張昌明，朱 紅

徐州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息學(xué)院， 江蘇 徐州 221004

大數(shù)據(jù)及其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

張昌明，朱 紅

徐州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息學(xué)院， 江蘇 徐州 221004

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)的種類(lèi)和規(guī)模以前所未有的速度增長(zhǎng)，如何管理和利用大數(shù)據(jù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。該文介紹了大數(shù)據(jù)的起源、定義以及大數(shù)據(jù)的特征。在此基礎(chǔ)上，論述了大數(shù)據(jù)的研究意義以及大數(shù)據(jù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，分析了大數(shù)據(jù)在我國(guó)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的應(yīng)用滯后原因，并對(duì)大數(shù)據(jù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘；醫(yī)療大數(shù)據(jù)

1 大數(shù)據(jù)概述

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等IT技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)正以前所未有的速度爆炸性的增長(zhǎng)。來(lái)自著名咨詢(xún)公司國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)的研究報(bào)告稱(chēng)未來(lái)十年全球數(shù)據(jù)量將增加50倍。大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，大數(shù)據(jù)(big data)一詞也已經(jīng)成為當(dāng)前IT業(yè)界最熱門(mén)的詞匯之一。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)不僅改變了人們的工作和生活方式以及企業(yè)的運(yùn)作模式，甚至還引起科學(xué)研究模式的根本性改變[1]。大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于商業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域，正以難以想象的發(fā)展速度帶來(lái)新一輪的信息化革命。如何更好地利用大數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益日益成為人們關(guān)注的問(wèn)題。

1.1 大數(shù)據(jù)的定義

大數(shù)據(jù)概念的提出可以追溯到很多年以前，只是近幾年才成為學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。1997年，美國(guó)NASA阿姆斯研究中心的Cox M和Ellsworth D發(fā)表了一篇論述虛擬化的論文，探討了計(jì)算資源無(wú)法即時(shí)處理數(shù)據(jù)量過(guò)大的挑戰(zhàn)，并首次提出了大數(shù)據(jù)這一名詞。2008年9月4日，《Nature》出版了名為“Big Data”的專(zhuān)刊，從互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、超級(jí)計(jì)算、環(huán)境科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)方面介紹了海量數(shù)據(jù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)[2]。2011年2月11日，《Science》推出了名為“Dealing with Data”的專(zhuān)輯[3]，指出了大數(shù)據(jù)對(duì)科學(xué)研究和社會(huì)發(fā)展的巨大推動(dòng)作用。

什么是大數(shù)據(jù)？這一問(wèn)題到目前為止還沒(méi)有普遍認(rèn)可的定義。被譽(yù)為“大數(shù)據(jù)時(shí)代預(yù)言家”的著名數(shù)據(jù)科學(xué)家維克托主要從“價(jià)值大”的角度給出了大數(shù)據(jù)的含義：大數(shù)據(jù)是當(dāng)今社會(huì)所獨(dú)有的一種新型的能力，它以一種前所未有的方式，通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可獲得有巨大價(jià)值的產(chǎn)品和服務(wù)[4]。一般認(rèn)為大數(shù)據(jù)指的是所涉及的數(shù)據(jù)量規(guī)模大到超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理工具的處理能力，無(wú)法在合理時(shí)間內(nèi)進(jìn)行擷取、管理、分析的復(fù)雜、大規(guī)模數(shù)據(jù)集合[5]。

1.2 大數(shù)據(jù)的特征

大數(shù)據(jù)不僅是數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，僅僅數(shù)據(jù)量的龐大顯然無(wú)法看出大數(shù)據(jù)與海量數(shù)據(jù)、超大規(guī)模數(shù)據(jù)等概念之間的區(qū)別。大數(shù)據(jù)一般具有以下幾個(gè)特征：Vo- lume、Velocity、Variety[6]，IBM還認(rèn)為大數(shù)據(jù)應(yīng)該具有Veracity特征[7]，即人們常說(shuō)的4V特征。

1.2.1 Volume是指數(shù)據(jù)規(guī)模龐大 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)信息可以隨時(shí)隨地產(chǎn)生，數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度和規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以前任何時(shí)期，而且呈加速發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)據(jù)管理的難度越來(lái)越大，數(shù)據(jù)的規(guī)模已經(jīng)從GB、TB級(jí)進(jìn)入到PB級(jí)。到底多大的數(shù)據(jù)才能稱(chēng)為大數(shù)據(jù)呢？國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)2012年發(fā)表第一份全球大數(shù)據(jù)技術(shù)和服務(wù)市場(chǎng)報(bào)告時(shí)把大數(shù)據(jù)的規(guī)模閾值設(shè)在100TB。隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的規(guī)模閾值也在提高，目前一般認(rèn)為PB級(jí)以上數(shù)據(jù)才稱(chēng)為大數(shù)據(jù)。

