醫(yī)院信息化的大數(shù)據(jù)應(yīng)用進展*

翟 曦　周蓮茹　焦雄飛

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，結(jié)合醫(yī)院數(shù)據(jù)特點，醫(yī)院信息化建設(shè)逐漸成為提高醫(yī)院核心競爭力的關(guān)鍵戰(zhàn)略措施。借助云計算技術(shù)與大數(shù)據(jù)來提高醫(yī)院信息數(shù)據(jù)處理效率，發(fā)揮出數(shù)據(jù)信息資源優(yōu)勢，完善醫(yī)院經(jīng)營管理結(jié)構(gòu)體系，進而促進醫(yī)院信息化建設(shè)，實現(xiàn)醫(yī)院經(jīng)營管理水平的提升[1]。對此，醫(yī)院高層管理者需重視大數(shù)據(jù)價值，結(jié)合醫(yī)院海量數(shù)據(jù)特點，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，塑造“智慧醫(yī)院”，提高醫(yī)院核心競爭力，為醫(yī)院謀求更為廣闊的發(fā)展空間。以往醫(yī)院信息系統(tǒng)只是技術(shù)支撐和運維工具，而未來醫(yī)院信息系統(tǒng)將成為醫(yī)院的核心競爭力，醫(yī)院最終會成為基于數(shù)據(jù)的醫(yī)療服務(wù)企業(yè)[2]。在這樣的環(huán)境背景下，探究醫(yī)院信息化的大數(shù)據(jù)應(yīng)用價值具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1　國內(nèi)外醫(yī)療大數(shù)據(jù)的研究

1.1　國際研究與應(yīng)用狀況

近年來，國際上許多國家已紛紛認識到大數(shù)據(jù)在醫(yī)院信息化建設(shè)中的重要性，并加速其建設(shè)。美國是醫(yī)療信息化的起源地，早在2007年美國國會通過了《美國食品與藥品管理修改法案》(Food and Drug Administration Amendments Act，F(xiàn)DAAA)，授權(quán)食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)利用醫(yī)療信息電子數(shù)據(jù)庫建立藥品主動監(jiān)測系統(tǒng)，該套主動監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用大數(shù)據(jù)實現(xiàn)了分散數(shù)據(jù)資源的整合，主動發(fā)起藥品安全研究，目前在藥品監(jiān)測上取得了極大的成功[3]。在實現(xiàn)部分區(qū)域衛(wèi)生信息共享的基礎(chǔ)下，歐盟開始了探索國家層面上共享衛(wèi)生信息大數(shù)據(jù)模式的規(guī)劃，2000年以后，歐盟開始進行戰(zhàn)略衛(wèi)生信息化網(wǎng)絡(luò)工程，為了共享各醫(yī)院信息，英國、法國、意大利及德國等國許多公司都參與該項工程，在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和開放網(wǎng)工程方面已做大量工作。英國國家衛(wèi)生服務(wù)戰(zhàn)略的目標是建立每個人的終生電子健康記錄，國家的臨床醫(yī)生均可從網(wǎng)上得到患者記錄和最佳臨床治療方面的支持；建立一個國家衛(wèi)生電子圖書館，使醫(yī)生、護士和其他臨床技術(shù)人員及時得到最新臨床研究成果和實踐應(yīng)用技術(shù)[4-5]。

1.2　我國醫(yī)院基于大數(shù)據(jù)的信息化建設(shè)現(xiàn)狀

目前，我國醫(yī)院信息建設(shè)的現(xiàn)狀中許多醫(yī)院都已經(jīng)建設(shè)成了自己的數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，在大數(shù)據(jù)以及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)上的應(yīng)用也得到較大的發(fā)展，尤其表現(xiàn)在對醫(yī)院的經(jīng)營管理、物資采購管理等方面取得了較大的進步。但是，在對信息進行管理的過程中，面臨著數(shù)據(jù)數(shù)量急劇增長、數(shù)據(jù)就緒時間在不斷增加、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不再單一性和數(shù)據(jù)儲存的方式更加分散的4個方面問題，并且在區(qū)域醫(yī)療信息共享上仍然沒有長足進展，各個醫(yī)院還在數(shù)據(jù)孤島上繼續(xù)摸索前行[6-7]。

2016年，國務(wù)院發(fā)布的《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》中明確指出，要大力推進健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的開放共享、深度挖掘和廣泛應(yīng)用。醫(yī)院信息化建設(shè)應(yīng)參照如健康等級7(health level seven，HL7)等國際醫(yī)療界公認的醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)據(jù)編碼標準、數(shù)據(jù)交換標準和其他信息技術(shù)標準規(guī)范，逐步探索建立統(tǒng)一的醫(yī)院信息化建設(shè)標準和規(guī)范體系，實現(xiàn)醫(yī)療機構(gòu)內(nèi)部以及跨機構(gòu)、跨區(qū)域、跨領(lǐng)域的醫(yī)療信息資源共享與利用[8-9]。

