面向临床决策支持的病人信息自动获取方法研究

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分类号单位代码密级无学号加介次掌硕士学位论文中文论文题目英文论文题目申请人姓名旱小荧指导教师吕六日,多专业名称生物医学工程研究方向所在学院论文提交日期年月巧 论文作者签名指导教师签名芝鸿之毖刀论文评阅人卜夏灵…教授浙江大学评阅人周群一副教授浙江科技学院评阅人周庆利研究员浙江大学答辩委员会主席叶枫教坪浙江工业大学委贝口乙,土山宁钢民教授浙江大学刘济全副研究员浙江浙江吕旭东副教授浙江答辩日期 浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得止堑丝大主或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。孚、、,位,、龙又、作,、省釜一书荞口`产了,'橇节釜子一目期二年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解立些叁兰有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权迪盗人兰可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书沁丫夕导师签名学位论文作者签名昊卜`落签字日期年月日签字日期年月日公 浙江大学硕士学位论文致谢致谢两年半的研究生生涯即将结束,值此论文完成之际,谨向给与我关心和帮助的老师、同学及亲人们致以由衷的感谢。首先要感谢我的导师吕旭东老师,感谢他在研究生期间对我的精心指导和悉心教诲,吕老师对问题的前瞻性和分析处理能力,敏锐独到的眼光,他的热诚,他的认真,他的细致,以及对待科研工作一丝不苟认真负责的态度,在潜移默化中深深的影响了我。在此,我要再一次向吕老师表示感谢。感谢段老师,感谢他在工作和学术上给予我无私指导和帮助。段老师崇高的事业心,严谨的治学态度和平易近人的长者风范为我的工作树立了榜样,激励我不断地前进。在此向段老师表示最诚挚的感谢和敬意,并送上我最真诚的祝福。感谢安继业师兄,他对我的无私指导、对我的锻炼,都令我受益匪浅,使我懂得了应如何工作,如何思考他一丝不苟的作风、严谨求实的态度、踏踏实实的精神,潜移默化的影响了我感谢南山在平时的工作和论文研究过程中给予我的帮助和支持,感谢实验室黄正行、刘鹏飞、武薇、南山、朱琴、周小甲、张寅升、王利、孙德宇、范武、邵杰、丁慧萃、刘洋、汤月华等同学,与你们共同学习使我受益匪浅感谢高天的、刘裕静、赵会欣、杨桂秋、杜丽萍等同学,在学习和生活中给与我的帮助,与你们一同学习、生活让我度过了一段快乐、难忘的时光。感谢我的家人,感谢他们在精神上和生活上对我毫无保留的支持,感谢他们在我成长的道路上给予的教育、培养和关心,我的每一点进步都和他们息息相关。最后,向所有未提及的其他关心我、帮助我、支持我学的老师、同学、朋友表示由衷的感谢和真挚的祝福。吴小蓉年月日于求是园 浙江大学硕士学位论文摘要摘要临床决策支持系统能依据患者信息进行知识推理,为医护人员开展疾病诊治提供辅助手段,一直是医疗信息化发展的重要方向。临床决策支持系统在临床上应用很大程度上依赖于高效且准确的病人信息获取,传统临床决策支持系统应用时需要通过医生手动输入来获取病人信息,严重阻碍了临床决策支持系统在临床上的应用。在临床决策支持系统不断发展的同时,电子病历在临床上已经取得了成功的应用,但由于目前大部分医疗机构的电子病历间往往存在数据异构性,临床决策支持系统种类繁多信息需求不一致,临床决策支持系统与电子病历系统间存在多对多的数据映射问题,导致临床决策支持系统应用过程中自动信息获取困难。为此本论文开展了下述工作提出并建立了基础信息模型。该模型对决策支持所需的信息进行抽象,定义了表达各类临床决策支持系统信息需求的基本结构,即定义了那些稳定、不变的概念,包括数据类型、数据结构以及基础信息类。对基础信息模型进行实例化时,根据具体信息需求对基础信息类的属性进行数据结构的动态绑定并定义语义来表达特定临床决策支持系统的具体信息需求,从而能够灵活适应临床决策支持系统信息需求的变更,能够实现将临床决策支持系统与电子病历系统间多对多的数据映射问题分解为一对多的数据映射问题。在此基础上,本文提出了基础信息模型及其实例化模型的关系数据库实现方案。为了解决电子病历与基础信息模型实例化模型间存在的模型异构、结构异构、语义异构、数据信息缺失等数据异构性问题,本论文提出了一套可动态配置的异构数据转换方法。该方法首先建立实现数据转换操作的医学逻辑操作符,并使用扩展巴科斯范式对由医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述以消除异构性,能够解决异构性问题,且能够灵活的适应源电子病历数据库的变化。本论文以面向糖尿病、高血压治疗的临床决策支持系统为例,开发了病人信息获取中间件系统原型。该中间件包含病人信息数据库,数据转换模块,以及信息获取接口模块。本文选取了家医院的异构电子病历为实验对象,基于本论文开发的信息获取中间件对份病人数据进行信息获取验证。实验结果协 浙江大学硕士学位论文摘要数据的有效性证明了本文的方法可以面向各类临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,对于解决临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题有重大意义。关键字临床决策支持电子病历数据转换基础信息模型扩展巴科斯范式丁` 浙江大学硕士学位论文,,,刀,一一一,,,,一一一一一,,,,了 浙江大学硕士学位论文,,夕 浙江大学硕士学位论文目录致谢……,……摘要…………目录……第章绪论……引言……,……临床决策支持系统……,……临床决策支持系统概述……,……临床决策支持系统发展现状及亚待解决的问题……,…电子病历系统……,……,……电子病历概念……,电子病历的发展现状……病人信息自动获取问题研究现状……,……研究目标和内容编排,……,……第章面向临床决策支持的基础信息模型研究……基础信息模型总体设计……数据类型……,……数据结构……,……巧基础信息类……病人类及病史类……就诊类建模……观察类建模……认识类建模……干预类建模……基于基础信息模型的病人信息数据库的设计……基础信息类与一模型间的转换……少 浙江大学硕士学位论文数据结构关联···········……小结……第章面向临床决策支持的动态异构数据转换方法……常用数据转换方法……动态数据转换方法设计思想……规则表达式的配置……,……本章小结……第章病人信息获取中间件的开发与实践……,……疾病简介一一糖尿病与高血压……基于基础信息模型的病人信息获取中间件的开发……数据转换系统原型的实现……病人信息数据库的建立……公共病人信息获取接口的实现……小结……实验……,……结果讨论……本章小结……,……第章总结与展望·················……总结……展望……作者简介……参考文献……户 浙江大学硕士学位论文绪论第章绪论引言随着医院信息化程度的不断加深,医生作为医疗行为的主体,在对病人进行诊断和治疗等活动时需要获取、了解和使用的病人信息量越来越大,但是医生作为人类,很难在整个长期的诊疗过程中记住关于病人的所有信息,因此这很容易导致医疗差错。统计结果表明,在美国医疗错误非常常见,平均每年高达例,在业内,控制医疗差错、提高医疗质量、提高病人安全已经成为公认的为最优先和紧迫的任务。鉴于此,年,美国国立医学研究院发表了一篇“人是会犯错误的”的报告,表明大部分的医疗错误是可以通过计算机系统避免的。在耐的报告中也强调了信息技术应用于辅助医生搜集数据、进行临床决策以及管理医疗行为可以有效地减少医疗错误,提高医疗护理质量,为医院节省大量的经济成本。其中应用广泛成果较多的就是临床决策支持系统,即,即将临床数据作为输入数据,将推论结果作为输出,有助于临床医生决策并被用户认为具有“智能性”的软件。大量研究结果表明临床决策支持系统具有提高医疗质量、减少医疗差错、降低医疗费用等方面的作用,“。如年发表于的系统性回顾中显示,项经过严格挑选的随机研究中份发现临床决策支持系统可提高医生的工作质量,这个结果与年同样发表于的的结果相类似。临床决策支持系统临床决策支持系统概述临床决策支持系统是指用人工智能的设计原理和方法来模拟医生给病人看病的这一自然过程,包括观察、诊断以及治疗三个阶段,也即人们通常说的诊疗循环川,如图一所示。` 浙江大学硕士学位论文绪论图一诊疗循环在这个循环中,数据流从观察数据,经过数据解释,将数据应用于治疗。这个循环可实行一次如病人门诊,也可实行多次如住院病人、重症监护的病人。从系统设计的角度来看,观察阶段的主要任务是医护人员尽量获取与患者疾病相关的数据,对病人相关数据理解和挖掘得越充分,关于病人疾病的不确定性就会越小。在获取到了足够的数据后,进入诊疗循环的推理阶段,在这个阶段中,医护人员根据获取到的各种数据结合其自身掌握的知识、经验进行周密地思考,形成对疾病的诊断意见,其中还包括根据患者个体情况提示的一些可能的预后信息。最后,在治疗阶段,由实施治疗的医护人员对患者进行各种生理或心理的干预,通过这些活动改变患者的健康状况,使其达到或接近预期的水平。治疗阶段依赖于诊断和决策分析,而诊断决策分析的准确性则取决于观察阶段的数据获取程度。由此与大多数领域专家系统一样,临床决策支持系统一般由推理引擎、知识库、解释器、工作存储以及人机交互等五个基本部分组成,并且需要与用户进行交换并从外部获取数据,如图一所示'。图一现代通用架构知识库知,是医学决策支持系统的基础,用于存放各种专家诊断知识,包括医学事实和可行的操作与诊断规则等。医学推理引擎所用的知识来源于知识库。 浙江大学硕士学位论文绪论工作存储,用于存放决策所需的病人的初始数据,如出生年月、性别等人口学指标、过敏史、使用中的药物,中间推理数据和诊断结果及一些对结果的诊断处理等。推理引擎,是知识规则应用于问题求解的载体,根据全局数据库的当前内容,利用知识库中的规则,按照一定的推理策略,去解决当前的问题。解释模块负责向用户解释推理的过程,如诊断结论是如何得出的。解释模块具有非常重要的作用,但是不是所有的决策支持系统中都存在此模块。人机接口一是系统与用户进行对话的界面。用户通过人机接口输入必要的数据和信息、提出问题和获得系统对问题的推理结果以及获得系统对结果或用户提问所做出的解释系统则通过人机接口要求用户回答系统的询问。因为治疗阶段依赖于诊断和决策分析,而诊断决策分析的准确性则取决于观察阶段的数据获取程度,从而工作存储即数据中心是决策支持系统的重要组成部分,临床决策支持系统在临床应用很大程度上依赖于高效且准确的病人数据获取。临床决策支持系统发展现状及圣待解决的问题决策支持系统研究通过近五十多年的发展,积累了大量的研究成果,形成了种类繁多,应用各异的决策支持系统。其应用场所涉及医院、社区、家庭其辅助支持对象涵盖了医务人员以及病人及病人家属其功能涵盖了药物禁忌的提醒,病人的特征数据监控,异常情况对医生的提醒,对检验科室的化验结果进行解释,以及更为完善和易读的报告的自动生成等。