1.2.2 Velocity表示處理速度快 大數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的時(shí)效性，通常是動(dòng)態(tài)、快速的產(chǎn)生。必須對(duì)大數(shù)據(jù)快速地創(chuàng)建并進(jìn)行挖掘分析，使其產(chǎn)生有價(jià)值的信息數(shù)據(jù)快速傳給用戶(hù)，這樣用戶(hù)才能充分利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行決策。

1.2.3 Variety表示數(shù)據(jù)類(lèi)型和來(lái)源多樣化 數(shù)據(jù)類(lèi)型不僅有結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，還有越來(lái)越多的半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，而且非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)所占的份額越來(lái)越大，占有比例達(dá)到總數(shù)據(jù)量的80%以上。大數(shù)據(jù)的來(lái)源不僅有科研實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且還包含大量來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的日志、網(wǎng)頁(yè)、圖片、視頻數(shù)據(jù)以及來(lái)自傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地理位置信息，等，這對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高的要求。

1.2.4 Veracity表示數(shù)據(jù)的真實(shí)性 只有真實(shí)而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)才能挖掘出真正有意義的知識(shí)，并將其用于經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)生活的方方面面，對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步產(chǎn)生重要的影響，才能創(chuàng)造出最大的價(jià)值。

綜上所述，大數(shù)據(jù)不只是數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，只有滿(mǎn)足上述4V特征的數(shù)據(jù)才能屬于大數(shù)據(jù)的范疇。

2 研究大數(shù)據(jù)的意義

大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)必將顛覆傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式，將給人們帶來(lái)科學(xué)研究方法、商業(yè)模式和管理模式的變革，提高企業(yè)和公共部門(mén)的生產(chǎn)率和競(jìng)爭(zhēng)力，并創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值。這也是為什么包括我國(guó)政府在內(nèi)的各國(guó)政府高度重視大數(shù)據(jù)研究的原因所在。大數(shù)據(jù)研究的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 大數(shù)據(jù)改變了傳統(tǒng)的科學(xué)研究方法

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，面對(duì)大數(shù)據(jù)，直接從全部數(shù)據(jù)中分析、挖掘所需要的信息，而不是對(duì)少量的隨機(jī)樣本進(jìn)行分析。挖掘分析的數(shù)據(jù)是混雜的，有不同的來(lái)源與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不像傳統(tǒng)的研究方法那樣，它對(duì)樣本的精確性有較高的要求。只注重研究數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，不管數(shù)據(jù)之間的因果關(guān)系。也就是說(shuō)只要知道“是什么”，不需要知道“為什么”。

2.2 大數(shù)據(jù)可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值

大數(shù)據(jù)就是新的財(cái)富，它已經(jīng)成為新發(fā)明和新服務(wù)的源泉。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)從海量數(shù)據(jù)中排除無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化挖掘，從紛繁復(fù)雜的源數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，再提煉出有規(guī)律的知識(shí)，并將這些知識(shí)用于經(jīng)濟(jì)、政治及其他領(lǐng)域，對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步產(chǎn)生重要影響。在商業(yè)領(lǐng)域，分析人員可以針對(duì)顧客的購(gòu)買(mǎi)習(xí)慣和不同顧客群體的消費(fèi)水平等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采取針對(duì)性的營(yíng)銷(xiāo)策略，發(fā)掘用戶(hù)新的需求，進(jìn)行產(chǎn)品和服務(wù)的創(chuàng)新，這樣可以提高企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效率，降低成本。2013年11月11日，淘寶網(wǎng)站的銷(xiāo)售總額達(dá)到350億元，創(chuàng)歷史新高。淘寶網(wǎng)站之所以能應(yīng)對(duì)如此巨大的交易量，得益于對(duì)顧客往年消費(fèi)習(xí)慣等數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合的挖掘分析，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，包括谷歌、IBM、微軟以及我國(guó)的騰訊、百度等眾多IT巨頭，都十分重視大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究，已經(jīng)為大數(shù)據(jù)時(shí)代的競(jìng)爭(zhēng)做好了準(zhǔn)備。

2.3 大數(shù)據(jù)對(duì)維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定，保護(hù)國(guó)家的安全有著獨(dú)特的作用

