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◇小专论◇
数据挖掘在医学上的应用
王华1,江启成2,胡学钢3
(安徽医科大学1.计算机中心,2.卫生事业管理学院,安徽合肥230032;3.合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230009)摘要:随着医院信息系统(hospital
information
system,HIS)在医院的广泛应用,特别是数字新技术在门诊系统中的广泛应用,医
学数据挖掘是提高医院信息管理水平,为疾病的诊断和治疗提供科学的、准确的决策的需要。本文详细分析了医学信息的特点及医学数据挖掘的过程,最后介绍了数据挖掘在医学上的应用。关键词:数据挖掘,关联规则,医学信息
Applicationofdatamimngtomedicine
WANGHual.JIANGQi—chen92.HUXue.gang。
(1.ComputerCenter,2.SchoolofHealthServiceManagementAnhuiMedicalUnivorsity,HefeiAnhui,230032;
3.SchoolofComputer&InformationHefeiUniversityofTechnology,HefeiAnhui,230009)
Abstract:WiththewideapplicationofHospitalInformationSysteminhospitals,especiallythewideapplicationinclinicsystemofthe
digitaltechnology,datamining
on
medicineisnecessaryforimprovingthemanagementlevelofthehospitalinformationandprovidingsci-
entificdecision—makingforthediagnosisandtreatmentofdiseases.Inthispaper,weanalyzethecharacteristicsofthemedicalandtheprocessofmedicaldatamining,introducetheapplicationKeywords:datamining;associationrules;medical
information
information
ofdatamining
tomedicine.
计算机信息管理系统在医疗机构的广泛应用,同时电子病历的大量应用,医疗设备的数字化,促进了医学信息的数字化,使得医院数据库的信息容量快速累积,这些宝贵的医学信息资源对于疾病的诊断、治疗和医学研究都是非常有价值的。然而目前大多数医院对数据库的处理属于医学数据库的低端
基金项目:安徽医科大学科研基金资助项目(2006kj28),安徽医科大
学科研基金追加资助项目(2008kjzj05)
作者单位:王华(1973一),男,硕上,研究方向:数据挖掘,人工智
能;E—mail:75032447@qq.corn
胡学钢(1961一),男,教授,博士,硕士生导师,研究方向:知识工程,数据挖掘
操作,缺乏数据的集成和分析,更谈不上医学决策和知识的自动获取,大量的数据被描述为“数据丰富,但信息贫乏”,如何利用数据挖掘技术从这些海量的数据中找出有价值的知识和规则,挖掘数据中所隐藏的规律利用这些来为疾病的诊断和治疗提供科学的决策总结各种医治方案的疗效,更好地为医院的决策管理、医疗、科研和教学服务,已成为一个非常重要的研究课题以及对海量的数据进行自动获取,都需要新的技术来实现。
数据挖掘(DataMining)…是一个多学科交叉研究领域,它融合了数据库(Database)技术、人工智能(Artificial
Intelli
gence)、机器学习(MachineLearning)、统计学(Statistics)、知
3讨论
硫酸镁口服清洁肠道的原理:硫酸镁属渗透性泻药,口服后由于M92+和sO。2。不被吸收,在肠道内形成一定的渗透压,使肠内水分不被肠壁吸收,肠内容积增大,肠道被扩张,刺激肠壁使肠蠕动加强而引起排便,且口服硫酸镁使小肠释放胆囊收缩素增多,结肠的分节运动增强而加速排便。在口服硫酸镁的同时要求立即饮水,高渗硫酸镁到达肠腔立即饱和而达到效果,增加肠道清洁度,但过量饮水会引起饱腹感增加不良反应,饮水不够又会影响肠道准备效果。A组患者提前
12
明该方法较差,而A组和C组总有效率无显著差异,但C组副作用较A组明显增加,故笔者认为一般情况下可用A种方法,既能达到效果,也不至于出现严重副作用。参考文献:
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Braga
M,GianottiL,GentilinO,eta1.Early
provesgutorygenation
postoperative
costs
enteral
nutritionintotal
andreduces
comparedwith
h口服少量50%硫酸镁而达到肠道清洁程度高和不良反
parenteral
nutrition[J].CritCareMed,2001,29(2):242—8.
