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輔仁大學 醫學資訊與創新應用學士學位學程 醫療標準及術語 臨床決策支援系統 Clinical Decision Support System 臺北市立聯合醫院仁愛院區家庭醫學科 郭冠良 Kuan-Liang Kuo, M.D., Ph.D. 2020-05-26 1

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輔仁大學醫學資訊與創新應用學士學位學程

醫療標準及術語

臨床決策支援系統Clinical Decision Support System

臺北市立聯合醫院仁愛院區家庭醫學科郭冠良

Kuan-Liang Kuo, M.D., Ph.D.

2020-05-26

1

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Topics

• Decision Making in Healthcare

• Clinical Decision Support System

• Knowledge Representation

• CDSS Implementation

• Evaluation of CDSS

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Decision Making in Healthcare

Reference:

Gotzsche, Peter.

Rational Diagnosis and Treatment: Evidence-Based Clinical Decision-Making. 4th Ed. Willey.

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Introduction

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Clinical Decision Making

• This complex task needs:

– Knowledgeable practitioner

– Reliable informational inputs

– Supportive environment

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The Foundation of Clinical

Decisions

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Clinical Decision Process

Gotzsche, Peter.

Rational Diagnosis

and Treatment:

Evidence-Based

Clinical Decision-

Making. 4th Ed. Willey.

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Clinical Data

• 與臨床決策有關的病人所有資料

• Clinical data Clinical picture

• Types

– Subjective

– Objective

• 理學檢查

• 實驗室檢查

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Scales of Measurement

• Nominal Scale– 明確定義的類別 (well-defined)

– 隸屬於單一類別 (exclusive)

– 類別必須含括所有事件 (exhaustive)

– 例:• 頭痛• 發熱• 大腸息肉

• Ordinal Scale

• Interval Scale

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Scales of Measurement

• Nominal Scale

• Ordinal Scale

– 例:

• Beaufort scale of wind force

• Muscle Power

• 脂肪肝

• Interval Scale

0-- 無肌肉收縮1 -- 些微肌肉收縮,但無移動2 -- 無重力影響下可自由活動 (如放在床上水平移動)3 -- 可對抗重力 (如可將手自下垂狀態提起)4 -- 可對抗重力且能部份抵抗外力5 -- 可完全抵抗外力而無困難(為正常狀況)

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Scales of Measurement

• Nominal Scale

• Ordinal Scale

• Interval Scale

– Continuous

– Discontinuous (Discrete)

– 例• 體重

• 體溫

– May be reduced to ordinal or binary scale

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Taking the History

• Symptoms

• Personal history

• Past history

• Family history

• Others

• 望聞問切

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The Physical Examination

• Head and neck

• Chest and heart

• Abdomen

• Extremities

• Skin

• Neurology

• Others

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The Physical Examination

• Terminology

– Chaotic

– 例• Breathing sound

– Coarse

– Wheezing

– Rales

– Friction rubs

– Computer-aided education

• Typical cases

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Paraclinical Findings

• Laboratory

• Radiology

– 描述 vs 診斷

• Pathology

– Gold standard

– 結果 vs 過程

– 局部 vs 全面

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Further Examinations

• Ultrasonography

• Endoscopy

• 肌電圖,神經傳導

• 心電圖

• 肺功能

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Global Assessments

• General appearance

– ill-looking / well-looking

– Clinical Index

• 例: Heart function classification by NYHA

– Class I: 活動無限制

– Class II: 正常的活動就會累、心悸、或喘

– Class III: 小於正常的活動就會累、心悸、或喘

– Class IV: 休息時就會有症狀

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Reliability and Relevance of

Clinical Data

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Clinical Data on an Interval Scale

• 多次重複分析同一檢體

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Clinical Data on an Interval Scale

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Clinical Data on an Ordinal Scale

• 症狀嚴重度

• 疾病嚴重度

• 缺點

– 可再製性低 (reproducibility)

– 不精確

– 須與病人實際狀況關聯

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Clinical Data on an Binary Scale

• Descriptive paraclinical findings

– Chest X-ray (CXR)

• Small chest film Positive

• Large chest film

– Inter-observer agreement

• 不同醫師

– Intra-observer study

• 同一醫師,看兩次

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Clinical Data on an Binary Scale• Descriptive paraclinical findings

