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完美医疗原理:第5章 控制论与疾病控制论 精选

已有 4287 次阅读 2018-2-25 22:23 |个人分类:疾病控制论|系统分类:科研笔记| 完美医疗, 疾病控制论, 医院管理, 医疗

在第4章的开头,述及诺伯特·维纳(Norbert Wiener),他是美国的著名数学家,生于1894年,逝世于1964年。他兴趣广泛,知识渊博、思想活跃,曾被誉为神童,14岁毕业于塔夫茨学院,18岁获得哈佛大学的博士学位,获得博士学位后的1913~1915年在英国剑桥大学和德国哥廷根大学研究数学,期间师从于罗素研究哲学,并逐渐专注于数学,1919年起到麻省理工学院数学系工作至退休。1935~1936年,维纳应邀到中国清华大学作访问教授讲授一些数学的进展,同时与电机工程系李郁荣教授合作,研究并设计出很好的电子滤波器,获得了发明专利权。维纳把在中国的一年学术生涯看作是一个特定的里程碑,既是对控制论的形成产生了重要影响,也是其科学生涯走向成熟的分界点。1948年,维纳发表《控制论——关于在动物和机器中的控制和通讯的科学(Cybernetics: The Science of Controlling or Communicating in Animals or Machines)》,标志着控制论的诞生。维纳相信,“在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的无人区”,也正是他对探知科学的敏感性和哲学思辨,成就了控制论的伟大成就。

控制论是研究一般系统中控制和信息过程共同规律的科学。最初,维纳明确指出控制论的对象是动物和机器中的控制和通讯问题;几年后,他在《人当作人来使用》一书中,认为控制论在社会系统中应用的可能性已经出现;以后维纳的认识又有发展,1960年,他在莫斯科参加国际会议期间,明确表示,控制论的最主要和最迫切的任务是“研究自行组织系统、非线性系统以及同生命是怎样一回事有关的那些问题,但所有这些——三种提法说的是同一回事”,他的目的是“把各个学科领域中进行的努力联合起来,使它们都致力于对相似问题的划一的解决。”

控制论自诞生发展至今,日臻丰富、完整,有关基本概念和科学基础已经成熟,系统、控制和信息这些基本概念我在第3章和第4章已作介绍,不再赘述;科学基础主要包括统计数学、数理逻辑、语言学和生物科学,在接下来用一节专门介绍。控制论在一些领域应用的分支已经形成或正在形成中,并且正在或将要发挥重要的作用,其中有几个值得介绍;我们提出的疾病控制论也是一支正在形成中的力量,本章在作过必要的背景铺垫后将重点介绍,可以说也是本书的理论要点。

1. 控制论的科学基础

一项优秀的成果,既不会无所用处,燧火开启文明、诸子清明心智、医学祛病延寿,或可以益及久远,或可以为新的成果为基础;也不能空穴来风,它必然以前人的诸多成果为基石,也会与其他有所交互。同样,控制论在形成和发展进程中,涉及多学科的理论和方法,有些构成了控制论的科学前提和基础,以下简要介绍语言学、数理逻辑、统计数学和生物科学等四项科学基础。

语言学 语言是信息的主要载体,也是信息交流的工具。语言承载信息的形式为语义,语言的书面形式为文字、口头交流形式为语音。人类最初的交流以语音为主,信息通过口口相传。晚期旧石器时代的某些绘画,具有了文字的功能,记录真实的事件或想像的事件,两万年前,雕刻在拉斯科(Lascaux)洞穴(多尔多涅)墙壁上的一组图画,记录了用标枪攻击水牛的情形,标枪刺透了水牛的内脏,垂死的水牛给予猎人以致命一击;八千多年前河南舞阳贾湖遗址贾湖刻符,有学者认为这些符号应该是一种文字”。但直到新石器时代的公元前5000年至公元前4000年间,美索不达米亚的两河三角洲的苏美尔人,在泥板上雕刻了记号和物体,诸如动物的头颅、鸟、鱼、植物、家用器具和人体器官的图画,代表着文字的真正开端。大约公元前14世纪,中国殷商后期的甲骨文,是现代汉字的直系祖先,也是早期人类文字中唯一延续至今的文字。文字的产生、发展和成熟,奠定了语言学的基础,并为信息的保存、交流提供了根本的便利。使用语言体系不同的人们之间的交流,需要学习对方的语言或者借助翻译的帮助,人类也创造了一些特殊的语言也可达到一定的交流目的,如音乐、绘画艺术、计算机语言等。