但是真正为医生所接受并投入实际临床使用的决策支持系统却为数不多,其中一个很重要的原因是由数据自动获取困难而造成的医生抵制。纵观目前大部分的临床决策支持系统,无论用于医院、社区、还是家庭的,用户要获得帮助,都需要用户手动输入病人数据。用于医院的系统如用于中枢神经系统感染诊断和治疗的咨询系统一一峋系统,可以判断感染细菌的种类 浙江大学硕士学位论文绪论并提出临床处理的建议,但是需要用户在计算机上输入患者的临床表现和化验诊断结果,造成了时间的浪费,导致了系统很难在临床中应用口〕。此外用于糖尿病治疗的糖尿病电子管理系统一一,数据也由用户手动输入,系统并没有发展成为商业产品,未能成功的投入临床使用。面向社区的决策支持系统如与美国糖尿病协会合作开发的糖尿病管理软件,使用前需由医生录入全面的糖尿病医疗记录用于家庭的决策支持系统如等人开发的,必须由病人或家属录入数据面向个人的决策支持系统,如美国糖尿病协会的健康危险度量检测工具一一,需要糖尿病患者或危险人群手动输入个人的相关信息一。上述系统必须由用户在使用前输入大量的病人数据,不仅造成了时间的浪费,而且容易引起重复录入的错误,也是对医院数字化资源和人力资源的大量浪费。这一现状使得决策支持效率大幅度降低,医疗工作者的数据录入负担成倍增加,导致临床决策支持系统很难在临床应用推广,该问题已经成为临床决策支持系统发展的重要技术瓶颈。在临床决策支持系统不断发展的同时,电子病历,在临床上已经取得了成功的应用。电子病历中保存管理了数字化的病人医疗记录,即病人在医院诊断治疗全过程的原始记录,包含人口统计学信息、病程记录、检查检验结果、医嘱、手术记录、护理记录等。若能从电子病历中获得病人数据,即可避免临床工作者对已经存在于电子病历中的病人数据重复输入,避免因为重复录入引起的错误,而且节省医院数字化资源和人力资源的浪费,提高决策支持效率。电子病历系统电子病历概念电子病历是医学信息学领域中为解决医疗数据的表达、组织、利用而提出的一个概念。人们对电子病历的认识也处于不断的发展中,国内外对电子病历的称谓及涵义认识也不尽相同,电子病案、电子病历、电子健康记录、、、等各不相同。经过一段时间的发展,电子病历逐渐上升到电子健康记录的层次上,成为国际上对电子病历比较一致的称谓网。根据的定义,电子病 浙江大学硕士学位论文绪论历是一个计算机可处理,与个体健康相关的信息库。该信息库可安全存储和传输,能被多个授权用户访问,具备独立于应用系统的标准化的信息模型,覆盖过去、现在和将来。它的目的是支持连续、高效、高质量的综合医疗保健网。电子病历的发展现状电子病历系统从上世纪年代末开始,经过了几十年的发展,除了数据不断完整,功能不断发展,其应用范围也随时代不断扩大,从最初的临床医生向护理、全科医生等领域扩展,特别是在荷兰和英国,绝大多数的使用计算机来获取病人就诊的信`彭一。随着信息化程度的加深,电子病历开始考虑如何实现跨系统和跨机构的共享。到了世纪,区域性的电子健康档案系统开始成为研究的重点,很多国家开始了国家范围的。年美国总统布什在国情咨文中提出要在年内为绝大多数美国人建立电子病历,从而减少医疗差错、降低医疗成本、提高医疗质量,促进健康。年英国启动了国家发展计划以推动国民医疗服务制度朝向以单个病人为中心的电子医疗记录方向发展【。年由欧洲研究机构发起了电子病历的研究项目一一,以发展普遍适用于欧洲的体系结构。年英国伦敦大学学院和澳大利亚公司联合投资创办了。机构,该机构主要目标是开发开放的、支持互操作的健康处理平台,实现电子病历系统内部以及电子病历系统之间的信息共享。与发达国家相比,我国在医疗信息系统的研究起步比较晚,国内医疗信息化建设开始于世纪年代初期。早期的系统称为医院管理信息系统,系统的应用层次较低,基本上是简单地实现数据的归档和获取【“。在世纪的最后几年里,我国开始了电子病历的尝试,最初的形式是在军卫一号工程中把嵌入其中作为病历文档书写工具,完成的文档通过文件服务器来管理,之后出现了广州军区总医院主持开发的电子病历文档编辑器。年,浙江大学承担了我国的第一个医疗信息化项目《医疗数据融合与临床支持系统》,并基于此开发出了具有结构化病历录入能力的电子病历系统。但是目前我国电子病历仍处于自由发展阶段,各医疗机构正在使用的电子病历系统往往来自于不同厂家,采用的基础技术不同。此外我国医学信息标准很少,这些标准离国际标准相差甚 浙江大学硕士学位论文绪论远。目前现有的标准在信息系统中也未得到从分体现,数据表达缺乏规范化,大量医院使用自定义编码来表达医学概念',不同的电子病历使用不同术语编码表示同一个医学概念,各系统之间兼容性和通用性较差,各医院信息系统成为信息社会发展的一座座孤岛,医院内部各系统之间、医院之间、医院与保险部门之间、医院与行政部门之间均不能做到无障碍信息交换“。病人信息自动获取问题研究现状从上述分析可知,虽然大量研究表明临床决策支持系统具有提高医疗质量、减少医疗差错、降低医疗费用等方面的作用,决策支持系统研究通过近五十多年的发展,逐渐积累了大量的研究成果,但是由于目前大部分临床决策支持系统应用时仍需要通过医生手动输入来获取病人数据,为临床医生接受临床决策支持系统设置了障碍,致使鲜有真正为医生所接受并投入实际临床使用的决策支持系统。若能从电子病历中获得病人数据,即可避免临床工作者对已经存在于电子病历中的病人数据重复输入,避免因为重复录入引起的错误,节省医院数字化资源和人力资源的浪费,提高决策支持效率。但是目前大部分医疗机构的电子病历往往并未基于标准的数据结构,各机构的电子病历系统往往处于异构环境中。要在短期内解决医学统一化标准问题,使各机构的电子病历系统遵循统一的标准,从而输出标准格式的病人数据是不现实的口“划。临床决策支持系统很难理解所有的电子病历中的数据表达方式,那么任何想使用决策支持系统的医院都必须进行数据映射,某机构的电子病历系统中使用良好的决策支持要想应用于不同家的医疗机构,需要重新进行数据映射。而且目前并不存在各临床决策支持系统通用的临床信息模型,我们不能保证另外一个决策支持系统需要的数据与该决策支持系统一致,在同一家医疗机构使用不同的决策支持系统,需要重新进行一次数据映射。因此决策支持系统与电子病历间存在多对多的数据映射问题,例如有两家医院分别使用不同的电子病历系统及与决策支持系统,要使这两个决策支持系统在两家医院均能使用,需要进行次数据映射。如果再加入一家医院也有不同的电子病历系统及决策支持系统,要使得这些决策支持系统在各个医院均能使用,则需要增加次数据映射,如图一所示。 绪论浙江大学硕士学位论文窖黔它习彝卿一任二丁一三丫一一丫一丫一弩图一直接映射方法为了实现从各异构的电子病历系统中自动获取病人数据,实现决策支持系统的跨机构共享,国外的一些研究者提出建立一个能表达各类临床决策支持系统的病人信息需求的统一的通用信息模型一,。该模型仅描述数据的结构以及数据彼此之间的联系,与任何一种具体的技术以及实现环境无关。各类决策支持系统均可利用通用信息模型获取电子病历中的病人信息。通过这种方式只需将各异构的电子病历数据映射到该通用的逻辑信息模型一致的形式,则各类决策支持系统均可使用转换而来的数据,从而屏蔽了数据源系统异构性,降低了电子病历数据库与决策支持模块的祸合程度,也保证了在访问异构数据基础上原有数据的权限没有被侵犯,显示了在不同的电子病历系统中使用同一临床决策支持系统的可能性。当有两家医院分别使用不同的电子病历系统及与决策支持系统,要使得两个决策支持系统在两家医院均能使用,只需进行次数据映射。如果再加入一家医院也有不同的电子病历系统及决策支持系统,要使得决策支持系统在各个医院均能使用,只需要增加次数据映射,如下图一所示。由旅伏橄夕日晗系筑趁二缪…缪卿黔臀鬓丰漏睁…森决瘫麦犷蠢云琉荞弩含盯终莎落注井鉴吮戮书哭环沁毛荃圣斗莱缓犷憋…介彝粼鲜龄鳝孵今绅终,…图一通用的信息模型 浙江大学硕士学位论文绪论研究目标和内容编排临床决策支持系统在临床上应用很大程度上依赖于高效且准确的病人信息获取,传统临床决策支持系统应用时需要通过医生手动输入来获取病人信息,严重阻碍了临床决策支持系统在临床上的应用,研究如何从异构的电子病历系统中自动获取病人信息具有非常现实的价值。由于目前大部分医疗机构的电子病历并未基于标准的数据结构,不同机构的电子病历间存在数据异构性,而且临床决策支持系统种类繁多,信息需求细节差别很大,临床决策支持系统与电子病历间存在多对多的数据映射问题。通过研究并建立一个能表达各类临床决策支持系统的病人数据需求的通用信息模型,可以将电子病历与临床决策支持系统间多对多的数据映射问题分解为通用信息模型与电子病历间一对多的数据映射问题。由于临床决策支持系统正在不断的发展,其信息需求也在不断的变化,研究一个适用于所有临床决策支持系统的信息模型需不断调整以适应各临床决策支持系统的发展。为此,本文提出并建立了基础信息模型,该模型对决策支持所需的信息进行抽象,定义了适用于各类临床决策支持系统的通用数据类型、数据结构以及基础信息类。该模型只对那些稳定的、不随决策支持系统需求变化而变化的概念进行建模,即本文的基础信息模型中只包括了那些一般性的概念,如“体格检查”不定义具体的体格检查项目名称。在实际使用基础信息模型表达临床决策支持系统所需信息时,即在对基础信息类进行实例化时,根据语义对基础信息类的属性进行数据结构的动态绑定并定义语义约束来表达特定临床决策支持系统的具体信息需求。采用该方法能灵活适应各类临床决策支持系统对病人数据获取的细节差别,能够适应临床决策支持系统需求的变更。在此基础上,本文提出了基础信息模型及其实例化模型的关系数据库实现方案。为了解决电子病历与基础信息模型实例化模型间存在的模型异构、结构异构、语义异构、数据信息缺失等数据异构性问题,本论文提出了一套可动态配置的异构数据转换方法。该方法首先建立实现数据转换操作的医学逻辑操作符,并使用扩展巴科斯范式对由医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述以消除异构性,避免了传统基于硬编码的数据转换方法的不足,可以实现不同的电子病历系统与病人信息数据库间的数据转换,本文方法的总体结构如下图一所示。 浙江大学硕士学位论文绪论瘫蘸疾瘾持鑫痴实例化数据转换模块图一方法总体框架最后本论文以面向糖尿病、高血压诊断的临床决策支持系统为例,开发了病人信息获取中间件系统原型。该中间件包含病人信息数据库、数据转换模块、以及信息获取接口模块。本文选取了家医院的异构电子病历为实验对象,基于本论文开发的信息获取中间件对份病人数据进行信息获取验证。实验结果数据的有效性证明了本文的方法可以面向各类临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,对于解决临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题有重大意义,也为实现临床决策支持系统的跨机构共享提供了基础。 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究第章面向临床决策支持的基础信息模型研究上一章中介绍了临床决策支持系统的发展现状,指出由于目前不同机构的电子病历间存在数据异构性,而且临床决策支持系统种类繁多,虽然信息总体需求一致,但细节差别很大,临床决策支持系统与电子病历间存在多对多的数据映射问题。