利用人工智能技術實現(xiàn)臨床輸血管控與決策分析智能化的應用研究

利用人工智能技術實現(xiàn)臨床輸血管控與決策分析智能化的應用研究

刁琰張民單清

錢厚明柳健

作者單位： 225001 揚州市第一人民醫(yī)院

【關鍵詞】人工智能；臨床輸血；流程管控；決策分析

一、研究意義

人工智能(artificial intelligence, AI)是計算機學科的一個分支，20世紀70年代以來被稱為世界三大尖端技術之一(空間技術、能源技術、人工智能)。也被認為是21世紀(基因工程、納米科學、人工智能)三大尖端技術之一。人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能是包括十分廣泛的科學，它由不同的領域組成，除了計算機科學以外, 人工智能還涉及信息論、控制論、自動化、仿生學、生物學、心理學、數(shù)理邏輯、語言學、醫(yī)學和哲學等多門學科。人工智能研究的一個主要目標是使機器(信息系統(tǒng))能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。人工智能學科研究的主要內容包括：知識表示、自動推理和搜索方法、機器學習和知識獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設計等方面。

輸血的過程管理與決策分析是醫(yī)療質量管理工作中不可缺少的重要組成部分，輸血承擔著血液發(fā)放，交叉配血和臨床輸血等各個醫(yī)療過程。輸血更是從“血管到血管”的全過程。傳統(tǒng)的輸血管理通常采用的是手工交接、單據(jù)傳抄、人工核對的模式，因為沒有系統(tǒng)的對輸血的全流程進行管控，所以存在著工作效率不高、安全性差、資料無法查找、統(tǒng)計工作量大、在醫(yī)院各類臨床信息系統(tǒng)之間無法做到信息的共享、一旦發(fā)生錯誤無法回溯與定責等問題。衛(wèi)計委頒發(fā)的《醫(yī)療機構臨床用血管理規(guī)范》、《江蘇省臨床用血質控體系與質控指標》和《三級綜合醫(yī)院評審標準實施細則(2012年版)》中均對臨床輸血管理提出了明確的要求。

因此，利用人工智能技術構建臨床用血知識庫，運用知識獲取、知識處理等人工智能系統(tǒng)理論，設計符合衛(wèi)計委要求的臨床輸血管控與決策分析系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)手工或簡單信息系統(tǒng)管理的模式尤為必要。形成輸血數(shù)據(jù)資源共享，可保障臨床輸血安全，有效避免臨床輸血的差錯和輸血事故的發(fā)生，才能確保臨床輸血工作的規(guī)范化，實現(xiàn)臨床輸血的制度化與合理化。

二、當前輸血流程管控與決策分析存在的問題

大部分二三級醫(yī)院的輸血科依然采用手工方式或簡易輸血應用系統(tǒng)模式，輸血管理系統(tǒng)與醫(yī)院HIS系統(tǒng)、EMR系統(tǒng)、LIS系統(tǒng)、手術麻醉系統(tǒng)等系統(tǒng)均不能有效的共享數(shù)據(jù)，使得輸血申請、發(fā)血、輸血等一系列醫(yī)療行為基本采用手工方式，不僅造成醫(yī)務人員工作繁瑣、勞動強度大，而且增加了醫(yī)療過程差錯的發(fā)生率，為患者的臨床安全輸血帶來困難。這種方式下存在以下的問題[1-3]：①由于輸血科管理系統(tǒng)與醫(yī)囑系統(tǒng)無法實現(xiàn)共享信息，醫(yī)生在開具輸血申請單時無法獲得實時的血庫備血量數(shù)據(jù)，造成輸血時間的拖延與無效勞動的增加；②醫(yī)生在填寫輸血申請單時，因為沒有電子化申請單，不能直接獲取LIS系統(tǒng)中相關檢驗數(shù)據(jù)，需要手工查詢患者的血型、RH 血型、血紅蛋白等指標，增加了錯誤操作帶來的安全隱患；③護士從受血者抽取血液樣本后，需要手工核對患者身份與申請單信息是否一致，存在發(fā)生人為差錯的可能；④輸血科配血成功后需要電話通知臨床醫(yī)生，無法做到信息的實時記錄，一旦發(fā)生醫(yī)療糾紛將無法實現(xiàn)追蹤與溯源；⑤護士從收到血液制品后為患者輸血，需要手工記錄輸血的時間，存在發(fā)生人為差錯的可能；⑥無法進行醫(yī)師輸血權限設定會造成越級輸血與超量輸血的情況發(fā)生；⑦沒有構建系統(tǒng)自動判斷輸血前評估、申請單審核、輸血過程監(jiān)測等輸血必要條件，存在濫輸血制品的風險；⑧沒有決策分析系統(tǒng)支撐大部分統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)仍是手工或半手工完成，不能提供詳實準確的輸血信息；⑨人工完成輸血效果評價、不良反應報告、傳播性疾病監(jiān)測等功能，未建立臨床用血知識庫無法通過嚴謹?shù)南到y(tǒng)自動實現(xiàn)。

