基于临床指南的临床决策支持系统

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1、 448基于临床指南的临床决策支持系统基于临床指南的临床决策支持系统 周群一 田慧 杨艳 吴彬飞 吕旭东 欧阳亚迪 钟光林 段会龙 基金项目：中国高技术研究发展（863）计划资助项目（2006AA02Z348） 浙江科技学院信息与电子工程学院，310023，浙江省杭州市留和路 318 号 中国人民解放军总医院，100853，海淀区复兴路 28 号 浙江工业大学经贸管理学院，310023，杭州市留下镇小和山高教园区 浙江大学生物医学工程研究所 教育部生物医学工程重点实验室杭州， 310027， 浙江大学玉泉校区新 生仪大楼 关键词关键词 临床决策支持 临床指南 医学逻辑模型 规则 摘 要 摘 要

2、 提高医疗质量、控制医疗差错、提高病人安全为医院最优先和紧迫的任务，针对这一目标， 设计与实践了一个基于临床指南的临床决策支持系统。 首先提出适用于临床医生的数字化临床指南的绘制方法， 在此基础上建立了医学逻辑模型并自动转化为计算机可推理的规则库， 通过与临床信息系统相集成， 实现了对代谢综合征的临床诊断决策支持。通过临床评估， 系统能够提供正确的临床决策支持服务， 但仍进一步提高临床决策支持系统的临床价值。 1 引言 1 引言 医护人员在医疗活动中的差错已经成为了国内外社会普遍关注的问题。在学术界，1999 年，IOM（美国国立医学研究院）发表了一篇划时代的报告“To err is Huma

3、n” （人是会犯错误的）1，报告表明：第一，医疗错误的数量惊人，医疗差错致死已经成为十大死因的第五位； 第二， 大部分的医疗错误是人为因素引起， 是可以通过计算机系统避免的。在业内，已经普遍认为提高医疗质量、控制医疗差错、提高病人安全为最优先和紧迫的任务。 临床指南的使用能够提高临床诊疗的安全性、质量，它的重要性已经得到了广泛的认可2。传统的临床实践模式以教科书为指导来源，以权威意见和个人经验为主导，容易导致诊断不当。为改善这种不严谨的医疗模式，临床指南应运而生。1990 年，美国医学研究所提出了目前被许多国家学者所公认的临床指南定义： 系统开发的多组指导意见， 帮助449医生和病人针对具体的

4、临床问题做出恰当处理，从而选择、决定适宜的卫生保健服务3。 临床决策支持是指能够提供给临床工作者、患者或个体以知识和个体或统计信息，并选择适当的时机，智能地过滤或表示这些信息，以促进更好的健康过程、更好的个体患者护理和更好的人群健康。可见，基于临床指南的临床决策支持系统（Clinical Decision Support System, CDSS）能够有效的提高医疗质量和效率、减少医疗差错、降低医疗费用。 2 临床决策支持系统设计 2 临床决策支持系统设计 临床决策支持系统基本结构主要由四个部分组成，即数据部分、模型部分、推理部分和人机交互部分。数据部分可以是一个数据库系统，包含用于决策的患者

5、临床信息数据；模型部分包括医学逻辑模型库及其管理系统； 推理部分由知识库或规则库和决策支持推理机组成； 人机交互部分是临床决策支持系统的人机交互界面， 用以接收和检验来自临床信息系统用户请求，调用系统内部功能为决策服务，使模型运行、数据调用和知识推理达到有机地统一， 有效地实现临床决策支持。 我们设计的基于临床指南的临床决策支持系统的框架见 1。 图 1 基于临床指南的临床决策支持系统框架 3 临床决策支持系统实践 3 临床决策支持系统实践 3.1 数字化临床指南 3.1 数字化临床指南 将自由文本形式的临床指南自动地转换计算机可处理的结构化的形式是非常困难的。 因此， 我们提供了一个由临床医