– Observed agreement• (11 + 35)/60 = 77% p0

– Expected rate of chance agreement• 兩次都判讀為陽性之個案數

– 22/60 * 14/60 * 60=5.13

• 兩次都判讀為陰性之個案數– 38/60 * 46/60 * 60=29.13

• 兩次都判讀相同結果之機率– (5.13 + 29.13)/60=57% pc

– Kappa statistics• Observed agreement與Change agreement的相關• (p0 – pc) / (1 – pc)

• = (77%-57%)/(1-57%)

• = 0.47

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Clinical Data on an Binary Scale

• Descriptive paraclinical findings

– Kappa statistics

• = 0.47

– Kappa = 1

• Perfect agreement

– Kappa = 0

• Chance agreement

– Kappa < 0

• Systemic disagreement

between the observers

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Clinical Data on an Binary Scale

• Descriptive physical signs

– Expected kappa: mean of values guessed

by doctors

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Clinical Data on an Binary Scale

• Descriptive physical signs

– Reasons for the low reproducibility of

descriptive data

• Experience

• Thoroughness

– Repeat studies

– Standardize the descriptions

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The Statistical Concept of

Normality

• Define normal range of a laboratory test

– 95% of the healthy population

• 1/20 false positive

– No prior assumption

for the shape of the

distribution

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The Statistical Concept of

Normality

• Define normal range of a laboratory test

– 2.5 ~ 97.5 percentiles

– Mean ± 2 SD

• Gaussian distribution

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The Statistical Concept of

Normality

• Define normal range of a laboratory test

– Possible reference population problem

• Age

• Sex

• 潛在疾病

• …

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The Statistical Concept of

Normality

• Define normal range of a laboratory test

– Question:

• 一個健康人接受20次檢查,有一次異常報告的機會?

– 5%

– 14%

– 36%

– 64%

– 72%

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The Statistical Concept of

Normality

• Define normal range of a laboratory test

– Question:

• 一個健康人接受20次檢查,有一次異常報告的機會?

• 1-0.9520=0.64=64%

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The Concept of Disease

• Clinical

– Normal

– Abnormal

• Statistical

– Normal distribution

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The Concept of Disease

• Somatization

• Bio-psycho-social disease concept

• Health check-up

• Mass screening

• Drug industry

– Inventing new diseases

– Promoting diseases

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Interpretation and Relevance

• Regression towards the mean

– Lab test

• 1st time: Abnormal

• 2nd time: Normal

– 治療效果

• 感冒

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Indicators

• Clinical data as

indicators

• 目的

– 診斷 (diagnosis)

– 預後 (prognosis)

– 嚴重度

• 種類

– Scale

– Ordinal

– Binary

• 資料來源

– 主訴

– 理學檢查

– 檢查、檢驗

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The Disease Classification

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The Theoretical Perspective

• The mechanical model of disease– Structure

– Organism

– Physiological mechanism change• Complex feedback mechanisms

• Self-regulation of the system– Re-establish balance

• Molecular biology– DNA

• HBV

– Protein

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The Theoretical Perspective

• Disease and the environment

– Population density and infectious diseases

• Peptic ulcer

– Helicobactor pylori

• AIDS

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The Theoretical Perspective

• Classical

– Linear dynamics

• Modern

– Nonlinear

– Complex feedback mechanism

– Chaos theory

• 非線性系統具有的多樣性和多尺度性。混沌理論解釋了決定系統可能產生隨機結果

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The Practical Perspective

• Disease

– Definition

– Cause

• Etiology

• Pathogenesis

– Clinical Picture

– Diagnosis

– Treatment

– Prognosis

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Causes of Disease

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Diagnosis

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The Diagnostic Universe

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The Diagnostic Universe

• Diagnostic probabilities

• P(D+|T+)

– 有病/陽性

• P(D-|T+)

– 無病/陽性

• P(D+|T-)

– 有病/陰性

• P(D-|T-)

– 無病/陰性

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The Diagnostic Universe

• Nosographic probabilities (病情學)

• P(T+|D+)

– 陽性/有病

• P(T-|D+)

– 陰性/有病

• P(T+|D-)

– 陽性/無病

• P(T-|D-)

– 陰性/無病

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Diagnosis of diseases with an