目前業(yè)內少有公司專職研發(fā)輸血過程管控與決策分析系統(tǒng)，即使有軟件公司開發(fā)，但這些公司擁有IT專業(yè)人員，并無臨床應用人員，無法進行開發(fā)與應用之間的有效溝通，因此一些軟件功能簡陋，只能簡單進行應用，往往是菜單虛設，功能簡單無法達標。

三、輸血流程管控與決策分析系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

1. 建立閉環(huán)式的輸血流程管理系統(tǒng)： 閉環(huán)式臨床輸血管理系統(tǒng)與醫(yī)院HIS系統(tǒng)、EMR系統(tǒng)、LIS系統(tǒng)、手術麻醉系統(tǒng)均完成了無縫對接。醫(yī)生填寫輸血申請單是自動獲取LIS系統(tǒng)中的相關檢驗結果，輸血科通過輸血系統(tǒng)記帳后自動將費用信息傳輸給HIS系統(tǒng)，輸血評估單、知情同意書、不良反應記錄都同步于EMR系統(tǒng)，手術麻醉系統(tǒng)將手術過程中的輸血情況傳送于輸血系統(tǒng)形成患者完整的輸血情況記錄。

2. 人工智能模式下建立臨床輸血知識庫： 利用人工智能技術構建臨床用血知識庫，實現(xiàn)對患者輸血規(guī)范與輸血安全的決策支撐和有效提醒。用血知識庫建立的方向是基于閉環(huán)式輸血流程的相關指標與模板，運用知識獲取、知識處理等人工智能系統(tǒng)理論實現(xiàn)包含電子化流程管理、通信溝通協(xié)成平臺、臨床工作流控制、電子文檔自動生成等功能。實現(xiàn)由信息系統(tǒng)完成輸血診療過程的輔助治療與提醒[5]。

3. 輸血全流程的智能自動質控： 依托構建的臨床用血知識庫，在輸血科、醫(yī)療單元、麻醉單元、護理單元、收費單元實現(xiàn)全流程自動質控，運用知識表示、自動推理和搜索方法技術進行對血制品庫存量與效期的自動質控、輸血使用權限管理質控、輸血申請與評估單的內容質控、輸血知情同意書有效性質控、血制品出入庫流轉環(huán)節(jié)質控、血制品收費質控、輸血時效性質控、輸血治療過程質控、血袋處理方式質控、輸血不良反應處置質控、輸血評價功能質控等[6]。

4. 完善輸血數(shù)據(jù)的決策分析： 與醫(yī)院內部各信息系統(tǒng)集成，強調循癥醫(yī)療、最佳實踐、針對患者個性化數(shù)據(jù)，提供輸血診療方案。針對患者輸血診療過程中的特定數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術、自然語言處理技術提供治療建議。構建輸血信息數(shù)據(jù)倉庫，通過知識抽取模板，實現(xiàn)患者、病種、手術名稱、血制品類型、醫(yī)生、診療組、?？啤⒉^(qū)、全院各級別輸血數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)分析，構建輸血數(shù)據(jù)智能指標分析系統(tǒng)。

隨著醫(yī)療信息化的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計算等新技術的誕生。加上衛(wèi)生行政主管部門對臨床輸血管理要求的不斷深入，國內部分軟件公司或者大型醫(yī)院已開始涉足臨床輸血管理系統(tǒng)的研發(fā)。但就國內而言，目前的輸血管理系統(tǒng)的開發(fā)尚處于計算機替代手工模式，即使涉及到臨床輸血流程管理、質控管理的也多停留在初級階段。而國外尤其是歐美發(fā)達國家已開始建立臨床輸血知識庫，通過人工智能技術構建系統(tǒng)的、規(guī)范的、科學的專家知識庫系統(tǒng)，利用智能化系統(tǒng)對臨床輸血行為進行自動判斷、實時分析、適時提醒、輔助決策。以輸血申請單為主線，實現(xiàn)輸血申請及輸血審批等流程管理信息化；以血標本為主線，實現(xiàn)標本管理信息化；以血制品為主線，實現(xiàn)血制品流轉、使用、反饋、回收及銷毀信息化。真正做到了臨床輸血管理的輸血全程監(jiān)控、業(yè)務流程優(yōu)化和服務過程規(guī)范[7-8]。

四、研究方法

1. 需求分析與調研： 選擇輸血治療較多的血液科、重癥監(jiān)護、手術室、消化內科、普外科等臨床科室結合輸血科、質控辦、醫(yī)務處、護理部等管理科室進行臨床輸血管控系統(tǒng)的初步需求分析調研，通過現(xiàn)場詢問、填寫調查表、收集臨床使用表格、可視化情景分析等方法，了解臨床與管理科室的實際任務與期待實現(xiàn)目標，運用軟件工程實施設計理論，按照問題識別、分析與綜合、編制需求分析文檔、需求評審四個步驟，分別從任務需求、功能需求、業(yè)務規(guī)則、質量屬性等維度考慮，分別以臨床輸血業(yè)務和臨床輸血數(shù)據(jù)為主線，明確臨床輸血管控系統(tǒng)的管理目標，確定臨床輸血管控系統(tǒng)總體結構，明確臨床輸血管控系統(tǒng)的模塊構架，明確臨床輸血管控系統(tǒng)實施方案。構建臨床輸血管控系統(tǒng)的邏輯模型，形成需求分析調研報告，供臨床輸血管控系統(tǒng)流程設計使用。

