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老年痴呆症论文-老年痴呆症诊断临床决策支持系统设计与评估

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老年痴呆症论文-老年痴呆症诊断临床决策支持系统设计与评估 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 28 卷 6 期 2009 年 12 月 中  国  生  物  医  学  工  程  学  报 Chinese Journal of Biomedical Engineering Vol. 28  No. 6 December  2009   收稿日期 : 2009204210 , 修回日期 : 2...
老年痴呆症论文-老年痴呆症诊断临床决策支持系统设计与评估
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 28 卷 6 期 2009 年 12 月 中  国  生  物  医  学  工  程  学  报 Chinese Journal of Biomedical Engineering Vol. 28  No. 6 December  2009   收稿日期 : 2009204210 , 修回日期 : 2009209214 基金项目 : 国家高技术研究发展 (863)计划 (2006AA02Z348)3 通讯作者。E2mail : ggzhou @zjut . edu. cn 老年痴呆症诊断临床决策支持系统与评估 叶  枫1  周根贵1 3  南  山2  吕旭东2  段会龙2 1 (浙江工业大学经贸管理学院 ,杭州 310023) 2 (浙江大学生物医学与仪器科学学院 ,杭州 310027) 摘  要 : 老年痴呆症是老年医学亟待解决的问题之一 ,而现有的手段对于老年痴呆症的诊断灵敏度低、特异性差。 临床决策支持系统作为提高医疗诊断和效率的一种手段 ,在近几年得到了较大的发展。本研究针对老年痴呆症的 诊断 ,设计了一个老年痴呆症临床决策支持系统 ,用于辅助医生对老年痴呆症诊断。最后 ,对该老年痴呆症临床决 策支持系统在临床科室中进行了评估。评估结果表明 ,系统对老年痴呆症的诊断有一定的决策辅助作用 ,有助于 提高整体医疗水平 ,减少医疗差错 ,促进医疗服务质量的提高。 关键词 : 老年痴呆症 ; 临床决策支持系统 ; 临床评估 A Design and Evaluation of Clinical Decision Support System on Alzheimer’s Disease Diagnosis YE Feng1  ZHOU Gen2Gui1 3  NAN Shan2  LU Xu2Dong2  DUAN Hui2Long2 1 ( College of Business Administration , Zhejiang University of Technology , Hangzhou 310023) 2 ( College of Biomedical Engineering & Instrument Science , Zhejiang University , Hangzhou 310027) Abstract : Alzheimer’s disease (AD) is one of senior medicine problems that demand prompt solution. However both of the sensitivity and specificity of existing methods for AD diagnosing are limited. As a methodology for promoting the quality and efficiency of healthcare , clinical decision support system (CDSS) has gained much improvement in recent years. This study designed a set of CDSS concentrated on Alzheimer’s disease , in order to assist the diagnosing of AD. And this AD CDSS was evaluated in clinical . The result showed that this system could assist clinicians effectively and improve their level