第1章
概 論
一、 概 述
本章旨在介紹醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域計算機(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)回顧計算機(jī)支持的各個方面，并且提供大量實例。
有意識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幫助下，對現(xiàn)實世界的觀察或數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和理解。而原則上這些數(shù)據(jù)和知識都能保存在計算機(jī)里，這就是現(xiàn)在計算機(jī)能幫助人類推理的原因。
既然計算機(jī)能幫助人類推理，就需要進(jìn)一步了解計算機(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)點和局限性。因此，我們擬對以下情況進(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)研究或者管理和計劃中，人的思考在何處以及如何得到計算機(jī)的支持。同樣重要的是探索計算機(jī)在決策支持方面能起多大作用，以及計算機(jī)與臨床醫(yī)生對病人方面的責(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，什么類型的知識對解釋數(shù)據(jù)是必需的，以及怎樣把知識存儲到計算機(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。然后，這些知識又被增添到醫(yī)學(xué)知識體系中。反過來，這些知識又可作為解釋其他數(shù)據(jù)的根據(jù)。計算機(jī)在數(shù)據(jù)的收集、解釋和新知識的獲得方面也能起作用。由此表明，不僅數(shù)據(jù)和知識能存儲在計算機(jī)里，而且計算程序的開發(fā)可幫助采集和解釋數(shù)據(jù)。
本章第四部分是對計算機(jī)在醫(yī)療衛(wèi)生方面應(yīng)用的鳥瞰，顯示計算機(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)容試圖提供一個思路，以便對醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域使用計算機(jī)的優(yōu)缺點方面能有一個清晰的輪廓。這個輪廓將以復(fù)雜度，（即對人類如醫(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階段：①觀察；②推理；③處理。
在人類行為中，這三個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，如果我們身處危險或不愉快的境地，我們就會認(rèn)真觀察事實和環(huán)境，然后制定一個計劃擺脫這一困境，如果可能的話就設(shè)法改善境況。又如，在戰(zhàn)場上將軍們盡可能收集關(guān)于軍隊情況的數(shù)據(jù)，制定一個戰(zhàn)略計劃并實施之。甚至他們可以預(yù)先在計算機(jī)上模擬戰(zhàn)爭情況和戰(zhàn)略計劃。在科學(xué)研究中，也同樣存在這三個階段（表1-1）。 調(diào)查者收集并觀察資料（測量值或數(shù)據(jù)），得出一個基于假設(shè)的結(jié)論，并基于他的理論知識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)嶒炗媱澮酝貙捚渲R。
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階段：①觀察；②診斷；③治療。
表1-1 各領(lǐng)域人類活動的三個階段
人類活動領(lǐng)域
階段 普通行為 科學(xué)研究 醫(yī)療衛(wèi)生 計算機(jī)處理
1 觀察 測量 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 實驗 治療 輸出生成
這個循環(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、實驗室檢查或X線透視）并得出一個結(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)面對現(xiàn)實的非抽象世界中每個病人的特殊問題。因此與病人有關(guān)的問題不能用某種從病人的社會性抽象出來的方法解決。實際中，人類行為的三個階段經(jīng)常反復(fù)循環(huán)，因為可能出現(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，仍是一個不解之謎。就科學(xué)研究（包括醫(yī)學(xué)研究）來說，這一點更是明顯。
經(jīng)過以上帶有哲理性的介紹以后，有一點必須強(qiáng)調(diào)，本書不是計算機(jī)編程教程，而是關(guān)于應(yīng)用計算機(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)計算機(jī)應(yīng)用于科學(xué)研究的時候，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)用計算機(jī)解決與病人相關(guān)的問題時就與在其他方面的應(yīng)用有所不同。鑒于這個原因，我們首先討論在診療循環(huán)中的三個階段（圖1-2）。它簡潔地描述了醫(yī)護(hù)人員在處理數(shù)據(jù)、信息和知識中具有共性的臨床實踐。
