media life 100721 最近の更新履歴 Dr Hishiki's classroom (日紫喜研究室)

医療と コ ンピュ ータ

日紫喜  光良

メディア生命科学概論 ^{２０１０．０７．２１}

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主な論点

• ^{医療における情報と は何か}

• ^{情報はどのよう に生まれるか}

• ^{情報処理の立場から 医療の情報にどのよう}

に関わるこ と ができるか

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どのよう な情報？

「静物_-人生の空しさの寓意」 ハルメン・ステーンウェイク ₁₆₄₀年代

http://www.paintweb.jp/text/vanitas.html

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単純 _X 線画像から の情報

X^{線写真： 白いところは}X

線を通しにくく、黒いところ は通しやすい。

生の画像情報： ビット数ｘ検知器の位置 放射線診断： 

陰影の場所、性状、推定される 病態

http://yanagihara.kenwa.or.jp/ y09/housyasen.html

臨床的判断：

診断、病状の進展の予測、治療 測定量： いろいろな組織を通過してき た_X線によるそれぞれの検知器の励起 の大きさ

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「 生の情報」 と 「 有用な情報」

• ^例：単純X^線画像

• ^{生の情報：画像そのもの}

• ^{有用な情報（臨床情報）：からだのどこに、どのよう} な病変があるか

• ^単純X^{線画像の場合、有用な情報を取り出すにはた} いへんな熟練を要する場合がある。

– ^{エキスパートは少数}

• ^単純X線画像だけで有用な情報が取り出せる場合 も多い

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X ^線 CT ^{で得ら れる情報}

http://www.igaku-shoin.co.jp/misc/medicina/zadan4402/

生の画像情報： ビット数_xビームの位置_x検知器の位置 再構成した画像： ビット数_x空間単位（ボクセル）の位置

アルゴリズム

http://www2.hakujyujikai.or.jp/chuo/01_syoukai/05_bumon_syoukai/0 4_housyasen/06_05_ct_kensa.html

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投影面上の信号の変化を取り 出す

フーリエ変換

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逆投影

http://www009.upp.so-net.ne.jp/hachinami/note005/index.htm

フーリエ変換 の逆変換

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逆投影の重ねあわせ

http://www.rist.or.jp/atomica/

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データ のと り かたと アルゴリ ズムが

情報の質を改善する

対象： 人体

モデル化： 空間単位（ボクセル）の座標と_X線吸収度

データの採取

（方法１：従来の_X線写真もしくは_CR） X^{線ビームは１箇所から。}

検知器は１つの面。

（方法２：_X線_CT)