应少,可能与大便缓慢软化有关,起到预清洗的作用。因肠道有许多弯曲容易存积粪便及粪水,特别是右半结肠清洁度差,适当延长准备时间可使肠道内水液存留,使肠内于结粪块变形为稀薄粪液而通过狭窄的病变肠段,长时间含硫酸镁的水溶液浸泡,也使结肠内壁黏膜表面符着的粘液脱离肠壁,随粪水排出,更利于肠镜"1。C组患者虽然肠道准备有效率高,但副作用较大,患者反映50%硫酸镁稀释后口味更差,口服量大,很难耐受。本研究中B组总有效率低于A组及C组,说
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(收稿13期:2008一01—08)
万方数据
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识工程(KnowledgeEngineering)、面向对象方法(Object-Often-
ted
Method)、信息检索(InformationRetrieval)、高性能计算
(Hi【gh.PerformanceComputing)以及数据可视化(DataVisual-
ization)等最新技术的研究成果。
简单的说,数据挖掘是从大量的数据中提取或“挖掘”知识。数据挖掘应该更正确地命名为“从数据中挖掘知识”。挖掘是一个很生动的术语,它抓住了从大量的未加工的材料中发现少量金块这一过程的特点。数据挖掘的定义:
数据挖掘就是应用一系列技术从大型数据库或数据仓库中提取人们感兴趣的信息和知识,这些知识或信息是隐含的,事先未知而潜在有用的,提取的知识表示为概念、规则、规律、模式等形式。也可以说,数据挖掘是一类深层次的数据分析。对于数据挖掘(DM)和知识发现(KDD,Knowledge
Discoveryin
Database)拉。的确切定义一直在许多学者中有混淆,有的认为,DM和KDD是等价的概念。人工智能领域习惯称知识发现,而数据库领域习惯称DM,也有的把KDD当作发现知识的完整过程,而DM只是这个过程的一部分。2医学信息的特点
挖掘医学数据库跟挖掘其它类型的数据库相比,具有其自身的独特性。医学数据‘3儿41首先是以治愈患者为目的而搜集的,其次才是用于医学研究的资源。医学数据具有如下特点。
2.1模式的多态性医学信息包括纯数据(如体征参数,化验结果),信号(如肌电信号,脑电信号等),图像(如B超,EF等医学成像设备的检测结果),文字(如病人的身份记录,症状描述,检测和诊断结果的文字表述),以及用于科普、咨询的动画、语音和视频信息。医学信息的多模式特性是它区分其它领域数据的最显著特征,这种多属性模式并存加大了医学数据挖掘的难度。
2.2不完整性病例和病案的有限性使医学数据库不可能对任何一种疾病信息都能全面地反映,表现为医学信息的不完全性。同时,许多医学信息的表达、记录本身就具有不确定和模糊性的特点.疾病信息所体现出的客观不完整和描述疾病的主观不确切,形成了医学信息的不完整性。
一部分医学信息,比如病人的身份记录等静态数据,虽然不带有时序性,但都是对病人在某一时刻医疗活动的记录。有大量相同的或部分相同的信息存储在其中。比如,对于某些疾病,病人所表现的症状、化验的结果、采取的治疗措施都可能完全一样。医学信息的所具有的这些特点,使得医学数据挖掘与普通的数据挖掘存在较大的差异,决定了医学数据挖掘的特殊性。医学数据库中含有海量的、不同来源的原始隐私性
医学数据不可避免地涉及到患者的一些隐私
的侵扰时,就产生了隐私性问题。隐私性不同于安全性和机万
方数据医学数据挖掘者有义务和职责在保护患者隐私的基础上进行科学研究。并且确保这些医学数据的安全性和机密性。3医学数据挖掘的内容
