管理与临床决策支持概述(何雨生)

@opzoon.com何雨生北京大学人民医院医学信息中心[e-mail]管理与临床决策支持概述IntroductionofManagementandClinicalDecisionSupportSystem决策支持系统概念决策支持系统•决策支持系统(decisionsupportsystem，简称dss)是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。它是管理信息系统(mis)向更高一级发展而产生的先进信息管理系统。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。(1)结构化决策，是指对某一决策过程的环境及规则，能用确定的模型或语言描述，以适当的算法产生决策方案，并能从多种方案中选择最优解的决策。结构化决策问题相对比较简单、直接，其决策过程和决策方法有固定的规律可以遵循，能用明确的语言和模型加以描述，并可依据一定的通用模型和决策规则实现其决策过程的基本自动化。早期的多数管理信息系统，能够求解这类问题，例如，应用解析方法，运筹学方法等求解资源优化问题。决策支持系统(2)非结构化决策，是指决策过程复杂，不可能用确定的模型和语言来描述其决策过程，更无所谓最优解的决策。其决策过程和决策方法没有固定的规律可以遵循，没有固定的决策规则和通用模型可依，决策者的主观行为（学识、经验、直觉、判断力、洞察力、个人偏好和决策风格等）对各阶段的决策效果有相当影响，往往是决策者根据掌握的情况和数据临时作出决定。(3)半结构化决策，是介于以上二者之间的决策，这类决策可以建立适当的算法产生决策方案，使决策方案中得到较优的解。其决策过程和决策方法有一定规律可以遵循，但又不能完全确定，即有所了解但又不全面，有所分析但又不确切，有所估计但又不确定。这样的决策问题一般可适当建立模型，但无法确定最优方案。非结构化和半结构化决策一般用于一个组织的中、高管理层，其决策者一方面需要根据经验进行分析判断，另一方面也需要借助计算机为决策提供各种辅助信息，及时做出正确有效的决策。决策支持系统的架构智能决策支持系统采用人工智能技术的决策支持系统主要人工智能技术：•••••专家系统：利用大量专门知识解决特定领域实际问题的系统神经网络：利用神经元模型的系统，如传播模型(MP)等遗传算法：模拟生物遗传的群体优化搜索方法机器学习：模拟人类学习，获取解决问题知识的方法自然语言理解：理解和处理自然语言的方法传统的决策支持技术1.简单数学方法•••统计室的工作各职能处室报表、调研和统计分析成本核算……2.统计学方法••T检验、卡方检验多元回归……3.模型方法••正常产分娩质量、效益评价表心肌梗塞危险因素评价表……我们强调这些传统管理方法的重要性，以避免用技术取代管理、以方法取代目标的错误。数据仓库技术数据仓库是一个面向主题的、集成的、稳定的、包含历史数据的数据集合，它用于支持经营管理中的决策制定过程。•••••主题：用户使用数据仓库进行决策时所关心的重点方面；面向主题是：指数据仓库内的信息是按主题进行组织的，为按主题进行决策的过程提供信息；集成:是指数据仓库中的信息不是从各个业务处理系统中简单抽取出来的，是经过系统加工、汇总和整理，保证数据仓库内的信息是关于整个企业的一致的全局信息；稳定:数据进入数据仓库以后，一般情况下将被长期保留，也就是数据仓库中一般有大量的插入和查询操作，但修改和删除操作很少；包含历史数据:是指数据仓库内的信息并不只是关于企业当时或某一时点的信息，而是系统记录了企业从过去某一时点到目前的各个阶段的信息，通过这些信息可以对企业的发展历程和未来趋势作出定量分析和预测。把信息加以整理归纳，并及时提供给相应的管理决策人员，是数据仓库的根本任务。数据分析数据挖掘外部数据数据集市业务数据系统数据报表文档资料抽取清理装载刷新服务数据源数据存储与管理OLAP服务器前端工具与应用数据仓库的利用1.