第三節(jié)　醫(yī)療衛(wèi)生信息模型與建模

醫(yī)療衛(wèi)生信息模型是應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的信息模型。ISO對臨床信息模型的定義為：信息模型就是可用于效仿或參考的方式、計(jì)劃、例子或者標(biāo)準(zhǔn)等［6］。

一、醫(yī)療衛(wèi)生信息建模及其技術(shù)

居民健康檔案和電子病歷的日益普及可使跨多個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)共享患者信息成為可能，以支持醫(yī)療的連續(xù)性。為此，制定標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，定義了居民健康檔案、電子病歷中包含的信息應(yīng)該如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，如何進(jìn)行語義描述和通信。當(dāng)前的趨勢是，大多數(shù)規(guī)范都依賴于將數(shù)據(jù)實(shí)例的表示與醫(yī)療衛(wèi)生信息模型的定義區(qū)分開來。

在健康醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)療衛(wèi)生信息模型有多種類型，例如HL7的RIM、DMIM、RMIM、數(shù)據(jù)元模型等，具體的醫(yī)療衛(wèi)生信息應(yīng)用都可以建立相應(yīng)的信息模型。本部分通過臨床信息模型（clinical information modeling，CIM），介紹醫(yī)療衛(wèi)生信息建模技術(shù)原理和方法。

CIM作為一個(gè)通用術(shù)語，它包含所有技術(shù)規(guī)范，這些規(guī)范定義了如何在EHR系統(tǒng)或存儲(chǔ)庫中組織和描述臨床信息，或用于EHR通信。CIM定義了文檔化臨床概念的信息結(jié)構(gòu)和形式語義。CIM是結(jié)構(gòu)化的語義工件，有助于組織、存儲(chǔ)、查詢和顯示臨床數(shù)據(jù)；在不同的信息系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)；并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通常，CIM是通過約束底層參考模型（RM）的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來定義的，CIM提供了表示數(shù)據(jù)實(shí)例所需的基本特征和屬性。SNOMED CT、ICD或LOINC等術(shù)語在定義CIM方面也發(fā)揮著重要作用。CIM的結(jié)構(gòu)可以綁定（精確映射）到臨床術(shù)語，以提供模型的統(tǒng)一定義。此外，術(shù)語還用于對值集進(jìn)行詳細(xì)說明，即可以將這些術(shù)語指定為臨床信息值。

因此，只有同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)RM和術(shù)語來描述信息結(jié)構(gòu)的語義，才能實(shí)現(xiàn)CIM完整的語義互操作定義。Goossen等人描述了一些遵循CIM方法的計(jì)劃，指出了它們的不同之處和相似之處［7］。HL7 V3建模方法基于表示任何醫(yī)療環(huán)境的主要業(yè)務(wù)邏輯的標(biāo)準(zhǔn)參考信息模型，可以采用該模型定義特定的消息和文檔。HL7 V3消息和HL7臨床文檔架構(gòu)（HL7 CDA）是基于HL7參考信息模型的標(biāo)準(zhǔn)。可以以HL7模板的形式為HL7 CDA定義CIM，HL7模板指定如何在每種文檔中包含和組織臨床信息，以實(shí)現(xiàn)特定的臨床通信目的。HL7 FHIR（快速醫(yī)療互操作資源）是一種新一代規(guī)范，使用的模塊化組件稱為資源。這些資源（對臨床信息的常見可重用范式的定義）可以進(jìn)行組合或加以擴(kuò)展，以便為醫(yī)療信息系統(tǒng)提供特定的解決方案［8］。因此，在某種程度上它們也是CIM。另一種重要的建模方法是基于雙層方法，而雙層方法又基于合成的通用RM的定義，該RM旨在表示任何EHR最基本的屬性和結(jié)構(gòu)。CIM是以原型的形式定義的，原型定義了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，以便在EHR系統(tǒng)中無縫存儲(chǔ)或傳輸。雙層模型方法由EN ISO 13606標(biāo)準(zhǔn)和openEHR規(guī)范支持［9］。另外，也出現(xiàn)了一些其他建模方法，這些方法側(cè)重于在概念級(jí)別定義通用信息模型，而不依賴于特定的實(shí)現(xiàn)，臨床信息建模計(jì)劃（CMMI）、詳細(xì)臨床模型（DCM）和臨床元素模型規(guī)范（CEMS）就是此類通用模型的例子［10，11］。

二、醫(yī)療衛(wèi)生信息建模過程與方法

（一）過程

CIM的使用已被公認(rèn)為創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化和可互操作的EHR系統(tǒng)的基本條件之一。雖然存在不同的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方法（如使用原型的EN ISO 13606和openEHR，或使用模板的HL7 V3），但是所有這些方法都有一個(gè)基本和共同的想法，即將CIM的定義與數(shù)據(jù)值的實(shí)際表示和持久化分離開來。此外，國際建模計(jì)劃（如臨床信息建模計(jì)劃）的工作表明，人們對創(chuàng)建可重用的臨床信息模型（CIM）越來越感興趣。因此，重要的是，用于創(chuàng)建這些模型的臨床信息建模過程（clinical information modeling processes，CIMP）必須遵循清晰且定義良好的步驟。

