一種基于UML的智能導(dǎo)檢系統(tǒng)設(shè)計方法*

李 婧 汪 鴻 孫玉良

(1湖北省中醫(yī)院 武漢 430061 2湖北中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 武漢 430061)

1 引言

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，國家衛(wèi)生健康委員會從多個方面推進智能產(chǎn)品在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)應(yīng)用的相關(guān)研究，從醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療智能應(yīng)用和醫(yī)院智能管理等方面提出具體要求[1-3]。賴文娟等[4]基于德爾菲法構(gòu)建一套醫(yī)院智能化護理評價指標(biāo)體系。劉永斌等[5]介紹上海市兒童醫(yī)院通過建設(shè)基于臨床輔助決策支持系統(tǒng)的電子病歷平臺，實現(xiàn)智能知識助手、兒童智能用藥、智能輔助診療等特色臨床決策支持服務(wù)。近年來，深度學(xué)習(xí)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用、醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)應(yīng)用于安全分類分級、結(jié)構(gòu)化電子病歷研究等成為熱點[6-10]，為智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供思路。檢驗科在多數(shù)人印象中只是臨床輔助科室，受檢者獲得檢驗報告后，面對專業(yè)性極強的醫(yī)學(xué)術(shù)語，在檢測指標(biāo)含義、下一步就診方向、醫(yī)院科室分布等方面往往存在大量疑問，經(jīng)常在檢驗科窗口咨詢，增加檢驗人員壓力，導(dǎo)致檢驗效率降低且受檢者就診體驗較差。隨著受檢者數(shù)量和檢驗內(nèi)容不斷增加，如何使服務(wù)流程化、智能化，合理引導(dǎo)受檢者就診是檢驗科面臨的現(xiàn)實問題。鑒于此，本研究結(jié)合湖北省中醫(yī)院已有檢驗數(shù)據(jù)庫和相關(guān)軟件，提出基于統(tǒng)一建模語言(unified modeling language，UML)的智能導(dǎo)檢系統(tǒng)設(shè)計方法，以提高受檢者滿意度和檢驗服務(wù)質(zhì)量。

2 資料與方法

2.1 一般資料

分別隨機選取2022年1-5月、6-10月檢驗科患者5 237例、4 750例為調(diào)查問卷樣本和評價問卷樣本，滿足下列條件：年齡均勻分布在18～70歲；文化程度均勻分布在小學(xué)至研究生；近3年在三級甲等醫(yī)院至少有過一次檢驗科就診經(jīng)歷。調(diào)查問卷內(nèi)容主要包括：是否能大致看懂檢驗報告、是否知道危急值和異常值含義、是否能夠根據(jù)檢驗報告大致推斷自己病情、是否知道下一步該做何檢查、是否知道下一步該去哪個科室問診、其他意見和建議等。評價問卷內(nèi)容主要包括：導(dǎo)檢形式是否滿意、導(dǎo)檢內(nèi)容是否有用、導(dǎo)檢是否正確、導(dǎo)檢是否提高就診效率、其他意見和建議。

2.2 方法

統(tǒng)計分析調(diào)查問卷結(jié)果，作為導(dǎo)檢系統(tǒng)設(shè)計的主要輸入，采用Enterprise Architect軟件完成從需求分析、模型設(shè)計到測試和維護的整個軟件開發(fā)過程[11]，利用UML設(shè)計導(dǎo)檢系統(tǒng)的用例圖、時序圖、部署圖等[12-14]，最后結(jié)合檢驗科實際工作，以尿微量蛋白肌酐比檢測為例，采用傳統(tǒng)檢驗報告與導(dǎo)檢系統(tǒng)并行的方法，收集評價問卷結(jié)果，作為改進優(yōu)化依據(jù)。

2.3 統(tǒng)計學(xué)處理

對調(diào)查問卷和評價問卷，采用傳統(tǒng)統(tǒng)計方法，剔除無效問卷，統(tǒng)計每項指標(biāo)結(jié)果數(shù)量及其百分比。

3 結(jié)果

3.1 調(diào)查問卷結(jié)果

共發(fā)出調(diào)查問卷5 237份，剔除未按要求填寫、填寫不完整以及不符合要求的問卷178份，有效調(diào)查問卷結(jié)果，見表1。

表1 調(diào)查問卷結(jié)果(n=5 059)

