【Treatment-Rec 論文閱讀】Data-driven Automatic Treatment Regimen Development and Recommendation
Data-driven Automatic Treatment Regimen Development and Recommendation
Authors: Leilei Sun, Chuanren Liu, Chonghui Guo, Hui Xiong, Yanming Xie
Keywords: Treatment Regimen; Treatment Recommendation, Electronic Medical Records; Temporal Sets.
KDD’16 大連理工大學 (Dalian University of Technology)，卓克索大學 (Drexel University)，中國中醫科學院 (China Academy of China Medical Sciences)
論文連結：https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/2939672.2939866
目錄
0. 總結
本文方法比較清晰，專注於腦梗塞這一種疾病，給新進入系統的病人推薦治療方案。但假設比較強，是治療方案推薦的很好的初步嘗試。
資料是在中國收集的，不知道相關資料集和程式碼是否已經公開？
1.研究目標
根據歷史病歷資料，對患者和治療方案分別進行分類，並提取出一些典型的治療方案。對新患者，根據患者基本資訊和診斷資訊，推薦相應的治療方案，輔助醫療決策，提高治癒率和治療有效性。
2.問題背景
電子病歷資訊沒有被充分利用，醫療資源分佈不均，大資料手段可以提高醫療效率，提高整體醫療水平。
3. 問題定義-EMR 的內容
本文用到的電子醫療記錄（Electronic Medical Records, EMRs）主要包含以下五種資訊：
3.1 人口統計資訊 Demographic Information
包含患者的基本資訊，如性別、年齡、家庭住址、種族、受教育程度等資訊。
3.2 診斷資訊 Diagnostic Information
包含疾病名稱和嚴重程度
3.3 醫囑 Doctor Order
包含藥物名稱、使用方式、劑量、頻率、開始日期和結束日期。
3.4 治療方案 Treatment
治療方案是在醫囑之上整理出來的，記錄患者每天接受了哪些治療。
進一步，可以將患者的病程分為幾個階段，每個階段都有幾個治療方案，其中記錄了患者接受了哪些治療，分別接受了幾次（這裡就不記錄這幾次治療具體發生的日期，而是隻記錄次數）。
3.5 結果 Outcome
結果指患者出院時醫生對患者的狀態評估，可以分為“治癒（cured）“，“改善（improved）”，“無效（ineffective）”，“死亡（dead）”。
上面五種資訊中，前兩個（基本資訊和診斷資訊）可以視為條件，第四個（治療方案）可以視為干預變數，最後一個（結果）可以視為目標。
4. 方法
4.1 治療方案相似度度量
總體思路：每個患者的治療方案可以被分為多個階段的治療方案，每個階段的治療方案包含用了哪些藥物，以及服用方式、劑量和使用次數。在相似度度量時，首先度量各個對應階段之間的相似度（如果階段數量不一樣怎麼辦？），然後再整合得到整體相似度。
- 治療方案相似度首先被拆分為藥物之間的相似度——相同名稱的藥物會有非零相似度，再根據服用方式、劑量和頻率來計算一個0到1之間的相似度數值。
- 兩個分階段治療方案之間的相似度變為兩個集合之間的相似度度量，其中集合元素之間的相似度已知。
- 本文提出一種矩陣，將元素之間的相似度加權組合為集合之間的相似度。
- 得到各個階段治療方案的相似度之後，再加權平均得到兩個治療方案的整體相似度
4.2 治療方案聚類
基於治療方案之間的相似度，本文提出一種基於密度峰值的聚類演算法，可以得到治療方案的聚類中心。
4.3 提取典型治療方案
由於本場景的特殊性，聚類中心的治療方案也無法完全代表這類每個類別，仍需進一步處理。
具體來說，就是看一下哪些藥物用的比較多，再提取一下典型的使用劑量、使用方式和持續時間等資訊。
4.4 治療方案推薦
對病人也進行分類（決策樹），每個葉子節點認為是一個型別的患者，然後看一下這些患者使用哪個典型治療方案比較多，就作為這個葉子節點的推薦方案。
5. 實驗
5.1 資料
資料來自中國14家三甲醫院，分佈在北京，石家莊，深圳，濟南，長春，福州和西安。
實驗專注於腦梗塞的藥物推薦。
收集了2.7萬的患者資料，醫囑數量100萬。
5.2 提取典型治療方案
其中使用了1090種藥物，但大多數藥物都是用於治療其他疾病的。本文選取了138種最相關的藥物，有36萬醫囑包含這些藥物，平均每個患者13個。
治療過程分為四個階段：前24小時、2-3天、4-7天、8-14天。
最終提取出四種典型的治療方案
5.3 治療方案推薦
對病人進行分類，分了17個類別。每個類別找一個治療效果最好的（不一定是使用最多的）作為推薦結果。
5.4 推薦效果評估
由於每個類別都找到了統計上治療效果最好的治療方案，假設這些治療方案推廣到這個類別上的所有患者，再假設推廣到其他患者身上之後仍然有這麼好的治療效果，計算一下推廣之後，總體的治療有效率和治癒率能提升多少。