多数の_X線ビーム源（ビーム源 が回転することによって）

多数の検知器面（検知器も回転）

コンピュータによる計算

位置情報つきモデルの再現 エキスパートによる位置情報の推定

臨床的判断に必要な情報

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例： _MRI （ 核磁気共鳴画像）

http://www.nms.ac.jp/gochojunet/shinsatsu/shinsatu03.htm

http://www.nies.go.jp/kanko/news/23/23-2/23-2-04.html

強磁場中の水素原子が共鳴周波数の電波 に共鳴して電波を発する。

共鳴周波数は、磁場の強さによって決まる。 位相のそろった電磁波パルス（_FM波）を照射

強磁場の強さを 空間的・時間的 に変えると、 返ってくる電波の 周波数や位相が 変化するので、 電波発生源の位 置が識別できる。 周波数の違う電波が返ってくる

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MRI ^{の信号処理}

http://www.nips.ac.jp/fmritms/contents/2.html

受信する電波の波形に、発 信源の位置が含まれている。

フーリエ逆変換

位置情報の復元

返ってくる電波は、異なる時間 や強さの磁場に反応した、さ まざまな周波数や位相をもつ ものを含む

MRIについて有用な解説の例

http://homepage2.nifty.com/kirislab/chap5_mri/imaging-1.html

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まと め（ １ ）

• ^{コ ンピュ ータ は、 う まく 構成さ れたモデルにし}

たがっ て自動的・ 大量に採取さ れた生体デー

タ を高速に処理し 、 有用な情報を取り 出すこ

と に役だっ ている。

– ^例：CT,MRI

• 有用性は臨床的判断に依存する

– ^常にCT^やMRI^{が必要なわけではない}

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病理画像から の情報

http://jsp.umin.ac.jp/corepictures2007/02/o04/index.html

腺癌転移、_H.E.染色弱拡大

生の画像情報：色_xビット 数ｘ画素の位置

測定量：ヘマトキシリンエ オジン色素による染色の 程度

病理診断： 

（細胞の核の大きさや染色 の程度、形状などから）の 病変の有無、性状、推定さ れる病態

臨床的判断：

（確定または迅速）診断、病状の進展の予測、治療

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病理画像の特徴

• ^{侵襲的に採取さ れる（ 生検、 手術切除標本）}

• ^{診断に時間がかかるこ と が多い（ 例外： 凍結}

標本から の迅速診断）

– ^固定 – ^切片 – ^染色

• ^{有用な情報を取り 出すにはエキスパート （ 病}

理医） が必要

– ^{細胞の核などを認識}

– ^{核の色、大きさ、形状から生物学的情報を推定}

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病理医の不足

• 2002年度の保険医療費に基づき概算すると，日本 全体で組織診断は_1,176万件，迅速診断は_17.6万 件，細胞診は_1,569万件（婦人科約_1,235万件，そ の他₃₃₄万件），剖検症例数は_25,984件となる。日 本病理学会が提案している病理医の業務量指数

（表２）で算定すると，最低でも_5,734.6人必要になる。 しかし，₂₀₀₉年の病理専門医の総数は_2,052名（実 働している病理専門医数はこの数より少ない）で， 必要数の半分にも満たない。また，厚生労働省の 2006^{年の調査によれば，病理を専門領域とした医} 師は，_1,297人であった。