通过研究并建立一个能表达各类临床决策支持系统的病人数据需求的通用信息模型,可以将电子病历与临床决策支持系统间多对多的数据映射问题分解为通用信息模型与电子病历间一对多的数据映射问题。但是研究一个适用于所有临床决策支持系统的通用信息模型需要不断调整以适应各临床决策支持系统的发展。因而,本文提出并建立了基础信息模型,该模型对决策支持所需的信息进行抽象,定义了表达各类临床决策支持系统信息需求的基本结构,即定义了那些稳定、不变的概念,包括适用于各类临床决策支持系统的通用数据类型、数据结构以及基础信息类。在对基础信息类进行实例化时,根据语义对基础信息类的属性进行数据结构的动态绑定并进行语义约束来表达特定临床决策支持系统的具体信息需求,下文对本文建立的基础信息模型进行详细分析。基础信息模型总体设计本文建立基础信息模型的目标是能够表达各类临床决策支持系统对病人信息的不同需求,能够适应临床决策支持系统的发展变化。本文首先对临床决策支持系统信息需求进行分析,并定义一套能够表达临床决策支持系统涉及到的各种数据的数据类型。为了便于表达复杂的医疗信息,本文还定义了单值结构、树结构等数据结构。通过这些数据结构可以灵活的表达各种类型的信息。在此基础上,论文对临床决策支持系统涉及到的病人信息进行抽象,设计了表达临床决策支持系统所需信息的基础信息类,以及信息的特性,即类的属性,信息之间的关系表现为类之间的关系。考虑到临床决策支持系统就是用人工智能的设计原理和方法来模拟医生看病的观察、诊断和治疗过程,且临床决策支持系统是围绕某个病人的某次临床场景展开的。本文对临床决策支持系统涉及的 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究不同阶段的医疗活动自身的特性进行分析,抽象出包含一般性概念的观察类、认识类、干预类信息,并且抽象出包含患者的人口统计学信息及病史信息这些不随病人的就诊次序变化的病人类,及包含患者某次就诊相关信息如就诊时间,类型等的就诊类。从而支持“以病人为中心”按就诊次序的病人信息管理,便于在推理过程中迅速获取所有与个体某此就诊相关的医疗健康信息,下图一显示了本文设计的基础信息模型的总体结构。卜一扮一牛飞犷墓砷信息模型耳、一一曝爵酵靡羹瓣爵靡熬蒸薰黔红`一一“娜认丫“、赞渔一、一令、屯林叔、瘫慈一汰一一一一`点共赢一一、一、一赢、裕万图一基础信息模型总体结构本文所定义的基础信息模型只对那些稳定的、不随决策支持系统需求变化而变化的概念进行建模,即本文的基础信息模型中只包括了那些一般性的概念,如“体格检查”不定义具体的体格检查项目名称。在实际使用基础信息模型表达临床决策支持系统所需信息时,即在对基础信息类进行实例化时,根据语义对基础信息类的属性进行数据结构的动态绑定并定义其约束关系来表达特定临床决策支持系统的具体信息需求。如本文设置实现体格检查类的属性为复合结构,在实例化时,通过对属性绑定特定的数据结构实现对具体实验室检查的表达,预表达指数,则设置属性为单值结构即可表达指数,如下图一所示 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究“指数”、乞“,,“,,图一指数的表达通过绑定不同的数据结构,即可应用不同的数据结构灵活的表达不同的检查数据,预表达血压,则设置属性为树结构,从而能够表达收缩压、舒张压、体位等多种信息,如下图一所示。通过这种方式能灵活适应各类临床决策支持系统对病人信息获取的细节差别,能够适应临床决策支持系统需求的变更。通过对基础信息类建立不同的实例即可基于原有的基础信息类、底层数据类型、数据结构处理不同的决策数据,能够灵活的表达各类决策支持系统的数据需求,能够适应临床决策支持系统的发展,下文对本文数据类型、数据结构及基础信息类的设计进行详细分析。“血压”“收缩压”“舒张压”“,,、乞“,,、乞“,,“”升“,,升“,,升“图一血压的表达数据类型由于临床决策支持系统涉及到的病人信息种类非常丰富,包括各种实验室检查结果、体格检查结果、医学影响检查结果等。采用传统的数据类型集,如数据类型集显然无法很好的描述数据类型,如时间的表示,只有一种表示,而决策支持系统往往需要多种时间的表示,有时只需要精确到日,有时需要精确到秒,有时需要表达一个时间段。为此本文首先对临床决策支持系统信息需求进行分析,并定义一套能够表达临床决策支持系统涉及到的各种数据的数据类型。为了便于表达复杂的医疗信息。在此之前本文首先对临床决策支持系统所需数据 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究的特性进行分析。考虑到临床决策支持系统就是用人工智能的设计原理和方法来模拟医生看病的观察、诊断和治疗过程,临床决策支持系统涉及到的数据均来源于纸质病历,依照这种设计思路,对决策支持系统涉及到的病历数据类型进行总结如下表一所示。表一数据类型分析数据数据类型病人主述、现病史、既往史、婚育史、家族史等文本型生命体征、血、尿等检查结果数据数值型检查检验时间、就诊时间、病史时间等时间型在此基础上本文针对时间型、文本型、数值型数据定义了一组数据类型,分别如表一、表一表一所示。表一时间型数据类型数据类型名称说明示例用于描述现实世界中的时间点,精确到分胰岛素注射时间用于描述现实世界中的时间点,精确到小时吃药时间用于描述现实世界中的时间点,精确到天就诊日期用于描述一个时间区间,精确到天发病时间区间表一文本型数据类型数据类型名称说明示例文本数据类型症状描述字符串药名电话号码病人电话邮政通讯地址数据,如家庭住址或办公地址等病人住址专用于描述人或者物品名称病人姓名表一数值型数据类型数据类型名称说明示例枚举类型性别`男女,或未填用于描述布尔类型或仅具有两种取值的数疾病史,`有无,据整数类型身高实数类型总胆红素以小于某值的方式描述的不确定性的数据血糖值低于某值以大于某值的方式描述的不确定性的数据血糖值高于某值 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究此外考虑到本文建立的信息模型要从其它传统的电子病历数据库中获取数据,而不同的数据库有不同的数据类型集,即便是不同的关系数据库产品定义的内部数据类型集也不相同。本文所定义的数据类型要能够与目前广泛应用的数据库产品的数据类型集相兼容,也即其它数据库类型集中的各种数据类型,通过施加一定的约束也能够用本文的数据类型来表达,这为从目前已经存在的电子病历系统中获取数据奠定了基础,下表一、表一分别显示了目前广泛应用的关系数据库产品、数据类型集如何转换到本文的数据类型,如通过约束中精确到小时可以实现本文的数据类型。表一基础数据类型与数据类型的转换表分类基础数据类型数据类型约束时间精度转换精确到分型数据精度转换精确到小时肚长度限制及格式限制文本型数据盯长度限叙及格式限制长度限制及格式限带盯盯长度限带数值型数据盯盯长度限制,,长度限带及格式限带时长度限带及格式限叙 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究表一墓础数据类型与数据类型的转换表分类基础数据类型数据类型约束时间精度转换精确到分型数据精精度度转转换换精精确确到到小天时盯长度限制及格式限制文本灯型数据盯灯盯盯长度限制及格式限带盯盯长度限带及格式限带肛长度限带数值枚举类型性别`男女'或未填型数据灯灯长度限带长度限制盯盯长度限带及格式限带盯长度限制及格式限带数据结构为了便于表达复杂的医疗信息,在上述各基本数据类型之上,本文还定义了单值结构、树肠结构、复合结构等复合数据类型》用于表达单个值,如指数》树结构,可以用于表达一组值,如血液检查结果》结构,可以支持单个数据项、树结构二种数据形式,具有最大的灵活性,在建立数据模型时,若数据结构不确定则采用该数据结构实际中应该采用那种数据结构来表达临床信息,取决于具体的信息需求,如血压为结构、血液检查采用结构、指数为结构。具体需要记录哪些数据项,由决策支持系统的需求决定,如血压测量中可能包含收缩压,舒张压,平均动脉压,中心静脉压,以及患者测量时所处的状态如体位、是否运动等,测量部位,测量仪器等多项相关信息,大多数情况下只需要记录收缩压和舒张压两项数据。下图一、图一、图一分别显示了指数、血压、 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究血液检查项目的表达。“指数”“”“,,图一指数实例二“血压”“收缩压”二“舒张压”“”“,,、傲“,,、傲“”“,,“”二“,,图一血压实例“血液”二“空腹血糖”“餐后两小时血糖”“,,“,,“,,`升“,,“,,,图一血液检查项目基础信息类上文定义了基础数据类型、数据结构,在此基础上,本文对决策支持数据需求进行抽象后定义了基础信息类,并进一步围绕这些基础信息类,对它们的内部属性以及外部组织方式进行建模。为此本文首先分析临床决策支持系统涉及的信息需求。考虑到临床决策支持系统就是用人工智能的设计原理和方法来模拟医生看病的观察、诊断和治疗过程,包括病人数据收集、医生医学知识和经验收集、病人情况和医学规则匹配、解释匹配结果以及给出建议等过程。依照这种设计思路,论文对临床决策支持系统涉及的不同阶段的医疗活动自身的特性进行分析, 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究抽象出描述患者的人口统计学信息及不随就诊次序的变化而变化的个人史,家族史,过敏史等病史信息的病人类并且抽象出包含患者某次就诊相关信息如就诊时间,类型等的就诊类,及与就诊相关的包含一般性概念的三类信息》观察信息指对患者健康状态进行客观观察、测量相关数据,这些信息可以用来表示患者当前的健康状态》认识信息指对患者健康状态进行主观评估,形成的某种确定性认识》干预信息指一些治疗、护理等手段,对患者健康状态进行改变的医疗保健行为本文抽象出的基础信息类及类间的联系如下图一所示,从而支持“以病人为中心”的信息管理,并且支持按就诊次序管理病人信息,便于在推理过程中迅速获取所有与个体某此就诊相关的医疗健康信息。病人人口统计学信息及病史信息观察类认识类干预类图一墓础信息类总体设计基于上述分析,我们定义了信息模型的核心结构,其中、、玩、、、仃分别表示上述的观察类、认识类、干预类、就诊类、病人类、病史信息,病人类从整体上管理各类病人信息,在具体实现时针对每个个体建立唯一一个类的实例,临床决策支持系统可以通过该实例访问病人的所有相关信息。病人类包含病史类及就诊类,就诊类又包含观察类、认识类、干预类,如下图一所示。 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究赌史脚伽犷雾一公”甲粗康共劝加自初山晰翔钱洲共`物娜旧》细翻共伪艘山翻如肠翻侧月比甘一川一万玛柑拍食万加雨愉拼付自比示亡南。湘州牛晌吟飞钾碑三川盯如必诊拍一一硕山叮尤七一一图一核心类及其结构上图一显示的六个核心类包含的信息内容又有不同的特点,如观察类中,体格检查和实验室检验各自具有不同的特点,实验室检验信息需要描述检验的样本,而体格检查不需要。论文根据信息内容自身特点,在“病人类”等六个核心类的基础上派生出来过去史叮类、个人史汀类、家族史叮类、体格检查类、实验室检查类汕等十几个子类,以表达各种具体类型的病人信息,其总体结构如下图一所示。