数据挖掘适用于医学数据分析这类缺乏先验知识的多维数据分折,在DNA分析领域应用最为普遍,研究热点集中在DNA序列间相似性搜索,多基因共同控制性状表达以及不同基因在疾病不同阶段的功能作用等问题,在医学图像分析研究中,数据挖掘技术主要用于目标组织的特征表达,即图像特征自动提取和模式识别,这类问题的研究过程中,一些新兴技术的应用,如小波理论、神经网络、模糊逻辑推理等,可能产生突破性成果。此外,在一系列老年性疾病及其并发症的课题中,利用数据挖掘技术对生理监护数据进行多维分析也是一类新的研究热点。随着老龄化问题的日益严重,这方面的研究成果将直接带来巨大的社会效益。当然在实验室研究的同时,我们也应将数据处理技术应用到医学诊断的实践中去研制开发性能良好的计算机辅助诊断系统。
生理参数数据是医学诊断最基本也是最主要的依据,这方面的数据挖掘研究一直是热点。随着计算机技术和电子监护技术的发展,人们渴望从大量的监护数据中获得更多的指示,从而帮助人们提高诊断的效率和准确性,降低医生的工作强度,发现新的医学规律,探索人体生理奥秘。数据挖掘技术善于从缺乏先验信息的海量数据中发现隐含的、有意义的知识,预测未来趋势及行为,做出前瞻性的基于知识的决策。正是这种优势使得数据挖掘技术在生理参数监护分析的研究中被广泛地采用并取得了许多有价值的成果。
3.1
自动疾病预测趋势和行为对医学数据进行挖掘的一
个主要目的是预测疾病发作,利用数据挖掘技术可以对正常人的各项体征数据和生物数据与病人的数据进行各种分析对比,挖掘出相关关系。对某些疾病的前兆特征分析,以便能预防或及时救治,挽救患者生命。这类研究报道很多,采用的主要技术有线性、非线性和广义的回归模型,近十几年来,神经网络和模糊控制技术也被引入到了这一领域。Ying-jie
Lee
等在精神分裂症患者的动态EEG分析研究中用时空相关维数预测疾病发作;HarriSND等人则探讨了用I型糖尿病人QT间期预警血糖浓度过高的可能性;赵宇等用相关维数预警心肌缺血。3.2关联分析po
数据挖掘理论中的多维数据关联分析技
术旨在发现数据中存在的隐含知识。两个或多个变量的取值之间存在某种规律性,就称为关联,关联可分为简单关联、时序关联、因果关联。关联分析的目的是找出多维数据中隐藏的关联规则,有时并不知道数据中的关联函数,即使知道也是不确定的,因此,关联分析生成的规则带有可信度。最著名、
最重要的关联规则发现算法是R.Agrawal等人提出的A四面
算法。该算法将关联规则的发现分为两步。第一步是识别所有的频繁项目集,即不低于用户最低支持度的项目集。第二步是从频繁集中的构造不低于用户最低信任度的规则。在Apriori算法基础上,又提出了许多算法,如Brin等人提出的动态项目集计数DIC算法,Savaaere等人提出的发现频繁项
目集的划分算法一分治法等。在关联规则中除了评价支持
度、信任度以外,还不断引入兴趣度、相关性等参数,使得所挖掘的规则更符合需求。在实际情况下,关联规则还需进一步泛化,以发现更有用的规则。
2.3时间性医学检测的波形-图像都是时间的函数;还有2.4冗余性医学数据库是一个庞大的数据资源,每天都会信息,其中包括大量模糊的、不完整的、带有噪声和冗余的信息。在数据挖掘之前,必须对这些信息进行清理和过滤,以确保数据一致性和确定性,将其变成适合挖掘的形式。
2.5
信息,当这些隐私信息使患者在日常生活中遭遇到不可预料密性,当未被授权的个人或机构设法取得这些隐私信息时,就产生了安全性问题;当拥有隐私信息的研究人员与未经授权的个人或机构共享这些患者信息时,就暴露出了机密性问题。
