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　　专家系统是一种能通过推理技术模拟某特定领域中特定专家的分析过程来解决各种复杂问题的计算机智能程序系统，它主要由知识获取模块、知识库、推理机模块和结果解释器四部分组成。本实验室自年始陆续开发并应用专家系统对临床微生物实验室12个流程节点的数据进行管理，发现专家系统的逻辑推理能力完全不受工作经验和工作状态的影响，通过专家系统将专家知识录入知识库并由推理程序应用这些知识对信息节点的数据进行管理，是一种可以提高工作效率及工作质量的非常有效的方法。

1.专家系统的构架设计

　　临床微生物实验室数据管理专家系统如图1所示进行构架设计。其中，工作人员收集并整理各种公开发表的文献，包括参考书、CLSI规范、指南、工作经验、商业化鉴定系统中专家系统规则以及实验室操作规程等知识，并通过知识获取模块把专家知识录入至专家知识库中。在日常工作中，专家系统的推理机模块对临床微生物实验室各节点上的数据与专家知识库中的专家知识进行相互验证推理，推理结果由解释界面进行展示，展示形式包括各种警示信息以及指导下一步操作的提示信息。

图1临床微生物实验室数据管理专家系统构架设计图

2.专家系统的应用

　　专家系统应用于临床微生物实验室工作流程的从样本接收开始至检验结果报告结束的12个流程节点，其对12个不同节点数据进行管理的推理机模块各个不同，所采用的专家知识和最后给出的结果解释方式也各个不同，具体介绍如下：

2.1在样本接收节点的应用：

　　①通过对当前时间与标本采集时间的比较来对标本送检时长进行管理，比如对脑脊液细菌培养标本的送检时长进行识别，如果超过规定时间，专家系统则给出“标本送检时间过长”的警示信息。

　　②通过对标本类型与检验项目的关联性来判断送检目的的合理性，比如专家系统对中段尿标本送检厌氧菌培养项目的数据，会判断为不合理，则会给出警示之余，还会做出“泌尿道怀疑厌氧菌感染，建议用膀胱穿刺采集标本”的指导。

2.2在样本信息采集及输入节点的应用：

　　专家系统对进入该节点的通过扫描条形码从局域网采集的数据、依托 　　专家系统根据送检的标本种类和检验项目，再附加患者年龄性别等信息，推导出该标本做细菌培养所需要接种的培养基种类，并自动打印不干胶标签纸贴于相应培养基上，标签纸上的信息包括：标本唯一编号及条形码、标本种类名称、患者姓名、性别、年龄、病区、床号等信息，标签纸为长3厘米宽2厘米大小。

　　此节点专家系统中的专家知识主要来源于最新版的《全国临床检验操作规程》，比如痰液标本做细菌学培养，则会自动打印血平板、麦康凯平板、巧克力平板、原始涂片等四张标签，见图2；比如对于粪便标本的细菌学检查，则会打印麦康凯平板和SS平板两张标签，如果是小儿腹泻的粪便标本，除打印麦康凯平板和SS平板两张标签外，还会再打印一张沙保弱平板的标签。

图2不干胶标签

2.4在细菌鉴定药敏操作节点的应用：

　　专家系统根据电子工作记录单节点里输入的相关数据进行推理，指导细菌鉴定药敏操作。同时，专家系统对手工录入或仪器传送的细菌鉴定及药敏结果与电子工作记录单中的数据进行验证，对识别为矛盾的数据给予警示。

　　①专家系统在指导细菌鉴定操作方面，比如对革兰染色为“真菌孢子”的数据，推理机模块给出“建议选择作鉴定，选择做药敏。”的指引；比如对一个标本为“脑脊液”菌落形态为“脐窝状”，溶血情况为“α溶血”，革兰染色为“阳性球菌（链状）”的数据，推理机模块给出“建议选择”的提示，如果用户选择该建议，推理机模块还会自动读取标本类型、患者病员号、姓名、年龄等数据生成符合西门子细菌鉴定仪双向通讯协议的字符串，并向西子门仪器接口程序发送该字符串。

　　②专家系统在验证细菌鉴定结果方面，比如对鉴定结果为“大肠埃希菌”但氧化酶试验为“阳性”的数据，专家系统会给出“鉴定结果与氧化酶试验不符”的警示；比如对革兰染色为“阴性杆菌”但药敏试验中有“氟康唑”的数据，则会给出“药敏试验类型错误”的警示。