斗人史护妇灿如曰目目比份幼一火二扭口工跳处姗巨呀》一次一它笼鑫会口妇睡湘抽妞件勃一一牛一二鑫翻更呀峨匆城盆价翻在附四自盯》宁、议三于界八摘一一井,万苏,渗·一万一厂一卜的伪自麟山喃孰翻血。`杯一川州尸护认供稀挑内目李…丫二乖一、一扛一万尸一份翻拍资《升加白眨知梦生盛旅拍盗庵礼目泛幻好赞翻灯曲曰吐肠映〕一书扮心`目》一二一一川一卜一爪日翻明耳了手术》口曰嘴狡食》撼动布〔翻山`加自》一一图一基础信息类总体结构下文对病人类、观察类、认识类、干预类及其派生类进行详细分析。 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究病人类及病史类病人类包含病史类,从病史类派生出过去史表达以往健康状况,曾患何种疾病,个人史类以表达个人生活习惯,饮酒吸烟等,家族史表达父母、兄弟、姐妹及子女健康情况,其整体结构如下图一所示。图一。病人类整体结构其中病人类包含以下属性》病人的唯一标识符,通过该标识符可以获取病人的各类信息,属性类型为,》病人信息首次出现的时间,属性类型为》病人姓名,属性类型为》病人性别,属性类型为》病人年龄,属性类型为》病人民族,属性类型为》联系地址,属性类型为》电话,属性类型为病史类包含下述属性》唯一标识符,属性类型为除了从病史类继承的所有属性外,除过去史还包含以下属性》病人曾患病的疾病名称,属性类型为》用药情况,属性类型为 浙江大学硕一卜学位论文基础信息模型研究其中及属性均采用肠结构,在实际应用中对“过去史类”进行实例化时,及属性的具体含义依赖于对对数据结构及属性值的约束。下图一、图一分别显示了糖尿病史、用药情况的表达。“糖代谢异常”“有无异常”“发现时间”“类型”“”珑“有”、恤“,,“型”、傲“,,“',“,,“,,“,,图一“过去史”属性的实例树结构“药物”日二“药品类型”“药品名称”“剂量”“,,“有”“”“型”“,,“”“,,“”“”图一“过去史”属性的实例树结构除了从病史类继承的所有属性外,个人史包含以下属性》个人史类型,如抽烟、饮酒、运动,属性类型为》单次总量,如每次抽烟根数,属性类型为》频率,如每周运动多少次,属性类型为除了从病史类继承的所有属性外,家族史包含以下属性》父母、兄弟、姐妹等患病情况,属性类型为采用树肠结构,在实际应用中将“家族史类”实例化时,的实现方式如下图一所示。 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究“糖代谢异常”“父亲”“母亲”“兄弟”日“,,“有”“有”“有',、妞“”“,,“”“”“”图一“家族史”属性的实例树升结构除了从病人类继承的所有属性外,过敏史包含以下属性》过敏药物名称,属性类型为》过敏药物类型,属性类型为》药物过敏时间,属性类型就诊类建模“就诊类”指患者某次就诊相关信息如就诊时间,类型如门诊、急诊、住院、专家会诊、社区保健等,包含以下属性》唯一标识符,属性类型为》就诊类型标识,如门诊、急诊、住院,属性类型为》就诊时间,属性类型为》就诊地点,属性类型为观察类建模观察类派生出体格检查类场以表达指数、心率等体格检查信息,实验室检查类以表达血尿酸、甘油三醋等实验室检查信息,其整体结构如下图一所示。除了从病人类继承的所有属性外,“观察类”指对患者健康状态进行客观观察、测量相关数据,包含以下属性》观察值的唯一标识符,属性类型为》检查时间,属性类型为 浙江人学硕士学位论文基础信息模型研究图一观察类整体结构除了从观察类继承的所有属性外,体格检查类包含以下属》体格检查结果值,及各种细节信息,如进行血压测量时被测者的体位、采用的测量方法等内容,属性类型为结构。实际应用中对体格检查类坤进行实例化时,属性的具体含义依赖于数据结构的动态绑定及语义约束,如通过设置属性为结构并限制名称为收缩压、及舒张压,即可表达血压,如上图一所示实验室检查类包含以下属性》体格检查结果值,如收缩压,属性类型为恤结构,在实际应用中对实验室检查类实例化时,属性的具体含义依赖于数据结构的动态绑定及语义约束》检验的样本,如尿,属性类型认识类建模“认识类”指对患者健康状态进行主观评估,形成的某种确定性认识,包含以下属性》唯一标识符,属性类型为》疾病名称如糖尿病,属性类型为》升疾病类型,如型,属性类型为》危险级别,如中度、轻度,属性类型》解释性文字,解释作出当前诊断的依据,属性类型干预类建模干预类派生出治疗计划类以表达治疗计划, 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究目标类以表达治疗目标,其整体结构如下图一巧所示。找藏麦麟攀翔藤幽南翻助舞夔鳃馨粼俏魏毅绷考猫肖翻脚旅麟鑫耀猫鞭绷纷璐娜蒸粼黝耀薰蒸黔潜淤井缪脚理嘴踢渊窦摹鬓聋馨霆场蕊粼缪摧续翻粼撇魂鞭翔勿爵熬馨巍撇瀚翻痴翻肠珍瀚鬓馨耀耀粼蘸黝薰黝图一干预类整体结构其中治疗计划类是个抽象类,在实际中并不会被实例化,从其派生出药物、斗手术、饮食、运动四个类分别表达将要进行的药物、手术治疗及饮食、运动情况。干预类共有属性建模》唯一标识符,属性类型为》干预的开始时间,属性类型》干预的结束时间,属性类型药物类包含以下属性》翻药品类型,属性类型》药品名称,属性类型》药品剂量,属性类型》用药途径,如口服、注射笔等,属性类型》用药频率,如一日次,属性类型手术类包含以下属性》手术名称,属性类型》麻醉方法,属性类型饮食类包含以下属性》饮食类型,如糖尿病一普食,属性类型》每天摄入的总能量卡路里,属性类型》碳水化合物总量,属性类型 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究运动类包含以下属性》帅运动类型,如轻度运动、中度运动,属性类型》每周运动天数,属性类型》每次运动持续时间,属性类型目标类包含以下属性需要控制的指标名称,如收缩压,属性类型控制范围,属性类型基于基础信息模型的病人信息数据库的设计为了实现面向各类临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,首先需要基于基础信息模型建立适用于特定临床决策支持系统的病人信息数据库,基于基础信息模型建立数据库还要考虑数据的物理存储问题。基础信息模型是一个面向对象的信息模型,它对于实现技术并没有特别的要求,考虑到目前国内大中型医院信息系统采用的主流存储技术仍然是关系数据库,采用同样的关系数据库可以在一定程度上降低数据共享成本,而且关系数据库在技术上比较成熟,本文采用了关系数据库,将基础信息模型中的各个基础信息类以关系表的形式进行存储。基础信息模型根据语义对基础信息类的属性进行数据类型、数据结构的动态绑定以适应不同临床决策支持系统的不同信息需求,具有很强的灵活性,各种信息全部基于底层稳定的数据类型和数据结构进行表达,这给物理存储带来了一定困难,论文设计了如下的两种实现方式》基础信息模型中的每个类转换为关系模型中的表同时,为每种底层的数据结构分别建立关系表,如表、表。这种方式可以方便地获取任何一个类的任何一个属性。但是,存储和访问任何一个具体数据项时,都需要联合操作多张表,数据访问效率很低》基础信息模型中的每个类转换为关系模型中的基础信息表,每种具体的数据结构转换为关系模型中的表,并与基础信息表相关联,如指数表、血压表,并与体格检查表相关联。根据具体的数据需求,为每个表设计适当类型的字段。对于实际从电子病历中转换而来的数据,根据其检查项目名称存储到相应表中。按照这种方案,虽然表的数量较方案一有所增加,但可以 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究为每类临床决策支持数据采用最合适的结构存储,兼顾了数据冗余性与访问效率经过综合考虑,本文采用第二种方案实现基础信息模型向关系数据库表的转换,如图一所示,虽然数据库中许多详细的表是针对具体的检查类型进行设计的,但由于病人检查类型是有限的,且检查数据在稳定的数据结构的基础上定义。因此整个病人信息数据库从根本上并不受到具体数据的影响,而是与底层的基础信息模型相关,能够保持稳定性。在特定决策支持系统具体应用时,或者随着决策支持系统的发展,产生了新的检查数据,对应于物理实现,保留原有表不变,同时增加一张相应的关系表到数据库中,就能确保病人信息数据库适应各类决策支持系统的信息需求、适应决策支持系统需求的变更。下文对本文的方案进行具体分析。关联基本实体实例化实体基砂信息模型语义约未图一基础信息模型的关系数据库实现方案基础信息类与一模型间的转换基础信息模型中的类转换成一模型中的实体,类属性转换为实体的属性,类中的属性类型对应数据库中的数据类型,类中的属性类型若为、、等基础的数据类型,则选用与基础数据类型相对应的数据类型,详见节中定义的基本数据类型与关系数据库数据类型的映射关系表。若属性类型为单值结构、树肠结构、复合结构,则采用型表示,下图一显示了病人类与一模型间的转换关系。 浙江人学硕士学位论文基础信息模型研究脚人典护映妇谧峥已睡如到加娥麟牡于月,万怕,万吻必诱一”抽摺咏妇山巨州纂粼怨乳万御脚帅麟了如`认拭尸口病人图一病人类与一模型的转换然后我们将类间的关联关系转换为实体间的联系,下图一显示了核心类及核心类间的组织方式与一模型间的转换。晓人畏禅月李、一泣豁漏一一二黔爪一月票裘云岩黔、一翻趁翻」霖一一丝神,一拼一卜性们、相自`自加,图一类间的关联关系与实体间联系的转换关系 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究对于类间的继承关系相应的转换为实体间超类与子类的关系,如下图一所示。粗雍姿优七”川哪溯类州确化报“麟,捅献、林摘拍资类砚内峭如峨口〕埃必蜜粉浇奏越目曦翻拍》叭翻诊厅〔时多饮”城兰,幽七泪翩声旅淡相肛今那渊加狱软角匆观察体格检查实验室检查图一继承关系与实体间超类子类关系的转换通过这种方法将基础信息模型的总体结构转换为一模型如下图一所示个人史过去史家族史过敏史病人·病史体格检查观察·就诊·认识实验室检查干预药物手术饮食运动目州图一基础信息模型与一模型的转换 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究通过这种方式可以实现基础信息类及其内部属性以及外部组织方式与一模型间的转换。数据结构关联本文通过对基础信息模型进行实现时,对基础信息类的属性进行数据结构的动态绑定并进行语义约束来表达特定临床决策支持系统的具体信息需求,为此本文设计了对单值结构、树结构进行语义约束后的具体的数据结构与一模型间的转换方法,通过与由基础信息类转换而来的基本实体建立关联以实现数据结构的动态绑定,本文的设计方案如下首先对于每一种具体的数据结构本文均转换为一模型中的实体,对于单值结构,将名称的约束值转换为实体,将取值转换为属性。下图一、图一分别显示了以单值结构表达的指数、以树结构表达的血压与一模型中的实体属性间的转换。