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于提高療效和安全性、降低耐藥風(fēng)險非常重要。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)檢驗結(jié)果、炎癥指標(biāo)等綜合評估作出，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，為延長術(shù)后預(yù)防用藥時間或為使用超出手術(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?？咕幬镉盟幠康腻e誤會直接導(dǎo)致后續(xù)抗菌藥物管理路徑改變，從而失去對醫(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)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(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)申請信息、病歷記錄、手術(shù)記錄、病原學(xué)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(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、驗證集和測試集，使用訓(xùn)練集對初始的抗菌藥物用藥目的判斷模型進(jìn)行訓(xùn)練后，再用驗證集進(jìn)行調(diào)參和優(yōu)化，使用測試集進(jìn)行評價篩選后獲得訓(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)集對初始的抗菌藥物用藥目的判斷模型進(jìn)行訓(xùn)練前，對收集的病人歷史醫(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別信息、出生日期、性別、病歷編號、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?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，收集對應(yīng)患者的病原學(xué)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(jié)果l，所述病原學(xué)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(jié)果包含記錄檢測的病原體種類、檢測時間和抗生素敏感性水平：

14、；

15、；

16、；

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

18、s14，匯總對應(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、用藥時長、開始與結(jié)束日期以及對應(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，是用藥時長，、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)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(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)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(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，來實現(xiàn)最小化經(jīng)驗風(fēng)險和結(jié)構(gòu)風(fēng)險，同時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，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)，將其對偶化：

30、；

31、對偶問題的形式為：

32、；其中是對偶問題的目標(biāo)函數(shù)，和分別是第i個和第j個數(shù)據(jù)點(diǎn)的特征向量，和分別是第i個和第j個數(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，使用驗證集數(shù)據(jù)對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)交叉驗證確定最佳參數(shù)組合；

34、s24，使用測試集數(shù)據(jù)評估優(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，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)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(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實時獲取的新病例數(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，預(yù)測結(jié)果的敏感度，n是實時獲取的抗菌藥物醫(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判斷系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)構(gòu)建模塊，用于對獲取的患者醫(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)申請信息、病歷記錄、手術(shù)記錄、病原學(xué)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(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、驗證集和測試集，使用訓(xùn)練集對初始的抗菌藥物用藥目的判斷模型進(jìn)行訓(xùn)練后，再用驗證集進(jìn)行調(diào)參和優(yōu)化，使用測試集進(jìn)行評價篩選后獲得訓(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)明還公開了一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)如上述任一所述方法的步驟。

48、本發(fā)明還公開了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序/指令，該計算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(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)申請信息、病歷記錄、手術(shù)記錄、病原學(xué)檢驗結(jié)果和其他實驗室檢測結(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，形成詳實的病人歷史醫(yī)療數(shù)據(jù)集，對初始機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建出一個精準(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)。從而實現(xiàn)在接收到抗菌藥物醫(yī)囑開立請求后，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)明的實踐了解到。