絕大部分受檢者獲得檢驗報告后，對報告中具體指標(biāo)的含義、危急值和異常值以及需要進一步做何檢查不清楚，多數(shù)知道持檢驗單回之前問診的科室請醫(yī)生解答，但在此過程中，特別是中老年人群疑惑重重，加深對醫(yī)院就診流程的不滿。634份調(diào)查問卷提出的其他意見和建議主要分為3類：一是在檢驗窗口增加專門負(fù)責(zé)檢驗單解答的導(dǎo)醫(yī)臺；二是在檢驗科走廊增設(shè)負(fù)責(zé)自動答疑的機器人；三是在檢驗單上增加檢驗知識庫二維碼，供受檢者掃碼后掌握自己歷史檢測數(shù)據(jù)和解答相關(guān)疑問。

3.2 導(dǎo)檢系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 用例圖 用例模型描述智能導(dǎo)檢系統(tǒng)規(guī)劃功能，表示用戶與系統(tǒng)之間交互的離散單元。智能導(dǎo)檢系統(tǒng)用例描述其全部功能，包含讀取檢驗結(jié)果、知識庫檢索、一致性檢驗等，見圖1。

圖1 智能導(dǎo)檢系統(tǒng)用例

3.2.2 序列圖(圖2)

圖2 智能導(dǎo)檢系統(tǒng)序列

序列圖提供對象交互隨時間變化的圖形化描述，通常用來描述執(zhí)行者、對象和組件，及其在用例執(zhí)行過程中彼此之間的交互。智能導(dǎo)檢系統(tǒng)序列圖典型表示一個單獨的用例情形或事件流。描述患者從問診到獲得導(dǎo)檢結(jié)果的全過程，是對智能導(dǎo)檢系統(tǒng)的行為隨時間變化而進行的建模和描述，提供隨時間變化智能導(dǎo)檢系統(tǒng)在對象間傳遞消息的時序，消息流對應(yīng)一個類和對象支持的方法和事件。

3.2.3 交互概述圖 交互概述圖融合活動圖和序列圖，使交互部分容易與判斷點和流程結(jié)合，是活動圖的一種形式。交互概述圖介紹了兩種新元素：交互發(fā)生——出現(xiàn)危急值和異常值；交互元素——替代流程。即表示當(dāng)所有檢測結(jié)果均正常時，按照正常流程直接輸出結(jié)果，當(dāng)檢測結(jié)果出現(xiàn)危急值、異常值或者系統(tǒng)故障時，智能導(dǎo)檢系統(tǒng)啟動替代流程，見圖3。

圖3 智能導(dǎo)檢系統(tǒng)交互概述

3.2.4 交互組件圖 組件圖顯示智能導(dǎo)檢系統(tǒng)組件之間的依賴、通信、位置和其他條件關(guān)系，見圖4。組件數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、一致性檢驗?zāi)K等都可以對科室現(xiàn)有檢驗信息系統(tǒng)提供接口，即向其他組件和類提供服務(wù)的可見入口點，并使之可以適用于其他的組件和類。在智能導(dǎo)檢系統(tǒng)中，隨著系統(tǒng)功能擴展，在數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊可能會接入人工采集數(shù)據(jù)、科研仿真數(shù)據(jù)等，組件中可能會添加智能審核模塊等。

圖4 智能導(dǎo)檢系統(tǒng)交互組件

3.3 實例分析

以尿微量蛋白肌酐比(the urinary ratio of albumin to creatinin，ACR)檢測為例，依據(jù)《中國糖尿病腎臟疾病防治臨床指南》，基于ACR、腎小球濾過率(glomerular filtration rate，GFR)、糖化血紅蛋白(hemoglobin A1C，HbAlc)、葡萄糖(glucose，Glu)等建立糖尿病腎病的智能導(dǎo)檢基礎(chǔ)知識庫[15]，見圖5。與圖5對應(yīng)的智能導(dǎo)檢檢索表，見表2。

圖5 糖尿病腎病智能導(dǎo)檢基礎(chǔ)知識庫

表2 糖尿病腎病智能導(dǎo)檢內(nèi)容

智能導(dǎo)檢系統(tǒng)根據(jù)表2和圖5的知識庫，在圖2智能導(dǎo)檢系統(tǒng)“分析結(jié)果”節(jié)點，對檢測結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)進行一致性檢驗和對比分析，給出智能導(dǎo)檢結(jié)果，經(jīng)檢驗人員確認(rèn)后，生成帶導(dǎo)檢信息的檢驗報告，供患者查詢。除提供下一步檢驗建議外，還可根據(jù)患者需求，添加檢測指標(biāo)解釋、患者注意事項、相關(guān)疾病預(yù)防知識等內(nèi)容。

3.4 評價問卷結(jié)果

共發(fā)出評價問卷4 750份，收回有效問卷4 369份，統(tǒng)計結(jié)果，見表3。

表3 評價問卷結(jié)果(n=4 369)