闪“指数”、妞“,,“,,指数图一单值结构与实体的转换指数 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究“血压”“收缩压”“舒张压”““”、乞“,,、妞“,,“,,“,,勺“,,血压图一树结构与实体的转换血压然后将上述这些由具体的数据结构转换而来的实体与由基础信息类转换而来的基本实体建立关联,如从观察类派生出的体格检查类含有这个采用结构的属性,通过绑定树结构并对其施加语义约束以表达血压等检查数据,通过绑定单值结构并对其施加语义约束以表达指数等检查数据,从而实现具体体检查信息的表达,下图一显示了血压及指数与一模型间的转换,即分别将血压、指数结构转换为实例化实体,并与体格检查类转换而来的基本实体建立联系,如下图一所示。 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究卜悄翻困然羲劝绷翻姗俪勃貌升轰畔止雍碗潺茹鑫“血压”绷籍装翻魏襄摘肺晌暇抽响薪薄篡攒攒簿诀「赫福扭一交”坪,,二舒“张压”“,,一一'”“,,、乞“,,一'`'`”“,,仰“,“”、乞“,,乃“,少夕包户当丝…二丈含丝型鳖幽型体格检查指数检查号血压图一数据结构关联体格检查实体与血压及指数的关联小结为了解决由不同电子病历间存在数据异构性、各临床决策支持系统信息需求不一致引起的临床决策支持系统与电子病历系统间多对多的数据映射问题,需要研究并建立一个能表达各类临床决策支持系统的病人数据需求的通用信息、模型,从而将电子病历与临床决策支持系统间多对多的数据映射问题分解为通用信息模型与电子病历间一对多的数据映射问题。由于临床决策支持系统种类繁多,信息需求细节差别很大,临床决策支持系统处于不断的发展中,信息需求不断变化,研究一个适用于所有临床决策支持系统的信息模型需不断调整以适应各临床 浙江大学硕士学位论文基础信息模型研究决策支持系统的发展。因此,本论文提出并建立了表达各类临床决策支持系统信息需求的基础信息模型,该模型对决策支持所需的信息进行抽象,定义了表达各类临床决策支持系统信息需求的基本结构,即定义了那些稳定、不变的概念,包括适用于各类临床决策支持系统的通用数据类型、数据结构以及基础信息类。对基础信息模型进行实例化时通过数据结构动态绑定并定义语义约束以表达特定临床决策支持系统的信息需求,即根据语义对基础信息类的属性进行数据类型、数据结构的绑定并定义其约束关系。当临床决策支持系统具体信息需求变化时,只要重新根据语义对基础信息类的属性进行数据类型、数据结构的绑定并定义其约束关系,即可基于原有的基础信息类、底层数据类型、数据结构处理不同的决策数据。底层的基础信息模型不受各类临床决策支持系统具体信息需求的限制,也不受临床决策支持系统的发展的影响,从而能够灵活适应各类临床决策支持系统对病人信息获取的细节差别,能够适应临床决策支持系统需求的变更。该模型的研究是实现从电子病历中自动获取病人信息,解决临床决策支持系统应用过程中面临的信息获取困难问题的基础。 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究第章面向临床决策支持的动态异构数据转换方法第二章中提出并建立了基础信息模型,并且设计了基础信息模型的实例化方案。接下来要解决的问题是如何将电子病历数据库的数据转换为基础信息模型实例化模型一致的形式。由于目前大部分医疗机构的电子病历往往并未基于标准的数据结构,不同机构间的电子病历间存在数据异构性,前文建立的临床决策支持基础信息模型的实例化模型与电子病历系统间存在各种类型的数据异构性。本文对全军规模最大的综合性医院解放军总医院、大型综合性三甲医院福州总医院及浙江某社区医院的电子病历数据进行分析,并总结这些电子病历与基础信息模型实例化模型间的数据异构性如表一所示。表一电子病历与基础信息模型实例化模型间的数据异构性异构类型描述示例电子病历实例化模型结构异构电子病历系统中信息比决包括管理、财政等复与推理相关的病人策支持复杂杂的信息信,息数据信息缺失某些数据项漏填血糖漏填需要血糖数据类型异构同一数据采用不同的数据类型语义概念不同的名称表示同一概念`,异构级语表义异目标数据由源数据计算而`身高、体重'`,达方构来式或值级量纲不统一血`压出单生位日期`''``年龄,,内容语义上不`血压'`收缩压、舒张压'异构术数语值不记录统一有误有多余小数性空别腹血`糖,`'`'几」,同点,小数点用句号表示等空腹血糖`。'`'无明确的数值只有说明信餐后血糖`升高'明确的数值息而无结果,结果用区间表示空腹血`一'明确的数值如何消除基础信息模型与电子病历间存在的上述数据异构性,将各异构的电子病历中的病人数据转换为与基础信息模型实例化模型相符合的数据形式,供决策支持系统使用,是本节要重点讨论的内容。 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究常用数据转换方法提取电子病历中的数据,消除异构性,转换为临床决策支持系统中所需的数据,属于数据转换的范畴,本文首先对目前其它领域广泛应用的三种数据转换方法进行总结分析】。数据转换工具为了支持数据库间的数据交换,数据库及应用软件厂商对进行功能扩展,提供了一系列将外部文件中的数据转移到本身数据库表中的数据装入工具。如提供了一个非常简单方便的数据导入导出工具一一“导入导出向导',,,提供将外部文本文件中的数据转移到数据库表的数据装入工具。但是这些数据转换工具与结合紧密,不是独立的软件产品,通用性不足,必须首先运行该数据库的前端程序才能运行相应的数据转换工具,如果目的数据库不是数据库转换工具所对应的数据库,数据转换工具就不能再使用。目前还没有一种工具能够适用于所有异构数据库的交换,并且使用这些工具通常需要几步才能完成转换,且多用手工方式进行转换,设置工作较为繁琐。中间数据法中间数据法沁比较简单,它在实现两个数据库之间的转换时,首先依据关系定义、字段定义,从源数据库中读出数据,将源数据转换为特定格式的中间数据库,然后通过中间数据库再写入到目的数据库中,从而实现了数据格式的统一,解决了异构问题,如图一所示。图一中间数据转换法双模式数据转换法双模式数据转换方法由高建强'等人提出的,针对各种结构不同的数据源,先运用适当的适配器将其转换为一种中间数据形式,然后将一组中间数据按照事先指定的规则变换成另一种中间数据,最后使用适当的适配器将变换的结果转换为对应特定数据源的结果数据,如图一所示。 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究卿魄彝国徐演藕攒图一双模式数据转换适配器封装了数据访问方法和传输途径的细节,它专注于访问不同种类的数据源,将各种各样的物理数据转换为统一格式的中间数或者反之,从而将复杂的数据源兼容性工作分离出来,可以大大提高系统的开发效率和健壮性。数据变换部分则专注于操作统一格式的中间数据,按照指定的规则将一组中间数据变成另一组中间数据,而不关心这些数据在外部的实际存储形式以及传输方式。通过这种方法,极大地降低了数据变换部分与实际数据资源的祸合度,更利于实现与实际物理数据格式无关的数据变换逻辑,从而极大地增强了系统的内聚性。如果源、目标方有一方发生变化,通过更新转换规则,即可完成转换,不会影响到对方。该方法已经应用于很多领域,如企业间的信息交互、水利数据库间的数据转换综上所述,目前常用的数据转换方法有三种,其中专用的数据库转换工具具有一定的局限性,缺乏通用性、易用性。中间数据法容易引起信息损失且依赖于中间数据库灵活性差。双模式数据转换方法具有较强的转换能力,及较高的灵活性。近年来,研究者更加侧重于双模式数据转换方法,该方法已经应用于很多领域,但是目前的文献显示该方法未应用于医疗领域。而且在转换规则的设置上并没有形成一种被广泛接受的可以动态配置的解决方法,有的规则设置工作繁琐,有的规则通过函数实现,更新规则需要重写代码修改函数,可配置性差。此外由于医疗系统的特殊性,不同医院的系统使用的医学术语各异,术语更新周期短,这就需要对转换规则不断的更新,方可确保数据转换双方对数据的含义达成一致的理解。因此本文针对电子病历与病人信息数据库间存在模型异构、结构异构、语义异构、数据信息缺失等数据异构性问题,在双模式数据转换方法图一所示的基础上,通过建立实现数据转换操作的医学逻辑操作符,并使用扩展巴科斯范式 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究对由医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述,从而提出了一套可动态配置的异构数据转换方法,下文对本文的设计思想及方法的实现过程进行详细介绍。动态数据转换方法设计思想本文提出的可动态配置的异构数据转换方法转换的总体结构如下图一图一所示。首先,抽取源电子病历系统关系模式数据转换为源数据文档。在进行数据转换时,动态加载事先生成的转换规则文档,逐条解析转换规则,对源数据进行计算,最后输出结果到目标数据文档。转换结束,解析目标数据文档,存入临床决策支持系统病人信息数据库中,即可完成电子病历系统向临床决策支持系统的数据转换。图一可动态配置的异构数据转换方法数据转换的主要工作是在源、目标模式间配置转换规则并进行数据转换,即先确定源、目标模式间的对应关系,并根据对应关系添加规则表达式用于数据转换。本文采用如下的方式配置转换规则首先进行模式转换,分别构造能够表达电子病历和病人信息数据库模式信息的源、目标模式。然后逐一指明每个目标模式中叶节点与源模式中叶节点间的对应关系,从而确定每一目标数据项是由源模式中的哪些数据项转换而来。此后添加规则表达式以消除源、目标模式间的异构性。最后创建一份转换规则文档,保存对应关系及规则表达式。每一条转换规则包括源、目标节点名及规则表达式,有多少个目标叶节点,就有多少条转换规则。规则表达式的生成过程是方法的关 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究键,本文将复杂的数据转换操作分解为若干个相对简单的子操作,定义一套医学逻辑操作符封装每个子操作的计算过程,使用扩展巴克斯特范式对由这些医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述,通过简单的界面操作即可对医学逻辑操作符进行重新组合生成新的转换规则,从而实现了规则的动态配置。此外本文建立了医学词汇库,通过简单的界面操作对词汇库进行修改或扩充,并在相应的医学逻辑操作符中调用词汇库以统一术语表达、确保对数据含义的一致理解。数据转换时通过解读生成的转换规则,对源数据进行处理,生成目标数据。在首次数据转换时,需要执行配置转换规则及数据转换两个任务的步骤,在以后数据更新时可根据已有的转换规则直接进行数据转换。通过解析不同的转换规则文档,即可完成不同的源、目标数据库间的数据转换,图一显示了数据转换的相关步骤。座亘…陋竺竺竺川………日日、一一尸一一一一一一一一图一数据转换步骤序列图根据数据转换步骤序列图,转换双方首次数据转换的步骤如下》在配置转换规则之前,首先进行模式转换,构造能够表达电子病历系统数据库和临床决策支持系统数据库关系表结构、数据类型及约束的源、目标模式。先根据关系表间的联系,确定转换包括的关系表,将这些关系表的结构转换在一个模式文档中,并为这个文档建立一个根元素,在 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究根元素内为每个表建立复杂类型的元素声明。然后为表增加包含具体数据内容的子元素,即叶节点,对应表的字段名。