of diagnosis , decrease man made mistake and promote the quality of medical care. Key words :Alzheimer’s disease (AD) ; clinical decision support system(CDSS) ; clinical evaluation 中图分类号  R318   文献标识码  A   文章编号 025828021 (2009) 0620872206 引言   老年性痴呆 (Alzheimer’s disease , AD) 是老年医 学亟待解决的难题之一 ,目前我国 AD 患者约为 600 万~700 万人左右。医政部门统计 ,我国每年 AD 诊 断治疗费用近 200 亿。临床上诊断 AD 灵敏度低 , 特异性差。 在医疗服务中利用信息技术可以提高医疗质量 和效率 ,减少医疗差错 ,降低医疗费用。例如 ,在医 学影像学方面 ,临床决策支持系统 (clinical decision support system ,CDSS)可以通过一些正常和非正常样 本的测量计算 ,引起医生对潜在的非正常区域的注 意。研究发现 ,人眼阅读 X 线胸片时 ,大约 30 %的 肺内结节被漏诊 ,原因是由于影像医生没有注意到 这些病变的区域[1 ] 。 随着现代循证医学的发展 ,对疾病的诊断和治 疗已不再由临床医师的个人经验决定 ,而是需要有 经过正确评价的科学证据支持。基于临床指南的临 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 床决策支持系统 ,结合指南科学性和信息技术 ,可以 为疾病的诊断和治疗行为的规范化提供帮助。 目前 ,针对老年痴呆症诊断的临床决策支持系 统在国内外研究中鲜见。本研究基于临床指南设 计 ,实现了一个用于老年痴呆症诊断的临床决策支 持系统 ,希望能够提高 AD 的临床诊断水平。 1  老年痴呆症 CDSS 设计   本研究所设计的临床决策支持系统基于典型的 CDSS体系 ,以老年痴呆症的临床指南作为知识库 基础。 临床决策支持系统智能水平的高低与系统拥有 医学知识的数量和质量息息相关 ,因此医学知识库 的构建是 CDSS 设计中尤为重要的一步。由于临床 指南的开发方法严格、内容科学 ,可以作为医学知识 的合适来源。但是 ,从指南开发机构发布临床指南 , 到临床医生将指南自如地应用到日常的医疗服务 中 ,存在一定的差距。大部分临床指南是以文本形 式书写的大量文档 ,阅读起来不方便 ,从而影响了临 床医生学习和运用指南。在 CDSS 的开发过程中 , 将临床指南由自由文本形式编码成计算机可读形式 是非常关键的步骤 ,但是直接实现这一转换将是非 常困难的。因此 ,本研究提出一个构建临床指南医 学知识库的规范流程。 首先 ,参考数字化临床指南的规范化绘制符 号[2 ] ,由临床医生将自然语言描述的文本形式的临 床指南以流程图的形式进行表达。随后 ,本研究参 照 SAGE ( standards2based sharable active guideline enviorment)模型[3 ] ,利用 Protégé建模工具[4 ] ,为流程 图化的临床指南建立相对应的医学知识表达模型。 在利用 Protégé建立模型时 ,首先要列出老年痴 呆症诊断过程中用到的所有医学概念 ,并在 SAGE 模型的 Concept 类中加以定义 ;然后需要整理模型中 用到的诊断逻辑表达式 ,并在 Expression 类中对其加 以定义。此外 ,还需要把建立起来的老年痴呆症临 床数据模型定义到 DataModel 类中。最后 ,还需要建 立老年痴呆症临床指南模型的实例 ,即 SAGE 模型 的行为图。该行为图位于 Guideline - Model - Entity 类 中 ,其中 :Context 节点表示了诊疗过程中的情景 ,与 流程图中的开始符号相对应 ;Decision 节点表示诊断 过程中的判断 ,与流程图中的判断符号相对应 ; Action 节点表示诊断过程中得到的诊断结果 ,与流 程图中的诊治行为符合子流程图相对应 ;该类中还 包含了 Subguideline , 与流程图中的子流程图相 对应。 通过 Protégé建立的医学知识模型虽能被计算 机表达 ,但还不能被计算机自动理解与推理。因此 , 采用文献[5 ]中的方法 ,通过规则生成器 ,由程序自 动将医学知识表达模型转换成符合计算机可推理要 求的一系列规则。这些具有特定流程的规则集 ,可 以使用比较成熟的 CLIPS ( C language integrated production system)推理引擎执行来推理。 上述构建临床医学知识库的流程如图 1 所示。 