第1章
概 论
一、 概 述
本章旨在介绍医疗卫生领域计算机支持的概貌，所取得的成就反映在数据采集和解释、决策以及其他进展方面。本章和以下各章节回顾计算机支持的各个方面，并且提供大量实例。
有意识的思考和推理往往发生在人类的大多数行为之前，无论是科学行为还是日常工作和生活，概莫能外。病人的医疗和医学研究就是说明人类推理至关重要的一例。这种思考本质上需要在专家提供的知识帮助下，对现实世界的观察或数据进行解释和理解。而原则上这些数据和知识都能保存在计算机里，这就是现在计算机能帮助人类推理的原因。
既然计算机能帮助人类推理，就需要进一步了解计算机在一般应用和在医疗卫生领域特殊应用中的优点和局限性。因此，我们拟对以下情况进行讨论，即在医疗卫生及其相关行为中，诸如在医学研究或者管理和计划中，人的思考在何处以及如何得到计算机的支持。同样重要的是探索计算机在决策支持方面能起多大作用，以及计算机与临床医生对病人方面的责任有什么关系。
信息在解释数据和决策中扮演了关键的角色。因此我们有必要懂得信息的含义并理解数据、信息和知识之间的区别。本章及以下章节将讨论怎样获得可靠的数据，用什么方法从数据中提炼信息，什么类型的知识对解释数据是必需的，以及怎样把知识存储到计算机中。图1-1显示临床医生在观察病人或某一（生物的）过程中产生的数据，并从这些数据中通过解释或推理得到信息的过程。而这些信息又指导临床医生采取进一步措施。图1-1中，标有“信息”的箭头表示反馈给临床医生的第一个循环。通过仔细地研究大量医学方面诸如此类的解释过程，或者通过收集来自大量病人的数据解释，最后归纳推理得到新的见解和新的知识。然后，这些知识又被增添到医学知识体系中。反过来，这些知识又可作为解释其他数据的根据。计算机在数据的收集、解释和新知识的获得方面也能起作用。由此表明，不仅数据和知识能存储在计算机里，而且计算程序的开发可帮助采集和解释数据。
本章第四部分是对计算机在医疗卫生方面应用的鸟瞰，显示计算机在医学方面的应用有许多潜力，但是也有其根本性限制。如果应用于病人医护将更是如此。这一介绍性内容试图提供一个思路，以便对医疗卫生领域使用计算机的优缺点方面能有一个清晰的轮廓。这个轮廓将以复杂度，（即对人类如医生、护士、其他医护人员和医学研究者参与的依赖程度）划分层次勾画出来。
二、 诊断-治疗循环
几乎所有的人类行为，我们都能分辨出三个阶段：①观察；②推理；③处理。
在人类行为中，这三个阶段不仅在日常生活，而且在病人医护、管理和研究中都起着作用。例如，如果我们身处危险或不愉快的境地，我们就会认真观察事实和环境，然后制定一个计划摆脱这一困境，如果可能的话就设法改善境况。又如，在战场上将军们尽可能收集关于军队情况的数据，制定一个战略计划并实施之。甚至他们可以预先在计算机上模拟战争情况和战略计划。在科学研究中，也同样存在这三个阶段（表1-1）。 调查者收集并观察资料（测量值或数据），得出一个基于假设的结论，并基于他的理论知识和推理得出一种解释，否决或修正这一理论，最后制定一次新的科研或实验计划以拓宽其知识。
在医疗卫生领域中，在所谓的诊疗循环（图1-2）中也能遇到相同的三个阶段：①观察；②诊断；③治疗。
表1-1 各领域人类活动的三个阶段
人类活动领域
阶段 普通行为 科学研究 医疗卫生 计算机处理
1 观察 测量 病人数据采集 数据输入
2 推导 理论形成 诊断 数据处理
3 行为 实验 治疗 输出生成
这个循环包括病人讲述他/她的病史，临床医生收集数据（如作物理检查、实验室检查或X线透视）并得出一个结论，甚至可能得出诊断，然后开出治疗处方或者执行其他治疗。医疗卫生与科学研究不同，面对的不是解决抽象的一般化的问题，而是要解决具体病人问题。这些问题只有部分能被一般化。为了解决与病人有关的问题，临床医生必须尽可能使用在科学研究中已经肯定的方法，但是必须永远面对现实的非抽象世界中每个病人的特殊问题。因此与病人有关的问题不能用某种从病人的社会性抽象出来的方法解决。实际中，人类行为的三个阶段经常反复循环，因为可能出现先前的假设必须改进或更改的情况。在作诊断或进行研究的过程中，到底何时何地在头脑中突然迸发出创造性火花而获得真知灼见，仍是一个不解之谜。就科学研究（包括医学研究）来说，这一点更是明显。