Accessible Defining Criterion

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Diagnosis of diseases with an

Accessible Defining Criterion

• Bayes’ theorem

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Diagnosis of diseases with an

Accessible Defining Criterion

• Specificity

– P(T-|D-)

• Sensitivity

– P(T+|D+)

• Predictive value of positive test

– P(D+|T+)

• Predictive value of negative test

– P(D-|T-)

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Diagnosis of diseases with an

Accessible Defining Criterion

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Diagnosis of diseases with an

Accessible Defining Criterion

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Diagnosis of Diseases with a

Concealed Defining Criterion

• 診斷條件不明確

• 心肌梗塞

– 症狀

– 心電圖

– CK-MB (肌酸酐激鋂-MB異構)

– Troponin (心臟肌鈣蛋白)

– 核子醫學心臟掃描

– 心導管

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Syndrome Diagnosis

• A: typical cases, B, C: atypical cases

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Diagnosis in Practice

• Chief complaint

• Probability of symptoms and signs

• Probability of diagnostic tests

• Individualization

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Diagnosis in Practice

• P(D+): 此疾病的盛行率

• P(T+): 此檢查陽性的機會

• P(T+|D+): 此檢查在此疾病中陽性的機會

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Uncontrolled Experience

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Evidence Level

• Deduction from theory

– 根據疾病機轉的理論,醫師認為有效的治療

• Uncontrolled Experience

– 根據經驗,醫師認為有效的治療

• Controlled Experience

– Well-controlled clinical research

– Randomized clinical trial (RCT)

– Evidence

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Uncontrolled Experience in a Pre-

scientific Era

• Scurvy and lemon juice

– 1747

• Cowpox and smallpox

– 1798

• Many alternative method

• Speculative theory

– Cause of disease

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The Numerical Method

• Statistical method

– 1830

• Blood-letting and infectious disease

– Louis

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The Era of Laboratory Research

• Myxoedema

– The same clinical picture after thyroidectomy

– Tx with injection of thyroid extract

• Diabetes

– Tx with injection of insulin

• Pernicious anemia

– Tx with raw liver

– Tx with vitamin B12

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The Spontaneous Course of the

Disease

• Esophageal varices bleeding

– A research announced a new method can stop

bleeding in up to 80-95%

– Spontaneous bleeding arrest?

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Regression Towards the Mean

• 任何檢查都有變動性,造成誤差

– 正常受檢者

– 一次異常

– 複檢正常

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Run of Luck

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Bias

• Random errors

– Regression towards the mean

– Runs of good or bad luck

• Bias (systemic errors)

– Uncontrolled clinical experience

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The Placebo Effect

• Doctor-patient relationship

• Bio-psycho-social model

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Alternative Medicine:

Pseudoscientific Thinking

• For all diseases?

– Chiropractic

– Homeopathy

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The Randomized Clinical Trial

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Selection of Patients

• Entry criteria– 診斷、疾病嚴重度、檢查結果…

• Exclusion criteria– 懷孕、併有其他疾病、年齡…

• Informed consent (同意書)

• Story– Rofecoxib

• Clinical Trial with lower risk patients

• Real patients have higher CV risk

Sampling Bias

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Randomization

• New treatment for cancer

– 決定受試者使用哪種治療方法

• Double blinded trial

• Concealed allocation (隱瞞)

• Block randomization

– 多中心大型研究用之

– 幾人為一組

• Stratification

– 事先依據特定條件分層,如疾病嚴重度、病史

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Choice of Treatment in the

Control Group

• New treatment vs current treatment

• New treatment vs no treatment

– Use placebo

– Difficult to design in some studies

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Principles of Blinding

• Unblinded trials bias

– 醫師事先知道分組

– 病人事先知道分組

• Double blinded

– 效果

– 副作用

• Single blinded

– 例: 手術

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Cross-Over Trials

• 一位病人先後接受實驗組與對照組試驗

• 雙盲

• 除去不同病人的變異性

• 可減少收案數

• 避免carry-over effect

– 症狀改善與治療無關

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Measures of Benefits and Harms

• Benefits

– 較容易偵測

• Harms

– Need large case number

– Important

• Watch out all unexpected events for a new drug

• Report these to the relevant authority

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Stopping Rules

• 收案數足夠

• Ethical reasons

– Treatment causes serious harms

– 實驗組與對照組差異很大

– IRB (Institutional Review Board)