大數(shù)據(jù)的研究已經(jīng)超越了科學(xué)研究和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)和社會(huì)分析對(duì)政府把握民意、了解社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題、改善管理、及時(shí)化解社會(huì)矛盾也具有重要意義[8]。大數(shù)據(jù)也是繼邊防、海防、空防之后的第四個(gè)大國(guó)博弈的空間。在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域落后，意味著失守產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，國(guó)家的網(wǎng)絡(luò)安全出現(xiàn)漏洞。許多國(guó)家已經(jīng)將大數(shù)據(jù)的研究上升為國(guó)家戰(zhàn)略層面。

2012年3月，美國(guó)政府正式啟動(dòng)“大數(shù)據(jù)發(fā)展計(jì)劃”，將“大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”上升為國(guó)家戰(zhàn)略，發(fā)布了“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議”(big data research and develop- ment initiative)[9]，宣布每年投資2億美元拉動(dòng)大數(shù)據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。該計(jì)劃還強(qiáng)調(diào)，大數(shù)據(jù)技術(shù)事關(guān)美國(guó)的國(guó)家安全，影響科學(xué)研究的步伐，還將引發(fā)教育和學(xué)習(xí)的變革。大數(shù)據(jù)發(fā)展計(jì)劃被視為美國(guó)政府繼信息高速公路(information highway)計(jì)劃之后在信息科學(xué)領(lǐng)域的又一重大舉措。我國(guó)政府也十分重視大數(shù)據(jù)的研究，科技部發(fā)布的“十二五國(guó)家科技計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域備選項(xiàng)目征集指南”把大數(shù)據(jù)研究列在首位。

3 大數(shù)據(jù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)已經(jīng)在科學(xué)研究、商業(yè)等領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用，而在我國(guó)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用則相對(duì)滯后，應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)力不足。隨著區(qū)域醫(yī)療信息化的發(fā)展及醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，每天都產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，如檢驗(yàn)結(jié)果、費(fèi)用數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、感應(yīng)數(shù)據(jù)、基因數(shù)據(jù),等，還包括大量在線(xiàn)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)分析處理的需求，這些數(shù)據(jù)滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)的4V特征，屬于大數(shù)據(jù)的范疇。如何管理和利用這些海量醫(yī)療數(shù)據(jù)并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值，是醫(yī)療行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域大有可為。有資料顯示，醫(yī)療大數(shù)據(jù)的分析會(huì)為美國(guó)產(chǎn)生3 000億美元的價(jià)值，減少8%的美國(guó)國(guó)家的醫(yī)療保健支出[10]。目前,大數(shù)據(jù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要包含這樣幾個(gè)方向：藥品的研發(fā)、個(gè)性化醫(yī)療、臨床抉擇支持、流行病預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程患者的數(shù)據(jù)分析及人口統(tǒng)計(jì)學(xué)分析等方面。下面簡(jiǎn)要介紹大數(shù)據(jù)在醫(yī)療領(lǐng)域的幾項(xiàng)典型應(yīng)用。

3.1 臨床決策支持

臨床決策支持系統(tǒng)可以降低醫(yī)療費(fèi)用，保證診療工作的準(zhǔn)確高效。將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)用于臨床決策支持系統(tǒng)可以使該系統(tǒng)更加智能化。比如：數(shù)據(jù)挖掘醫(yī)療文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)可以給醫(yī)師提出更合理的診療建議，提醒醫(yī)師防止藥物不良反應(yīng)等潛在的錯(cuò)誤，也可以使用圖像分析和識(shí)別技術(shù)，識(shí)別醫(yī)療影像數(shù)據(jù)，提高診療的質(zhì)量，這主要得益于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的強(qiáng)大分析能力。中國(guó)臨床決策支持系統(tǒng)起步較晚，與國(guó)外相比有較大差距，且大多停留在理論研究和實(shí)驗(yàn)室研究階段。如上海大學(xué)的產(chǎn)科決策支持系統(tǒng)、第四軍醫(yī)大學(xué)的骨腫瘤輔助診斷系統(tǒng)、重慶大學(xué)的泌尿外科臨床決策支持系統(tǒng)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的急性心肌梗死診斷的智能決策支持系統(tǒng)和復(fù)旦大學(xué)的神經(jīng)外科臨床決策支持系統(tǒng),等[11]。