医疗卫生的语言学问题主要涉及语义表达和交流便利两个方面。现代医学的专业术语体系完整、已臻成熟,但一些流派的传统医学的语义表述尚需深入研究,甚至进行必要的改革,以解决达到信息的通讯顺畅。中国的中医学持续流传至今已有二千多年,相当一部分的语义形式尚需要依靠以往的文献,除了文言文和当代汉语的差别,也有关今日之对医疗卫生的认识深度和广度与中国古人存在很大差别,也导致了中医文献语义与现代医学语义的差异。医疗卫生信息的交流包括同专业人员之间、不同专业人员之间、专业人员与非专业人员之间、非专业人员面对不同医学流派获得的信息差异,由于专业性门槛的存在,交流过程中普遍存在信息不对称现象。解决医疗卫生专业人员与非专业人员交流的信息不对称问题是一个十分困难的问题,假设专业人员与非专业人员达到信息对称,只能有两种情况,要么专业人员的水平足够低,要么非专业人员的水平足够高,前者是患者所不能放心的,后者也不可能达到。那么,能否对专业的信息进行必要的处理,包括分类、科普化等,以实现在信息无法对称的情况下,达到完全的交流目的?

数理逻辑 即运用代数系统、字母和及其组合、量词及约束变元等表达逻辑的理论和方法,以实现机器模拟人脑思维活动。最早亚里士多德建立逻辑学,17世纪数字计算机诞生以后,机器进行计算的启发了科学家思考机器能否进行人的逻辑推理活动?到19世纪,科学家对数理逻辑的研究热情空前高涨、成果叠出,伯特兰罗素阿尔弗雷德怀特海Bertrand Russell & Alfred Whitehead的《数学原理(Principles of Mathematics)》,标志着数理逻辑的成熟。

数理逻辑一般分为逻辑演算、证明论、公理集合论、递归论和模型论五个分支。其中递归论是算法化方法,涉及研究能行问题,在控制论中起着突出的作用。一类问题能行可解,是指存在某种确定的方法和步骤以判定其中的任何一个命题的是或非,即可以将此类问题的解决过程予以算法化——以算法描述问题。在医疗卫生的问题上,有些可以找到算法描述方案,大量的过程却不可能算法化,从而为实现自动化造成了难度。

统计数学 对于一个动态系统,一般都可以用一组相应的微分方程或随机微分方程进行描述,由此,数学分析、微分方程、泛函分析、微分几何和统计数学等被引入控制论,所以有人甚至把控制论称为“信号和机械控制的数学理论”。其中,统计数学是研究自然界中随机现象的数学规律的一门学科,主要包括概率论、数理统计和随机过程等。在控制论中,特别重要的随机过程包括平稳过程、正态过程、马尔科夫过程、二阶过程、独立增量过程、维纳过程等。

生物科学 在控制论的建立和发展进程中,生物科学起了决定性的作用。生物科学关注人的感觉、知觉、思维和心理活动的生理机制,其中心理活动的反射机制、人活动的“自动化”倾向、神经生理的“全或无(all or none)”、生理学的体内稳态四项成果与控制论最为密切。

17世纪,勒内·笛卡尔(Rene Descartes)首先提出反射的概念,以后逐渐由查理谢林顿(Charles Sherrington)、伊凡谢切诺夫(Ivan Sechenov)等逐步发展和完善,20世纪初,伊凡巴甫洛夫(Ivan Pavlov由研究消化腺的心理性分泌中发现了条件反射的方法,从而开辟了研究脑的高级机能活动的新途径,并建立了高级神经活动学说higher nervous activity人类的语言、思维和实践活动都是高级神经活动(即大脑皮层活动)的表现。根据这一学说,无条件反射是动物与生俱来、本能性质的反射;条件反射则是动物在后天的生活过程中为了适应环境不断变化的环境而形成的反射,与学习有关,是由于大脑皮层的兴奋灶之间建立了暂时联系(当同时有两个刺激因素作用时,在大脑皮层上就会同时有两个部位产生兴奋,称为暂时联系时才出现。反射活动通过反射弧实现。反射弧由感受器、输入神经元、中间神经元、输出神经元和效应器五个环节构成,缺一不可,任何一个环节损伤均会影响反射机能,甚至完全不能实现反射活动。

人的活动(包括心理活动)一般情况下是在有意识的控制下实现的,一个动作具有相应的目的,人们意识到其原因,并能在完成的过程中调节自己的行为。但,人的有些活动并不是有意识进行的,比如,通常情况下,人不能有意识地让自己脸红或变白、不能让心跳加快就或变慢、围棋高手能不加思索地应付对手出招等,这些行为和思维过程是“自动”进行的,即人的生理和心理活动存在自动现象,其根源暂时联系。

