2010年8月12日
第8卷，第8期

计算机在病人护理中的应用：前景与挑战

信息技术有潜力彻底改变医疗保健。为什么进展如此缓慢？

Stephen V. Cantrill，医学博士，FACEP

一位来自纽约市的29岁女性凌晨3点来到加利福尼亚州的一家急诊科（ED），主诉突发严重的腹痛，将她痛醒。她报告说她正在加利福尼亚州参加婚礼，并且最近曾患有类似的腹痛，最近一次导致了阑尾切除术。急诊医生进行了腹部CAT扫描，看到他认为是阑尾切除术后腹腔内的伪影。除了病人能够告诉他的内容外，他对病人的既往病史一无所知；他无法获得阑尾切除术之前或之后拍摄的任何图像，也无法获得关于手术记录或随访的任何其他重要信息。医生除了他眼前所见，别无他法。这位妇女被留院观察过夜，并在第二天早上症状有所改善后出院，但基本上未确诊。

一个重要的机会被错失了，而且还需要几个月的时间和几位医生以及诊断研究（以及更多的腹痛），才能通过探查性剖腹手术揭示这位妇女患有一种罕见（但高度可治愈）的疾病，即梅克尔憩室。如果医生能够获得完整的历史信息，那么当晚在加利福尼亚州很可能就已经发现了这一点。

这个案例是最近发生的，但其根源的信息问题似乎是早期时代的遗留问题：为什么在医疗信息自动化方面，我们仍然试图实施几十年前的概念？随着计算机化在我们日常生活的许多方面普及，医学信息学对日常病人护理的影响有限。在使用技术收集、处理和传播病人信息，指导医疗从业人员提供护理，并将他们与适当的医疗信息联系起来以进行病人护理方面，我们目睹了进展缓慢。

为什么进展如此缓慢？一些延误当然与技术有关，但没有人们想象的那么多。本文着眼于其中的一些问题以及仍然存在的挑战（挑战很多）。

首先，无论如何，为什么要将计算机应用于医疗保健？健康信息技术（或HIT，目前的流行语）的应用有许多潜在优势。这些优势包括改善单个病人的多位医疗保健提供者之间的沟通，消除不必要的医学检查，减少医疗错误，提高护理质量，提高病人安全，减少文书工作，以及提高字迹清晰度（是的，这仍然是一个问题）。许多这些改进尚未实现，许多其他改进几乎不可能严格证明，但为了本次讨论的目的，让我们假设HIT是一件好事。

一些历史

将医学信息学应用于日常护理实践的首要挑战是确定计算机化如何帮助病人护理，并确定实现该目标的必要步骤。劳伦斯·L·威德医学博士最好地总结了这一挑战：开发一种信息实用程序，该实用程序具有信息的时效性和指导参数，以协助医务人员护理病人并记录病人的护理情况。³ 从技术方面来看，我们需要人与机器之间便捷的界面以及始终可用的响应迅速、可靠的系统。假设将有足够的计算能力和海量内存来支持这样的系统。

计算机行业参与这些问题的历史具有启发意义。在20世纪60年代后期，一家主要的计算机供应商认为，它可以在不到一年的时间内通过在整个医院部署96按钮的穿孔卡片，以处理医嘱和院内通信，从而解决许多基于医院的医疗护理问题。按钮模板覆盖层将用于支持不同类型的医嘱。事实证明，这是一个非常不充分的人机界面：笨拙、不灵活、封闭式，双向通信有限等等。毫不奇怪（至少对于用户而言），这是一个行不通的方案，并且失败了。

那个时代的大多数主要硬件供应商也都有计划提供医院信息自动化，创建他们自己的HIS（医院信息系统）版本。他们都因为各种原因失败了，通常是以惊人的失败告终。最常被提及的缺陷是人机界面差、实施不可靠以及成本高昂。正如将新技术应用于某一学科时经常发生的情况一样，问题的规模和复杂性最初被严重低估了。结果，大多数硬件供应商随后将自己限制在数据处理的历史领域：病人计费和财务领域。