图 1  临床指南知识库构建过程 Fig. 1  Construction flow of clinical guideline knowledge base   临床知识的原始载体为自然文本语言 ,前期由 临床医生将指南转化为流程图形式 ,然后由工程人 员为指南进行医学知识建模 ,随着知识的形式化、结 构化程度越来越高 ,最后利用开发规则生成器自动 构建可以用于智能推理的规则库。 在开发 CDSS 的过程中 ,临床指南的知识也在 不断发生更新 ,根据这样的设计流程 ,可以较好地适 应医学知识库的更新。 2  老年痴呆症 CDSS 临床实现   利用上述框架 ,本研究开发了一个针对老年痴 呆症诊断的临床决策支持系统 ,旨在提高医师对老 年痴呆症的诊断水平 ,提高诊断的准确性 ,缩短确诊 时间 ,避免不必要的检查。 北京某三甲医院的老年痴呆症临床专家结合国 内外老年痴呆症的诊断 ,综合预测因素 (危险因 素、危险度评估) 、量化表、老年痴呆症分级等判断指 标 ,通过临床实验 ,选择11 C2PIB2PET 作为分子生物 学诊断指标 ,共同制定了一个老年痴呆症的临床诊 断指南。同时 ,临床专家将制定的文本临床指南根 据流程图绘制规范 ,形成相应的流程图 ,如图 2 所示。 3786 期 叶枫等 :老年痴呆症诊断临床决策支持系统设计与评估 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 2  老年痴呆症临床诊断流程图(片段) Fig. 2  AD Clinical Diagnosis flowchart ( part)     临床专家绘制好流程图后 ,知识工程师利用 Protégé根据流程图 ,对老年痴呆症的诊断流程进行 建模 , 形成基于 SAGE 的医学逻辑模型 , 如图 3 所示。 为了能够评估老年痴呆症临床决策支持系统的 临床效用 ,本研究开发了用于收集临床信息的上层 478 中  国  生  物  医  学  工  程  学  报 28 卷 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 用户交互界面 ,如图 4 所示。通过上层用户交互界 面 ,医生可以手工录入 CDSS 所需要的临床信息 ,而 CDSS系统则能够智能地给出老年痴呆症的诊断结 论和诊断依据。 图 3  老年痴呆症 SAGE模型行为图(片段) Fig. 3  AD SAGE Active Graph ( part)   图 4  老年痴呆症临床决策支持系统交互界面 Fig. 4  AD CDSS user interface   3  老年痴呆症 CDSS 临床评估   为了对老年痴呆症 CDSS 的临床应用效果进行 评价 ,在北京某三甲医院神经内科对本研究开发的 CDSS开展了临床试验评估。根据医院神经内科现 有资源和老年痴呆症的特点 ,选择了 8 名不同年资 5786 期 叶枫等 :老年痴呆症诊断临床决策支持系统设计与评估 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 的脑神经科专科医生和对 2 名老年痴呆症诊断不太 熟悉的非专科医生 ,进行交叉验证评估。同时 ,由 AD 临床专家随机挑选 20 个神经内科住院或门诊病 人的真实病例 ,涵盖了脑神经科的各种疾病 (其中涵 盖了正常对照、轻度 AD、中度 AD、重度 AD、血管性 痴呆等病例) 。同时 ,临床专家为这些病例制定诊断 金标准 ,用于对评估结果进行判定。 参与评估的 10 名成员分为 2 组 (A 组、B 组) , 将选取的 20 份病例也平均分为 2 组。评估共分为 两轮 ,分别在 2 d 分 2 次完成。每轮评估由 2 组医 生同时进行 ,每组医生每人需连续诊断 10 例病例 , 分别采用传统人工诊断和 CDSS 辅助诊断的方式评 估 2 次。第一次评估时 ,A 组医生采用 CDSS 辅助进 行诊断 ,B 组医生采用传统的人工诊断方式 ;第二次 评估时 ,对剩余另 10 份病例进行评估 , A 组医生采 用传统的人工诊断方式 ,而 B 组医生采用 CDSS 辅 助进行诊断。 试验项目总共分为 4 类 ,分别是 : (1)不使用 PET 分子生物学指标时 ,传统人工 诊断和 CDSS 辅助诊断对比 ; (2)使用 PET 分子生物学指标时 ,传统人工诊 断和 CDSS 辅助诊断对比 ; (3)传统人工诊断时 ,使用和不使用 PET 指标 诊断对比 ; (4) CDSS 辅助诊断时 ,使用和不使用 PET 指标 诊断对比。 对于每项实验 ,分别统计其假阴性、假阳性、真 阴性和真阳性的个数 ,以计算其灵敏度和特异性指 标。评估结果如表 1 所示。 