在關(guān)于CIM方法的研究論文中發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建CIM的方法是相似的。圖4-8概括了歸納分析CIMP相關(guān)內(nèi)容后而得出的步驟以及它們之間的關(guān)系。臨床信息建模的第一步是選擇確定信息域的范圍和組建工作團(tuán)隊(duì)，第二步是信息域分析（包括研究引用或現(xiàn)有的可再利用的CIM）；第三步和第四步是設(shè)計(jì)和定義新的臨床信息模型（CIM）的結(jié)構(gòu)和語義（或修改現(xiàn)有的）；第五步是由醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行驗(yàn)證；最后一步是臨床信息模型（CIM）的發(fā)布和維護(hù)。

雖然這些步驟是根據(jù)已發(fā)表的文獻(xiàn)中提供的部分信息定義的，但是發(fā)現(xiàn)的相似性表明，可以定義一個(gè)統(tǒng)一的過程來指導(dǎo)CIM的定義，包括對提高CIM質(zhì)量的最佳實(shí)踐的描述。

最后，確定的CIMP步驟由一般治理過程包含。這種治理負(fù)責(zé)確定何時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建新的CIM，以及何時(shí)應(yīng)該審查現(xiàn)有的CIM。CIM的治理是一個(gè)獨(dú)立的主題，也受到了研究人員的關(guān)注。

（二）技術(shù)方法

圖4-9為數(shù)據(jù)建模的技術(shù)路線圖。

1.場景分析

場景就是指某場合所發(fā)生的或可能發(fā)生的事件的描述，可以理解為現(xiàn)實(shí)活動(dòng)的實(shí)例。完整的場景體現(xiàn)了事件的觸發(fā)、發(fā)展、結(jié)局的過程。在概念模型建模場景分析里，對信息從醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部信息系統(tǒng)到健康檔案平臺(tái)存儲(chǔ)過程的描述就是一個(gè)場景。場景分析則是對這些場景進(jìn)行重現(xiàn)、域的定義、歸納、提取類、類關(guān)聯(lián)、類屬性的過程。

2.信息域分析

在信息域分析中主要考慮要存儲(chǔ)信息的域的范圍，以及與其他域的信息之間的關(guān)系，如“新生兒出生證明”信息域與“計(jì)劃免疫接種卡”信息域之間存在著一定的關(guān)系。

3.主題域的確定

在信息域分析的基礎(chǔ)上再對信息拆解、對比、描述、再定義、組合等分析，即對各組成元素進(jìn)行分析、判別、抽象并歸納。根據(jù)信息概念模型，將信息泛化到實(shí)體、角色、活動(dòng)、參與、活動(dòng)關(guān)聯(lián)、角色關(guān)系6個(gè)主題域中，活動(dòng)作為信息的主體，其余5個(gè)均為事件的關(guān)聯(lián)方，要深刻理解各個(gè)主題域內(nèi)容以及主題域之間的關(guān)系，將分析抽象的結(jié)果與數(shù)據(jù)概念模型主題域結(jié)合。

4.類的確定

確定信息在主題域中確定使用的類對象。如新生兒信息使用實(shí)體表達(dá)，登記事件信息使用活動(dòng)表達(dá)等。

5.類關(guān)聯(lián)

按照信息概念關(guān)系，描述出泛化后的實(shí)體、角色、活動(dòng)、參與、活動(dòng)關(guān)聯(lián)、角色關(guān)系等對象之間的關(guān)系，有HL7相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要使用HL7標(biāo)準(zhǔn)。

6.類屬性

將要保存的信息元素與信息模型的對象屬性做對應(yīng)關(guān)系映射。首先需要了解信息模型的數(shù)據(jù)類型的概念及其之間的關(guān)系，如LIST〈ADXP〉與List類型、AD類型之間的關(guān)系、AD類型的屬性及屬性取值范圍、其所涉及的概念。

7.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

對應(yīng)數(shù)據(jù)庫具體實(shí)現(xiàn)，考慮使用對象數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計(jì)方式。

三、CIM I模型

HL7臨床信息建模首倡項(xiàng)目CIMI（HL7 Clinical Information Modeling Initiative）提供了可實(shí)際使用的模型。CIMI是HL7國際委員會(huì)（HL7 International）的一個(gè)工作組，旨在通過提供易于實(shí)施的臨床信息模型（implementable clinical information models）所構(gòu)成的開放式共享庫（shared open library），改善醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)的互操作性（interoperability）。CIMI不提供實(shí)現(xiàn)指南，CIMI模型中與指南對應(yīng)的是正規(guī)化的建模方法和模型本身。本部分討論CIMI建模組件及其當(dāng)前狀態(tài)［12，13］。