2　醫(yī)院信息數(shù)據(jù)特點

2.1　數(shù)據(jù)來源復雜

醫(yī)院數(shù)據(jù)具有來源復雜的特點，其數(shù)據(jù)來源主要有以下方面。

(1)社會化媒體和互聯(lián)網(wǎng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息由于互聯(lián)網(wǎng)自身特點，使得數(shù)據(jù)雜而量大，形成龐大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，其中蘊藏大量的信息價值，等待挖掘。

(2)傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能終端以及實時監(jiān)控系統(tǒng)所形成的信息，這些信息主要應(yīng)用在醫(yī)院內(nèi)部經(jīng)營管理中，為各個管理決策提供信息依據(jù)，進而提高管理效率。

(3)以醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospital information system，HIS)或電子病歷系統(tǒng)為核心的各個醫(yī)療系統(tǒng)所組成、所采集的患者臨床信息數(shù)據(jù)，即由這些患者臨床信息數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的對于臨床診斷，醫(yī)療行為的支持，是醫(yī)院核心數(shù)據(jù)處理平臺，其應(yīng)用價值匯集成醫(yī)院核心競爭優(yōu)勢，促進醫(yī)院的可持續(xù)健康發(fā)展[10]。

2.2　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣

縱觀醫(yī)院醫(yī)療管理活動中形成的全部數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣復雜，在進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)以多維角度進行解析：①醫(yī)院數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可分為結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化，其中非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的75%～85%；②將醫(yī)院數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)，兼?zhèn)溽t(yī)院的公共數(shù)據(jù)和私密數(shù)據(jù)的雙重屬性，外部數(shù)據(jù)具備公共特征，而內(nèi)部數(shù)據(jù)直接關(guān)系到醫(yī)院商業(yè)機密與行業(yè)標準，具備私密性特點[11]；③醫(yī)院數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多維性，除傳統(tǒng)紙質(zhì)文件及信函等內(nèi)容外，還擁有大量電子信息、音頻信息以及網(wǎng)絡(luò)信息等內(nèi)容，其數(shù)據(jù)格式互不兼容而具備隨機性，進而給數(shù)據(jù)應(yīng)用帶來困難。

2.3　數(shù)據(jù)關(guān)系復雜分類困難

醫(yī)療數(shù)據(jù)不僅是來源復雜，其數(shù)據(jù)之間的關(guān)系也十分復雜，例如，一個原發(fā)性肝癌患者的醫(yī)療信息，可能會涉及到其所就診的多家醫(yī)院，會涉及到患者的疾病史、就診史和服藥史以及其他同類病患的相關(guān)信息等。醫(yī)療數(shù)據(jù)之間的關(guān)系既有橫向的對比，又包含縱向的延續(xù)醫(yī)院在提供醫(yī)療服務(wù)的時候，需要提取相關(guān)患者的全部數(shù)據(jù)，又要按照就診記錄、疾病史等因素進行分類，方能幫助醫(yī)生實現(xiàn)對患者的全方位救助[12]。

3　醫(yī)院大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)

3.1　大數(shù)據(jù)外部構(gòu)架

醫(yī)院大數(shù)據(jù)外部構(gòu)架針對醫(yī)院外部數(shù)據(jù)，將醫(yī)院公共數(shù)據(jù)和私密數(shù)據(jù)有效隔離開，將醫(yī)院數(shù)據(jù)處理能力與基礎(chǔ)設(shè)施資源從內(nèi)部應(yīng)用延伸至外部應(yīng)用，構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施資源軟件應(yīng)用結(jié)構(gòu)，借助虛擬化技術(shù)將醫(yī)院現(xiàn)有設(shè)備資源有效整合在一起，結(jié)合醫(yī)療服務(wù)需求開展動態(tài)化管理，進而實現(xiàn)醫(yī)院各項設(shè)備資源的合理分配[13]。在醫(yī)院大數(shù)據(jù)外部構(gòu)架中，醫(yī)院可以結(jié)合自身醫(yī)療服務(wù)需求和內(nèi)部管理需求結(jié)合信息化產(chǎn)品外部資源的運用，做好開發(fā)測試工作，并以此調(diào)整系統(tǒng)運行模式，包括醫(yī)學邏輯模型和其管理系統(tǒng)，使得醫(yī)院醫(yī)務(wù)人員和患者可以根據(jù)規(guī)則制定自定義資源需求，促進醫(yī)院信息化建設(shè)。

