大數(shù)據(jù)應(yīng)用 醫(yī)療健康應(yīng)用實(shí)例與系統(tǒng)分析(1)

從大數(shù)據(jù)和醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)的介紹出發(fā)，首先闡述了醫(yī)療健康行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)和大數(shù)據(jù)對(duì)醫(yī)療健康行業(yè)的促進(jìn)作用；然后介紹了大數(shù)據(jù)和醫(yī)療健康行業(yè)的背景知識(shí)；之后舉例說明了大數(shù)據(jù)在醫(yī)療健康行業(yè)的應(yīng)用以及醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)。

1 概述

大數(shù)據(jù)是指難以被傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有效且經(jīng)濟(jì)地存儲(chǔ)、管理、處理的復(fù)雜數(shù)據(jù)集。大數(shù)據(jù)一般以PB為單位計(jì)量，并包含結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、無結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)輸、加密、存儲(chǔ)、分析和可視化帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2]。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相比，大數(shù)據(jù)包含5個(gè)V特性：Volume（數(shù)據(jù)規(guī)模巨大）、Variety（數(shù)據(jù)類型繁多）、Velocity（數(shù)據(jù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)非?？欤?、Veracity（分析結(jié)果取決于數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性）、Value（大數(shù)據(jù)一般包含非常重要的價(jià)值）[3]。大數(shù)據(jù)帶來了存儲(chǔ)、管理、處理數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，也帶來了發(fā)掘數(shù)據(jù)中新的價(jià)值的機(jī)遇。多個(gè)行業(yè)已經(jīng)利用大數(shù)據(jù)改善業(yè)務(wù)，例如金融業(yè)、零售業(yè)、生命科學(xué)、環(huán)境研究。大數(shù)據(jù)市場(chǎng)估計(jì)每年會(huì)增長(zhǎng)50億美元的價(jià)值，到2020年將達(dá)到600億美元的價(jià)值[4]。

醫(yī)療健康行業(yè)目前面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其中，最主要的挑戰(zhàn)包括：急劇升高的醫(yī)療支出、人口老齡化帶來的慢性疾病問題、醫(yī)療人員短缺、醫(yī)療欺詐[5]等。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)2013年醫(yī)療衛(wèi)生總支出為31 668億元，較2012年上升12.6%，并且已經(jīng)連續(xù)8年每年增長(zhǎng)超過10%。醫(yī)療支出已經(jīng)占據(jù)了社會(huì)總支出很大的比例，在可以預(yù)見的將來，醫(yī)療支出將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。然而，根據(jù)美國(guó)醫(yī)學(xué)研究院（Institute of Medicine，IOM）的一篇報(bào)告，如今醫(yī)療健康支出的1/3被浪費(fèi)而沒有用于改善醫(yī)療。這些浪費(fèi)包括不必要的服務(wù)、行政浪費(fèi)、昂貴的醫(yī)療費(fèi)用、醫(yī)療欺詐和錯(cuò)失預(yù)防的機(jī)會(huì)[6]。為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，醫(yī)療機(jī)構(gòu)必須把數(shù)據(jù)作為一種戰(zhàn)略資產(chǎn)，分析數(shù)據(jù)以達(dá)到提高診斷準(zhǔn)確度、提高療效、降低費(fèi)用、減少浪費(fèi)的目的。

醫(yī)療健康機(jī)構(gòu)采用大數(shù)據(jù)可以有效地幫助醫(yī)生進(jìn)行更準(zhǔn)確的臨床診斷；更精確地預(yù)測(cè)治療方案的成本與療效；整合病人基因信息進(jìn)行個(gè)性化治療；分析人口健康數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)疾病爆發(fā)等。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)還能有效減少醫(yī)療成本，麥肯錫全球研究院預(yù)計(jì)使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)將每年為美國(guó)節(jié)省3 000億美元開支。其中，最有節(jié)省開支潛力的兩個(gè)方面包括臨床操作和研發(fā)[7]。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)幫助醫(yī)療企業(yè)實(shí)現(xiàn)其業(yè)務(wù)的例子正在快速增多。比如，ActiveHealthManagement收集用戶健康方面的數(shù)據(jù)以幫助用戶實(shí)現(xiàn)健康管理；CancerIQ整合臨床數(shù)據(jù)和基因數(shù)據(jù)幫助實(shí)現(xiàn)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)防和治療；CliniCast利用大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)治療效果以及降低花費(fèi)。