在20世纪60年代后期和70年代初期，硬件限制甚至使演示系统都捉襟见肘。有限的主内存和海量内存、CPU速度以及CPU和用户工作站之间的通信都是限制系统可用性和容量的因素。人机界面也是一个问题。一些系统使用了光笔，并取得了一定程度的成功。

当时，我是一个小组的成员，该小组正在实施一个演示电子病历系统，该系统使用了触摸屏：一个24行乘80字符的CRT显示器允许向用户呈现两列，每列12个文本选项，并根据选择跳转到新的显示。这种“分支逻辑”方法允许医疗用户连接一系列选择，以创建复杂的文本条目，用于存储到病人的病历中，以及订购药物和实验室检查，并从病人的病历中检索以前的条目。^1,2 （对于显示器未包含所需医疗内容的情况，支持键入信息。）该系统（及其20个工作站）的主要性能目标是在至少80%的时间内，在300毫秒内向任何用户提供新的文本显示，这在当时是非常先进的。该系统被设计为24/7/365全天候可用，没有计划停机时间。

这个演示系统提出了几个挑战。首先也是最重要的挑战是机器与医疗服务提供者（医生、护士等）以及病人（用于输入他们自己的病史）之间的界面。众所周知，医学作为一个学科，在采用新技术方面不一定具有前瞻性，因此说服这些人使用革命性的技术来取代笔和纸并非易事。

海量存储限制是真实存在的。该系统在任何时候最多只能支持144个活跃病人（这对于单个医院病房的运行来说是足够的，但最初将无法支持整个医院）。还有32K个单独文本信息屏幕的限制（真是不可思议！），并且对哑终端可以放置在距离CPU多远的地方也有限制。

这个演示系统能够支持完全计算机化的病历（现在称为EMR，或电子病历），并允许医生使用触摸屏和分支逻辑显示来输入病人的病史、体格检查、问题清单（每个病人独特的医疗问题）和病程记录，包括病人评估和医嘱。对于许多特定问题，系统会提供一系列推荐的治疗方法（例如，高血压的适当药物清单）。作为医生为每种特定药物开具医嘱序列的一部分，系统会显示需要注意的副作用、建议的药物监测参数、药物-药物相互作用等。（这是自动完成此项检查的明显先兆。）这种程度的指导之所以成为可能，是因为数据输入的结构化性质；当通过键盘输入自由文本时，这种指导要困难得多。

为什么这个演示系统没有随着硬件和操作系统的改进而普及？有几个原因。当时，计算机没有被很好地理解，因此，被普通大众认为有点可怕，所以存在一定程度的用户犹豫。此外，当时人们不幸地没有认识到该系统所基于的医疗文档需求水平和对病人安全问题的支持。成本仍然是一个问题。尽管该系统从未普及，但它所演示的许多概念都存在于当前不断发展的商业系统中。

还进行了其他一些早期尝试，将计算机化应用于医疗保健。大多数都是基于大型机的，驱动“哑”终端。许多仅处理病人医嘱录入和结果报告这些唾手可得的事情，几乎没有或根本没有额外的临床数据录入。此外，许多系统没有尝试与信息发起者（例如，医生）交互，而是将系统使用委托给医院病房文员或护士，从而否定了向医生提供医疗指导的可能性，例如警告使用特定药物的危险。这是一个重要的问题，至今仍然是某些系统存在的问题，说明了有效用户界面的挑战。

还有一些努力试图使现状自动化，而没有尝试结构化数据输入。这通常意味着让医疗保健提供者通过键盘输入自由文本。不幸的是，这种非结构化数据的自动化只会产生（清晰的）非结构化数据。当处理范围有限的系统时，这可能是可以接受的，但对于大量信息（例如病人记录）来说，效果不佳。

这些计算机系统的安装和运行成本都非常昂贵。随着对急性医疗护理临床领域的涉足，对硬件和软件更高可靠性的要求变得清晰起来，同时还需要持续的可访问性。

多年来取得的真正技术进步领域

我们已经取得了重大的技术进步，解决了许多早期的缺点。海量存储的可用性不再是一个重要问题。从每个冷冻柜大小的7MB磁盘驱动器（不是很可靠）开始，我们现在拥有企业存储系统，可以提供极其大量的存储，价格不到每千兆字节1美元（而且它们不占用整个房间）。存储方面的这一进步伴随着文件结构、数据库设计和数据库维护实用程序方面的一系列相应进步，大大简化和加速了数据访问和维护。