鲍迪斯(Bowditoh)在研究心肌时发现“全或无(all or one)”规律,并于1871年提出;此后其他学者进行了深入研究,发现在神经反射活动中普遍存在。“全或无”规律是指,当一个神经元受到外界刺激后,只要刺激量达到某一阈值,就会作出应答,否则不作应答,而且应答的信号大小总是一样的。

沃尔特坎农(Walter Cannon)于1929年提出了“体内稳态homeostasis)”(或称自稳态、内环境稳定)概念,动物和人处于一定环境之中,若环境条件的变化导致机体正常状态的偏离,机体内部有一种能够进行有效调节的机制(自动调节机制),使之恢复正常,以维持其与环境的动态平衡。

2. 几种分支控制论

控制论形成以来,在各个领域的应用取得了丰硕的成果,发展形成了一些分支,主要有:工程控制论、生物控制论、经济控制论等。

工程控制论 是控制论应用于工程技术方面而形成的自动控制理论,钱学森的《工程控制论》是标志性著作。早期的工程控制论主要关注伺服机构理论、设计稳定和制导系统等的工程实践,属于单因素、时不变系统,研究重点为反馈机制,自动调节器是核心装置,此阶段为经典控制理论;至1960~70年代,利用电子数字计算机研究多因素、时变系统的最优、随机自适应控制,此阶段为现代控制理论1980年代以来,运用智能机器研究多因素、多层次系统,即大系统、复杂系统的智能控制,称为大系统控制理论

生物控制论 是研究生物系统中信息传递、变换、处理过程和调节控制规律的科学研究研究对象是具有控制功能的生物系统,包括分子、细胞、组织器官、生物个体、及包含环境的生态系统。1960年斯坦莱约里斯(Stanley Jones)出版了《论生命系统的控制论》,该书阐述了神经系统反馈的非线性问题,第一次比较系统地提出了生物系统中使用控制理论。目前,生物控制论的研究内容主要包括生物系统分析和神经控制论,后者中有关神经网络的研究对智能机器的发展具有重要的启发价值。

经济控制论 是控制论的基本概念、基本理论和方法运用于经济领域,包括经济活动和经济管理,而形成的一门边缘学科。1953年,电子工程学教授图斯丁(A. Tustin)发表《经济系统的机制》,用控制论方框图、信号流程图描述了约翰凯恩斯 John Keynes)关于投资、消费、收入之间关系的理论,被认为是经济控制论的创始人之一。1965年,经济学家奥斯卡兰格(Oskar Lange)的《经济控制论导论》比较系统地阐述了控制论在经济问题研究中的应用。经济控制论的应用主要在经济规划、经济系统结构改革和优化经济系统运行三个方面。

3. 疾病控制论概述

研究背景 2008年至2010年,我在清华大学从事博士后研究的期间,正值中国新一轮医疗卫生改革方案出台前后,社会各界对医疗卫生表示了空前热烈的关注,我们在关注医疗卫生本身的同时,还注意到关注医疗卫生的人们,他们来自各行各业,有卫生经济学家、政府官员、医院管理者、社会学家、媒体、医务工作者、患者等,由于所持的观点、所站的角度不同,对医疗卫生问题理解不同、诉求不同、看法不同。譬如卫生经济学家,凯恩斯主义者主张政府办医,而市场主义者认为必须充分发挥市场的作用;富裕的患者期望看病的过程中便利、舒适,他们并不在意经济问题,贫穷的患者却主要关注看病的经济负担,担心没钱看病或者因看病而更加贫穷;公立医院的管理者侧重于政府资源(政策的倾斜、财政的投入等)的导入,社会办医的管理者更加渴望政策的公平性和人才的获得。纷纷扰扰的不同的声音增添了医疗卫生的复杂性,在无法使人们同质化的情况下,有必要弄清楚产生分歧的深层次原因,以便尽可能地统一认识。我们发现,缺乏统一的理论依据是关键原因。在这种情况下,我们结合大量实践、调研和研究,提出了疾病控制论。

疾病控制论的概念 疾病成因于人类和人群所处的环境及致病物所处机体的状况,单一或多种病因作用于机体,导致自稳调节紊乱而发生个体或群体失健康,对抗疾病的策略需要从可能起始的源头出发,明确参照,对环境因素及机体状况进行有利调节,移除病因,恢复个体或群体的健康或相对健康并长期维持。我们称之为疾病控制论。疾病控制论的概念中,首先明确疾病发生由环境、机体及致病物(或病因)三者共同作用形成;其次提出对抗疾病要从源头出发,对环境、机体及致病物(或病因)综合处置;最后还认为目标不仅是恢复健康,还应长期维持健康。