• 人體試驗委員會

• 臨床研究倫理委員會

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Assessment of The Results

• Subjective judgment

• Bias

• Database

– Clean data

– Per protocol analysis

• 只包含完成試驗的個案

• 去掉drop-out的個案

• 有Overestimate問題

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Assessment of The Results

• Intention-to-treat analysis

– 包含各種狀況個案

• 完成的

• Drop-out的

– 符合臨床實際狀況

– 例:

• Aspirin試驗 for Af and CVA

• H2-blocker and PPI for peptic ulcer

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Statistical Analysis

• 比較兩種治療A與B

• Null hypothesis (H0)

– A = B

• Alternative hypothesis (HA)

– A <> B

• Type I error

– H0為真,但實驗結果卻為A<>B

• Type II error

– HA為真,但實驗結果卻為A=B

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Statistical Analysis

• Significance test

– P-value

• Statistically significant

– P < 0.05

• 影響因素– 分組比較的差異度

– 個案數

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Systematic Reviews

• 優點– 專家整理– 許多研究結果之摘要

• 缺點– 可能摻入作者個人觀點

• Publication bias– 有統計意義的比較會被接受

• Cochrane Library– Since 1993

– EBM (Evidence-based medicine)

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From Trials to Practice

• 新藥上市

– RCT

• 不容易做RCT的狀況

– 未藥物治療組

• 用安慰劑

– 手術

– 物理治療

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Factors in Decision

• Clinical data

• Patient personal condition

– Age

– Diseases

• Knowledge

– Evidence-based

• Economic

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Medicine and the Humanities

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The Four Components of Clinical

Reasoning

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The Empathic-Hermeneutic

Component

• Hermeneutic (解釋學) = art of interpretation

• “On Death and Dying” – Kubler-Ross

– Stages

• Denial

• Anger

• Bargaining

• Depression

• Acceptance

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The Ethical Component

• Three kinds of norms (規範)

– Technical norms

• Scientific norms

– E.g. Good drugs

– Legal norms

• Abortion

– Ethical or moral norms

• A transplantation surgeon has only one organ but

has two patients.

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The Foundation of Health Care

Ethics

• Three principles

– The Samaritan principle

• 急難救助免責

– The principle of distributive justice

• 公正分配資源

– The principle of autonomy

• 病人自主性

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Clinical Research Ethics

• Helsinki Declaration of the World Medical

Association

– 世界醫學會制定赫爾辛基宣言,做為進行人體研究時之倫理指導原則

– 人體試驗委員會(Institutional Review Board)

– 知情同意(Informed Consent)

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Clinical Research Ethics

• Research project

– Methodologically acceptable

• 科學性審查對受試者及未來有益

– 利益衝突

• 廠商

• 研究設計

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Critical Reading of Medical

Journals

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Logical Analysis of Medical

Papers

• 大部分研究在於建立因果關係• Three approaches

– Forward• 先假設原因,再收集其結果• Conditional probability: P(effect | cause)

• Cohort studies

– Backward• 找導致某結果的可能原因• P(cause | effect)

• Some case-control studies

– Correlation (關聯性)• 某時間點各種因子的關聯性• Cross-sectional studies

• Risk factors or determinants are correlational and not necessarily causal, because correlation does not prove causation

https://en.wikipedia.org/wiki/Risk_factor

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Logical Analysis of Medical

Papers

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Logical Analysis of Medical

Papers

• The results of cohort studies are often

analyzed by determining the relative risk

(RR,相對風險)

– 兩組的 P(effect | cause)比較

– 指暴露組的發病率或死亡率與非暴露組的發病率或死亡率的比值,適合作致病因子探討的指標

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Logical Analysis of Medical

Papers

• Odds ratio (OR) in case-controlled studies

– Odds

• 一件事情發生的機率與一件事情沒發生機率的比值

– OR

• 兩件事情的 odds 比較

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Descriptive Statistics

• Mean

• SD

• Testing hypotheses

– P-value

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Statistical Tests

• Fisher’s exact test (or chi-square test)

– 比較兩個比率

– 例: 兩個族群發生眼科病變的比率

• Two-sample rank sum test (Mann-Whitney

U test)

