InfoButton模型在臨床智能決策中的應(yīng)用探究*

單 濤

(1江蘇省人民醫(yī)院(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院) 南京210029 2南京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)信息學(xué)與管理研究所 南京210000 3南京大學(xué)信息管理學(xué)院 南京210000)

王忠民

(1江蘇省人民醫(yī)院(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院) 南京210029 2南京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)信息學(xué)與管理研究所 南京210000)

王 劍

(江蘇省人民醫(yī)院(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院) 南京210029)

景慎旗

(1江蘇省人民醫(yī)院(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院) 南京210029 2南京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)信息學(xué)與管理研究所 南京210000)

單紅偉 丁中正

(江蘇省人民醫(yī)院(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院) 南京210029)

劉 云

(1江蘇省人民醫(yī)院(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院) 南京210029 2南京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)信息學(xué)與管理研究所 南京210000)

1 引言

隨著人工智能等相關(guān)技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用日趨成熟，臨床決策系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為國(guó)內(nèi)外醫(yī)療信息化領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。雖然當(dāng)前很多臨床知識(shí)庫和相關(guān)醫(yī)學(xué)資源庫已經(jīng)得到應(yīng)用，但是與臨床決策系統(tǒng)進(jìn)行鏈接或使其能夠應(yīng)用于智能決策支持并滿足醫(yī)生或患者的知識(shí)需求還存在一定的問題。而InfoButton技術(shù)為解決這些問題以及深入推廣使用臨床決策系統(tǒng)提供了一定的方法和思路。

2 InfoButton模型研究現(xiàn)狀和特點(diǎn)

2.1 研究現(xiàn)狀

2.1.1 概述 近年來關(guān)于InfoButton的研究和應(yīng)用是醫(yī)療信息領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，且自其誕生以來應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。目前InfoButton模型已經(jīng)逐步被用于電子病歷、臨床決策支持、慢病管理等系統(tǒng)。例如電子病歷系統(tǒng)通過InfoButton調(diào)用相關(guān)病歷文本信息并為臨床人員提供如治療指南或用藥指南等臨床信息知識(shí)。

2.1.2 國(guó)外 Hulse NC等應(yīng)用InfoButton結(jié)合網(wǎng)絡(luò)語義規(guī)則將臨床相關(guān)知識(shí)等資源精確并適時(shí)地推送給醫(yī)護(hù)人員以及患者等使用對(duì)象；Devine EB課題組對(duì)InfoButton在基于藥品知識(shí)庫的臨床藥物決策支持中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)研究；Borbolla D等利用InfoButton技術(shù)研究在公共健康檔案數(shù)據(jù)庫中整合患者醫(yī)療信息，便于用戶對(duì)相關(guān)信息的檢索、調(diào)閱、認(rèn)知等，特別對(duì)缺乏醫(yī)學(xué)知識(shí)但想了解個(gè)人健康信息的患者提供一定的幫助[1]。

2.1.3 國(guó)內(nèi) 關(guān)于InfoButton技術(shù)的研究開展相對(duì)較晚，目前仍處于起步階段，研究人員大多來自醫(yī)學(xué)信息領(lǐng)域且以理論研究為主，圍繞InfoButton技術(shù)開展的相關(guān)應(yīng)用相對(duì)較少。主要集中在電子病歷等臨床系統(tǒng)對(duì)合理用藥模塊的調(diào)用，用于提醒醫(yī)護(hù)人員在藥品開立和患者服用等環(huán)節(jié)核對(duì)藥品之間的相互作用、使用劑量、配伍禁忌等[3]。

2.2 特點(diǎn)

2.2.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)各類臨床資源庫的梳理和標(biāo)準(zhǔn)化 隨著醫(yī)療信息化的不斷發(fā)展，醫(yī)院信息平臺(tái)接入的相關(guān)資源庫逐漸增多，如藥品知識(shí)庫、慢病管理庫、生物樣本庫等，導(dǎo)致醫(yī)院系統(tǒng)在交互過程中更加復(fù)雜，因此需要對(duì)相應(yīng)資源庫的接入和使用進(jìn)行整體規(guī)劃，而InfoButton模型遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互和醫(yī)療術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)等多種規(guī)范，解決了臨床決策中缺少標(biāo)準(zhǔn)化信息模型的問題，提出知識(shí)請(qǐng)求、知識(shí)應(yīng)答、術(shù)語服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)建議[1]。

