Handbook of Optimization in Medicine

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出版者:
作者:Pardalos, P. M.
出品人:
页数:460
译者:
出版时间:2009-1
价格:$ 236.17
装帧:
isbn号码:9780387097695
丛书系列:
图书标签:
  • 优化
  • 医学
  • 医疗
  • 算法
  • 模型
  • 决策
  • 临床
  • 人工智能
  • 数据分析
  • 健康
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具体描述

Handbook of Optimization in Medicine is devoted to examining the dramatic increase in the application of effective optimization techniques to the delivery of health care. The articles, written by experts, focus on models and algorithms that have led to more efficient and sophisticated treatments of patients. Topics covered include: optimization in medical imaging, classification and data mining with medical applications, treatment of epilepsy and other brain disorders, treatment of head-and-neck, prostate, and other cancers using conventional conformal and intensity-modulated radiation therapy as well as proton therapy, treatment selection for breast cancer based on new classification schemes, optimization for the genome project, optimal timing of organ transplants.

优化理论在医学中的前沿应用:一本跨学科的深度探索 本书简介: 本书旨在为读者提供一个关于优化理论在当代医学领域中广泛而深入的应用的全面视角。我们聚焦于如何利用数学优化工具来解决医疗健康系统中最复杂、最关键的决策问题,涵盖从资源分配到临床治疗方案设计的每一个环节。全书内容基于严谨的数学建模、前沿的算法设计以及真实的临床数据验证,旨在构建一座连接理论数学、计算机科学与临床实践的坚实桥梁。 第一部分:优化基础与医学建模(Foundations of Optimization and Medical Modeling) 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础,介绍优化问题的基本分类(线性规划、整数规划、非线性规划、随机规划)及其在生物医学背景下的适用性。我们深入探讨如何将复杂的医学情境——例如患者等待时间、手术室调度、药物剂量选择——转化为可解的数学模型。 章节一:医学决策的数学框架: 详细阐述了目标函数(如最小化死亡率、最大化生存质量、最小化成本)的构建原则。重点讨论了约束条件的确定性与随机性处理,包括对不确定性(如疾病进展速度、个体反应差异)的建模方法,例如使用鲁棒优化和随机规划。 章节二:数据驱动的医学模型构建: 介绍如何整合电子健康记录(EHR)、医学影像和基因组学数据来参数化优化模型。讨论了模型校准和验证的重要性,确保模型输出的实际意义和临床可靠性。 章节三:优化算法综述及其医学适用性: 概述了求解大型复杂医学优化问题的核心算法,包括内点法、分支定界法、启发式算法(如遗传算法、模拟退火)以及元启发式方法。针对医学问题的特点,分析了每种算法的收敛速度、计算复杂性和对解的解释性。 第二部分:临床资源管理与效率提升(Clinical Resource Management and Efficiency Enhancement) 本部分聚焦于优化理论在医院运营和医疗服务输送系统中的实际应用,旨在提高效率、降低运营成本并改善患者体验。 