從評價問卷結(jié)果可以看出，90%以上患者贊同智能導(dǎo)檢系統(tǒng)的形式、有用性、正確性和導(dǎo)檢內(nèi)容。其中，不認(rèn)同的原因主要集中在以下方面：一是部分患者因為有多張檢驗報告給出的導(dǎo)檢結(jié)果有差異，不知所措；二是少量患者(48例)因習(xí)慣性不看檢驗報告，直接去找開具檢驗單的醫(yī)生，盲目認(rèn)為智能導(dǎo)檢系統(tǒng)無用；三是智能導(dǎo)檢系統(tǒng)閾值設(shè)置太敏感，導(dǎo)致部分患者(89例)病情不嚴(yán)重而被指引到不同科室問診。542份評價問卷提出優(yōu)化建議，主要集中在以下方面：一是增加人工智能機器人按需講解檢驗報告；二是增加語音導(dǎo)檢功能，即患者獲得檢驗報告后，手機掃碼便能夠聽到相關(guān)就診意見和建議；三是增加跨醫(yī)院的科室智能指引、專家掛號智能指引等。

4 討論

4.1 基于UML設(shè)計智能導(dǎo)檢系統(tǒng)的優(yōu)勢

從試運行結(jié)果看，基于UML的智能導(dǎo)檢系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在3個方面：檢驗人員無須面對臨檢窗口大量且重復(fù)的咨詢問題；減輕了臨床醫(yī)生工作壓力，提高醫(yī)療效率，改善醫(yī)療質(zhì)量；提升患者就醫(yī)體驗，提高問診效率，達到有的放矢，同時輔助改善醫(yī)患關(guān)系。

選擇UML 2.0中的類、對象、合成元素、包、組件、布局、使用案例、通信、序列、交互概述、行為、狀態(tài)、時序、分析、定制中的相關(guān)圖表元素，通過Enterprise Architect軟件構(gòu)建嚴(yán)格可追蹤的智能導(dǎo)檢系統(tǒng)模型，相比于傳統(tǒng)設(shè)計方法，一是能夠為用戶、開發(fā)和應(yīng)用團隊打造先進的軟件建模方案，可以配備包括分析人員、測試人員、項目經(jīng)理、品質(zhì)控制和部署人員等的工作團隊；二是可擴展性更強，能夠在統(tǒng)一規(guī)范下，快速與智能審核系統(tǒng)、智能電子病歷等進行融合，進一步提升醫(yī)療效率，確保正確的用藥劑量，對患者進行長期跟蹤治療有促進作用，能夠進一步降低醫(yī)療風(fēng)險。

4.2 智能導(dǎo)檢系統(tǒng)的作用

以尿微量蛋白肌酐比檢測結(jié)果為例，選擇ACR、GFR、HbA1c、Glu等，建立智能導(dǎo)檢基礎(chǔ)知識庫，基于5 059份調(diào)查問卷，掌握患者難點和痛點，在智能導(dǎo)檢系統(tǒng)中，添加樓層、科室和檢測項目等指引，為患者提供更多有價值的參考信息。當(dāng)前，中國智能導(dǎo)檢系統(tǒng)的實踐應(yīng)用尚處于探索階段，本文采用調(diào)查問卷方法對比分析4 369份評價問卷，結(jié)果表明智能導(dǎo)檢系統(tǒng)是提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的嘗試，得到絕大部分患者的好評。亟需大力推進結(jié)構(gòu)化、智能化、知識化電子病歷，整合信息孤島，實現(xiàn)電子病歷智能化引導(dǎo)，進一步減少醫(yī)療差錯，提升醫(yī)療質(zhì)量。

5 結(jié)語

針對檢驗科就診患者的難點和痛點問題，利用Enterprise Architect軟件、UML設(shè)計導(dǎo)檢系統(tǒng)，實現(xiàn)帶有智能導(dǎo)檢功能的檢驗單，為受檢者提供智能引導(dǎo)。針對不同年齡段人群設(shè)計更具針對性的智能導(dǎo)檢內(nèi)容還存在一定缺陷。針對導(dǎo)檢系統(tǒng)試運行期間發(fā)現(xiàn)的問題，如何結(jié)合工作實際，結(jié)合同一患者多種檢驗報告形成綜合導(dǎo)檢建議，提高導(dǎo)檢內(nèi)容的精確性，努力實現(xiàn)機器人智能解答、醫(yī)院智能引導(dǎo)和醫(yī)療知識智能普及，將是下一步重點研究方向。