2.2.2 為實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨學(xué)科的信息共享與檢索建立基礎(chǔ) 醫(yī)院信息系統(tǒng)繁多，來自不同供應(yīng)商，導(dǎo)致系統(tǒng)間的接口繁雜。InfoButton信息模型能夠被應(yīng)用于不同領(lǐng)域，有助于實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨學(xué)科的信息互聯(lián)互通和共享，在此基礎(chǔ)上建立基于各類醫(yī)學(xué)信息標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)請(qǐng)求、知識(shí)應(yīng)答以及醫(yī)學(xué)術(shù)語集等標(biāo)準(zhǔn)，定義知識(shí)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)接口，奠定臨床信息資源互通共享的基礎(chǔ)。通過相應(yīng)規(guī)則引擎自動(dòng)檢索,抓取所需的各類信息，增加規(guī)則引擎推理速度，從而在繁雜的知識(shí)庫中精準(zhǔn)、高效地檢索到符合知識(shí)請(qǐng)求的信息資源。

2.2.3 為醫(yī)護(hù)人員提高專業(yè)知識(shí)水平和醫(yī)院核心競(jìng)爭(zhēng)力提供支撐 醫(yī)學(xué)科技的迅猛發(fā)展促使醫(yī)學(xué)知識(shí)的快速增長(zhǎng)與更新，然而醫(yī)護(hù)人員臨床任務(wù)繁重，學(xué)習(xí)掌握這些新興知識(shí)的精力有限，同時(shí)由于臨床經(jīng)驗(yàn)的差異化，在解決復(fù)雜的臨床問題時(shí)可能由于自身醫(yī)學(xué)知識(shí)的有限而造成失誤。采用Infobutton模型，醫(yī)護(hù)人員可以通過點(diǎn)擊一個(gè)信息按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)訪問相應(yīng)知識(shí)庫，知識(shí)庫根據(jù)統(tǒng)一資源定位器提供的上下文生成相應(yīng)臨床參考信息，有助于提高醫(yī)護(hù)人員專業(yè)知識(shí)水平，實(shí)現(xiàn)臨床經(jīng)驗(yàn)的同質(zhì)化，提升醫(yī)院核心競(jìng)爭(zhēng)力[2]。

3 InfoButton模型應(yīng)用

3.1 需求分析

江蘇省人民醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)中心投入使用近5年時(shí)間，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、清洗和應(yīng)用的任務(wù)，其數(shù)據(jù)種類、數(shù)量、知識(shí)庫內(nèi)容與建成初期相比出現(xiàn)成倍增長(zhǎng)，醫(yī)院工作人員對(duì)信息系統(tǒng)所提供的服務(wù)需求也快速增長(zhǎng)，因此如何有效利用這些數(shù)據(jù)資源是需要探索的問題。隨著醫(yī)院信息化的不斷發(fā)展，醫(yī)院信息系統(tǒng)越來越多，不便于管理，因此如何實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨領(lǐng)域的信息共享與檢索模式，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互通共享也需要研究。信息化技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入臨床決策支持階段，雖然目前出現(xiàn)了各種醫(yī)學(xué)知識(shí)庫在臨床信息系統(tǒng)中的應(yīng)用，但是由于缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以及醫(yī)學(xué)知識(shí)時(shí)序性、復(fù)雜性、多樣性和模糊性等特點(diǎn)，知識(shí)在表示、調(diào)用和分析上存在不足，實(shí)際使用效率不高。針對(duì)以上問題，江蘇省人民醫(yī)院對(duì)InfoButton信息模型進(jìn)行深入研究，通過對(duì)以該院臨床數(shù)據(jù)中心為核心的醫(yī)學(xué)資源庫進(jìn)行有效整合，定義用戶在醫(yī)療信息系統(tǒng)中的使用語境，提高檢索和獲取醫(yī)療信息的效率，更好地提供臨床決策支持。研究InfoButton信息模型相關(guān)機(jī)制，集中獲取知識(shí)請(qǐng)求，按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用知識(shí)庫，再通過知識(shí)應(yīng)答機(jī)制將知識(shí)規(guī)范化地提供給相關(guān)用戶，避免了各個(gè)信息系統(tǒng)重復(fù)與各類知識(shí)庫交叉對(duì)接而導(dǎo)致的知識(shí)調(diào)取和訪問效率不高。研究InfoButton管理模塊并由該模塊提供信息交互的各類標(biāo)準(zhǔn)，探討臨床數(shù)據(jù)中心、各類知識(shí)庫與InfoButton管理模塊的接入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)一步為臨床用戶提供精確、適時(shí)、高效的知識(shí)應(yīng)用和臨床決策服務(wù)。

