本發(fā)明涉及醫(yī)療數(shù)據(jù)處理，尤其涉及基于人工智能的抗菌藥物用藥目的判斷方法和自動(dòng)判斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，抗菌藥物臨床使用的目的可分為手術(shù)預(yù)防用藥（包括術(shù)前預(yù)防、術(shù)中預(yù)防、術(shù)后預(yù)防等）、非手術(shù)預(yù)防、治療用藥和出院帶藥。合理使用抗菌藥物對(duì)于提高療效和安全性、降低耐藥風(fēng)險(xiǎn)非常重要。為了遏制細(xì)菌耐藥發(fā)展，開展抗菌藥物臨床應(yīng)用科學(xué)管理是必需的，管理流程的第一步就是要準(zhǔn)確判斷抗菌藥物的用藥目的，該判斷結(jié)果直接決定了后續(xù)的管理流程。

2、然而，當(dāng)前抗菌藥物用藥目的判定是醫(yī)生個(gè)人的主觀判斷，這一判斷過程應(yīng)基于患者的基因背景、基礎(chǔ)疾病、手術(shù)詳情、免疫狀態(tài)、并發(fā)癥、感染狀況、既往抗菌藥物使用情況、病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果、炎癥指標(biāo)等綜合評(píng)估作出，但由于醫(yī)生自身的感染診治能力不足、臨床經(jīng)驗(yàn)差異大，很難作出一致的判斷。此外，為了逃避管理部門的監(jiān)督和管控，部分醫(yī)生刻意走錯(cuò)誤的臨床路徑也普遍存在，如為規(guī)避微生物標(biāo)本采樣將治療用藥目的選擇為預(yù)防用藥目的，為延長(zhǎng)術(shù)后預(yù)防用藥時(shí)間或?yàn)槭褂贸鍪中g(shù)/非手術(shù)預(yù)防管控的抗菌藥物品種而將預(yù)防用藥目的改為治療用藥目的等。抗菌藥物用藥目的錯(cuò)誤會(huì)直接導(dǎo)致后續(xù)抗菌藥物管理路徑改變，從而失去對(duì)醫(yī)生抗菌藥物醫(yī)囑的合理監(jiān)管，進(jìn)而造成患者醫(yī)療質(zhì)量下降、抗菌藥物過度使用、細(xì)菌耐藥發(fā)展以及醫(yī)療資源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，公開了一種基于人工智能的抗菌藥物用藥目的判斷方法，包括如下步驟：

2、s1，對(duì)獲取的患者醫(yī)療數(shù)據(jù)、抗菌藥物臨床應(yīng)用指南與文獻(xiàn)、以及抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)建病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集，所述患者醫(yī)療數(shù)據(jù)包括患者的基本信息、疾病診斷信息、手術(shù)申請(qǐng)信息、病歷記錄、手術(shù)記錄、病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果、歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果；

3、s2，將所述病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集按設(shè)定比例隨機(jī)分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集，使用訓(xùn)練集對(duì)初始的抗菌藥物用藥目的判斷模型進(jìn)行訓(xùn)練后，再用驗(yàn)證集進(jìn)行調(diào)參和優(yōu)化，使用測(cè)試集進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選后獲得訓(xùn)練好的抗菌藥物用藥目的判斷模型，并轉(zhuǎn)化為抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則；

4、s3，在接收到抗菌藥物醫(yī)囑開立請(qǐng)求后，調(diào)用所述抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則，根據(jù)采集到的抗菌藥物醫(yī)囑開立信息和對(duì)應(yīng)患者的當(dāng)前醫(yī)療數(shù)據(jù)生成匹配的抗菌藥物用藥目的，根據(jù)所匹配的抗菌藥物用藥目的選擇相應(yīng)管控規(guī)則和路徑。

5、優(yōu)選的，所述步驟s2還包括：在使用所述病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集對(duì)初始的抗菌藥物用藥目的判斷模型進(jìn)行訓(xùn)練前，對(duì)收集的病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括但不限于數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)標(biāo)注、缺失值填補(bǔ)、數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化和分類數(shù)據(jù)的編碼。

6、優(yōu)選的，所述步驟s1具體包括：

7、s11，獲取并記錄患者的基本信息b，所述基本信息包括但不限于身份識(shí)別信息、出生日期、性別、病歷編號(hào)、入院日期和出院日期：

8、；

9、其中，代表第?i?位患者的基本信息集合，j?是基本信息屬性的數(shù)量，是第?j個(gè)?基本信息屬性，是提取信息的數(shù)據(jù)源，是從數(shù)據(jù)源提取信息的函數(shù)，表示提取的第i位患者的所有基本信息集合；

10、s12，獲取對(duì)應(yīng)患者的病歷記錄m，所述病歷記錄包含患者的臨床癥狀、歷史醫(yī)療狀況、手術(shù)信息、已診斷的疾病、治療過程記錄和并發(fā)癥記錄：