3.2 個(gè)性化醫(yī)療

通過(guò)對(duì)患者生理大型數(shù)據(jù)集(如基因組數(shù)據(jù))的分析進(jìn)行個(gè)性化醫(yī)療。全面分析患者特征數(shù)據(jù)和療效數(shù)據(jù)，包括考察患者基因排序，對(duì)特定疾病的易感性和對(duì)藥物的特殊反應(yīng)關(guān)系，在治療過(guò)程中針對(duì)患者的特殊性進(jìn)行針對(duì)性的治療。蘋(píng)果公司前總裁喬布斯對(duì)抗癌癥所采用的基因測(cè)序治療是大數(shù)據(jù)技術(shù)在個(gè)性化醫(yī)療中的典型應(yīng)用。喬布斯在發(fā)現(xiàn)患癌癥后花費(fèi)巨資對(duì)自身所有DNA和腫瘤DNA進(jìn)行排序，得到了包括整個(gè)基因密碼的數(shù)據(jù)文檔，醫(yī)師針對(duì)他的特定基因組成按需用藥，并通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)開(kāi)發(fā)個(gè)性化藥物，使得喬布斯的生命又延續(xù)了8年的時(shí)間[5]。

3.3 流行病的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

大數(shù)據(jù)技術(shù)也可以用于流行病的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)。中國(guó)疾病預(yù)防控制中心建設(shè)的國(guó)家傳染病與突發(fā)公共衛(wèi)生事件網(wǎng)絡(luò)直報(bào)系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，每年有600多萬(wàn)的個(gè)案信息由全國(guó)各地上報(bào)并存儲(chǔ)，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)直報(bào)系統(tǒng)覆蓋了全國(guó)所有縣級(jí)以上疾控機(jī)構(gòu)。上報(bào)的海量數(shù)據(jù)通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠進(jìn)行全面的疫情監(jiān)測(cè)和分析，并通過(guò)集成疾病監(jiān)測(cè)和響應(yīng)程序，預(yù)測(cè)傳播途徑和時(shí)間，以便采取有力的措施降低流行病的感染率。

谷歌公司對(duì)流感的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)就是運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的成功案例。谷歌公司把美國(guó)人最頻繁使用的檢索詞條，與美國(guó)疾控中心的流感傳播時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以此可以辨別出人們是否感染了流感。人們使用特定的檢索詞條，如“治療咳嗽和發(fā)熱的藥物”是為了在網(wǎng)絡(luò)上得到關(guān)于治療流感的信息[12]，這樣通過(guò)特定檢索詞條的使用頻率與流感在傳播的時(shí)間和空間上建立聯(lián)系，能夠監(jiān)測(cè)流感傳播的路徑，而且他們的判斷非常及時(shí)，比美國(guó)疾控中心的數(shù)據(jù)早一周以上的時(shí)間。

隨著云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度越來(lái)越快，數(shù)據(jù)的規(guī)模越來(lái)越大，大數(shù)據(jù)挖掘必將帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值。大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨改變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式，帶來(lái)新的思維變革、商業(yè)變革和管理變革，同時(shí)我們也應(yīng)該看到大數(shù)據(jù)的研究現(xiàn)在還處于初級(jí)階段，還有一些基礎(chǔ)性的問(wèn)題亟待解決[13]，面臨的問(wèn)題還有很多。目前，大數(shù)據(jù)在我國(guó)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的應(yīng)用則相對(duì)滯后，一個(gè)原因是醫(yī)院的數(shù)據(jù)來(lái)源還不夠特別復(fù)雜，大數(shù)據(jù)的異構(gòu)數(shù)據(jù)處理能力優(yōu)勢(shì)無(wú)法充分體現(xiàn)。另一個(gè)原因是單個(gè)醫(yī)院所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量還沒(méi)有達(dá)到大數(shù)據(jù)入門(mén)量級(jí)，即PB級(jí)別。近年來(lái)，我國(guó)大部分三甲醫(yī)院和二級(jí)醫(yī)院都建設(shè)了醫(yī)院信息系統(tǒng)和電子檔案系統(tǒng)，但大部分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)只限于內(nèi)部使用，沒(méi)有互聯(lián)互通，

但是隨著社會(huì)的發(fā)展和信息技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模區(qū)域醫(yī)療信息系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)中心將逐步建立，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量將極速增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)技術(shù)必將在我國(guó)醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

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Big data and its application in medical field

ZhangChangming,ZhuHong

SchoolofMedicalInformation,XuzhouMedicalCollege,Xuzhou221004,China

The type and amount of data is growing at an unprecedented rate, which is caused by the rapid development of cloud computing, Internet of things and mobile Internet technology. How to manage and take advantage of big data becomes a hot research topic. This paper introduces the origin, definition and characteristics of big data. On this basis, it discusses the research significance of big data and its application in the medical field. It also looks ahead to the development trends of big data in the medical field.

big data; data mining; medical big data

2015-01-09

張昌明(1968-)，男，江蘇徐州人，碩士，講師，主要研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。

G434

A

1004-5287(2015)03-0294-04

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201503016