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由于医学生理参数的作用机理的复杂程度还远远高于目前基础理论研究的水平,对于糖尿病这类多并发症疾病的认识还不足以定量监控和描述长时期血糖浓度过高和一些并发症之间的关系。随着人口老龄化问题日趋严重,糖尿病这类老年性疾病及其并发症的研究越来越引起人们的重视。研究工作者开始建立糖尿病患者生理数据库,对患者血糖浓度、年龄、性别、骨密度、心电图、血压、肌肉脂肪组织含量等生理参数进行分析,期望能发现新的医学知识。所以关联分析也是目前糖尿病数据库这类多维数据分析课题中应用最广泛和有效的强有力工具,上海同济大学附属医院的冯波等人用统计相关分析研究糖尿病患者肌肉组织和脂肪组织含量与骨密度之间的联系,得出高肌肉和高脂肪组织含量可降低患者髓骨骨折危险性的结论;Texas健康科学中心的shahB分析了糖尿病患者年龄、性别和踌骨骨密度之间的关系;HarriSND和
L
re
landRH在研究中运用时间序列关联分析发现,QT间期
和I型糖尿病患者夜间血糖浓度有关,并指出修正后的QTC可能可以用于预警患者在夜间猝死的发生。
3.3聚类分析聚类方法包括统计方法、机器学习方法、神经网络方法和面向数据库的方法。在统计方法中,聚类称聚类分析,它主要研究基于几何距离的聚类。传统的统计聚类分析方法包括系统聚类法、分解法、加入法、动态聚类法、有序样品聚类、有重叠聚类和模糊聚类等。
对于采集到的医学信息进行处理的一个重要模块就是断症,也就是分类,即把数据化分为一系列有意义的子集,这在数学上称为聚类。聚类增强了人们对客观现实的认识,是概念描述和偏差分的先决条件。聚类技术主要包括传统的模式识别方法和数学分类学,如决策树归纳、贝叶斯分类、神经网络技术、K一中心聚类、基于知识的案例推理、遗传算法、粗糙集和模糊逻辑技术等。斯洛文尼亚的MillanZorman和日本的
Masuda
G等人在用数据挖掘技术对糖尿病数据库数据进行
详细分析的同时还专门探讨了从这类缺乏先验知识的海量数据中采用决策树和关联规则算法的效率及其改进方法。此外,利用神经网络技术进行心搏分类的报道也很多。
3.4偏差检测与控制数据库中的数据常有一些异常记录,从数据库中检测这些偏差很有意义。偏差包括很多潜在的知识,如分类中的反常实例、不满足规则的特例、观测结果与模型预测值的偏差、量值随时间的变化等。偏差检测的基本方法是,寻找观测结果与参照值之间有意义的差别。这方面的研究报道主要有两大类:人工辅助仪器如心脏起搏器的研究和药物疗效的生理试验研究。这类研究目的在于分析异常原因,增加反馈控制进行纠偏或提供完整详尽的药物疗效评估报告。
4医学数据挖掘的过程
医学数据的特点使得医学数据挖掘与常规的数据挖掘之间存在较大的差异,但医学数据挖掘仍遵循一般的知识发现过程忡1,可按以下几个步骤进行。
4・1
理解应用领域这一阶段主要包括确定医学研究的问
题和目标,熟悉当前解决此类问题的主流方法,理解相应的医学领域知识,确定医学数据挖掘的目标和结论的评估标准。4.2理解数据这个过程要求初步确定数据挖掘需要的数
万
方数据据属性,并从原始数据库中小规模采样进行初步挖掘试验,将试验结果与上一步骤所确定的挖掘目标进行对照比较,必要时更新数据属性。
4.3
准备数据这是决定整个医学数据挖掘结论正确与否
的关键性步骤。由于医学数据的冗余性特征,我们需要在重
要性和相关性检验的基础上采样以消减数据;又由于医学数据的多样性,我们必须针对各种类型的数据采取相应的数据预处理方法,通过这个步骤的数据准备,将原始数据转换为特定数据挖掘方法所需要的数据形式。
4.4数据挖掘这是医学知识发现过程中的另一个关键性步骤。这一步骤包括建模技术的选择,训练与检验程序的确定,模型的建立与评估。实现数据挖掘的方法包括粗糙集理论、神经网络、进化计算、决策树等,在下面将有详细的介绍。数据挖掘的精确度在很大程度上取决于挖掘方法与研究目标的匹配程度。
4.5
评估所得到的知识对医学数据挖掘的结论进行医学
解释,并与最初的研究目标相比较。追溯整个数据挖掘过程中可能存在错误的步骤,并且寻找其解决的方法。通过使用各种挖掘方法,选择最佳的算法,得到最有效的模型。