3.2　大數(shù)據(jù)內(nèi)部構(gòu)架

在醫(yī)院大數(shù)據(jù)內(nèi)部構(gòu)架中，以服務(wù)為核心，構(gòu)建3層服務(wù)模式。

(1)SaaS軟件服務(wù)層。將服務(wù)軟件統(tǒng)一部署在云端，用戶利用互聯(lián)網(wǎng)獲取相應(yīng)服務(wù)程序，便于系統(tǒng)后期維護和管理，同時用戶可以結(jié)合自身信息需求，以服務(wù)類型、時間及價格等節(jié)點進行劃分，提高醫(yī)院信息化服務(wù)水平，節(jié)省醫(yī)院經(jīng)營成本，進而提高醫(yī)院信息化建設(shè)的可靠性和經(jīng)濟性[14]。

(2)Paas平臺服務(wù)層。將開發(fā)環(huán)境和服務(wù)器平臺視為一種服務(wù)，為用戶提供軟件應(yīng)用環(huán)境，借助互聯(lián)網(wǎng)連接醫(yī)院云端，提高軟件開發(fā)質(zhì)量，并對軟件運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，構(gòu)建醫(yī)院管理系統(tǒng)，提高內(nèi)部管理水平。

(3)IaaS基礎(chǔ)服務(wù)層。以硬件資源為核心，借助互聯(lián)網(wǎng)進行服務(wù)器部署，提高各個系統(tǒng)的計算能力與數(shù)據(jù)儲存能力，挖掘醫(yī)院數(shù)據(jù)的核心價值，為醫(yī)院醫(yī)療技術(shù)的提高提供真實有效的信息依據(jù)，同時有利于醫(yī)院日?；A(chǔ)設(shè)施的護理工作，降低醫(yī)院信息化投入成本，進而加快醫(yī)院信息化建設(shè)進程[15]。

3.3　大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)

(1)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)平臺。由于醫(yī)院信息數(shù)據(jù)的復雜性與結(jié)構(gòu)多樣性，各個醫(yī)療系統(tǒng)產(chǎn)生了大量的接口，導致了醫(yī)院在實際的醫(yī)療行為中會出現(xiàn)同一數(shù)據(jù)由于接口原因?qū)е卵舆t或調(diào)用失敗等問題。建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)平臺，數(shù)據(jù)接入層采用分布式日志系統(tǒng)，實現(xiàn)推拉模式的各種主流方式，并可按需升級為統(tǒng)一數(shù)據(jù)接入平臺，不僅支持日志及頁面源碼數(shù)據(jù)，還可以實現(xiàn)各類接口數(shù)據(jù)的無縫可視化接入，如關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)、各種主流非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等[16]。

(2)海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)。在實際應(yīng)用中，海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)院大規(guī)模數(shù)據(jù)處理中，其安全性需求不高，服務(wù)于醫(yī)院外部數(shù)據(jù)管理[17]。由于醫(yī)院在實際經(jīng)營管理中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，大量數(shù)據(jù)的管理是醫(yī)院管理工作中的重要內(nèi)容，可以生成管理反饋，為醫(yī)院管理工作各項決策提供信息依據(jù)?；诖耍癸@出以集中化數(shù)據(jù)管理模式為核心海量數(shù)據(jù)管理價值，其高效性和高容錯性可以強化系統(tǒng)運行性能，包含數(shù)據(jù)緩存、索引以及數(shù)據(jù)分區(qū)，使得數(shù)據(jù)處理工作中服務(wù)器集群中實現(xiàn)任務(wù)分工，提高了數(shù)據(jù)管理效率，保證最佳管理效果。

(3)虛擬化技術(shù)。在進行醫(yī)院信息化建設(shè)中，虛擬化技術(shù)是大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)，可以將各系統(tǒng)中的儲存數(shù)據(jù)資源進行整合和利用，將系統(tǒng)軟件應(yīng)用與低層硬件有效的隔離，既要將各系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)化為多個虛擬資源，即為分裂模式，又要將各系統(tǒng)中收集到的數(shù)據(jù)資源整合為一個虛擬資源，即為聚合模式[18]。在醫(yī)院大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)運行中，虛擬化技術(shù)要將儲存、技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)進行虛擬化處理，將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源進行邏輯抽象與統(tǒng)一標示，協(xié)助系統(tǒng)服務(wù)運作，進而提高醫(yī)院大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的運行效率和運行質(zhì)量，實現(xiàn)醫(yī)院信息化建設(shè)。對此，借助虛擬化技術(shù)可以有效降低大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)整體能耗，將各個虛擬計算節(jié)點整合成一個物理節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源利用的最大化，促進物理節(jié)點的動態(tài)漂移和負載平衡，形成可靠的計算機運行環(huán)境，提高醫(yī)院數(shù)據(jù)處理的綜合質(zhì)量水平。