http://s-igaku.umin.jp/DATA/58_02/58_02_02.pdf

上原剛 病理医の現状と展望 信州医誌，₅₈⑵：₅₁∼₅₅，₂₀₁₀

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遠隔診断

• ^{病理診断（ テレパソ ロジー）}

• ^{放射線画像（} CT,MRI ^{） 診断（ テレラ ジオロ}

ジー）

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テレパソ ロジー

http://www.hosp.go.jp/~ngr/kensa200904/14patho.html

依頼者 病理医

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テレラ ジオロジー

http://www.pref.okinawa.jp/iryou/summary2_j.htm

中心となる病院と離島との間で行 われるテレラジオロジーの例

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医療のための情報通信技術

• ^{ネッ ト ワーク}

– ^{高速インターネット} – ^{無線ネットワーク}

• ^{データ 通信}

– ^{データ圧縮}

• ^{セキュ リ ティ}

• ^情報端末

– ^{小型化、モバイル化} – ^{高精細ディスプレイ}

• ^{低コ スト 化}

– Web^{ブラウザ上での利用}

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まと め（ ２ ）

• ^{生の情報から 有用な情報を取り 出すために}

エキスパート （ 専門家） が必要で、 し かも 不足

または偏在し ている場合に、 コ ンピュ ータ を用

いた情報通信技術が、 エキスパート と 依頼者

と の距離を克服する目的で利用さ れている。

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診療の安全確実性のための情報伝達

• ^患者から医療従事者への情報伝達

– ^{主訴、現病歴}

– ^{使用している薬剤}

– ^{既往歴、アレルギー、血液型}

• ^{医療従事者どうしの、患者に関する情報伝達}

– ^{使用している薬剤} – ^{診療スケジュール}

• ^{医療従事者から患者への情報伝達}

– ^{薬剤の飲み方、使い方}

• ^{治療方針の判断をおこなう医師（主治医など）への} 情報の統合的提示

– ^{情報収集コストの軽減}

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病院の中の部門（ 事務部門除く ） の例

• ^薬剤部

• ^検査部

• ^病理部

• ^放射線部

• ^内視鏡部

• ^栄養部

• ^手術部

• ^輸血部

• ^材料部

• ^{リハビリ部}

• ^{血液浄化部}

• ^看護部

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部門に分ける理由

• ^{高価な機器のメンテナンスと有効利用}

– ^{レントゲンや}CT^などのX^{線診断機器} – ^{手術室で使う機器}

• ^{専門的技能をもったスタッフの有効利用}

– ^{手術室スタッフ} – ^内視鏡医

– ^{臨床検査技師・放射線技師}

• ^{モノ・情報の一元管理}

– ^薬剤

– ^{ガーゼや包帯、カテーテル、注射器などの材料} – ^検査情報

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病院情報システム

• ^{医事会計システム}

– ^{コストの正確な計算、保険請求漏れの防止}

• ^{部門システム}

– ^{オーダ受理と実行の記録、レポート作成}

• ^{物流管理システム}

– ^{物品の使用、発注情報を一元管理}

• ^{オーダエントリシステム}

– ^{診療現場から各部門への依頼（オーダ）を発行}

• ^{電子カルテシステム}

– ^{患者ごとに、}すべての情報を統合的に利用するための環境

• 診療経過の評価をするために、オーダの履歴やレポート情報を統合 できる。

• ^{診療計画を立てることができる。}

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ナビゲーショ ンケアマッ プ（ 亀田総合病院）

診療履歴と診療計画

短期の診療経過と診療予定

必要な準備のチェック 関連する検査や画像情報のチェック

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病院情報システムに求めら れるこ と

• ^安定運用

• ^{良好なレスポンス}

• ^{操作の容易さ}

• ^{表示のわかり やすさ}

• ^{低コ スト}

• ^{カ スタ マイ ズの容易さ}

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まと め（ ３ ）

• ^{コ ンピュ ータ は、 病院情報システムと し て用い}

ら れている

• 病院情報システムの目的

– 医療従事者間の情報伝達を円滑にする – 意思決定に必要な情報を統合する

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意思決定に必要な知識情報

生の情報 臨床情報

医学知識

臨床的判断

５５歳女性、住民検診で血清コレステロールが 260mg/dl^{と基準値よりも}高値のため外来を受診し た。５１歳で閉経した。肥満、喫煙、高血圧、心疾患 の既往はない。外来で再検したところ血清コレステ ロール265mg/dl, HDL^{コレステロールはであった。} 患者の食生活は偏食なく、豆腐、納豆、魚類もよく 摂取していた。運動についても１年ほど前から週に ２∼３日ほどは₃₀分ほどのジョギングを行っている。

例は名郷直樹 _EBMキーワード 中山書店 ₍₂₀₀₅₎より

高コレステロール血症を 治療するかしないか？

ベースラインとなる発症率

薬剤の治療効果

薬剤のもたらすリスク

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Evidence-Based Medicine (EBM)

• ^{入手可能な範囲でも っ と も 信頼できる根拠を}

把握し たう えで、

• 個々の患者に特有の臨床状況と 価値観を考

慮し た医療をおこ なう ための、

• ^{一連の行動指針}

EBM^の要素

臨床上の疑問点を明確に表現する 疑問点に答える論文を検索する

論文の内容の妥当性を吟味する

論文の結論を患者にあてはめるかどうか判断する

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知識情報の管理

• ^{論文情報のデータ ベース}

– ^{抄録データベース：}MEDLINE, PubMed – ^{全文データベース：}PubMed Central

• ^{臨床試験に特化し たデータ ベース}

– Clinicaltrial.gov

– Cochrane database

• ^{二次情報：} 人手による情報の収集・ 要約

• ^{臨床判断にすぐ 使える知識： 診療ガイ ド ラ イ ン}

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知識情報から 「 有用な情報」 を得る

技術・ サービス

• ^{検索機能の向上}

– ^{シソーラス、類似度検索など}

• ^{情報配信サービス}

– ^{メールで新規情報を知らせる}

• ^{情報抽出技術}

– ^{重要な情報を読取る}

• 臨床情報に対する知識情報のタ イ ムリ ーな提示

サービス

– 処方オーダ画面→薬剤の副作用や相互作用情報 の表示

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まと め（ ４ ）

• ^{コ ンピュ ータ は、 知識情報の管理にも 用いら}

れる

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医師と 患者の情報伝達を円滑にするための

背景知識の共有

• 背景知識をある程度共有し ないと 情報が伝

わら ない

• ^{患者が自ら 学ぶこ と を支援する}

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PatientsLikeMe

• Social Networking System (SNS) (2005~)