最后在根元素中,即与表名元素同级的结构中,定义表的主键和外键。》目标数据库模式转换成模式。采用类似第一步的方式将目标数据库模式转换为模式。》建立源、目标模式间的对应关系。通过前两步已经将源、目标数据库模式转换成了模式,然后在源、目标模式叶节点间建立对应关系,即逐一指明每个目标模式中叶节点与源模式中叶节点间的对应关系。人工建立源节点与目标节点间的转换关系是非常繁琐的工作,本文通过名称匹配的方式来实现对应关系建立的半自动化。从目标模式的每一叶节点名出发,遍历源模式中的所有叶节点,寻找一个可能匹配的候选结果集,供用户来决定是否接受或进行变更,寻找源叶节点名与目标叶节点名相同,或源叶节点名为目标叶节点名的一部分或扩展的源叶节点,并创建一份转换规则文档,保存对应关系。每条转换规则包括一个目标节点名称,若干个源节点名称。有多少个目标叶节点,就有多少条转换规则。》添加规则表达式生成转换规则文档。本文建立了一套医学逻辑操作符,并使用扩展巴科斯范式对由医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述,来消除异构性。》数据转换,动态的加载转换规则文档,逐条解析转换规则,对源数据进行计算,最后输出结果到目标数据节点,并写入目标数据文档。其中每条转换规则的处理过程包括以下三个步骤数据获取,即根据转换规则中记录的源节点名从源数据文档中获取计算所需的源数据。数据计算,即按照规则表达式描述的一系列计算流程,逐步对源数据进行相应的函数计算。最后,数据写入,所有函数计算完毕后,按照转换规则中记录的目标节点名将计算结果写入目标数据文档中对应的目标数据节点中。解析完所有的转换规则,即可完成一次数据转换,生成一份含有目标数据的文档。转换过程可用下面的式子描述 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究目标数据项源数据项目标数据项变换源数据项目标数据项源数据项》数据卸载,解析包含目标数据的文档,存入临床决策支持系统关系数据库中,即可完成电子病历系统向临床决策支持系统的数据转换。解析不同的转换规则文档,即可完成不同的源电子病历系统与临床决策支持系统的病人信息数据库间的数据转换。其中规则表达式的建立是转换的核心,下文对规则表达式的建立过程进行详细分析。规则表达式的配置在源、目标模式间建立对应关系后,由于源、目标模式间存在异构冲突,源、目标叶节点间未必是一对一的转换关系,可能是一对多或多对一的转换关系,甚至没有对应节点,一对一的关系中也可能存在量纲不统一等异构性,源数据需要经过节点拆分、节点融合、数值运算等一系列的数据转换操作方可转换为目标数据,如图一所示。目标模式源模式基本信息空值处理姓名节点融合体格检查体格检查节点拆分数值运算图一源、目标模式间的转换示意图本文将上述这些复杂的数据转换操作分解为若干个相对简单的子操作,并定义如表一所示的一套医学逻辑操作符来封装每个子操作的计算过程,这些医学逻辑操作符即为调用这些计算过程的接口。此外本文建立了形式的医学词汇库,保存临床决策支持系统所需的每一数据项及其取值,如`性别'及其取值`男女'与`'及`压,。相应的定义医学逻辑操作符`,来调用 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究此词汇库,将电子病历中的数据转换为决策支持系统可以理解的数据,如将`'转换为`男'。在具体实施过程中可以对词汇库进行修改或扩展,从而适应不同电子病历系统的不同术语及医学术语的发展变化,确保数据转换双方对数据含义达成一致的理解。表一医学逻辑操作符类别符号功能取区间形如一的最小值,默认将源数据类型转换为取`,'形如左边的值,默认将源数据类型转换为取`,'形如右边的值,默认将源数据类型转换为时间点形如一一转为时间段形如,默认将源数据类型转换为一元运算取区间形如一的最大值,默认将源数据类型转换为符量纲换算字符串连接,默认将源数据类型转换为平方,默认将源数据类型转换为空值处理统一取值范围及术语】标准化数值记录格式,默认将源数据类型转换为乘法运算除法,默认将源数据类型转换为符乘法,默认将源数据类型转换为加法运算十加法,默认将源数据类型转换为符减法,默认将源数据类型转换为实际的数据转换可能是某个一元运算符的简单运用,源数据的简单复制,也可能是各种医学逻辑操作符的组合运用,并且可能需要一个甚至多个参数。这些参数可能是常数,源数据,说明信息如单位名称,也可能是组合运用医学逻辑操作符对源数据运算的结果。总而言之需要将医学逻辑操作符和源数据联系起来构造的一个确定的计算流程方可完成源数据向目标数据的转换,本文将此计算流程定义为规则表达式。为了创建规范的规则表达式,确保计算的可重复性,本文使用扩展巴科斯范式对规则表达式进行形式化描述。巴克斯范式一,是由和首次引入的一种形式化符号来描述给定语言的语法最早用于描述编程语言。确切地说,早在联合国教科文组织关于的会议上提出的一篇报告中,就引入了大部分符号。是对巴科斯范式的扩展,是描述语法规则的一种表示方法,语法规则为 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究在双引号中的字””代表着这些字符本身。而用来代表双引号。在双引号外的字有可能有下划线代表着语法部分。尖括号内包含的为必选项。方括号内包含的为可选项。大括号内包含的为可重复。至无数次的项。竖线表示在其左右两边任选一项,相当于””的意思。是“被定义为”的意思。采用这种形式体系方式可以用简洁的公式把各种语法规则严格而清晰地描述出来,如下》规则表达式规则表达式一项加法运算符项项二因子乘法运算符因子扑因子一源数据阵常数一元运算符一元运算符`'参数`,'参数`'`'规则表达式`'》源数据源数据二源叶节点名称》医学逻辑操作符加法运算符十卜乘法运算符】一元运算符字母字母习》参数参数一字母字母阵常数源数据规则表达式通过上面的形式化定义,引入了医学逻辑操作符嵌套机制,可以对表一中的医学逻辑操作符进行组合形成各种规则表达式,从而实现更为复杂的功能。如表示先取血压形如`一一'中`'左边的值`一,,然后取区间的最大值`'。其中隐含的运算符优先级为,一元运算符最高,乘法运算符次之,加法运算符最低。上述这种通过扩展巴科斯范式对由医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述,以指明每一目标数据项的生成过程和经过的转换步骤,从而消除源、目标数据间的异构性的方法。通过简单的运用扩展巴科斯范式对医学逻辑操作符重新组合成新的规则表达式,即可完成不同的电子病历系统与临床决策支 浙江大学硕士学位论文动态数据转换方法研究持系统实例化模型间的数据转换。通过更新医学词汇库以适应医学术语的发展变化确保转换双方对数据含义达成一致的理解。本章小结本文在第三章中提出并建立了基础信息模型,该模型对决策支持所需的信息进行抽象,定义了适用于各类临床决策支持系统的通用数据类型、数据结构以及基础信息类。在此基础上,本章针对电子病历与基础信息模型实例化模型间存在模型异构、结构异构、语义异构、数据信息缺失等数据异构性问题,引入双模式数据转换思想,通过建立实现数据转换操作的医学逻辑操作符,并使用扩展巴科斯范式对由医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述,从而提出了一套可动态配置的异构数据转换方法,避免了传统基于硬编码的数据转换方法的不足。通过简单的界面操作即可完成规则表达式的配置,从而将不同的电子病历系统数据库中的数据转换为基础信息模型实例化模型一致的形式。能够解决不同的电子病历系统与临床决策支持系统实例化模型之间的数据转换问题。 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践第章病人信息获取中间件的开发与实践本章内容基于以上两章的研究成果,以面向糖尿病、高血压治疗的临床决策支持系统为例,依据本文提出的基础信息模型,及动态异构数据转换方法,开发了病人信息获取中间件系统原型。该中间件包含表达特定临床决策支持系统信息需求的病人信息数据库、数据转换模块、以及信息获取接口模块,其总体结构如图一所示。本文选取了家医院的异构电子病历为实验对象,基于本论文开发的信息获取中间件对份病人数据进行信息获取验证。实验结果数据的有效性证明了本文的方法可以面向各类临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,对于解决临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题有重大意义。肖贾犷鹦赞“`缨巴湃有巍雄藉剔薰裸黔寒蘸黝夔鬃捆澡朗豆酬份,魏,它安幽巴蟹一鹅,—灼卜一甜产写卜公吧撇刷扮绒腼必汾」与艘通浙跳犯苑瓣西巨幽毖盗跳邃貂崛髓图一病人信息获取中间件的总体设计疾病简介一一糖尿病与高血压糖尿病是一种全球性的慢性病、是一种危害人类生命的顽固疾病',其发病率呈逐年上升趋势。发展中国家趋势尤为明显,糖尿病在我国已经成为继心脑血管疾病、肿瘤之后的另一个严重危害人民健康的慢性非传染性疾病`。限于目前 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践的医学水平,糖尿病还是一种不可根治的慢性疾病,但是通过现代综合疗法包括饮食疗法、运动疗法、血尿糖监测、药物治疗、糖尿病知识教育等,可使病情得到控制。但是由于医生选药不当、缺乏对糖尿病全面控制和达标的观念、治疗不规范患者缺乏规范的糖尿病自我管理、不合理的饮食及运动、治疗依从性差、对低血糖恐惧等原因,目前大部分糖尿病患者治疗不达标。高血压病症病程长,病情进展程度不一,大部分是良性缓慢过程,但对心、脑、肾是一个很重要的致病因素,因此,被称为人类健康的“无形杀手”。近年来随着人们生活水平的提高,高血压患病率呈上升趋势。有资料显示,高血压患者的健康知识水平普遍较低,自我管理和控制意识缺乏。健康教育可以改变患者对高血压病的认识,可以延缓病情的进展。基于基础信息模型的病人信息获取中间件的开发依据图一所示的总体结构开发了病人信息获取中间件系统原型,其中包括如下几个主要组成部分》数据转换模块。根据本文第四章设计的动态数据转换方法,实现数据转换系统原型。》病人信息数据库。基于第二章中设计的基础信息模型,及基础信息模型的关系数据库实现方案,分别建立了适用于糖尿病、高血压治疗决策支持系统的病人信息数据库。由电子病历转换而来的数据均存放在该数据库中,供临床决策支持系统开发者使用。》公共信息获取接口。提供了一套公共的信息获取接口,并设计了直观的图形界面,只要各电子病历中的数据能够转换到病人信息数据库中,各类临床决策支持系统即可利用该信息获取接口获取病人信息数据库中的病人信息,然后利用知识库中的规则,按照一定的推理策略推理出决策结论。相应的本文的信息获取流程如下图一所示,根据病人信息获取序列图,病人信息获取的步骤如下当需要在某医院应用临床决策支持系统时,调用数据转换模块,配置好转换规则将医院的电子病历中的数据转换并存储到病人信息数据库中。 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践当临床决策支持系统需要病人数据时,调用病人信息获取接口模块从病人信息数据库中获取数据。