本文首先介紹醫(yī)療健康行業(yè)的大數(shù)據(jù)特點(diǎn)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)背景，然后舉例說明目前大數(shù)據(jù)在醫(yī)療健康行業(yè)的應(yīng)用，最后分析目前的醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)。

2 背景知識(shí)

2.1 大數(shù)據(jù)處理方法

根據(jù)麥肯錫全球研究院2011年的報(bào)告，適合大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)包括：關(guān)聯(lián)規(guī)則學(xué)習(xí)、分類、聚類分析、數(shù)據(jù)融合、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、回歸、信號(hào)處理、仿真、可視化[8]等。其中，關(guān)聯(lián)規(guī)則學(xué)習(xí)是挖掘各個(gè)變量間有趣的關(guān)系，比如在零售中發(fā)現(xiàn)經(jīng)常被一起買的商品，便于促銷；分類是通過訓(xùn)練已有的數(shù)據(jù)集來有效識(shí)別新的數(shù)據(jù)，比如預(yù)測(cè)用戶的購(gòu)買行為；聚類分析是按數(shù)據(jù)相似程度將整個(gè)數(shù)據(jù)集分為多個(gè)小規(guī)模的數(shù)據(jù)集；數(shù)據(jù)融合是將多個(gè)數(shù)據(jù)源的信息整合分析以產(chǎn)生新的更加精確、連續(xù)、有價(jià)值的信息；機(jī)器學(xué)習(xí)是一類算法的總稱，關(guān)注設(shè)計(jì)算法自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式；自然語言處理關(guān)注計(jì)算機(jī)與自然語言的聯(lián)系，幫助計(jì)算機(jī)識(shí)別人類語言；回歸是一組統(tǒng)計(jì)算法，用來判斷因變量與自變量的關(guān)系，以幫助預(yù)測(cè)。信號(hào)處理是一組用來識(shí)別、分析、處理信號(hào)的技術(shù)；仿真是模擬一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)行為的技術(shù)，經(jīng)常被用來預(yù)測(cè)；可視化是將數(shù)據(jù)處理為圖像、圖標(biāo)、動(dòng)畫，以幫助人類直觀了解數(shù)據(jù)。

2.2 大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫軟件和數(shù)據(jù)處理軟件無法應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)、處理、分析大數(shù)據(jù)的任務(wù)。大數(shù)據(jù)處理任務(wù)由運(yùn)行在數(shù)十臺(tái)，甚至數(shù)百臺(tái)服務(wù)器的大規(guī)模并行軟件完成[8]。常見的大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和工具有：MapReduce，其提供了一種分布式編程的抽象方法；Hadoop，其包含了多個(gè)系統(tǒng)和工具以幫助完成大數(shù)據(jù)任務(wù)； HDFS，其用來可靠地分布式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)； Hive，其提供了Hado op上的SQL支持； HBase，它是基于HDFS的一種非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；Zookeeper，其提供了集群節(jié)點(diǎn)的一個(gè)管理方法。

2.3 醫(yī)療健康數(shù)據(jù)來源

醫(yī)院信息系統(tǒng)（hospital information system，HIS）是醫(yī)療數(shù)據(jù)的重要來源。醫(yī)院信息系統(tǒng)包括：電子病例系統(tǒng)（electronic medicalrecord system，EMRS）、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)（laboratory information system，LIS）、醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)（picture archiving &communicationsystem，PACS）、放射信息管理系統(tǒng)（radiology information system，RIS）、臨床決策支持系統(tǒng)（clinical decision support system，CDSS）等。根據(jù)中國(guó)醫(yī)院信息化狀況調(diào)查報(bào)告中對(duì)于醫(yī)院信息系統(tǒng)的總體實(shí)施現(xiàn)狀報(bào)告，截至2006年，電子病例系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)、臨床決策支持系統(tǒng)的已有或在建率分別為27.46%、37.70%、25.20%、12.30%[9]。

除此之外，各種健康設(shè)備可以幫助收集用戶的生命體征信息，比如心電數(shù)據(jù)、血氧濃度、呼吸、血壓、體溫、脈搏、運(yùn)動(dòng)量。社交網(wǎng)絡(luò)和搜索引擎也包含了潛在的人口健康信息。

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