人机界面已经看到了一些改进，例如鼠标作为指点设备的演进，以及现在触摸屏的部分重新出现。我们还看到了图形用户界面的发展，这有助于用户进行多任务处理。

总体系统架构遵循了一个有趣的历程：从集中式单CPU和哑终端到每个工作站都具有强大处理能力的网络。在某些情况下，我们现在看到了一种向所谓的瘦客户端架构的转变，再次每个工作站的功率和资源都有限，但系统维护的简易性得到了显着提高。

当然，所有这一切都得益于系统之间和单个网络内数据传输速度的提高。然而，潜在系统响应能力的这些进步已被软件不断增长的计算需求所减弱，有时是合理的，但通常是由臃肿软件的扩散造成的：臃肿软件是指笨拙、设计不良且编码效率低下的软件，充当CPU周期黑洞。

另一个复杂的因素是许多应用程序软件迁移到基于Web的进程。这确实提供了平台半独立性的优势，但是浏览器或Web服务器的任何缓慢都会强加给用户，并且在某些情况下，可能会成为用户接受度的决定性因素。例如，假设我使用基于Web的系统为病人订购一系列药物，并且我需要点击10次鼠标/翻页才能订购一种药物。如果从一个屏幕移动到另一个屏幕需要一秒钟，那就是10秒钟（加上我的人工处理时间）。对于单个医嘱来说还不错，但是如果在一个繁忙的急诊科，在星期六晚上凌晨1点，20个医嘱/病人，10个病人患病，那么您就开始体会到这个问题了。有一些方法可以最大限度地减少这种负面影响，但这需要一定程度的系统设计复杂性，而这种复杂性并非总是存在。事实上，医疗用户的常见抱怨是“做一件简单的事情需要点击太多次”。

技术改进的一个非常重要的领域是图形图像的采集、处理、传输和呈现（显示）。过去十年中，这种能力使我们获得了越来越精密的CAT扫描和MRI结果，并使大多数医院几乎完全停止使用X光胶片，而是使用数字存储图像。这些PACS（图像存档存储）系统彻底改变了放射学，并通过允许将这些图像轻松分发给特定病人的所有护理提供者，从而结束了无休止地追查原始X光胶片的问题，从而改善了病人护理。

进展有限的领域

如果我们真的想为急性护理环境（如重症监护室或急诊科）中的医疗保健服务开发信息实用程序，我们需要努力实现总体系统可靠性，至少达到我们电网的水平，理想情况下，没有感知到的计划内或计划外停机时间。一些医疗保健信息计算机系统已经实现了高度的可靠性，但许多系统尚未实现。正如前面提到的，这些性能较低的系统通常起源于非关键任务应用程序，例如病人计费。不幸的是，这建立了一种允许系统故障的系统文化，而这种文化很难升级。

系统可靠性的文化始于硬件架构，并贯穿操作系统、应用程序和支持机构范围的基础设施、物理部署以及广泛的故障模式分析。这意味着一些简单的事情，例如支持滚动数据备份和系统更新，而无需使系统停机（从用户的角度来看）。一些系统吹嘘他们的正常运行时间为99.99%，但这意味着他们每年仍然有1小时不可用。

可靠性和可用性仍然是持续存在的挑战。当然，在系统不可用期间使用的手动程序是必要的，但目标应该是不必使用它们。随着我们尝试开发更密切参与病人护理的系统（例如生命体征的在线病人监测和实时病人跟踪），这变得越来越重要。事实上，除非我们拥有硬件、软件和支持系统来保证极高的总体可靠性，否则我们甚至不应该尝试支持关键任务操作。即使这样也是有风险的。我记得我们的“最先进”企业RAID 5存储供应商的承诺：“它永远不会宕机。” 这些承诺曾被用来让我放弃我的双写备用服务器配置，转而使用企业存储系统来为我的急诊科网络提供块存储。该系统至关重要，除其他功能外，还提供实时急诊科病人跟踪、临床实验室结果访问、病人护理协议信息、急诊科日志访问、医院EMR检索、都市区医院救护车分流状态以及医生和护士医嘱沟通。不幸的是，承诺“永不宕机”的存储系统在两年内发生了两次5小时的故障，彻底打破了供应商承诺的可靠性神话。不幸的是，这些事件并非独一无二。通过精心的设计和足够的组件冗余，我们已经在安全关键系统中实现了高水平的可靠性；我们的病人和医疗保健提供者应该得到不低于这种可靠性的待遇。