2.5在药敏结果判读节点的应用：

　　根据来源于CLSI的《抗微生物药物敏感性试验的执行标准》的专家知识，专家系统对进入该节点的抗生素MIC值或抑菌圈直径和细菌名称及标本来源等数据与专家知识库中的药敏判断折点进行识别，最终给出耐药或敏感或中介的判读结果，并给予相应提示。

　　比如判读“脑脊液”标本中肺炎链球菌青霉素MIC为0.5μg/ml的结果为“耐药”，但判读“痰液”标本中肺炎链球菌青霉素MIC为0.5μg/ml的结果为“敏感”；

　　比如对于苯唑西林MIC为1ug/ml的结果，如果是金黄色葡萄球菌，则判读为“敏感”，如果是表皮葡萄球菌，则判读为“耐药”；

　　比如对于肠杆菌科细菌对亚胺培南MIC为1ug/ml的结果，除了判读为“敏感”外，还会给予“解释标准是基于每6小时mg或每8小时1g给药方案。”的提示。

2.6在细菌鉴定与药敏结果综合评价节点的应用：

　　该节点专家知识库中的专家知识主要来源于CLSI的《抗微生物药物敏感性试验的执行标准》，并参考梅里埃等商业化专家系统中的专家知识，在实际应用中，专家系统对细菌鉴定数据和药敏数据再加上患者相关数据进行逻辑判断，主要包括四个方面：

　　①对细菌天然耐药进行验证以判断实验结果是否有误。比如肠杆菌科细菌中，阴沟肠杆菌对头孢西丁天然耐药，摩根摩根菌对米诺环素天然耐药，如果专家系统检测到“敏感”结果，则会给出“天然耐药，请检查试验是否正确？”的警示，并需工作人员输入帐号与密码进行确认，见图3。

　　②对一些不可能或罕见的药敏结果进行识别并提示需要复查。比如金黄色葡萄球菌对万古霉素的耐药，大肠埃希菌对亚胺培南的耐药，专家系统都会给予“比较罕见的结果，建议复查！”等警示。

　　③对标本来源与药敏数据进行综合分析可屏蔽一些药敏试验的报告，比如肠杆菌药敏中氯霉素对泌尿道分离的菌株不常规报告，所以报告单上需屏蔽，比如磷霉素仅对泌尿道分离的大肠埃希菌进行报告，如果是其它菌株，也需屏蔽。

　　④对数据进行综合分析为临床诊治提供一些建议，比如对检到的耐苯唑西林凝固酶阴性葡萄球菌(MRS)，专家系统会给予“对于耐苯唑西林凝固酶阴性葡萄球菌(MRS)，β-内酰胺类药物，如青霉素类、β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂复合物、头孢类、碳青霉烯类，临床无效。”的报告单评论内容，见图4。

图3　专家系统的警示信息需要工作人员输入帐号与密码进行确认

图4专家系统可为报告单添加评论内容

2.7在阴性结果报告节点的应用：

　　专家系统根据患者及样本资料自动给出阴性检验结果的“文字”，比如对于粪便普通细菌培养的阴性结果，会给出“培养未检到沙门、志贺菌”，比如对于粪便霍乱弧菌培养则给出“培养未检到霍乱弧菌”的文字表达，见图5。

图5专家系统可批量添加阴性检验的文字

2.8在阳性结果报告节点的应用：

　　专家系统把阳性检验结果（包括检到的病原菌与相应的药敏数据）与本实验室近五年的数据进行比对，如果阳性结果不在常见概率中，则会给出提示。

　　比如专家系统对某个患者呼吸道标本中检出的病原菌“沙门菌”进行管理时，会对近五年呼吸道标本的致病菌进行统计分析并得出常见致病菌的范围，发现该“沙门菌”不在“常见”范围之内，专家系统就会给出警示，见图6；

　　比如对阴沟肠杆菌的亚胺培南“耐药”结果进行管理时，也会与近五年的阴沟肠杆菌对亚胺培南的耐药率进行比较，如果近五年该细菌对该药的耐药率低于10%，专家系统则会给出“不常见”警示。