6、生先将文本形式的指南计算机流程图化，然后由医学信息学工程人员根据流程图化指南建立医学逻辑模型的数字化方法。 以临床诊断为例，流程化的绘制符号包括诊断信息、判断、子诊断、诊断结束符等十450五种，见表 1。 表 1 规范化绘制符号 符号 图形 说明 诊断信息 表示一个单步诊断的说明信息，包括作者姓名，标号，标题，目的，以及解释。 数据 表示诊断时需要的病人数据。 开始端点符开始表示诊断的开始。结束端点符结束表示诊断的结束。判断 表示临床诊断过程中的判断逻辑。子诊断 表示一个已经定义过的诊断过程。子诊断 结果 表示根据诊断逻辑得出的子诊断结果。 子诊断处置表示根据子诊断逻辑得出的处置决定。 完整诊

7、断 处置 表示根据整个诊断逻辑得出的处置决定。 子诊断结果表示根据子诊断逻辑得出的疾病诊断结果。 完整诊断 表示根据整个诊451结果 断逻辑得出的疾病诊断结果。 建议 表示根据诊断逻辑得出的建议，通常是诊断的最后一步。 连接符 表示转向其他诊断流程，或来自其他诊断的转入。 注解符 表示注解内容。 入口连接符表示当前诊断由其他诊断引起。 同时对流程图的绘制规则进行了规定： 一份完整的临床诊断指南流程图是由多个子图构成，子图必须是单步诊断。所谓单步诊断，是指根据输入数据做出一个结论后即停止诊断； 一份临床诊断指南流程图必须有一个开始端点符，可以有多个结束端点符。即：有且只有一个开始，并且至少有一个

8、结束； 每一个子诊断结果和诊断结束符必须对应一个结束端点符； 每一个结束端点符必须对应一个子诊断结果或者诊断结束符； 流程图连线应使用实箭头， 符号与连线间不能有空隙， 符号与符号之间的连线不能是折线，连线不能重合，并避免交叉； 绘制流程图时，应遵循从上到下，从左到右的原则，避免循环流程。如果出现循环，则应使用新的子图； 如果绘制的流程图与其他流程图之间具有诊断方面的因果关系，则应在入口连接符处加以说明，并对入口连接符使用超链接，链接至目的流程图。 根据以上流程图绘制规则，参照临床指南，由医生绘制出完整的代谢综合征的诊断和治疗流程图。图 2 为糖尿病诊断流程图片段。 452图 2 糖尿病诊断流

9、程图片段 3.2 医学逻辑模型3.2 医学逻辑模型 由医生绘制的临床指南流程图，还不能被计算机所能表达，因此，需要进一步将流程图转换为医学逻辑模型。参照 SAGE4（Sharable Active Guideline Environment）模型，我们使用了以下几个主要类，用于构建临床指南的医学逻辑模型。 3.2.1 指南模型实体类3.2.1 指南模型实体类 定义了诊疗建议的场景、决策、行为节点等。 3.2.2 概念类 3.2.2 概念类 定义了医学逻辑模型涉及的所有概念。 3.2.3 表达类3.2.3 表达类 定义了一些求值表达式，如定义编码值、变量、逻辑判断的表达式。 3.2.4 数据模型

10、类3.2.4 数据模型类 定义了一些数据模型，如患者症状、化验结果记录、医嘱的数据模型等。 利用 Protg5本体论建模平台，我们对代谢综合征进行了医学逻辑建模，同时，也实现了医学逻辑模型的可视化表达，如图 3 所示。 453图 3 糖尿病诊断流程图片段 如图 3 中，我们在概念类中定义一系列实例，表示糖尿病史、多饮、多尿、空腹血糖、随机血糖等。在指南模型实体类中定义一个流程图的实例“糖尿病诊断”来表示该图。在指南模型实体类中定义一个场景节点的实例，代表“开始” ，定义一些决策节点的实例，代表“糖尿病史” 、 “三多一少症状”等，定义一些行为节点的实例，代表“确诊 DM” ， “行OGTT”等

11、。为了表示判断是否有糖尿病史，在表达类中定义一个表示存在判断的实例，该实例的编码值设为“糖尿病史”概念实例、值设为“有”概念实例。为了表达“有糖尿病史，则确诊 DM；没有糖尿病史，则判断是否有三多一少症状”这一决策，在上述提到的决策节点实例“糖尿病史”中需设置决策模型这个属性，分别表示有和没有这两种逻辑选择。 3.3 自动构建规则库3.3 自动构建规则库 基于 Protg平台的医学指南建模利用图形化的界面方式，将建模过程展现在用户面前，方便用户进行浏览和编辑，这对于知识的更新是非常方便的。通过Protg建立医学逻辑模型虽然能够被计算机所表达，但是还不能够被计算机自动理解与推理，因此，还需要转换