提供了标准的报表和图表功能2.数据仓库支持多维分析，使得用户能方便地汇总数据集，简化了数据的分析处理逻辑，并能对不同维度值的数据进行比较3.是数据挖掘技术的关键基础数据仓库监测与维护元数据管理数据仓库管理系统数据分析数据挖掘外部数据数据集市业务数据系统数据报表文档资料抽取清理装载刷新服务数据源数据存储与管理OLAP服务器前端工具与应用数据仓库工具数据仓库监测与维护元数据管理数据仓库管理系统数据挖掘算法（知识发现）•••••••••传统主观导向系统：这是针对专业领域应用的系统。如基于技术分析方法对金融市场进行分析。采用的方法从简单的走向分析直到基于高深数学基础的分形理论和谱分析。这种技术需要有经验模型为前提.传统统计分析：这类技术包括相关分析、回归分析及因子分析等。一般先由用户提供假设,再由系统利用数据进行验证。缺点是需经培训后才能使用，同时在数据探索过程中，用户需要重复进行一系列操作。神经元网络（NN）技术决策树进化式程序设计（Evolutionaryprogramming）基于事例的推理方法（CBR—Casebasedreasoning）遗传算法（GA—GeneticAlgorithms）非线性回归方法粗糙集方法人工智能常用技术1.概率方法与决策分析：•贝叶司(Bayes)理论2.决策树(DecisionTree)与决策分析3.符号推理和专家系统••IFTHEN规则，MYCIN系统INTERNIST-1/CADUCEUS4.神经网(NeuralNetworks)和连接系统(ConnectionistSystems)•逆传播网5.本体（Ontology）•语义Web临床决策分析常用的方法•••••决策树分析法;利害比值分析法;阈值分析法;综合分析法;其他方法决策树分析法•医生在考虑和分析临床诊断、治疗决策中,可将备选方案、情况和转归结局进行分层,对选择后的各种可能情况和结局用循证医学研究报告所提供的数据(各相关事件发生的概率)标出,以便分析比较。各种选择犹如树干的分支,而整个抉择过程则由多层分支构成的树状构成,故称决策树。疑诊酒精中毒性肝炎或胆管炎的诊治决策树分析图决策树分析法基本步骤1.根据临床问题,如诊断或治疗,可供选择的行动方案、可能的状态和结局,绘出决策树图解;2.根据文献资料(证据)结合患者实际情况,标出决策树各分支的可能发生概率;3.根据对患者健康的利弊得失,人为但合理地确定各种结局的效用值(utility);4.依据概率论的原理,采用回乘法(foldingbackward)计算各种决策的总效用值或预期效用值;5.依椐决策论的原理,以预期效用值最大的行动方案或决策首选方案或最佳决策;6.基于估计参数(概率、效用值)的误差或不稳定性,变动有关参数,观察其对决策分析结果的影响,即进行敏感性试验。医学知识本体结构临床表现－诊断－治疗的决策树结构主诉腹部疼痛右上腹疼右下腹疼胆囊炎…阑尾炎宫外孕卵巢囊肿扭转……手术治疗保守治疗………………左上腹疼…...左下腹疼…...…...……...临床表现－诊断－治疗集合的映射关系○○○○○○○○○○○○○○○○•临床表现层：临床表现是可穷举的。多个临床表现对应一个诊断，正向是充分条件，逆向是必要条件•临床诊断层：理想的诊断节点应该仅对应一组治疗方案，实际是对应多组•临床治疗层：治疗方法也是可以穷举的。