章节四:手术室与医疗人员排班优化: 探讨如何应用混合整数规划(MIP)来解决手术室分配的冲突,最小化空置时间并确保关键设备和专家的有效利用。引入了多目标优化方法来平衡手术量和医护人员的工作负荷公平性。 章节五:急诊科(ED)流程优化与等待时间最小化: 详细分析了急诊科的排队网络模型。通过构建马尔可夫决策过程(MDP)和动态规划模型,设计最优的分诊策略和资源动态分配方案,以显著缩短患者等待时间并提高紧急处理能力。 章节六:医疗供应链与药品库存优化: 关注药品和医疗耗材的精确需求预测与库存控制。应用随机库存模型(如Newsvendor模型的高级变体)来平衡缺货风险与持有成本,特别是在处理高价值或短保质期医疗产品时。 章节七:放射治疗计划的剂量优化: 深入探讨如何利用迭代优化技术(如梯度下降法和共轭梯度法)来求解复杂的剂量分布问题。重点讨论了如何精确地在保护健康组织(OARs)的同时,最大化肿瘤靶区(GTV/CTV)的剂量覆盖。 第三部分:个体化治疗与诊断优化(Personalized Treatment and Diagnostic Optimization) 本部分将优化理论推向了分子和个体层面,关注如何根据患者的独特生物学特征定制最佳的干预措施。 章节八:精准药物剂量与治疗方案设计: 介绍药代动力学/药效学(PK/PD)模型与优化算法的结合。使用最优控制理论来确定在特定时间窗口内,给予患者何种剂量的药物,以最大化疗效并最小化毒副作用。涵盖了抗生素、抗凝血剂以及化疗药物的个体化剂量调整。 章节九:生物标志物选择与诊断路径优化: 讨论如何利用稀疏优化技术(如Lasso回归和弹性网络)从高维基因表达数据中筛选出最具区分能力的生物标志物组合。此外,还涵盖了优化诊断测试的顺序和组合,以在可接受的成本和时间内达到最高的诊断准确性。 章节十:放射性治疗计划的实时自适应优化: 关注在线优化问题。随着治疗的进行,肿瘤体积和器官位置会发生变化。本章探讨如何快速地(在数分钟内)重新计算和调整射束角度和剂量率,以适应解剖结构的变化,确保治疗的准确性。 第四部分:公共卫生与流行病学建模(Public Health and Epidemiological Modeling) 本部分将视野扩展到群体层面,探讨优化方法在控制疾病传播和制定大规模健康政策中的作用。 章节十一:传染病模型中的最优干预策略: 使用微分方程模型(如SIR/SEIR模型)作为基础,应用最优控制理论来确定在疫情爆发期间,何时、何地、以何种强度实施封锁、疫苗接种或社会疏离措施,以最小化感染人数或社会经济影响。 章节十二:医疗资源的可及性与公平性优化: 关注地理信息系统(GIS)与优化技术的结合。通过设施选址模型(Location-Allocation Models)来决定新的诊所、医院或移动医疗站的最佳部署位置,以最小化服务不足人群的平均通勤时间或最大化覆盖率,同时考虑预算约束。 章节十三:医疗健康系统韧性与风险管理: 探讨如何使用随机优化和情景分析来设计具有韧性的医疗系统,使其能够更好地应对突发事件,如自然灾害或大规模流行病。优化目标转向了在最坏情景下系统性能的最小化损失。 结论与未来展望: 本书最后总结了当前医学优化领域面临的挑战,包括模型的可解释性、计算规模的爆炸性增长以及从模拟到现实世界部署的“最后一公里”问题。展望了机器学习与优化相结合(如强化学习优化)在未来医疗决策制定中的巨大潜力。本书的目标读者包括生物医学工程师、运筹学专家、医疗信息学研究人员、医院管理者以及高年级医学院学生。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我必须承认,这本书的阅读门槛确实不低,它需要读者对基础的运筹学概念和一定的微积分知识有基本的掌握。对于完全没有相关背景的初学者来说,开篇几章可能会让人感到有些吃力,毕竟它没有花篇幅去普及那些基础数学工具。然而,正是这种“直奔主题”的叙事方式,使得整本书的节奏紧凑,信息密度极高。对于已经具备一定基础,或者正在攻读相关领域硕士、博士学位的同行而言,这本书的价值就立刻显现出来了——它就像一个高级别的知识加速器。它能迅速帮你建立起一个系统化的认知框架,将你零散学到的知识点串联起来,并指出当前研究热点和未来的挑战方向。我个人认为,这本书更像是一位经验丰富、不苟言笑的导师,它不会手把手教你每一个简单的步骤,而是直接将最核心的、最前沿的知识体系抛给你,激励你去挑战和吸收。如果你想在医疗优化领域成为真正的专家,这本书是绕不开的硬核参考。