在任何健康信息系统中，病人数据录入都是劳动密集型的。医疗保健提供者（尤其是医生）对妨碍他们完成工作的系统几乎没有容忍度，通常不管使用此类系统可能会带来什么好处。这代表了界面和软件设计的失败，并且可能解释了为什么我们在实施电子健康记录的机构中看到“抄写员”的使用越来越多。这些抄写员是充当医疗保健专业人员记录员的个人，因此他们不必直接与计算机系统交互。显然，这大大降低了任何系统的威力，因为不再与信息发起者进行交互。如果数据是由信息发起者以外的其他人输入的，那么动态医疗指导（基于个体病人数据的建议规则，例如检查药物医嘱是否与病人的其他药物相互作用）的效用有限。

还有趣的是，值得注意的是，即使是设计不良的系统，早期取得成功的许多机构也是那些由培训中的医生提供大部分护理的机构。他们被告知要使用该系统“否则就...”，并且没有灵活性转移到其他机构。为了最大限度地提高用户对任何系统的接受度，我们需要继续改进人机界面，允许分支逻辑内容、模板化数据输入、语音识别、动态选择列表，以及在绝对必要时，允许自由文本输入。医生非常关心他们的病人；如果一个机构计算机化的尝试没有带来病人护理的改善和/或速度的提高或其他显着优势，那么对任何系统的接受都将是有问题的。这个问题导致了许多基于医院的系统的消亡。

即使在成功实施的情况下，计算机化的健康信息系统有时也会产生意想不到的副作用。一个重要的问题是可能存储在病人记录中的数据爆炸式增长。这可能会迅速超出人脑的能力范围。挑战仍然是如何以高效和全面的方式向医疗保健提供者呈现数据。

电子病历的另一个潜在问题是滥用隐私。对于旧的纸质病历，控制相对容易一些：除非复制，否则它们在同一时间只在一个地方。计算机化消除了这一障碍，因此必须加强限制以保护数据。不幸的是，我们已经目睹了几起不当访问个人医疗数据的事件。当名人住院时，人类的好奇心会导致侵犯病人隐私（通常随后会被解雇），这种情况最为常见。挑战在于限制不当访问，但又不会使合法的数据检索变得繁琐或困难。

HIT成功的持续障碍

当我们继续努力推进健康信息技术时，我们必须正视其成功的几个障碍。一个重要的问题是医疗计算机化的巴尔干化。从历史上看，人们对总体系统的需求几乎没有认识。相反，我们拥有大量彼此之间不能很好地集成的系统。例如，在我的急诊科接受护理的病人，在一次就诊期间，其数据可能会分散在九个不同的系统中，这些系统之间的集成和通信程度各不相同：EDIS（急诊科信息系统）、院前护理（救护车）文档系统、医院ADT（入院/出院/转院）系统、计算机化临床实验室系统、电子数据管理（病历）影像系统、医院药房系统、生命体征监测系统、医院放射科医嘱系统和PACS系统。理想情况下，这些不同的系统应该集成到一个无缝的整体中，至少从用户的角度来看是这样，但是每个系统都有不同的用户界面，具有不同的规则、不同的感觉和对用户的不同期望。它实际上只是一堆不相关的碎片，在某些情况下，实际上可能会增加病人护理的时间和精力。在这种情况下，数据集成的全部能力显然尚未实现。

这导致了其他担忧：我们是否正在创建过于复杂的医疗保健计算机系统，以至于没有人完全了解其漏洞，从而使其容易发生故障？我们是否拥有足够的关键任务和容错设计以及系统支持文化，以在所有尝试高度计算机化的医院中实现预期的可靠性水平？是否有完善的故障分析来确保所有这些机构的增长、改进和成功？或者对无法解释的故障的容忍度实际上是否会对我们的病人构成风险？