4　醫(yī)院大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)應(yīng)用方案

海量的數(shù)據(jù)量增長，多廠商信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的不一致性，成為目前醫(yī)療大數(shù)據(jù)的主要問題。為了解決目前醫(yī)療大數(shù)據(jù)存在的問題，業(yè)界逐漸形成了建設(shè)醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺的共識，通過醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺，將各類醫(yī)療數(shù)據(jù)整合起來。

4.1　建立患者主索引

建立醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺的最終目標是無論住院還是門診，所有相關(guān)診療信息都能存入數(shù)據(jù)庫伴隨患者終身。而建設(shè)臨床數(shù)據(jù)庫(clinical data repository，CDR)的關(guān)鍵是集成單個患者所有的臨床數(shù)據(jù)，通過建立患者主索引，可將患者在門診、住院和體檢的歷史診療數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，自動完成三級索引關(guān)系：主索引-就診索引-單據(jù)索引。

通過患者唯一索引標識號，將患者在醫(yī)院歷次門診、住院和體檢的詳細信息完整展現(xiàn)出來，內(nèi)容涵蓋臨床上的所有治療信息，包括病案首頁、醫(yī)囑(處方)、病歷記錄、輔助檢查報告及體檢報告等，使醫(yī)護人員快速高效掌握患者既往診療情況，可以為治療提供參考幫助。CDR后期的數(shù)據(jù)分析挖掘，也是基于個體連續(xù)完整的診療信息集之上，因此患者主索引顯得尤為重要[19]。

4.2　建立CDR

CDR是指一種臨床信息整合與分析系統(tǒng)，能夠?qū)崟r的整合不同臨床信息的數(shù)據(jù)源，為單一患者提供完整的臨床信息視圖。CDR的建設(shè)和應(yīng)用被認為是電子病歷建設(shè)的一個新階段，是目前我國醫(yī)院信息化發(fā)展趨勢，也為實現(xiàn)各級衛(wèi)生部門區(qū)域信息共享及分級診療的互聯(lián)互通奠定了基礎(chǔ)。

建立CDR的目的是為了將不同廠商或者系統(tǒng)內(nèi)復雜數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)、異構(gòu)的數(shù)據(jù)和非標準的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)中心進行關(guān)聯(lián)和整合，并涉及到對數(shù)據(jù)的清洗、關(guān)聯(lián)、標準化、整合及校驗等過程。通過CDR的建設(shè)，將區(qū)域化的所有醫(yī)療機構(gòu)與醫(yī)療相關(guān)的數(shù)據(jù)全部整合在一起。在以后的醫(yī)療主管部門的查詢分析和統(tǒng)計，以及進一步臨床或者運營方面的科研分析，均可基于該數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進行查詢(如圖1所示)。

圖1　臨床數(shù)據(jù)中心拓撲圖

4.3　建立醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺

利用互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)技術(shù)，基于臨床數(shù)據(jù)中心，建立醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺。醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用Hadoop技術(shù)，對數(shù)據(jù)進行存儲和挖掘。在目前主流的醫(yī)療人工智能方面，使用人工智能學習模型進行訓練，機器學習的成果可通過醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺進行驗證和預測。

醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺的醫(yī)療相關(guān)數(shù)據(jù)來源于CDR，對于其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，可以通過CDR平臺對接其他的數(shù)據(jù)中心，使醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺擁有最廣泛的數(shù)據(jù)以供數(shù)據(jù)挖掘和分析[20](如圖2所示)。

圖2　醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用場景示圖

5　展望

目前，對比發(fā)達國家現(xiàn)階段醫(yī)療信息化的進展，我國醫(yī)療領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用還屬于起步階段，面臨的共享壁壘、標準統(tǒng)一等問題，制約著大數(shù)據(jù)在醫(yī)療信息化的發(fā)展。在闡述大數(shù)據(jù)在醫(yī)院信息化發(fā)展中存在的主要問題的同時，提出部分技術(shù)實現(xiàn)解決方法。在分析醫(yī)院大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)后，提出通過分布式儲存技術(shù)、海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)以及虛擬化技術(shù)的綜合應(yīng)用，構(gòu)建醫(yī)院大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系。相信在政策推動和信息科學技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，未來基于大數(shù)據(jù)的醫(yī)療信息化體系將實現(xiàn)醫(yī)療及管理等工作的智能化[21]；借助互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)真正顛覆傳統(tǒng)的醫(yī)患行為交互模式，最終促進醫(yī)院的可持續(xù)健康發(fā)展，并且在區(qū)域醫(yī)療體系的完善過程中發(fā)揮作用。