图6呼吸道标本中检出“沙门菌属”时，专家系统给出的警示。

2.9在血培养管理节点的应用：

　　专家系统对进入该节点的血培养仪联机接口程序所采集到的原始数据进行管理，管理主要包括四个方面：

　　①阴性结果的管理，专家系统实时动态检测血培养仪器对血瓶的结果判断，如果检测到“阴性”结果后，可直接在实验室信息管理系统中启动阴性结果报告程序。

　　②仪器阳性报警的管理，专家系统在检测到阳性报警信息后，如果是在夜间，可直接向夜班值班人员发送信息通知进行阳性血瓶处理。

　　③血培养分级报告的管理，工作人员对阳性血培养进行涂片革兰染色镜检后，可向临床发送初级报告，专家系统自动根据该血瓶送检病区及医生信息，给该病区医生工作站或该医生手机推送初级报告信息。

　　④血培养双瓶管理，专家系统实时监测病区血培养双瓶送检情况，如果某病区的双瓶比率过低，专家系统则会给出警示。

2.10在支原体培养节点的应用：

　　进入该节点的数据主要是图像采集系统对解脲支原体和人型支原体鉴定及药敏检测板条的图像采集所得图片，在专家系统知识库中设定特定位置坐标及阴阳性判断的颜色域值，专家系统推理机模块对所采集到的检测板条图像进行识别，最终给出解脲支原体和人型支原体培养及药敏结果，并对自相矛盾的数据给出警示。该功能模块界面见图7。

图7解脲脲原体和人型支原体培养和药敏结果自动化判读系统界面

2.11在样本检验时限管理节点的应用：

　　专家系统通过知识获取模块在专家系统知识库中设置不同标本与不同检验项目预期报告所需要的时间，在专家系统运行时，实时监测实验室信息管理系统中未审核签发的报告，并判断是否已经超出报告的预期时间。

　　如果已经超出，专家系统继续检查当日“电子工作记录单节点”是否有对该标本的操作记录？如果没有，则提示用户对该标本进行查访，防止漏报现象的发现。

　　比如专家系统预设痰液细菌培养报告时间为2天，如果2天未报告，并且当日在“电子工作记录单节点”也没有“分纯”、“上机操作”、“复查”等记录，则说明该标本可能已被遗忘？专家系统会提示对该标本进行查访，见图8。

图8专家系统列出所有预期内未完成标本以防止标本被遗漏

2.12在医院感染指标管理节点的应用：

　　专家系统对所有签发报告的数据进行管理，当检测到耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐万古霉素肠球菌、碳青霉烯耐药肠杆菌科细菌、多重耐药不动杆菌等数据时，会给用户以提示，并指导用医院信息管理系统向相关科室推送警示信息。

３.结束语

　　专家系统是人工智能领域中最实用、最广泛的分支，它能根据用户提供的原始数据,运用某个特殊领域内相当数量的权威性知识和经验，按人类专家的思维逻辑进行推理判断，最后作出智能决策，其在医疗领域也有着广泛的应用。

　　研究发现，在临床微生物实验室以“标本”为核心的整个繁琐的业务流程中，数据的产生和传递从分析项目的申请开始至分析结果的使用结束，医院多个部门多个岗位，在时间上的跨越是以天为单位的三至七天时间（更甚者结核分枝杆菌培养需要84天）里，流程中某一节点的数据出现问题，则会直接导致使用该问题数据的下一节点流程操作的失败，进而影响整个临床微生物实验室的运行效率，最终会影响临床医疗活动。

　　而在微生物实验室中建立专家系统，能对临床微生物实验室工作流程各节点上所产生的数据运用预先录入的专家知识进行推理，并判断数据是否有效或给出下一步操作的提示信息，以此专业而高效的数字化工具代替人工来管理海量及繁琐的实验数据，这是实验室数字化建设的一个必然趋势。本研究中，专家系统提除了在常见的细菌鉴定和药敏结果解释节点有所应用外，还对临床微生物实验室工作流程其它各个节点的数据进行管理，如对样本接收节点、样本信息采集节点的数据进行验证，可对一些不合理的数据进行警示，可减少人为差错并提高工作效率；如对血培养管理节点的阳性报警信息进行推送，可让工作人员对阳性血培养瓶及时进行处理，可以提早通知临床医生对患者的诊治；医院感染指标管理节点的各种院感指标进行实时动态监测，能第一时间发现并向相关科室推送预警信息，相关科室可及时采取相应措施，预防其它患者院内感染的发生。

　　综上所述，临床微生物实验室数据管理专家系统的建立和应用，可减少实验室差错，提高工作效率，进而为实验室管理水平的整体提高并更好地为临床和患者的服务提供有力的技术性支持，可有效减少患者住院日和附加的住院费用，打造安全的医疗活动。

作者：林雪峰（温州医院）

发表：中华临床感染病杂志,,9(2).

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