12、为可用于推理的规则的形式，本系统选择 CLIPS（C Language Integrated Production System）规则形式。 CLIPS 由美国国家航天局 NASA 的约翰逊空间中心的人工智能部开发， 是一种多范例编程语言，支持基于规则的、面向对象的和面向过程的编程，具有可移植性高、成本低和易于与外部系统集成的特点。其基本组成是事实表、知识库和推理机，通过这些基本组成，CLIPS 专家系统工具即可根据已有的事实和规则推理得出所需结论。 454CLIPS 规则通常由五个部分组成，形式为(defrule RuleName (LHS) = (RHS)。其中 LHS（Left Hand

13、 Side）和 RHS（Right Hand Side）分别表示规则的条件和结论部分。 医学指南模型中 Decision、Action 是常见元素，一般做出各种决策的过程会包含在Decision 元素中；而通过这些决策得出的结论则包含在 Action 中。由于医学指南常分为多个部分，因此通常要选择使用指定的临床指南部分，这就需要使用另外一个元素Context。这个元素中可以包含指定临床指南执行所需的触发事件。通过以上分析，可以建立临床指南模型中元素和规则的映射关系， Context 和 Decision 对应规则的 LHS 部分，而 Action 对应规则的 RHS 部分。规则与规则之间的联系

14、则根据临床指南中的关系联系起来。这样，本系统实现了将临床指南医学逻辑模型自动转换成具有特定流程的规则集，然后使用 CLIPS 推理引擎自动进行推理的过程。自动转化的规则片段如图 4 所示。 图 4 糖尿病诊断规则片段 3.4 为临床信息系统提供决策支持3.4 为临床信息系统提供决策支持 我们将所有的代谢综合征的诊断指南（包括糖尿病、肥胖、血脂、高血压、高尿酸）分别绘制成流程图、建立医学逻辑模型、并自动转换为规则库，基于图 1 的系统框架，实现了为中国人民解放军总医院医护工作站（Pride）提供代谢综合征的临床诊断决策支持，如图 5 所示。 455图 5 Pride 医护工作站中的临床决策支持

15、医生在需要临床决策支持辅助诊断代谢综合征时， 点击医护工作站主界面工具栏上的决策按钮，基于临床指南的临床决策支持系统启动，自动查询医护工作站中患者信息，并根据临床指南规定的临床指标和疾病的对应关系， 用蓝色显示患者可能患有的疾病。 为了进一步确诊疾病，临床决策支持系统将自动获取更详细的患者的病史、体检和检验信息，对于系统暂时不能自动获得的临床信息，还需要医生手工补充。最后，基于患者临床数据信息和临床指南，通过自动化 CLIPS 推理技术，得到代谢综合征的诊断结论和诊断依据，见图 6。 456图 6 临床决策支持结论与依据 3.5 系统评估3.5 系统评估 为了检验基于临床指南的临床决策支持系统

16、的临床价值和发现系统本身存在的问题， 我们对临床决策支持系统进行了评估。 通过临床医生使用临床决策支持系统和不使用临床决策支持系统两种方式对多个病例分别进行诊断，然后对评估结果进行比较、分析。 评估过程采用离线评估的方式，即通过专家挑选真实病历数据库中的以往病例，供评估人员进行诊断评估。评估之前，参照临床指南，对于每例病例至少由两位临床专家统一意见后，确定诊断结论和诊断依据的标准。 评估对象主要针对与代谢综合征相关的 5 种疾病（糖尿病、高血压、血脂异常、痛风高尿酸、肥胖）以及对代谢综合征的评估。整个评估过程一共选取了 20 个病例，其中 55%来自于中国人民解放军总医院内分泌科，25%来自心血管内科，15%来自于消化内科，5%来自于神经内科。 参与评估的临床医生分为两大类，一类是具有丰富代谢综合症诊断经验的专家；另一类则是随机选取的不同专科、资历、从业年限、医学背景的临床医生。制定评估标准的专家有 3 名。参与评估的医生有 20 名，其中内分泌科、神