表 1  老年痴呆症诊断临床决策支持系统评估结果 Tab. 1  AD Diagnosis CDSS clinical evaluation result 实验项目 类型 假阴性 假阳性 真阴性 真阳性 灵敏度 特异性 1 CDSS辅助诊断 26 1 39 34 0157 0198 传统人工诊断 9 12 28 51 0185 0170 2 CDSS辅助诊断 5 2 18 35 0188 0190 传统人工诊断 6 3 17 34 0185 0185 3 使用 PET指标 6 3 17 34 0185 0185 未使用 PET指标 9 12 28 51 0185 0170 4 使用 PET指标 5 2 18 35 0188 0185 未使用 PET指标 26 1 39 34 0157 0170 4  讨论   根据以上的 4 组临床试验评估结果发现 : (1)在诊断标准相对明确时 ,CDSS 对医生诊断 老年痴呆症帮助较大。 在老年痴呆症诊断中 ,目前主要依靠对病史、量 表等较为模糊的判断指标 ,专科医生传统的人工诊 断依旧具有比较大的优势 ,这点从第 1 类实验的灵 敏度可以反映出来 ;在 AD 排除标准相对较为明确 时 ,CDSS 在 AD 特异性上较人工诊断有比较显著的 提升 ;而在引入诊断标准相对较为明确的 PET 分子 诊断学指标之后 ,CDSS 灵敏度有显著提升。 (2) CDSS 有助于 PET分子生物学诊断指标的临 床应用。在不使用 CDSS 的情况下 ,有无 PET 指标 对于人工诊断灵敏度和特异性均无统计学差异 ;而 在使用 CDSS 进行诊断的情况下 ,引入 PET 指标会 使诊断的灵敏度得到明显提高。 由于医院的神经内科资源有限 ,本试验中只有 2 名非专科医生参与评估 ,由于实验结果数据样本 太小 ,还无法说明临床决策支持系统对于非专科医 生的临床价值。 5  结论与展望   本研究基于老年痴呆症的临床指南 ,设计和实 现了指南流程图、医学逻辑模型以及规则集 ,并构建 了一个老年痴呆症临床决策支持系统 ,在临床中进 行实践评估。评估结果表明 ,该决策支持系统可以 帮助医生进行老年痴呆症的诊断 ,尤其是在引入了 PET分子生物学指标后 ,老年痴呆症的诊断准确率 相比传统的人工诊断有了较大的提高。在诊断标准 较为模糊时 ,老年痴呆症临床决策支持系统的诊断 效果不够理想 ,因此今后还需要进一步研究老年痴 呆症模糊知识的表达和推理方法。随着我国医学信 息化的快速发展 ,以及临床决策支持系统理论和实 678 中  国  生  物  医  学  工  程  学  报 28 卷 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 践的持续深入 ,医疗质量也将得到不断提高。 参考文献 [ 1 ] Chabat F , Hansell DM , Yang Guang2Zhong. Computerized decision support in medical image [J ] . IEEE Engineering in Medicine and Biology , 2000 , (5) : 86 - 96. [ 2 ] 周群一 ,郭玮 ,吕旭东 ,等. 数字化临床指南的可视化表达 [J ] . 生物医学工程学杂志 ,2009 ,26 (2) :239 - 243. [ 3 ] Tu SW , Campbell JR , Glasgow J , et al . The SAGE Guideline      Model : Achievements and Overview[J ] . Journal of the American Medical Informatics Association , 2007 ,14 (5) :589 - 598. [ 4 ] Shankar RD , Tu SW , Musen MA. Use of Protégé22000 to Encode Clinical Guidelines[J ] . Proc AMIA Symp. 2002 , 1164. [ 5 ] Wu Binfei , Lu Xudong , Duan Huilong. An automatic knowledge acquisition mechanism for independent inference engine module of clinical decision support system[A] . In :Proceedings of ICBBE 2008 [ C] . Shanghai : IEEE , 2008. 1293 - 1296. 7786 期 叶枫等 :老年痴呆症诊断临床决策支持系统设计与评估
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