经过以上带有哲理性的介绍以后，有一点必须强调，本书不是计算机编程教程，而是关于应用计算机处理解决医疗卫生领域数据、信息和知识的参考书。它既涉及科学问题，也涉及与病人有关的问题。当计算机应用于科学研究的时候，在医学科学研究中的应用与其他学科研究并无区别。然而，应用计算机解决与病人相关的问题时就与在其他方面的应用有所不同。鉴于这个原因，我们首先讨论在诊疗循环中的三个阶段（图1-2）。它简洁地描述了医护人员在处理数据、信息和知识中具有共性的临床实践。
（一）观察
在观察阶段的任务是获取数据，更确切地说，是获取能提供相关信息的数据（关于数据和信息的区别等其他方面内容，将在第2章中讨论）。简而言之，利用信息能够减少关于病人疾病的不确定性。在许多病例中，这种不确定性能通过参考病人的病史数据（既往病史）得以减少；另外一些病例中，必须通过病人体格检查、血样分析或生物学信号的记录（如心电图或呼吸描记图）等途径收集生理或生化数据。
收集数据时，经常会遇到不可忽视的数据不规则性，诸如病人的回答不全面或不正确，生物学信号的噪声，或者生化分析的错误（参阅第2章）。许多病例中，由于不能通过无创伤的诊断手段进行观察，因而无法获得相关的数据。只有在某些情况下，医生才会决定做侵入性探查（例如用导管、内镜等）或者通过活组织检查取得标本以收集数据。而有些疾病，病程是不稳定的，是动态的，其病程特点在不断地变化。譬如，期外收缩病人、休克病人或者癫痫发作病人就可能出现这种情况。
帮助解释来自病人的数据对于医学信息学来说是一个挑战。本章的第四部分和以下的章节列举了众多例子，说明通过使用计算机可获得对诊断和治疗非常重要的参数。
用完全不同的方式得到的病人数据常常可相互补充和相互佐证，以得出更加可靠的诊断（例如：病史、运动心电图、冠状动脉血管造影和超声心动图等对心肌缺血性心脏病的诊断）。而有时在处理时数据太多以致我们不得不面对数据冗余问题。实际上，在诊疗循环的每一个途径，临床医生都尽力减少病人的疾病或者病程的不确定性。鉴于上述原因，如果可能，诊疗循环的第一步总是获得病人的病史，接着优先考虑费用低的手段（如体检或实验室检查），最后才考虑费用高的和损伤性的方法，如磁共振成像（MRI）或心导管插入。在绝大多数情况下，通过使用不同方式和不同方法得到的数据，就能获得关于病人状况的全貌。医学信息学的任务就是帮助临床医生获得必需的数据，提供决策支持的方法，以便使诊疗循环得以有效地进行并尽可能保证服务质量和减少病人麻烦。
（二）诊断
第15~18章将讲述计算机和诊断之间的关系。因此，本章只作初步的介绍性的描述。准确诊断的先决条件是治疗医生的周密思考。计算机在诊断阶段可以有很多应用，然而，这仅仅限于诊断的可结构化、可一般化和可客观化部分。换言之，是基于能科学地结构化的那一部分。临床医生经常不在意他不知道的东西，计算机产生的列表可以提示并引起他注意。例如，计算机能帮助从文献中找出必需的背景信息。
临床医生要对病人负责，因此必须对诊断负责。但是，当使用计算机支持时，绝不允许用计算机取代人类（临床医生）对诊断的负责。因此，客观的和基于科学的部分可以交给计算机去做，而处理病人独特的和个体的问题不能也不应该交给机器。例如，一个诊断总是带有某种程度的主观因素，那些因素永远不可能一般化，永远不能交给计算机去做。初看起来，似乎在诊断和治疗病人中临床医生的实践经验是高度主观性的，不可能为计算机所代替。但这仅说对了一部分，其实，即使是存储在人脑中的知识和经验（尽管只有部分内容并且只在某种程度上）也能被结构化并用计算机来处理（如知识库，参阅第15章）。
（三）治疗
治疗阶段需要的临床知识和经验与诊断阶段不同；治疗的特点是人类行为的实践性，它较多地受决策控制，而较少地受理论思维控制。治疗阶段依赖于前阶段的结果，即诊断和决策分析（参阅第18章）中所提示的可能预后（即病人将来最可能的结果）。
通常治疗是由内科医生或护士处理的，而诊断还可由其他医务人员作出。例如提供治疗的有外科和放射治疗。很难想象外科和探查行为能完全由计算机和机器人取代。但是，治疗的准备和监护却可以得到计算机支持。后者的例子是药物管理（剂量、可能存在的药物之间的反应或禁忌症）和危重病人或放射治疗的监护。