临床表现－诊断－治疗集合的映射关系○○○○○○○○○○○○○○○○○○•临床诊断层细分为子诊断的意义：一个诊断尽量对应一组特定的治疗临床诊断循环获取临床资料形成临床诊断假设确定临床诊断诊断反馈循环：逐步求精过程临床鉴别诊断疾病A交集疾病B交集划分疾病A交集疾病B考虑非确定性的交集划分考虑概念的内涵和外延临床鉴别诊断疾病A疾病B疾病C诊断相关因素2诊断相关因素3诊断相关因素1临床诊断与鉴别诊断•诊断相关因素是N维的，N趋向于无穷大•现实疾病空间是连续空间，包括维度和每维的刻度•疾病理论抽象是不连续空间，因为人类无法处理连续空间•疾病的鉴别诊断实际是在讨论N维空间中，疾病概念的内涵和外延神经网结构与神经反射•巴普洛夫神经反射学说•神经元–神经节–轴突:发送信号–树突：接受信号，学习训练可以增加数量–神经胶质细胞：暂时连接和树突形成•突触的连接：电信号－化学信号－电信号•神经的兴奋与抑制•神经信号的连接－优势连接•通过记忆和遗忘学习知识人类知识的网状结构•人类知识一定是网状的•人类知识来源是统计规律•归纳推理•逻辑推理：强的连接规律•人类知识、知识之间的关系类似于UML描述的对象、对象之间的关系•知识网是N维空间概念之间构成的关系•医学知识网是不连续网络：医学过于复杂－N过大，网络训练样本集过小，训练时间短•医学知识网的不完全连通性导致医学推理的局限性•人类新知识的发现有赖于对既往知识的理解－在原有知识网结构上构建新的片段人类知识的网状结构•人类新知识的发现有赖于对既往知识的理解－在原有知识网结构上构建新的片段•数据挖掘发现的关系经常无法解释，就是没有建立在原有的知识网基础上，因而无法理解•传统统计学的方法建立在对结果预期假设基础上，实际是建立在人类既往的知识网基础上现实世界知识的人类抽象•对N维现实知识空间的抽象是不唯一的•根据黑箱理论，不同抽象的内部结构不同，但只要有效，就是合理抽象•中医和西医理论是对同一现实知识空间的不同抽象，经过时间验证，都是有效的，因此都是科学的•虽然两种抽象的对象相同，但抽象模型不同，内部节点没有明确的对应关系，这就是中西医结合的困惑•从知识模型角度，研究中医理论的发展方向决策支持技术应用管理与临床决策支持系统••决策支持技术在管理和临床中的应用管理决策支持••沃尔玛“尿布与啤酒”的案例管理流程中的关键环节和关键绩效指标(keyperformanceindicators，KPI)•闭环管理PDCA循环四个阶段A:处理P:计划C:检查D:执行PDCA循环八个步骤ACPD遗留问题转入下期总结经验纳入标准检查效果发现问题执行措施执行计划分析现状找出问题拟定措施计划管理决策支持•••••管理的任务是设计和维持一种体系，使在这一体系中共同工作的人们能够尽可能少的支出（人力、物力、财力），去实现他们的既定目标。管理的职能可以划分成计划、组织、指挥、沟通、控制、激励、创新七种职能。管理大师德鲁克曾经说过“无法度量就无法管理”，强调了评价对于企业管理的意义。Mittra将DSS定义为：决策支持系统是从数据库中找出必要的数据，并利用数学模型的功能，为用户产生所需要的信息。DSS中强调了两点：数据库和数学模型。DSS正是沿着这两个重点发展，形成了数据仓库(DataWarehouse,DW)和数据挖掘(DataMining)技术。常用传统的统计报表方法和数据仓库方法缩短平均住院日分析研究-马谢民高层管理中层管理基层管理不同职能管理（医、教、研、管）管理临床医院组织结构与管理决策MIS：以处理人、财、物等管理信息为主的信息系统CIS：以处理临床信息为主的信息系统ObstructiveLungDiseaseMedicalErrorsAutoAccidentsHeartDiseaseHeartDiseaseDiabetesPneumoniaCancerCancerKidneyDiseaseStrokeSuicideSource:InstituteofMedicineandtheCentersforDiseaseControlandPrevention0100,000200,000300,000400,000500,000600,000700,000800,000LeadingCausesofDeaths/FatalitiesperYear医药错误和医疗服务质量变化IT有助于解决这些问题•每年大约10,000名美国人死于医药错误…这个数字从1983年到1993年已经增长了2.57倍…大约1.8%的住院病人发生影响病人健康的医