– 比較ordinal scale的分布

• Two-sample t-test

– 比較interval scale的分布

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Correlation Analysis

• Regression line

• Correlation coefficient: r

– 相關的強度

• P-value

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Correlation Analysis

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Life Table Analysis

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Life Table Analysis

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Life Table Analysis

• Used in

– Survival studies

– Recurrence of a disease

– Development of complication

– Metastasis of a malignant disease

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Clinical Guideline

http://www.medicine.ox.ac.uk/bandolier/painres/download/whatis/

whatareclinguide.pdf

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Protocol

• Protocols are rigid statements allowing little

or no flexibility or variation.

• A protocol sets out a precise sequence of

activities to be adhered to in the

management of a specific clinical condition.

• There is a logical sequence and precision of

listed activities

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Care Pathway

• Care pathways determine locally agreed,

multidisciplinary practice, based on

guidelines and evidence where available,

for a specific patient/client group.

• Care pathways form all or part of the

clinical record, document the care given and

help to evaluate outcomes for continuous

quality monitoring

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Guideline

• Guidelines reduce unacceptable or undesirable variations in practice and provide a focus for discussion among health professionals and patients.

• They enable professionals from different disciplines to come to an agreement about treatment and devise a quality framework, against which practice can be measured.

• Guidelines can help commissioners and purchasers to make informed decisions and provide managers with a useful framework for assessing treatment costs.

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Clinical guideline

• Clinical guidelines are systematically

developed statements designed to help

practitioners and patients decide on

appropriate healthcare for specific clinical

conditions and/or circumstances

• Good guidelines can change clinical

practice and influence patient outcome

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Clinical guideline (2)

• The way in which guidelines are developed,

implemented and monitored, influences the

likelihood that they will be followed

• Guidelines should provide extensive,

critical and wellbalanced information on the

benefits and limitations of various

diagnostic and therapeutic interventions so

that the physician can carefully judge

individual cases

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Clinical guideline (3)

• Applying guidelines to individual care is

always likely to require judgment, even

when recommendations are properly linked

to evidence

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Good clinical guidelines

• Valid – leading to the results expected of them.

• Reproducible – if using the same evidence, other guideline groups would come to the same results.

• Cost-effective – reducing the inappropriate use of resources.

• Representative/multidisciplinary – by involving key groups and their interests.

• Clinically applicable – patient populations affected should be unambiguously defined.

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Good clinical guidelines

• Flexible – by identifying the expectations relating to recommendations as well as patient preferences.

• Clear – unambiguous language, which is readily understood by clinicians and patients, should be used.

• Reviewable – the date and process of review should be stated.

• Amenable to clinical audit – the guidelines should be capable of translation into explicit audit criteria.

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Guideline Resources

• National Guideline Clearinghouse

– http://www.guideline.gov/

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Example

• 2013 ACC/AHA Guideline on the

Treatment of Blood Cholesterol to Reduce

Atherosclerotic Cardiovascular Risk in

Adults

– A Report of the American College of

Cardiology/American Heart Association Task

Force on Practice Guidelines

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Example

• 1.Introduction

• 2.Overview of the Guideline

– 2.1.Lifestyle as the Foundation for ASCVD

Risk-Reduction Efforts

– 2.2.Initiation of Statin Therapy

• 3.Critical Questions and Conclusions

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Example

• 4.Statin Treatment: Recommendations– 4.1.Intensity of Statin Therapy in Primary and

Secondary Prevention

– 4.2.LDL-C and Non–HDL-C Treatment Goals

– 4.3.Secondary Prevention

– 4.4.Primary Prevention in Individuals 21 Years of Age With LDL-C 190 mg/dL

– 4.5.Primary Prevention in Individuals With Diabetes

– 4.6.Primary Prevention in Individuals Without Diabetes and With LDL-C 70 to 189 mg/dL

– 4.7.Risk Assessment in Primary Prevention

– 4.8.Heart Failure and Hemodialysis

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Example

• 5. Safety: Recommendations

• 6.Managing Statin Therapy: Recommendations

• 7.Selected Clinical and Population Subgroups

• 8.Limitations

• 9.Evidence Gaps and Future Research Needs

• 10.Conclusions

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