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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
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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。
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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
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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
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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
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践的持续深入 ,医疗质量也将得到不断提高。
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