下文对本文提出的信息获取中间件的设计方案进行详细分析。仁夔口……巨夔口…一…获取数据以一婆卿终拐妇存储致据日请求获取某病人的信息获取病人信息返回数据图一病人信息获取序列图数据转换系统原型的实现本文利用第三章中提出的动态数据转换方法,开发数据转换系统原型。开发完成后提供了直观的图形界面供临床决策支持系统的开发者定义、修改转换规则编辑规则表达式,操作主界面如下图一所示。京冬呼户呻奥州一知竺竺性呼叫熟产扮里热然全叫竺冬价甲叫烈竺子热份产嗯归约胜卫竺乡哄势乎胜今卫燕'肛击姗哥一二一三一二一盘行神护一元一一偿箫一戮、二、一、一煦,妙吵血一心一乡图一数据转换操作主界面病人信息数据库的建立本文墓于第二章中建立的基础信息模型,并依据第三章中设计的基础信息模 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践型向关系数据库的转换方法。以实现了糖尿病、高血压病人信息数据库。糖尿病、高血压治疗病人信息需求分析在建立病人信息数据库之前,本文首先分析糖尿病、高血压治疗决策支持系统的信息需求,本文分析由领域专家建立的糖尿病及高血压治疗流程图,及中国人民解放军总医院的代谢综合征防治手册中糖尿病及高血压治疗的信息需求,并总结糖尿病、高血压治疗决策支持系统的信息需求分别如下表一、表一所示。信息类型糖尿病治疗涉及的病人信息数据类型数据结构基本信息姓名、性别、年龄、民族、地址、电话基本数据类型过去史糖尿病史有无糖代谢异常、确诊类型、发现时间树结构体格检查单值结构实验室检查血液检查随机血糖、空腹血糖、餐后小时血糖、树结构空腹血糖、餐后血糖表一高血压治疗信息需求信息类型高血压治疗涉及的病人信息数据类型数据结构基本信息姓名、性别、年龄、民族、地址、电话基本数据类型高尿酸血症病史树结构过去史高血压病史有无高血压、高血压分级、发现时间树结构用药情况药品类型、药品名称、剂量、单位、频树结构次、途径、开始时间、结束时间体格检查血压收缩压、舒张压树结构心率单值结构从表一、表一可知,糖尿病、高血压治疗决策支持系统信息需求中除了包含姓名等用基础信息类表达的病人信息外,还分别包含一些特殊的病人信息,需要通过绑定数据结构并施加语义约束来表达。糖尿病治疗信息需求中包含需要用树结构表达的糖尿病史、血液检查,用单值结构表达的指数等病人信息高血压治疗信息需求中包含用树结构表达高血压病史、高尿酸血症病史、用药情况、血压,用单值结构表达的心率等病人信息。能够体现不同决策支持系统信息需求的差异不一致,能够保证本实验的典型`胜。糖尿病、高血压数据库的设计首先将基础信息类转换为基本的关系数据库的表,在节已经详细介绍, 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践这里不再赘述。然后分别针对糖尿病、高血压治疗涉及的特殊的信息需求,用本文定义的数据结构进行表达,并以关系数据库实现。》糖尿病数据库的设计。首先绑定树结构、单值结构等数据结构,然后进行语义约束以表达糖尿病治疗相关的病史及具体检查信息,下图一、图一、图一分别显示了血液检查、糖尿病史及指数的表达。二“血液”“空腹“餐后“随机““血糖”小时血糖”血糖”空腹血糖”餐后血糖”“,,、妞“,,“,、妞“,,“,,竹“,,升“”“,,升“,“,,图一血液检查项目“糖代谢异常”日“有无异常”“发现时间”“类型”“,,“有”“”瑰“型”“”“”升“”“,,升“”图一糖尿病病史“,,“,“,,图一指数依据第二章中提出的关系数据库实现方案,对上述结构进行关系数据库实现,在原有墓本表的基础上加入糖尿病治疗相关病史及具体检查信息,建立糖尿病人信息数据库,如下图一所示 浙江、学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践七叼曰亡臼宁叮一《」丫已勺田甘吧下了「吧仑丫,「日」亩曰守朗引止曰口目七丫〔仁〔,「吧命血叹睛一叶“奋`吠印故七日陀以沁飞已占妇七配凡】,卜“卿笋亨钾丫·甲工日川司甲仗比节欲日如,日口作吧日叼一口日弓弓贬地出甲图一糖尿病治疗决策支持系统相关关系表》高血压数据库的设计。首先绑定树结构、单值结构等数据结构,然后进行语义约束以表达高血压治疗相关的病史及具体检查信息,下图一、图一分别显示了血压及高血压病史的表达。二“收缩压”二“舒张压”“体位”、乞“,,“,,“坐位”“,,“,,“,,图一血压“高血压病史”二“有无异常”“发现时间”“类型”二“危险级“有”直“”“型”别”“”“”“,,、恤“”图一高血压病史 浙江人学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践依据第二章中提出的关系数据库实现方案,对上述结构进行关系数据库实现,在原有基本表的基础上加入高血压病史表及具体检查信息表,建立高血压病人信息数据库,如下图一所示日〔纷创州`七的十`旧'竹托”了甲改吧勺功已目祀钻比叮刊日盯吧'七肺吧口飞犯山〔仪已七竹”窄幻日弟飞叹臼日比旧,日引时贴幼比口匕团卜加口以允改份宜丁阵宁山柑断冷卜甘能州“以阳丁盯吧丫公月宁功己旧嘴二减妇,下日巴】臼比以帕以址泊爪叭叮七日饱七协”比卯七限六犯口心扮陀改能甲伯日地岔日吕必吮吻甲功囚肉加田七印甘功立呵卜陇以阵伟曳叭改氏`明帜。演只刃们囚「『月仪囚日城向”臼雌闭了如艳图一高血压治疗决策支持系统相关关系表公共病人信息获取接口的实现设计病人信息获取中间件的最终任务是为临床决策决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务。基于上述研究成果,本文针对本章第一节设计的糖尿病、高血压病人信息数据库,设计了一整套公共的病人信息获取接口,临床决策支持系统开发者可以通过这些接口实现对病人数据的读取服务。本文定义的病人信息获取条件如下砰病人标识号刀病人姓名刀病人性别就诊日期就诊日期此年龄汕饭就诊类型刀所查表名此示川血所查列名 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践基于上述信息获取的查询条件,本文针对基本信息、病史信息、观察类、认识类、干预类等每类病人信息分别提供了信息获取接口。每个接口都支持将病人、姓名、性别等作为输入条件。通过这些接口,信息获取中间件能够给任何临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务。下文以基本信息、病史信息、观察类之体格检查实验室检查类数据获取接口为例进行说明。》获取病人基本信息接口功能描述根据病人的、姓名、性别、就诊时间、出生日期获取病人姓名年龄等基本信息。接口声明,,输入查询条件预返回的数据,如想要获取病人的性别叩病人标识号刀病人姓名病人性别年龄病人首次出现时间民族地址电话输出病人基本信息列表 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践程序流程查基本信息表,找到与输入的条件相符的病人,然后输出事先指定的预获取的病人信息,在这里要进行数据类型转换。》获取病人体格检查信息的接口功能描述根据病人的、姓名、性别、就诊时间、出生日期获取病人指数、血压等体格检查信息。接口声明仃,,,输入查询条件体格检查表名,如血糖表勿预获取的体格检查名称,如空腹血糖输出体格检查信息列表田程序流程根据查询条件从表获取病人号,然后从体格检查表获取该号的病人的,再从相应的体格检查表中找到号为的体格检查值,在这里要进行数据类型转换。》获取病人实验室检查信息的接口功能描述根据病人的、姓名、性别、就诊时间、出生日期获取病人空腹血糖等实验室检查信息。接口声明仃斗,,,则 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践输入即仃查询条件体格检查表名,如血糖表预获取的体格检查名称,如空腹血糖输出体格检查信息列表程序流程根据查询条件从表获取病人号,然后从实验室检查表获取该号的病人的,再从相应的实验室检查表中找到号为的体格检查值,在这里要进行数据类型转换。》获取病史信息的接口功能描述根据病人的、姓名、性别、就诊时间、出生日期获取病人病史信息接口声明砂,,输入查询条件预查询哪种病史信息,如糖尿病输出倪尽病史列表刀是否有病史刀病史时间病史类型州疾病等级卿程序流程 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践根据查询条件从病人表获取病人号,然后从过去史表获取该号的病人的,再从相应的病史表中找到号为的病史信息,在这里要进行数据类型转换。通过如上所示的病人信息获取接口,临床决策支持系统开发者可以获取病人信息数据库中的病人数据。本文设计了如下图一所示界面以展示接口的功能,即可以通过此界面调用接口获取病人信息数据库中的病人信息。用户可以在该界面中设置预获取哪些数据及获取哪个时间的数据,如通过病人姓名、等确定获取哪个病人的信息,并将信息获取结果展示在界面中。百宝雄条拌缺名功盼明。舰。翩。租中日`一加一,月”卜…逻通宣戴年肠尹一皿泌月月性剧登匆所瀚忿拼苦本口几用史们称枯佳立套献万一公口甘珠润更己妇派压茸胜名门蔺山压用史门收绷压又性别,价目晚艺年翻材,狡”朽毗农汉图一信息获取接口界面小结本文依据第三章中提出的基于基础信息模型的病人信息获取中间件的设计方法开发了病人信息获取中间件系统原型,通过该系统原型,可以面向各类临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,对于解决临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题有重大意义,它具有以下几个功能》提供直观的图形界面,帮助系统配置人员方便且准确地定义、修改转换规则。》中间件以基础信息模型为基础,系统核心为病人信息数据库。病人信息数据库中保存了临床决策支持系统所需病人数据,即糖尿病、高血压治疗所需的病人数据。由电子病历转换而来的数据均存放在该数据库中,供临床决策支持系统开发者获取。 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践》获取的数据的展示和查询功能,为了展示中间件的数据获取功能,对病人信息获取接口进行实现,并设计了直观的图形界面,在界面中允许用户根据病人等信息获取病人相关数据,如指数。根据上述功能,病人信息获取中间件的用例图如图一所示,当在某医院使用决策支持系统时,首先利用数据转换系统原型界面配置好转换规则,然后执行数据转换操作,最后在决策支持系统需要数据时,利用病人信息获取接口界面获取病人数据。旦︿决策支持系统开发图一病人信息获取中间件用例图实验基于本论文开发的信息获取中间件,本论文以面向糖尿病、高血压治疗的临床决策支持系统为例进行病人信息自动获取方法的验证。本文选取了电子病历系统间存在结构异构、数据信息缺失、不同的名称表示同一概念、目标数据由源数据计算而来、量纲不统一、术语不统一等异构性的家医院的异构电子病历为信息获取对象,基于本论文开发的信息获取中间件对份病人数据进行信息获取验证,表一显示了电子病历与电子病历间存在的异构性问题。 