如前所述，这些组件系统中的大多数都包含医疗内容部分以及技术部分。许多系统（尤其是EMR系统）中医疗逻辑和结构化内容的创建仍然是一个耗时且精确的过程，通常一个机构需要花费数人年的努力。不幸的是，由于不同地区、机构和医生群体之间的实践模式存在感知上的差异，因此在一个地点完成的工作中，只有一小部分适用于其他地点。应该努力标准化其中的一些模式，以允许地点和产品之间有更多的协同作用。

尽管人们经常对护理质量的潜在改进、成本降低等提出宏伟的主张，但这些主张很难以严格的科学方式证明。幸运的是，正面证据的数量正在缓慢增加，尽管偶尔会出现计算机化病人数据系统带来不利影响的迹象。例如，有证据表明，在计算机化系统中，为错误的病人输入错误的医嘱可能比在旧的纸质手动系统中更容易。

未来

尽管难以科学地证明，但电子病历以及创建和维护它的相关方法的益处可能是巨大的。然而，在过去的几十年中，我们在概念上并没有在实现潜力方面取得很大进展。尽管如此，我仍然觉得未来非常光明，原因有以下几个。

首先，联邦政府已经支持这些概念，并承诺为在特定时间范围内以有意义的方式实施这些概念的医生和机构提供财政支持。其次，计算机在我们日常生活的大多数方面的使用已经变得司空见惯，从而提高了计算机素养，并减少了人们对在医疗环境中使用的抵触情绪。第三，随着国家越来越重视病人安全和医疗质量指标，医疗保健计算机化为提供医疗指导和允许适当的数据捕获以遵守这些举措（这些举措将是持续的，并且数量和复杂性都在增加）提供了最佳和最简单的方法。

然而，实现期望的目标将继续对系统创建者和实施者提出挑战。他们肩负着设计、开发和支持系统的艰巨任务，这些系统提供更高的可靠性和响应能力以及便捷的人机界面，以帮助我们为我们的公民提供更好的医疗保健。

让我们回到加利福尼亚州急诊科患有急性腹痛的29岁病人，现在她正在一个改进的计算机化医疗保健系统下接受治疗。加利福尼亚州的医生可以立即访问几个月前进行的阑尾切除术的手术记录和医疗检查报告。这表明，事实上，在手术前没有拍摄X光片，手术是腹腔镜下进行的。这意味着，由于手术技术，CAT扫描上的发现不是伪影，而是异常发现。这将很快导致外科会诊和手术修复，显着缩短病人的发病期和痛苦。这种改进是计算机在病人护理中应用的希望。通过努力和技巧，我相信我们可以迎接这一挑战。
问

参考文献

1. Schultz, J. R. 1988。 PROMIS技术的历史：有效的人机界面。在《个人工作站的历史》中，A. Goldberg编辑。出版社。马萨诸塞州雷丁：Addison-Wesley Publishing Co., Inc.

2. Schultz, J. R.，Cantrill, S. V.，Morgan, K. G. 1971。最初的面向问题的操作病历系统——用于存储、操作和检索医疗数据。《AFIPS—会议论文集》38。

3. Weed, L. L.，医学博士。 1972。面向问题系统。在《国家图书馆显示器概念的背景文件》中，J. W. Hurst和H. K. Walker编辑。 Medcom出版社。

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Stephen Cantrill 博士 执业急诊医学超过 30 年。他最近从丹佛健康医疗中心（一家安全网 I 级创伤中心）急诊医学副主任的职位上退休，他在那里开发和支持了 EMeSIS（急诊医疗服务信息系统）。他是科罗拉多大学急诊医学副教授。他于 1966 年在布朗大学开始编写与医学信息学相关的代码，并在那里获得了物理学学士学位，并且在与劳伦斯·L·威德博士在 PROMIS 实验室工作期间，他帮助开发了早期的计算机化病历系统之一。 Cantrill 博士获得了佛蒙特大学的医学博士学位。

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