11、；

12、其中，表示第i位患者的病歷信息的加權(quán)總和，k是病歷總條目，是第k個(gè)病歷條目的數(shù)值表示，是該病歷條目的權(quán)重；

13、s13，收集對(duì)應(yīng)患者的病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果l，所述病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果包含記錄檢測(cè)的病原體種類、檢測(cè)時(shí)間和抗生素敏感性水平：

14、；

15、；

16、；

17、其中，是第i位患者的綜合實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果，和分別是細(xì)菌培養(yǎng)和藥物敏感性測(cè)試的權(quán)重，是細(xì)菌培養(yǎng)綜合結(jié)果，是藥敏試驗(yàn)綜合結(jié)果，和分別是相關(guān)的病原體和藥物因子，是時(shí)間衰減因子，是檢測(cè)時(shí)間；是第j個(gè)特定檢測(cè)結(jié)果的第m個(gè)因素的敏感性系數(shù)，為與藥物敏感性測(cè)試k相關(guān)的第n個(gè)藥物或化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)數(shù)值；

18、s14，匯總對(duì)應(yīng)患者的歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果d，所述歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果包含藥物名稱、使用劑量、用藥時(shí)長(zhǎng)、開始與結(jié)束日期以及對(duì)應(yīng)的治療/預(yù)防效果：

19、；

20、其中，是第i位患者的歷史藥物使用加權(quán)總和，是藥物名稱的編碼，是劑量，是用藥時(shí)長(zhǎng)，、和是調(diào)整系數(shù)，l是藥物列表包含所有考慮的抗菌藥物，l為藥物列表中的一個(gè)藥物；

21、s15，根據(jù)抗菌藥物臨床應(yīng)用指南與文獻(xiàn)、以及抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則確定每一位病人的整合權(quán)重，該系數(shù)反映了該病人歷史醫(yī)療過程與所述抗菌藥物臨床應(yīng)用指南與文獻(xiàn)、以及抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則的符合程度；合并所有收集到的研究樣本的數(shù)據(jù)構(gòu)建為一病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集h：

22、；

23、其中是第i位病人的整合權(quán)重，n是所有病人的數(shù)量，代表第i位患者的基本信息集合，表示第i位患者的病歷記錄信息的加權(quán)總和，是第i位患者的病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果，是第i位患者的歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果加權(quán)總和。

24、優(yōu)選的，所述抗菌藥物用藥目的判斷模型采用由多個(gè)目標(biāo)支持向量機(jī)組合形成的多分類模型，其中步驟s2具體包括：

25、s21，接收病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集h，設(shè)定抗菌藥物用藥目的判斷模型的機(jī)器學(xué)習(xí)算法的輸入變量集x，由每位病人的基本信息b、病歷記錄m、病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果l，以及歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果d組成，并定義目標(biāo)變量y用于表示患者的抗菌藥物用藥目的；

26、s22，使用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)對(duì)各目標(biāo)支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練；通過尋找一最大間隔超平面，來實(shí)現(xiàn)最小化經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)最大化分類間隔的目標(biāo)，表示為：

27、；

28、其中是特征向量，是類別標(biāo)簽，w是權(quán)重向量，是向量w的范數(shù)，b是偏置項(xiàng)，m是訓(xùn)練數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量；

29、約束條件確保了訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的每個(gè)樣本都位于其所屬類別的邊際之外，而目標(biāo)函數(shù)是為了最大化分類間隔；引入拉格朗日乘子構(gòu)造拉格朗日函數(shù)，將其對(duì)偶化：

30、；

31、對(duì)偶問題的形式為：

32、；其中是對(duì)偶問題的目標(biāo)函數(shù)，和分別是第i個(gè)和第j個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的特征向量，和分別是第i個(gè)和第j個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的類別標(biāo)簽，是拉格朗日乘子的向量表示，是第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的拉格朗日乘子并且滿足卡羅需-庫(kù)恩-塔克條件；經(jīng)過訓(xùn)練后確定最優(yōu)的超平面即初步的多分類模型；

33、s23，使用驗(yàn)證集數(shù)據(jù)對(duì)初步的多分類模型進(jìn)行調(diào)參和優(yōu)化；使用網(wǎng)格搜索或隨機(jī)搜索方法在預(yù)定的范圍內(nèi)交叉驗(yàn)證確定最佳參數(shù)組合；

34、s24，使用測(cè)試集數(shù)據(jù)評(píng)估優(yōu)化后的多分類模型的性能，在各優(yōu)化后的模型中挑選出最佳模型作為訓(xùn)練好的模型，將訓(xùn)練好的多分類模型轉(zhuǎn)化為抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則。