3.2 總體架構(gòu)

為使用戶能夠在江蘇省人民醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)中心等多個(gè)臨床資源庫中根據(jù)相關(guān)語境精確、高效、便捷地檢索、調(diào)取所需的數(shù)據(jù)和知識(shí)，將其應(yīng)用到臨床決策支持中，醫(yī)院研究并采用基于HL7的 InfoButton標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型，總體架構(gòu),見圖1。醫(yī)院信息系統(tǒng)通過建立相應(yīng)的InfoButton Web客戶端，向InfoButton管理器發(fā)起知識(shí)請(qǐng)求，在完成管理器的配置后，建立醫(yī)院信息系統(tǒng)、InfoButton管理器、知識(shí)源之間的消息隊(duì)列通道，InfoButton管理器在接收到知識(shí)請(qǐng)求消息后對(duì)其進(jìn)行解析和處理，術(shù)語服務(wù)負(fù)責(zé)術(shù)語規(guī)范以及消息分發(fā)和傳輸標(biāo)準(zhǔn)的定義[3]。

圖1 InfoButton模型總體架構(gòu)

3.3 功能模塊

3.3.1 InfoButton客戶端 用戶通過其將需要獲取的知識(shí)內(nèi)容及相關(guān)語境參數(shù)生成符合HL7 InfoButton標(biāo)準(zhǔn)的可擴(kuò)展標(biāo)記語言(Extensive Markup Language，XML)知識(shí)請(qǐng)求實(shí)例，傳輸?shù)絀nfoButton管理器以觸發(fā)知識(shí)檢索過程，同時(shí)接收InfoButton管理器返回生成的知識(shí)應(yīng)答XML，經(jīng)過推理引擎和智能排序最終形成相應(yīng)的知識(shí)檢索結(jié)果反饋給用戶。

3.3.2 InfoButton管理器 利用其解析功能，對(duì)客戶端發(fā)送的知識(shí)請(qǐng)求XML進(jìn)行解析，提取檢索關(guān)鍵詞及其他語境參數(shù)(如年齡、既往史等)。通過相關(guān)匹配引擎，鎖定能夠響應(yīng)知識(shí)請(qǐng)求的目標(biāo)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫或知識(shí)資源庫名錄，將知識(shí)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫或知識(shí)資源庫。通過資源庫應(yīng)答機(jī)制接收各類資源庫返回的基于HL7 InfoButton Response標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)應(yīng)答結(jié)果[4]。

3.3.3 InfoButton知識(shí)源 通過研究知識(shí)源內(nèi)部數(shù)據(jù)及內(nèi)容索引模型，驗(yàn)證所有上下文環(huán)境參數(shù)是否匹配目標(biāo)知識(shí)源參數(shù)，探究知識(shí)源內(nèi)部鎖定知識(shí)請(qǐng)求所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)和醫(yī)學(xué)知識(shí)的機(jī)制。整合以江蘇省人民醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)中心為核心的資源庫，包括生物樣本庫、藥品研發(fā)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)臨床資料與實(shí)驗(yàn)室研究資料的匹配共享，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和基本規(guī)范中心數(shù)據(jù)庫[5]。通過知識(shí)源信息維護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)資源管理服務(wù)，管理人員可配置和管理InfoButton消息管理器，包括知識(shí)源和知識(shí)搜索的管理配置。

3.3.4 醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語 通過研究醫(yī)學(xué)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、消息分發(fā)和傳輸，開發(fā)支持術(shù)語管理者對(duì)術(shù)語添加、編輯、刪除的模塊，支持對(duì)術(shù)語之間相關(guān)性的指定。基于術(shù)語分析功能模塊，結(jié)合知識(shí)庫索引和知識(shí)內(nèi)容元數(shù)據(jù)標(biāo)注建議，檢索關(guān)鍵詞進(jìn)行語義比對(duì)分析，包括關(guān)鍵詞、同義詞、術(shù)語關(guān)聯(lián)等的比對(duì)，實(shí)現(xiàn)在資源庫中快速找到相關(guān)性很強(qiáng)的醫(yī)學(xué)內(nèi)容[6]。利用術(shù)語管理系統(tǒng)構(gòu)建全院標(biāo)準(zhǔn)且唯一的術(shù)語字典，確保所有系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)都標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