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践表一电子病历系统、电子病历系统间的数据异构性分析电子病历系统电子病历系统说明异构类型基本信息值级语义异构无婚姻状况数据缺失病史信息药名术语不统一韶疾病名称体格检查·指数概念级语义异构已实验室检查餐后两小时血糖值级语义异构格式不规'范、单位不统一、同一概甘油三醋'念有不同的取值范围、利用本文设计的病人信息获取中间件,先后针对电子病历、,采用如下的方式完成实验第一通过本文的数据转换操作界面,建立电子病历与病人信息数据库间的转换规则。第二通过本文的数据转换操作界面,完成电子病历向病人信息数据库的数据转换,仅对与糖尿病及高血压治疗相关的数据进行转换。第三利用本文的数据获取界面,从病人信息数据库中分别获取由电子病历转换而来的糖尿病、高血压病人数据。最后,对实验结果数据的有效性进行分析。本文的分析方法为,统计源电子病历数据的有效利用率,针对病人基本信息、病史信息、体格检查信息、实验室检查信息分别计算电子病历中病人数据的有效利用率,有效利用率的计算公式如下二通过中间件平均每份病例获取到的决策支持相关数据项有效利用率电子病历中平均每份病例包含的决策支持系统相关数据项数目下图一图一图一巧图一分别显示了从电子病历、中获取的糖尿病、高血压数据的有效利用率。 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践糖尿病数据的有效利用率工糖尿病数据的有效利用率图一电子病历中获取的糖尿病治疗决策支持系统相关信息结果分析高血压数据的有效利用率翔高血压数据的有效利用率图一电子病历中获取的高血压治疗决策支持系统相关信息结果分析糖尿病数据有效性利用率翔翻日骊翻盈匆誉簌妇卫点暇登组麒眺妇姗钾教幼摄镶址翻雷糖尿病数据有效性利用率图一电子病历中获取的糖尿病治疗决策支持系统相关信息结果分析 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践高血压数据的有效利用率爪高血压数据的有效利用率扩扩找才'图一电子病历中获取的高血压治疗决策支持系统相关信息结果分析结果讨论从图一、图一、图一巧、图一可以看到,在电子病历间存在结构异构、数据信息缺失、不同的名称表示同一概念、目标数据由源数据计算而来、量纲不统一、术语不统一等异构性的情况下,分别针对糖尿病、高血压治疗决策支持系统,通过本文的方法,源电子病例数据的有效利用率基本在以上。从而证明,通过本文的方法能够适应不同的源电子病历系统,也能够适应不同的决策支持系统的不同信息需求。从图一、图一、图一、图一我们也注意到,我们的数据的有效利用率并没有达到,特别是实验室检查数据,有效利用率明显偏低,在左右,也即系统不能完全的获取电子病历中含有的所有我们需要的数据项。我们对数据进行详细分析,发现当出现无明确的数值问题时,系统获取有效数据的概率小。表现为数据记录只有说明信息而没有结果时无法得到确切的数值,如空腹血糖`升高'用区间表示时,无法获取为一个确定的值,如空腹血糖`一,数据描述使用具体的内容时,无法抽象出概括的概念,如症状名`糖尿病左足掌坏疽,,无法得到`糖尿病足'。这样的数据获取效果,虽然不能满足完全自动的从电子病历系统中获取病人信息,但用于辅助医生进行信息获取已经具有显著的应用潜力。结合自然语言处理,本文的方法将发挥更强的转换能力。综上分析,依据本文提出的基于基础信息模型的病人信息自动获取中间件的设计方案,开发了病人信息获取中间件系统原型。通过该原型系统,只需简单的 浙江大学硕士学位论文病人信息获取中间件的开发与实践界面操作即可实现从不同的源电子病历系统中获取病人信息。只需根据不同的临床决策支持系统的信息需求,加入特定的关系数据库表,即可实现表达不同决策支持系统信息需求的关系数据库。从而能够面向各类决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,对于解决临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题有重大意义,也为实现临床决策支持系统的跨机构共享提供了基础。本章小结本章在前述工作的基础上,面向糖尿病、高血压治疗的临床决策支持系统进一步开展了实践工作。首先基于第四章提出的通用的信息获取中间件的设计方案,开发了病人信息获取中间件,然后以糖尿病、高血压治疗的临床决策支持系统为例,选取了家医院的异构电子病历为信息获取对象,基于本论文开发的信息获取中间件对份病人数据进行信息获取验证。并针对糖尿病、高血压治疗的临床决策支持系统分别统计分析。数据的有效性分析结果表明,针对存在结构异构、数据信息缺失、不同的名称表示同一概念、目标数据由源数据计算而来、量纲不统一、术语不统一等异构性的源电子病历系统,通过简单的界面操作,糖尿病及高血压治疗的临床决策支持系统均能有效的获取各电子病历中含有的决策相关数据,证明了本文的方法可以面向各类临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,对于解决临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题有重大意义。通过该中间件,任意电子病历系统通过简单的数据转换操作界面,配置好转换规则,将电子病历的数据转换到病人信息数据库中以后。任意临床决策支持系统只需利用统一信息获取接口,即可从病人信息数据库中获取所需数据,从而为临床决策支持系统所用,从而解决临床决策支持系统应用过程中面临的信息获取困难问题,也为实现临床决策支持系统的跨机构共享提供了基础。 浙江大学硕士学位论文总结与展望第章总结与展望总结本论文主要针对临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题而开展。由于目前大部分医疗机构的电子病历往往处于异构环境中,各临床决策支持系统的信息需求也不一致,临床决策支持系统与电子病历间多对多的数据映射问题。要解决临床决策支持系统的信息获取困难问题,需要研究一个能表达各类临床决策支持系统的病人信息需求的通用信息模型,将临床决策支持系统与电子病历间多对多的数据映射问题分解为通用信息模型与电子病历间一对多的数据映射问题。由于临床决策支持系统种类繁多,信息总体需求细节差别很大,且临床决策支持系统处于不断的发展中,研究一个通用的信息模型需要不断调整以适应各临床决策支持系统的发展。为此本论文借鉴这种建立临床决策支持系统通用信息模型的思想,开展了以下的工作》提出并建立了基础信息模型。该模型对决策支持所需的信息进行抽象,定义了表达各类临床决策支持系统信息需求的基本结构,即数据类型、数据结构以及基础信息类。通过对基础信自、模型进行实例化即可得到针对特定临床决策支持系统的信息模型,即根据语义对基础信息类的属性进行数据类型、数据结构的绑定并定义其约束关系。采用该方法能灵活适应各类临床决策支持系统对病人信息获取的细节差别,能够适应临床决策支持系统需求的变更。》提出了一套可动态配置的异构数据转换方法,该方法在双模式数据转换的基础上,通过建立实现数据转换操作的医学逻辑操作符,并使用扩展巴科斯范式对由医学逻辑操作符组合而成的规则表达式进行形式化描述以消除电子病历与病人信息数据库间存在模型异构、结构异构、语义异构、数据信息缺失等数据异构性问题,避免了传统基于硬编码的数据转换方法的不足。》以面向糖尿病、高血压治疗的临床决策支持系统为例,开发了病人信息获取中间件系统原型。该中间件包含病人信息数据库,数据转换模块,以及信息获取接口模块。本文选取了家医院的异构电子病历为实验对象,基于本论文开发的信息获取中间件对份病人数据进行信息获取验证。实验结 浙江大学硕士学位论文总结与展望果数据的有效性证明了本文的方法可以面向各类临床决策支持系统提供自动化的病人信息获取服务,对于解决临床决策支持系统应用过程中的信息获取困难问题有重大意义,也为实现临床决策支持系统的跨机构共享提供了基础。展望临床决策支持系统经过了数十年的发展,然而鲜有长期投入临床使用的成熟产品,其中一个很重要的原因是数据获取困难问题。上节总结了本文在解决我国临床决策支持系统应用过程中面临的临床信息获取困难问题方面所做的工作,但是其仍然存在以下几个需要进一步研究的问题》本文通过动态绑定数据结构并定义语义约束的方式以适应不同的临床决策支持系统的信息需求,适应临床决策支持系统需求的变更。本论文仅以糖尿病及高血压两种疾病治疗的信息需求为例进行实验,面对目前众多的临床决策支持系统研究,在后续的研究中,我们将以数据需求更全更复杂的疾病为例进行实验。》在源、目标模式对应关系的建立上,本文采用名称匹配的式,这种方式需要人工参与,当电子病历中的表名字段名定义很不规范时,人工的操作比较烦琐,工作量比较大,在后续的研究中,需要研究一种新的模式匹配算法,以提高匹配的自动化程度。》遇到没有明确的数值问题时,本文的方法的转换能力显得不足。在后续的研究中我们会结合实际的应用需求对该方法进行优化实现,如结合自然语言处理。 浙江大学硕士学位论文总结与展望作者简介吴小蓉,生于年月,浙江淳安人,年月进入宁波大学信息科学与工程学院就读通信工程专业,年月获取宁波大学工学学士学位。于同年月进入浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程专业医学信息学方向攻读硕士学位。作者在攻读硕士期间发表的论文,,从“,,,,一 浙江大学硕士学位论文参考文献参考文献〕,,,巨,,,,,从值杖,礼,一【,,,,犯一,,,卜',,,,,,,,价,一,,〔,,,,,包含飞,郑学侃主译医学信息学〔〕上海上海科学技术出版社,」一一,竹,一二,一 浙江大学硕士学位论文参考文献,二,,,【」,,一,,一,一刀',一一,小·灯,一一糖尿病个人健康决策工具一一一实用糖尿病杂志,,」,,,,一肆薛万国我国电子病历研究进展中国医院管理,,一一一,,一一一一·一』,,,一一·肘一一一〕已刀一一一〕, 浙江大学硕士学位论文参考文献叼一李包罗我国医院信息系统新进展及面临的任务中国医院年月第卷第期一中国医院信息化状况调查最新六大发现「〕川陈玉华,罗美玉电子病历面临的问题和思考医学信息,一浅析制约电子病历发展的主要问题〔医学信息,一许锋波,冯翠帧,薛峰电子病历的现状及发展法向河南科技大学学报,,一金伟电子病历系统的存储与交换研究「上海上海交通大学,谢栋梁电子病历初探医学信息,,一【一【一〕一,,一一一川一一一,,,〕,,,,魏文杰基于的异构数据交换的设计与实现内蒙古内蒙古工业大学,孙纪唐新灿浅谈的数据导入导出方法科技资讯,,一数据转换工具在黄金地勘信息系统中的设计与应用计算机应用一 浙江大学硕士学位论文参考文献朱勤,陆建新,陈继红基于的异构数据交换技术及其实现计算机应用于软件,,一高建强,李伟,秦克明异构数据源间数据转换技术的研究与实现计算机工程,,一洪天安基于数据交换的研究与实现南京东南大学,李爱军基于卜的异构数据库交换研究南京河海大学,〔」中国糖尿病防治指南卫生部疾病控制司中华医学会糖尿病学分会〔马中霞糖尿病的“现代综合疗法”中医研究【张裙辉型糖尿病治疗目标与治疗新策略中国全科医学「王佳邹大进型糖尿病治疗新动向一一一高质量控制血糖的六大要点中国实用内科杂志