疾病控制论的四要素 疾病控制论对考察医疗卫生问题的基本框架和路径予以明确,并形成了一系列相应的理论、方法,但不排斥包括控制论在内的各种理论、方法、工具。为了便于理解和运用,将疾病控制论予以模型化,归纳为四要素,即:遵循疾病规律、基于系统论、完美医疗目标体系及反馈机制。疾病规律是考察医疗卫生问题首要遵循的,不同的层面、不同性质的医疗卫生问题的疾病规律表述不尽相同,但基本的疾病规律则是完全一致的;基于系统论不仅思维要有系统系统性,也要强调将所要考察的问题放置于恰当的研究系统中(详见第3章);明确参照即要求有明确的目标,鉴于医疗卫生问题的多样性、繁复不一、以及许多问题缺乏现实参照等,我们以完美医疗作为目标体系,根据不同的问题建立相应的完美医疗状态;反馈机制是基于完美医疗目标的实现不能一蹴而就,既需要循序渐进,也需要通过对照后不断调整输入。疾病控制论四要素规定了考察医疗卫生问题必须兼顾好四个方面的情况,在此基础上,选择适合的其他理论、方法、工具,并运用之。

疾病控制论的适用范围 有关疾病控制论的适用范围,有种误解认为是针对疾病诊疗的,实际上是对所有直接或间接涉及疾病的各种问题,宏观的包括大健康系统、国家医疗卫生服务体系的研究、产业规划、政策设计等,微观的包括医疗卫生机构、疾病和人群健康的研究、管理等。我们已经就卫生总费用、区域卫生规划、中枢神经损伤研究、医院管理、疾病诊疗流程、医疗卫生产业、药品不良反应监测等方面进行研究和应用探索,并取得了良好的预期。

4. 疾病控制论的两点说明

疾病控制论与疾病控制中心的区别 疾病控制中心即疾病控制与预防中心(center for disease control and preventionCDCCDCP),目前,中国已建立“中国疾病预防控制中心(China CDC)”,在各省、自治区、直辖设立了相应的分支机构,延伸至区县的疾病预防控制中心,这些机构形成网络,分工不同,互相协同,通过对疾病、残疾和伤害的预防控制,创造健康环境、维护社会稳定、保障国家安全、促进人民健康,开展包括食品安全、职业安全、健康相关产品安全、放射卫生、环境卫生、妇女儿童保健等各项公共卫生业务管理工作和应用性科学研究、技术指导、培训和质量控制。疾病控制论则是一项疾病相关的理论模型,是控制论在健康和医疗卫生领域的应用;在CDCP运行中,运用疾病控制论理论和方法,有助于更好地构建工作或研究模型,有助于更好地利用和调配资源,有利于效率提高,有利于解决疑难问题。

精益管理在医院管理中的条件与疾病控制论的作用 精益管理是一种消除浪费、关注流程速度与效率的管理工具,通过消除生产环节上的不增值活动,实现连续的信息流、物流和现金流,从而达到降低生产成本、缩短生产周期和改善质量的目的,最初来源于丰田汽车,后被引入医院管理。近几十年来,精益管理在制造领域的作用发挥得淋漓至尽,生产效率大大提高,创造了大量财富,然而精益管理在医院管理中不仅收效甚微,甚至举步维艰,不仅无法进入核心环节,在一些似乎适用的环节仍然存在诸多牵强附会,缺乏足够的说服力。深究其原因,精益管理理论和方法的基本条件是产品或工艺的标准化;而医疗卫生服务的不确定性决定了医院管理的整个流程中,有不少产品和工艺并非标准化或标准化程度不高,标准化程度不足的环节无法发挥精益管理的有效作用,相反可能束缚工作人员的主观能动性。我们发现,在医院管理中,对于可标准化环节,适用精益管理,比如药品和器材的供应链;而那些不可标准化或标准化程度不高的环节,可以通过疾病控制论的模型和方法直接解决,或者进行必要的调整设计后,再运用精益管理的理论和方法予以解决,比如病区输液是标准化程度有限的工作,运用疾病控制论对输液流程的疾病规律、工作目标、研究系统、反馈机制进行梳理、调整后,再运用业务流程改进、引入预约机制和时间观念等,实现输液流程的效果、效果和适应性提高,达到提高管理提升目的。



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