4.6应用所发现的知识在应用所得知识的过程中,要有计划性地实施和控制,发现和解决实施过程中出现的问题,并对应用情况进行阶段性总结,指导今后的实际应用。5结束语
医学数据挖掘是计算机技术、人工智能、统计学等与现代医学信息相结合的产物。随着数据挖掘工具和关联规则研究的不断发展,在不远的将来,必然可以取得更加满意的应用效果。医学数据挖掘是一门涉及面广、技术难度大的新兴交叉学科,随着大型数据库和网络技术的普及应用,必将有大量的电子格式的数据在国内的各行各业、尤其是医疗部门中出现,需要从事计算机、信息专业的科研人员与广大医务工作者抓住机遇,做好技术上的准备,进行通力的合作。随着理论研究的深入和进一步的实践摸索,数据挖掘技术在疾病的诊断和治疗、医学科研与教学以及医院的管理等方面将会发挥巨大的作用。参考文献:
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(收稿日期:2008—03—31)
数据挖掘在医学上的应用
作者:作者单位:
王华, 江启成, 胡学钢, WANG Hua, JIANG Qi-cheng, HU Xue-gang
王华,WANG Hua(安徽医科大学计算机中心,安徽,合肥,230032), 江启成,JIANG Qi-cheng(安徽医科大学卫生事业管理学院,安徽,合肥,230032), 胡学钢,HU Xue-gang(合肥工业大学计算机与信息学院,安徽,合肥,230009)安徽医药
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刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
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按照中央、省、市、县有关北京奥运安保工作的总体部署和要求,以及xx镇党委、镇政府关于开展“兴边富民送温暖”活动实施方案的安排,我局工作队员xx同志和xx同志于xx年7月28日下午,及时深入到马散村单位扶贫挂钩联系点,于xx年7月29日上午,县、镇、村工作组召集全村党员、村组干部,召开“兴边富民送温暖”活动启动会议,这次参加开展“兴边富民送温暖”活动的工作队员有县档案局2人、县便民中心2人、镇工作组7人、共有11人组成,根据马散村实际,工作组分成两片管理,做到组组有工作组人员驻扎在村小组上,我局工作队员被安...
在县局开展的加强作风建设促进廉洁从政主题教育活动以来,进一步增强了广大党员干部廉洁从政的意识,促进了党风廉政建设的有效深入开展。现将参加活动以来个人的开展情况、存在问题及整改措施小结如下:一、活动开展以来的学习活动情况:学习了:市、县纪委关于利用明察暗访开展机关作风建设警示教育;中纪委关于严格禁止利用职务上的便利谋取不正当利益的若干规定;胡锦涛总书记在中纪委七次全会上的重要讲话;温家宝总理在国务院第五次廉政工作会议上的重要讲话;吴官司正在中央纪委七次全会上的工作报告;省第八次党代会精神和省纪委第二次全会精...
从今年7月末开始到八月初,我在吉林化工有机合成厂进行实习。实习期间,我在老师、工人们的热心关怀和悉心指导下,主动了解吉林石化有机合成厂各个车间的工艺流程以及所作工作,注意把书本上学到的相关理论知识与生产相结合,深入理解。用理论加深对实践的感性认识,用实践来验证理论知识的准确性,积极探求化工工艺的本质与规律。实习生活,满含着紧张和新奇,更从中收获了丰硕的成果。我所实习的吉林化工有机合成厂,坐落在景色秀丽的龙潭山西麓,风光旖旎的松花江北岸,是一家大型石油化工企业。吉化有机合成厂是国家“六五”期间投资兴建的大型...