尽管这些例子都直接与病人医护有关，但是计算机也能用于分析来自许多病人的大量数据并通过归纳而得出结论（参见图1-1）。这样的分析，有时被称为“数据采掘”（data mining）（参阅第22章），可应用于流行病学、医疗卫生服务情况研究、决策分析和医学科研中。对于不同治疗的评估，计算机的应用也不可或缺，因为在许多情况下必须做对照分析以观察疗效。
三、信 息 处 理
在第3章中，我们将讨论信息处理系统的结构，试图阐明人类和机器在处理信息上的相似性和相异性。在用计算机进行信息处理时我们也能看到与上述相同的三个阶段：①测量和数据输入；②数据处理；③结果产生（参见表1-1）。
实际上，只有当人们以某种方式参与进来时，才谈得上信息处理。计算机不会处理信息，只会处理数据。只有人类能够解释数据使其成为信息。计算机辅助获取数据和人类感官获取数据，两者之间有相似性（参阅第2章）。计算机处理过程与人脑思考过程也有相似性。但正如上文所述，这仅仅限于能结构化和一般化的信息处理部分。在医疗卫生领域中，计算机不能也不应该代替人脑的思考过程，而应该用在增强人脑的能力方面。计算机能够扩展人脑的记忆力，提高它的数据处理能力和提高数据处理的精确性和一致性。正如人类的感觉能被显微镜或听诊器放大一样，人脑的能力也能被计算机放大。
在计算机信息处理的框架中，人类的特殊任务是采取初步行动，准备处理过程和解释结果。在开发和使用信息处理系统时，应该确保人的责任是完整的，不能把人看作只是信息处理系统可代替的部分；不能认为只有当人工费用比较便宜时才被利用，而一旦计算机提供一种更好的选择方法的时候，人的角色就可被取代。这一点在医疗卫生领域中特别重要，因为它不仅涉及经济问题而且涉及伦理问题。在信息处理过程中，人类既是主体（医生和护士）又是客体（病人），在人类和机器之间应该保持适当的平衡。
（一）人类思维的扩展
信息学和计算机技术正在快速互动发展。数十年前（在ENIAC时代，第一代计算机用电子管构成，每秒钟运行1000次）谁能想象到将会出现每秒钟能运行一亿甚至十亿次的便携式计算机？在20世纪50年代早期，那时值100万美元的计算机，现在购买与其功能相同的计算机只要25美元甚至更少。
由于信息学和远程通信的成就，当令时代迅速地戏剧性地发展成为信息时代。Internet和WWW成为众所周知的词语，拥有个人计算机（PC）的百分率不断上升。但实际上，我们并不知道信息到底是什么，它由什么东西组成（第2章将详细地讨论信息的各个方面）。 我们真的理解重力和电的本质吗？我们并没有真正了解电子或中微子。在科学中，人们创立各种理论，而在这些理论被证明并非真理之前，或找到了另一种能更好解释这个世界的模式之前，人们常认为这些理论是正确的。
与此相似，一个临床医生也经常不完全了解疾病本身以及它的本质或者它的起源。尽管遗传学大大地开阔了我们的知识范围，医生还是经常不完全清楚他们是通过怎样的途径得出正确诊断的（第15章将更加深入地讨论这一问题）。一个已经参加过大量比赛的国际象棋大师真的能说清楚他是如何获得下一步棋的最佳思路吗（参阅第15章）？同样，在医疗保健方面，临床医生基于他的知识和经验获得他的思路，即使对那些作为医学研究结果的模型和理论不十分了解，也照样能成功地利用这些模型和理论为病人提供服务。如果没有这些模型和理论，现代医学将不复存在。在科学和医疗卫生领域中，人们的思维（人类行为的第二阶段）和行为（第三阶段）都受人为的规则或者已经发现的规律和已被建立的理论支配。在我们生存的世界（包括科学和社会）的结构化和有序化方面，计算机可给我们极大的支持。因而，在科学研究中，事实上在现代科学的所有领域，计算机已经是必不可少的一员。
在医学信息学领域中，我们也试图阐明规则、发现规律、建立模型，对信息处理提供一个更佳的思路。这些模型是计算机可操作的并可应用于医疗卫生工作中。但是，必须指出一般模型在使用时的危险性。人们试图从已建立的模型来观看真实世界，在这个过程中，我们重构我们的世界，还原它，让它适合我们对这个世界的有限的看法。如果我们戴上一副红色的眼睛，那么说一切都是红色的就不足为奇了，世界仿佛不再是
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