（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，經(jīng)常會遇到不可忽視的數(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)信號的噪聲，或者生化分析的錯誤（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，是動態(tài)的，其病程特點在不斷地變化。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)對于醫(yī)學(xué)信息學(xué)來說是一個挑戰(zhàn)。本章的第四部分和以下的章節(jié)列舉了眾多例子，說明通過使用計算機(jī)可獲得對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、運動心電圖、冠狀動脈血管造影和超聲心動圖等對心肌缺血性心臟病的診斷）。而有時在處理時數(shù)據(jù)太多以致我們不得不面對數(shù)據(jù)冗余問題。實際上，在診療循環(huán)的每一個途徑，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)先考慮費用低的手段（如體檢或?qū)嶒炇覚z查），最后才考慮費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，計算機(jī)產(chǎn)生的列表可以提示并引起他注意。例如，計算機(jī)能幫助從文獻(xiàn)中找出必需的背景信息。
臨床醫(yī)生要對病人負(fù)責(zé)，因此必須對診斷負(fù)責(zé)。但是，當(dāng)使用計算機(jī)支持時，絕不允許用計算機(jī)取代人類（臨床醫(yī)生）對診斷的負(fù)責(zé)。因此，客觀的和基于科學(xué)的部分可以交給計算機(jī)去做，而處理病人獨特的和個體的問題不能也不應(yīng)該交給機(jī)器。例如，一個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)生的實踐經(jīng)驗是高度主觀性的，不可能為計算機(jī)所代替。但這僅說對了一部分，其實，即使是存儲在人腦中的知識和經(jīng)驗（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)化并用計算機(jī)來處理（如知識庫，參閱第15章）。
（三）治療
治療階段需要的臨床知識和經(jīng)驗與診斷階段不同；治療的特點是人類行為的實踐性，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。對于不同治療的評估，計算機(jī)的應(yīng)用也不可或缺，因為在許多情況下必須做對照分析以觀察療效。
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。在用計算機(jī)進(jìn)行信息處理時我們也能看到與上述相同的三個階段：①測量和數(shù)據(jù)輸入；②數(shù)據(jù)處理；③結(jié)果產(chǎn)生（參見表1-1）。
實際上，只有當(dāng)人們以某種方式參與進(jìn)來時，才談得上信息處理。計算機(jī)不會處理信息，只會處理數(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算機(jī)放大。
在計算機(jī)信息處理的框架中，人類的特殊任務(wù)是采取初步行動，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，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)人工費用比較便宜時才被利用，而一旦計算機(jī)提供一種更好的選擇方法的時候，人的角色就可被取代。這一點在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中特別重要，因為它不僅涉及經(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)和計算機(jī)技術(shù)正在快速互動發(fā)展。數(shù)十年前（在ENIAC時代，第一代計算機(jī)用電子管構(gòu)成，每秒鐘運行1000次）誰能想象到將會出現(xiàn)每秒鐘能運行一億甚至十億次的便攜式計算機(jī)？在20世紀(jì)50年代早期，那時值100萬美元的計算機(jī)，現(xiàn)在購買與其功能相同的計算機(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)令時代迅速地戲劇性地發(fā)展成為信息時代。Internet和WWW成為眾所周知的詞語，擁有個人計算機(jī)（PC）的百分率不斷上升。但實際上，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）。一個已經(jīng)參加過大量比賽的國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)生基于他的知識和經(jīng)驗獲得他的思路，即使對那些作為醫(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）的結(jié)構(gòu)化和有序化方面，計算機(jī)可給我們極大的支持。因而，在科學(xué)研究中，事實上在現(xiàn)代科學(xué)的所有領(lǐng)域，計算機(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，對信息處理提供一個更佳的思路。這些模型是計算機(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的危險性。人們試圖從已建立的模型來觀看真實世界，在這個過程中，我們重構(gòu)我們的世界，還原它，讓它適合我們對這個世界的有限的看法。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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