我从2005年10月起负责城建口工作。两年来,按照县委、县政府的总体部署,与分管部门一道,攻坚克难,真抓实干,较好地完成了各项工作任务。现将两年来的思想工作情况报告如下,请评议。一、履行职责情况(一)城乡建设工作。自分管城乡建设工作以来,坚持深入调研,认真分析城乡建设发展现状,努力运用经营城市理念调整工作思路、强化工作重点,借助市场力量加快城市发展步伐。--基础设施进一步完善。通过多渠道筹集资金,加快了基础设施建设。一是从2006年7月开始收取城市基础设施配套费,并将其作为城市建设资金投入的重要来源。二是...
班委的评价:该同学在校期间遵纪守法;学习勤奋,有钻研精神,专业知识扎实,有一定的英语知识基础,知识面较宽;担任班干部期间,对工作积极,责任心强,有较强的组织协调能力,注重理论联系实际,积极参加社会实践活动,团结同学,乐于助人,生活节俭,作风正派。对一般同学:该同学在校期间自觉遵守学校各项规章制度;学习刻苦,掌握了相关的专业知识,有一定的英语知识基础,兴趣爱好广泛,注重理论联系实际,积极参加社会实践活动,具有较强的管理协调能力和交际能力,个性活法,有亲和力。对入党了同学:该同学在本科学习阶段,思想上积极要求...
秦始皇-嬴政集权:合纵连横,天下归一。汉高祖-刘邦驭人:帝王之道,审时度势,物尽其用!阵亡:大风起兮云飞扬,只叹今昔要离常成吉思汗-铁木真强掠:出阵!!!宋太祖-赵匡胤释权:普天之下,莫非王土!越王-勾践:隐忍:小不忍则乱大谋。图强:闪(和原来一样,没有变化)唐太宗-李世民:控局:天下大事,尽为掌握。明太祖-朱元璋:强运:大运昌隆,无道不公。巾国英雄-花木兰迷离:可恶!易装:安能辨我是雄雌!阵亡:只叹木兰终是女儿身!天狼星-杨延昭天狼:拥旌一怒千军骇,瞋目三关万马嘶!混世魔王-程咬金:三板斧:吾乃混世魔王...
**融昌担保有限公司岗位职责为提高工作效率明确各岗位责任特制订以下岗位职责。总经理一、组织落实公司董事会制定的中长期发展战略、公司企业文化建设的总体规划。审批公司每笔业务对公司的每笔业务负总责;二、按照公司章程的规定,组织建立健全公司管理体系;三、建立和完善公司管理制度并组织实施,制定公司高级管理人员职责和部门职能;四、负责综合办公室的行政管理工作,贯彻公司工作方针、目标;五、负责协调各部门的关系,监督检查规章制度的执行情况,了解工作目标和工作任务完成情况和工作进度,催办、督办公司董事会、办公会、公司领导...
作者:心路驿站心路驿站《唱给红军妈妈的歌》《大爱齐天》 作者:退思斋主有你的草鞋走过,山路也平坦,有你的歌声飘过,野花也鲜艳。有你的双手捧过,泉水更清凌,有你的目光掠过,高天更蔚蓝。有你的指尖抚慰,石崖也温暖,有你的亲口咀嚼,草根也甘甜。有你的乳汁哺育,冰雪更圣洁,有你的鲜血涂染,大地更灿烂。红军妈妈呵,儿女们在呼唤,远去的一颗爱心将红烛点燃。世上的爱有千万种,千万种,这就是大爱齐天,大爱齐天。《我吟我歌》作者:心路驿站你穿过的草鞋啊,故事那么多。你唱过的歌谣啊,永存我心窝。你温暖的...
目录[隐藏]1什么是社会认同原理2社会认同原理的事例3相关条目[编辑]什么是社会认同原理社会认同原理指人们经常依靠其他人的行为来决定自己应该怎么做,人们乐于参照相似人的行为。我们会经常看到这样的新闻报道:某某时间某某街道,某某受害者正遭受某某强盗的迫害,周围有数百人观看,但是都无动于衷,连一个电话都不肯帮忙拨打…这样的新闻一出来,我们大多数人的第一反应会是“现在的人真冷漠”,所有的媒体也会用同一个标题:城市人都变冷漠了吗?没错,我们都认为人们是变冷漠了。然而,有研究却表明:类似此种情况,若是只有一个旁观者...