4 討論

4.1 創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)

4.1.1 建立支持語義互操作的臨床決策知識(shí)庫模型 InfoButton模型解決了臨床信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)層交互性不足的問題，實(shí)現(xiàn)臨床系統(tǒng)對(duì)多領(lǐng)域、多變量、多層次知識(shí)與數(shù)據(jù)的整合分析與智能決策。提出遵循“信息-知識(shí)-決策”的知識(shí)鏈轉(zhuǎn)換原則，支持臨床前瞻性、回顧性研究及醫(yī)學(xué)預(yù)測(cè)[7]。

4.1.2 實(shí)現(xiàn)對(duì)臨床決策知識(shí)的精確化、標(biāo)準(zhǔn)化、合理化表達(dá) 針對(duì)臨床決策中遇到的各類問題，以基于HL7 InfoButton模型為基礎(chǔ)，完成對(duì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域知識(shí)相關(guān)概念、屬性及聯(lián)系的抽取。以本體表達(dá)陳述性知識(shí)，以語義規(guī)則描述過程性知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)臨床決策知識(shí)的精確化、標(biāo)準(zhǔn)化、合理化表達(dá)。

4.1.3 實(shí)現(xiàn)信息交互標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化 為實(shí)現(xiàn)以臨床數(shù)據(jù)中心為核心的醫(yī)院資源庫之間信息交互標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化，參考HL7等國(guó)內(nèi)外通行標(biāo)準(zhǔn)，制定具有醫(yī)院特色的術(shù)語字典及交互標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 不足與完善方法

4.2.1 諸多知識(shí)庫難以有效分類導(dǎo)致查詢效率低 針對(duì)該問題，結(jié)合臨床應(yīng)用特點(diǎn)，在InfoButton管理器中建立合理的多維度且統(tǒng)一的知識(shí)庫分類標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于知識(shí)查找、展示排序、優(yōu)先級(jí)設(shè)置等方面的管理，得到較好的優(yōu)化和完善。

4.2.2 在不同應(yīng)用環(huán)境中相同知識(shí)元素導(dǎo)致知識(shí)搜索效果不盡相同 在InfoButton管理器中逐步完善搜索數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)化優(yōu)化功能，同時(shí)參照一體化醫(yī)學(xué)語言系統(tǒng)(Unified Modeling Language System，UMLS)，在全院逐步建立一套完整的術(shù)語服務(wù)技術(shù)體系，以解決臨床信息數(shù)據(jù)多樣性對(duì)數(shù)據(jù)交互帶來的難題。

4.2.3 難以兼顧不同用戶個(gè)性化知識(shí)需求 臨床醫(yī)師、護(hù)士、藥師、科研工作者因?yàn)椴僮髁?xí)慣、知識(shí)庫偏好、應(yīng)用需求不盡相同，統(tǒng)一的知識(shí)展示對(duì)于各式各類的臨床應(yīng)用場(chǎng)景并不適宜。為解決此問題，建立用戶個(gè)性化知識(shí)庫管理模型，為不同用戶群體設(shè)置一系列知識(shí)庫管理參數(shù)，以調(diào)整并滿足該用戶群體的知識(shí)需求，同時(shí)收集用戶偏好信息，優(yōu)化偏好模型，提供個(gè)人用戶級(jí)的知識(shí)庫偏好設(shè)置管理功能。

5 結(jié)語

InfoButton模型在臨床智能決策中的應(yīng)用實(shí)踐是醫(yī)院從信息化邁向智能化發(fā)展道路中的積極探索和有效嘗試。未來隨著模型應(yīng)用的逐步深入和不斷優(yōu)化，將拓展醫(yī)院智慧醫(yī)療、管理和服務(wù)，利用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)整合現(xiàn)有信息資源，實(shí)現(xiàn)診療流程的精細(xì)化、智能化、規(guī)范化，其具有廣闊的發(fā)展前景以及良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。