• ^{参加者が自分の症状と 治療の情報を広く 共}

有するこ と によっ て、 最新の科学的成果を治

療に反映するこ と を目的と する。

• ^{疾患ごと のグループ：   筋萎縮性側索硬化症}

(ALS) ^{、 多発性硬化症} (MS) ^{、 パーキンソ ン病}

など

• ^患者と researcher ^で構成。

• ^{運営資金は、 匿名化データ を提供するパート}

ナー企業から 調達。

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ひと り ひと り のＡ Ｌ Ｓ 症状経過チャ ート

総合的な状態 悪化の時間的 経過と、全体の 中での位置

治療の経過

個々の症状 の経過

Frost JH, Massagli MP, Wicks P, Heywood J.How the Social Web Supports patient experimentation with a new therapy: The demand for patient-controlled and patient-centered informatics.AMIA Annu Symp Proc. 2008 Nov 6:217-21.

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「 みんなの医学」 プロジェ ク ト （ ₂₀₀₉ ∼）

• ^{Ａ．みんなの疾患情報：}病気について自分で考え るために必要な情報資源、ならびに、考えるための 方法の開発。

• ^{Ｂ．みんなの人体知識：}病気について理解するた めに必要な人体についての知識を増やしたり整理 するための方法の開発。

• ^{Ｃ．みんなで医学研究：}

– 自分の病気について基礎・臨床面での研究がどこまで進 んでいるのか理解するために必要な手段。

– 自分の状況に必要な専門家を探すための方法。

– ^{自分と同じよう}な問題を抱えている人たちと議論するため の場を提供。

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乳がん患者向けのパンフ レッ ト _DB

完成予定Ｗｅｂサイト

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まと め（ ５ ）

• 患者が知識を得る手段と し ても コ ンピュ ータ

は重要である。 それによっ て医師と 患者と の

情報伝達が円滑になると 予想さ れる。

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全体のまと め（ １ ）

• ^{情報から 「 役に立つ情報」 を引き出すこ と が重}

要である。

– ^{生の情報→（エキスパートの力、あるいはコン} ピュータのアルゴリズム）→有用な情報

– ^{有用な情報→意思決定}

• どの程度の情報が必要かは臨床的判断の種

類に依存する。

– ^いつもCT^やMRIが必要なわけではない。

• ^{技術革新によっ て、 簡単安全に得ら れるなら}

ばできるだけ多く の情報を集める方向に進む

であろう 。

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全体のまと め（ ２ ）

• ^{医療でのコ ンピュ ータ の使い方}

– ^{情報から「役に立つ情報」を引き出すためのアル} ゴリズムを実行する情報処理装置として

– ^{希少な専門家と依頼者との距離を狭める情報通} 信システム（遠隔医療）として

– 診療の安全確実性を確保する情報伝達システム

（病院情報システム）として

– ^{診療の意思決定者のもとに情報を集約するシス} テム（電子カルテ）として

– ^{医学知識を得る手段として}

• 専門家が医学知識を更新する

• 患者が疾患情報を収集する

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全体のまと め（ ３ ）

• 現在の医療への情報技術者のかかわりかたの例

– ^{医療機器の研究開発} – ^{データ解析の専門家}

– ^{医療経営のコンサルタント}

– 病院情報システムの導入、運用 – IT^{についてのよろず相談}

• かかわる範囲において、医療のデータや業務につ いての知識が必要

• ^{健康な生活スタイルを求める人々、よりよい初期医} 療を求める人々への包括的な情報提供サービスが 求められている。