35、優(yōu)選的，所述步驟s22還包括：使用設(shè)定的核函數(shù)，將數(shù)據(jù)映射到更高維度的空間，通過引入松弛變量和懲罰參數(shù)來控制誤分類的代價(jià)，使優(yōu)化問題變?yōu)椋?/p>

36、；

37、經(jīng)過訓(xùn)練后，確定最優(yōu)的超平面作為經(jīng)過訓(xùn)練的初步的多分類模型。

38、優(yōu)選的，所述步驟s24具體包括：

39、s241，使用規(guī)則提取算法解析訓(xùn)練好的多分類模型，并將每個(gè)條件和決策輸出形式化為抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則；

40、s242，將每條抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則r形式化為條件表達(dá)式：

41、；

42、其中是基于每位病人的基本信息b、病歷記錄m、病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果l、以及歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果d派生的條件，是該條抗菌藥物的用藥目的；

43、s243，使用已訓(xùn)練好的多分類模型對(duì)實(shí)時(shí)獲取的新病例數(shù)據(jù)、更新的抗菌藥物臨床應(yīng)用指南與文獻(xiàn)進(jìn)行分析來更新抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則：

44、；其中r是更新前抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則，是更新后抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則，是學(xué)習(xí)率，是觀察到的用藥目的、是通過當(dāng)前抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則r預(yù)測(cè)的用藥目的；是抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則r關(guān)于條件的偏導(dǎo)數(shù)，用于表示當(dāng)變化時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果的敏感度，n是實(shí)時(shí)獲取的抗菌藥物醫(yī)囑條目數(shù)。

45、優(yōu)選的，所述用藥目的包括但不限于術(shù)前預(yù)防用藥、術(shù)中預(yù)防用藥、術(shù)后預(yù)防用藥、非手術(shù)預(yù)防用藥、治療用藥和出院帶藥。

46、本發(fā)明還公開了一種抗菌藥物用藥目的自動(dòng)判斷系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)構(gòu)建模塊，用于對(duì)獲取的患者醫(yī)療數(shù)據(jù)、抗菌藥物臨床應(yīng)用指南與文獻(xiàn)、以及抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)建病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集，所述患者醫(yī)療數(shù)據(jù)包括患者的基本信息、疾病診斷信息、手術(shù)申請(qǐng)信息、病歷記錄、手術(shù)記錄、病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果、歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果。模型訓(xùn)練模塊，用于將所述病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集按設(shè)定比例隨機(jī)分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集，使用訓(xùn)練集對(duì)初始的抗菌藥物用藥目的判斷模型進(jìn)行訓(xùn)練后，再用驗(yàn)證集進(jìn)行調(diào)參和優(yōu)化，使用測(cè)試集進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選后獲得訓(xùn)練好的抗菌藥物用藥目的判斷模型，并轉(zhuǎn)化為抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則。規(guī)則應(yīng)用模塊，用于在接收到抗菌藥物醫(yī)囑開立請(qǐng)求后，調(diào)用所述抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則，根據(jù)采集到的抗菌藥物醫(yī)囑開立信息和對(duì)應(yīng)患者的當(dāng)前醫(yī)療數(shù)據(jù)生成匹配的抗菌藥物用藥目的，根據(jù)所匹配的抗菌藥物用藥目的選擇相應(yīng)管控規(guī)則和路徑。

47、本發(fā)明還公開了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一所述方法的步驟。

48、本發(fā)明還公開了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一所述方法的步驟。

49、本發(fā)明公開的基于人工智能的抗菌藥物用藥目的判斷方法和自動(dòng)判斷系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)處理與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，自動(dòng)判斷抗菌藥物用藥目的，克服傳統(tǒng)醫(yī)療流程中依賴醫(yī)生主觀判斷的弊端，實(shí)現(xiàn)抗菌藥物使用的智能化和精細(xì)化管理。通過收集患者的基本信息、疾病診斷信息、手術(shù)申請(qǐng)信息、病歷記錄、手術(shù)記錄、病原學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果和其他實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果、歷史抗菌藥物使用與治療/預(yù)防效果，以及抗菌藥物臨床應(yīng)用指南與文獻(xiàn)、抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則，形成詳實(shí)的病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集，對(duì)初始機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建出一個(gè)精準(zhǔn)的抗菌藥物用藥目的判定模型并轉(zhuǎn)化為抗菌藥物用藥目的判斷規(guī)則。為實(shí)現(xiàn)手術(shù)抗菌藥物預(yù)防使用規(guī)范管控和抗菌藥物治療前微生物標(biāo)本采樣管控提供前提和基礎(chǔ)。從而實(shí)現(xiàn)在接收到抗菌藥物醫(yī)囑開立請(qǐng)求后，就能根據(jù)采集到的抗菌藥物醫(yī)囑開立信息和當(dāng)前病人的醫(yī)療數(shù)據(jù)，進(jìn)行抗菌藥物用藥目的的自動(dòng)判斷。

50、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。