（一）CIMI臨床模型

CIMI臨床模型定義為CIMI參考模型中的約束集。它提供了一種通用語言，可用于所有EHR/EMR平臺(tái)或智慧醫(yī)療機(jī)構(gòu)。這些約束要么使用原型定義語言（ADL）來表示，要么使用原型建模語言（AML）來表示。CIMI臨床模型包括語義綁定和值綁定，這種綁定定義可填充模型中適當(dāng)部分的意義和有效值。所有模型都設(shè)計(jì)成通用型，且很靈活，使得重用和實(shí)現(xiàn)成為可能，同時(shí)保持最大程度的一致性。在臨床模型的第一層，建模模式獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)目的上下文、醫(yī)療場景上下文和專科上下文。表4-1是用藥管理的CIMI模型層級(jí)示例。表4-1從底部向上，最底層是參考模型層，包含了CIMI模型的所有概念組件；臨床模型層選取了參考模型層中用藥管理需要的相關(guān)組件（如用藥細(xì)目、血壓、用藥清單和出院小結(jié)等）；臨床模型層上方是添加了不同上下文（即綁定語義）的具體臨床模型層。

在CIMI的建模方法中，有一些基本的實(shí)施指導(dǎo)性說明文件，可促進(jìn)從各種來源收集到的臨床組件和醫(yī)療數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)，這類指導(dǎo)性說明文件包括：①CIMI參考模型；②原型對象模型；③CIMI建模模式；④CIMI風(fēng)格指南。

（二）CIMI參考模型

參考模型用于概述所有CIMI臨床模型中使用的核心結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型。

圖4-10展示了CIMI參考模型的概念組件。圖4-11描述了CIMI參考模型中使用的數(shù)據(jù)類型。

（三）開發(fā)建模框架的CIMI方法

圖4-12是通用CIMI建模流程圖，用于定義CIMI建模組件和方法的CIMI建模方法。一旦定義了這個(gè)建模基線，就可以使用工具來驗(yàn)證并將外部提交的模型合并到CIMI批準(zhǔn)的模型目錄中。

1.CIMI模型包括以下數(shù)據(jù)類型。

（1）與要建模的臨床概念特別相關(guān)的數(shù)據(jù)。

（2）描述已建模的臨床概念屬于誰、是什么、在何處、何時(shí)和如何的數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用前后協(xié)調(diào)一致的表示，如診斷的身體部位。

2.CIMI模型不包括以下內(nèi)容。

（1）特定于實(shí)現(xiàn)用例的數(shù)據(jù)。

（2）特定于醫(yī)療場所的數(shù)據(jù)。

（3）特定于臨床專科的數(shù)據(jù)。

（4）管理細(xì)節(jié)，如財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。

（5）特定于本地環(huán)境的數(shù)據(jù)，如地方立法。

（6）與要建模的臨床概念無關(guān)的數(shù)據(jù)。

3.CIMI建模模式由該模式結(jié)構(gòu)的四個(gè)組件組成。

（1）屬性觀察（屬性值）：用于表示為了查明和了解患者健康狀況以及設(shè)備或與診治相關(guān)的醫(yī)療場所的更多信息的觀察或調(diào)查結(jié)果，如心率、血糖、昏迷量表。

（2）臨床發(fā)現(xiàn)（名稱：用于表示在檢查中發(fā)現(xiàn)或從臨床推理推斷出的臨床狀態(tài)（如“糖尿病”“痰清”）和患者可能遭受的事件（如“身體虐待”“汞暴露”），如診斷、不良反應(yīng)、告警。

（3）活動(dòng)：用于記錄已經(jīng)、正在或?qū)⒁M(jìn)行的活動(dòng)，包括治療、調(diào)查、管理過程、提供建議或信息，如藥物治療活動(dòng)（請求、分發(fā)、管理）、調(diào)查活動(dòng)（請求、執(zhí)行）。

（4）管理：CIMI已定義了若干個(gè)臨床模型，這些臨床模型與以上所建議的每種模式類型相關(guān)聯(lián)。

1）心率：屬性觀察。

2）體重指數(shù)（BMI）：屬性觀察。

3）新生兒評(píng)分：屬性觀察。

4）葡萄糖耐受試驗(yàn)結(jié)果：屬性觀察。

5）不良反應(yīng)：臨床發(fā)現(xiàn)。

6）藥物訂購：活動(dòng)。

7）問題清單：臨床發(fā)現(xiàn)。

8）醫(yī)護(hù)人員報(bào)告的惡心反胃：臨床發(fā)現(xiàn)。

9）傷口分泌物標(biāo)本培養(yǎng)結(jié)果：活動(dòng)+屬性觀察。

四、已被CIMI評(píng)審?fù)ㄟ^的模型

CIMI已經(jīng)評(píng)審?fù)ㄟ^了幾個(gè)組織機(jī)構(gòu)的一些現(xiàn)有模型。表4-2是作為CIMI模型基礎(chǔ)的已評(píng)審?fù)ㄟ^且已使用的若干模型。

表4-3是每個(gè)被評(píng)審組織機(jī)構(gòu)的輸入模式定義。

（趙新遠(yuǎn)）