些模型是計(jì)算機(jī)可操作的并可應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生工作中。但是，必須指出一般模型在使用時(shí)的危險(xiǎn)性。人們?cè)噲D從已建立的模型來觀看真實(shí)世界，在這個(gè)過程中，我們重構(gòu)我們的世界，還原它，讓它適合我們對(duì)這個(gè)世界的有限的看法。如果我們戴上一副紅色的眼睛，那么說一切都是紅色的就不足為奇了，世界仿佛不再是

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