2. 流程設計與繪制： 根據(jù)臨床輸血管控系統(tǒng)需求分析調研報告，依據(jù)《醫(yī)療機構臨床用血管理規(guī)范》和《三級綜合醫(yī)院評審標準實施細則(2012年版)》中相關要求，結合醫(yī)院自身特點制定醫(yī)院臨床輸血規(guī)范化、標準化的應用流程，采用自上而下、逐層分解的方式，進行臨床輸血管控系統(tǒng)的流程設計，繪制系統(tǒng)的組織結構圖、功能模塊分解圖、業(yè)務流程圖、系統(tǒng)邏輯模型圖、數(shù)據(jù)物理模型圖。

3. 知識庫與數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型構建： 依據(jù)《醫(yī)療機構臨床用血管理規(guī)范》、《江蘇省臨床用血質控體系與質控指標》和《三級綜合醫(yī)院評審標準實施細則(2012年版)》等規(guī)范性文件，結合臨床輸血實際使用情況，利用人工智能技術遵循安全性原則、標準性原則、準確性原則、穩(wěn)定性原則，通過知識獲取與知識處理方式構建臨床用血知識庫。運用數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、自然語言處理技術構建輸血決策分析知識抽取模板，分別以患者、病種、手術名稱、血制品類型、醫(yī)生、診療組、專科、病區(qū)等為元素建立統(tǒng)計分析模型。

4. 系統(tǒng)的實現(xiàn)： 按照研究設計系統(tǒng)的需求分析報告與流程設計圖以.NET為系統(tǒng)程序開發(fā)語言，ORACLE為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，結合無線網絡技術、條碼掃描技術，構建B/S架構下的臨床輸血管控與決策分析系統(tǒng)，分別以用血申請、血標本、血制品為主線，設計血庫出入庫管理、配血管理、計費管理、醫(yī)生申請管理、護士輸血管理、不良事件管理等模塊，全流程關聯(lián)臨床用血知識庫，進行智能質控提醒。通過建立的不同元素的統(tǒng)計分析模型，實現(xiàn)輸血數(shù)據(jù)決策分析。

本項目遵循PDCA的質量持續(xù)改進原理，采用標準軟件工程實施方案，按照需求分析-流程設計-知識庫建立-搭建統(tǒng)計模型-數(shù)據(jù)庫設計-程序開發(fā)-調整優(yōu)化-流程改進的步驟逐步實施、全面推進。不斷深化研究內容，運用人工智能、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計模型等技術，持續(xù)改進臨床輸血的管理。本項目的技術重點在于運用人工智能技術，通過知識獲取與知識處理構建臨床用血知識庫，并通過知識庫實現(xiàn)智能質控、實時提醒，搭建輸血數(shù)據(jù)決策分析系統(tǒng)。本項目的研究開展是對國家衛(wèi)計委對醫(yī)院精細化管理、對臨床輸血管理要求的有力支撐。將對地市級大型醫(yī)院及二級醫(yī)院今后如何開展臨床輸血信息化管理提供方向與手段，同時也為衛(wèi)生行政主管部門實現(xiàn)區(qū)域化臨床輸血管控奠定基礎。

參考文獻

1田兆嵩, 何子毅, 劉仁強. 臨床輸血質量管理指南[M]. 北京科學出版社, 2011, 2-20.

2陳兆修, 王曉翠. 等級醫(yī)院評審中輸血質量管理存在的問題及解決方案[J]. 臨床血液學雜志: 輸血與檢驗, 2012, 3：388-390.

3肖輝, 張芳, 商建國. 閉環(huán)醫(yī)囑流程分析與控制[J]. 中國衛(wèi)生信息管理雜志, 2012, 9(2): 40-46.

4程超, 周彬. 武漢協(xié)和醫(yī)院血庫信息系統(tǒng)的設計與應用[J]. 醫(yī)學與社會, 2011, 9: 52-54.

5曹承智. 人工智能技術[M]. 北京：清華大學出版社, 2010: 8-15.

6George F.Luger 著. 史忠植, 張銀奎. 譯 人工智能：復雜問題求解的結構和策略[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社, 2010: 56-76.

7斯圖爾特·羅素 著. 姜哲 譯, 人工智能：一種現(xiàn)代的方法[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010: 89-96.

8葉得學. 基于自適應概率統(tǒng)計模型的計算機輔助診斷算法研究[J]. 軟件, 2013, 4: 49-51.

(本文編輯：黃紅稷)

刁琰，張民，單清，等. 利用人工智能技術實現(xiàn)臨床輸血管控與決策分析智能化的應用研究[J/CD]. 中華肺部疾病雜志： 電子版， 2015， 8(4)： 539-540.

·醫(yī)院管理·

收稿日期：(2015-06-23)

文獻標識碼：中圖法分類號： R311.3 B

通訊作者：單清，Email: 494630672@qq.com

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2015.04.042