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这本书在引文和参考文献的处理上,显示出了作者深厚的学术积累和严谨的研究态度。它不是那种只引用最新三五年的文献来凑数的“时髦”读物,而是扎实地回溯了优化理论在医学领域应用的经典奠基性工作,同时也积极吸纳了近两年来在人工智能和大数据驱动下的前沿进展。当我需要追溯某个特定算法的起源或者深入了解某个特定模型的局限性时,书后的参考书目简直就是一张详尽的“知识地图”。更棒的是,很多核心概念的引入部分,作者都会清晰地标注出是哪位先驱者提出的,这对于我们这些希望在特定细分领域做出进一步研究的人来说,提供了宝贵的线索。我发现,通过跟随书中引用的脉络去阅读那些经典论文,我对本书内容的理解又提升了一个层次,这表明这本书的价值在于它构建了一个可以让你继续深挖下去的知识网络,而不是一个封闭的知识终端。

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我花了整整一个周末的时间来精读其中关于“手术排程优化”的章节,最大的感受是作者在理论深度和工程实用性之间找到了一个近乎完美的平衡点。很多同类书籍往往要么过于理论化,充斥着大量读者难以消化的纯数学推导,要么就是流于表面,只给出一个笼统的概念而缺乏可操作的步骤。然而,这本书的处理方式非常高明:它首先用严谨的数学语言构建了模型的底层逻辑,比如如何将复杂的约束条件转化为线性或非线性的规划问题;紧接着,它会立刻引入实际的临床案例作为佐证,详细阐述了如何选择合适的算法(比如遗传算法、模拟退火或者精确求解器)去解决这些现实中的难题。我尝试着按照书中给出的步骤,用我们科室的真实数据进行了一次小规模的模拟,结果发现其提供的框架可以直接被采纳和微调,这种即时反馈带来的成就感是无与伦比的。这本书真正做到了让“优化”这个听起来高冷的术语,落地成为可以解决问题的具体方案。

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这本书的语言风格有一种沉稳而又不失激情的学者风范。作者的文字组织极其清晰,逻辑链条密不透风,你几乎不可能在阅读过程中迷失方向。尤其是在讨论涉及伦理考量和患者安全性的问题时,作者的措辞显得尤为审慎和负责任。我记得有一段讨论在紧急情况下如何平衡“最大化资源利用率”与“确保个体患者得到最优护理”时,作者没有给出武断的结论,而是细致地分析了不同优化目标函数对最终决策可能带来的倾向性偏差,并提出了相应的敏感性分析方法。这种对复杂性保持敬畏的态度,使得整本书的论述充满了人文关怀。它不仅仅是在教你如何计算,更是在引导你思考:当我们把冰冷的数学工具应用到关乎生死的医疗决策中时,我们必须承担什么样的责任,必须关注哪些非量化的因素。这种深层次的反思,是许多纯粹的技术手册所欠缺的。

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这本书的装帧设计实在是太抓人眼球了,封面采用了深邃的藏蓝色调,配上烫金的书名和作者信息,显得既专业又不失典雅。拿到手里,那种厚实感和纸张的质感就让人觉得这是一部分量十足的学术著作。我特别欣赏它在排版上的用心,字体大小和行距都经过了精心调整,即便是阅读大段的数学公式和复杂的图表时,眼睛也不会感到过分疲劳。更别提那些精美的插图和清晰的流程图,它们极大地帮助我理解了抽象的优化理论是如何在实际医疗场景中落地的。比如,书中对于资源分配模型的论述,配上的那张复杂网络图,一下子就让原本晦涩难懂的理论变得直观易懂起来,这对于我这样需要在工作和学习中频繁接触这些材料的读者来说,简直是福音。总而言之,从物理层面上看,这本书的制作水准完全对得起其专业内容的深度,它不仅仅是一本工具书,更像是一件值得收藏的知识载体。

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