基于语义技术的电子病历

12.4基于语义技术的电子病历12.4.1电子病历概述电子病历（electronic medical record， EMR）是以电子化方式管理的个人医疗保健信息，涉及保健和临床信息的采集、存储、传输、处理和利用。它可在医疗卫生服务中作为主要的信息源，取代纸张病历，满足所有的医疗、管理和法律的需求(美国国立医院研究所的定义)。电子病历系统（electronic medical record system, EMR-S）是：“指记录、检索、处理电子健康信息的系统。”（2003年ISO/TC215的定义）回顾电子病历的发展，经历了电子化的病历文档（包括手工录入、语音录入，计算机扫描等方式）、表格式的电子病历，到结构化的电子病历。阐明电子病历的本质是研究的核心和关键问题。早在1997年美国Richard S.Dick就作了明确阐述： 电子病历决不只是利用计算机将纸质病历移植为电子载体，而是将纸质病历中文字的、图表的信息变为计算机能识别和理解的格式化数据予以输入、存储、处理、查询。为了研制出“计算机能识别和理解的”的电子病历，目前有两条途径：结构化的电子病历和基于语义技术的电子病历。12.4.2结构化电子病历的优势与问题1）结构化电子病历概念与优势基于结构化的电子病历主要由结构化的模型与结构化的数据组成。结构化模型为分层次结构，它的前三层表达了病历规范的格式，后几层表达了疾病的临床医学知识和诊断治疗的规律（如图12-1所示）。结构化数据是指能够用数字或统一的数据模型加以描述的数据，具有严格的长度和格式。这些数据必须根据其内在概念的序化或原理的序化已被准确地分类和编码，并归属于某一医学分类系统中。通常采用开放式结构化录入（SDE）方法录入电子病历中（如图12-2所示）。它的最大优势就是病历的部分内容能被计算机识别和理解，从而可以处理、应用。图12-1 结构化电子病历模型的多层结构示意图图 12-2 结构化录入的用户界面2）结构化电子病历的问题完全结构化的电子病历是一个理想的目标，但要实现它存在下列一些难以解决的问题。（1）组合性：病历内容都是由多个词汇组合的，的为了表达病历中海量的医学知识的含义，结构化通过切分这些知识，直到基本的词或术语（常是自定义的，或非标准的），而它们并不能表达精确的、独一无二的语义。而这种人工的切分既耗时费力，又缺乏标准。（2）关联性：电子病历海量信息之间的复杂的逻辑关系如何表示？复杂多变、又严谨规范的临床医学知识如何推理？例如“急性单纯性阑尾炎”，若用结构化划分：“急性”指疾病的分期；“单纯性”指疾病的分型，不含其它合并症；“阑尾”指解剖部位；“炎症”指病理改变。因此人为设置这些变化多端的相互关联是非常困难的。（3）知识驱动性：临床医学是是一个庞大深奥的领域，数百年理论研究和经验积累已形成一个规范化的体系。例如“冠心病”诊断依据必须具有特征性的心绞痛症状、典型心电图表现和特定的心肌酶变化。利用结构化数据人为设置所有医学知识的逻辑推理也是难以解决的，即无法根据临床医学的驱动进行正确推理。（4）全面性：电子病历除了医学知识，还也包含大量的日常用语信息也需要语义识别，例如现病史、病程记录中描述性的自然语言，例如“酒驾”、“交通事故”等远超出医学术语范畴。（5）歧义性：自然语言文本各个层次存在歧义性或多义性，特别是方块形汉语单词切分的难题，即“字词词组句子段”的判断，而消除歧义现象需要大量的知识和推理。例如：一只 手提 除颤器一只手提除颤器 （数量词 形容词 名词） （词组）一只 手 提 除颤器（修饰词）（主语）（谓语）（宾语） （句子）5、方便性：要求医生放弃传统的、习惯的文本录入方式，采用完全结构化录入是一件既耗费时间、又类似机械性的操作，必然受到他们的反感乃至抵制。6、局限性：医学本身有许多未知领域，每一个患者有其独特的临床表现，严格的结构化录入难以涵盖复杂多变的临床表现，会限制医生的创造性思维，阻碍对医学未知领域的发现和思考。例如，2003年前谁会设计一个“非典型肺炎”的结构化病历呢？12.4.3 基于语义技术的电子病历的设计原理结构化电子病历的上述问题促使我们去寻找另一条途径，这就是基于语义技术的电子病历。有关设计原理如下;(1) 医学本体知识在电子病历中的应用我们已经介绍了语义技术是采用国际统一标准的基于语义的数据表达语言，如元数据RDF/RDFs和OWL本体语言的表达方式，OWL是RDF/RDFs的进一步扩充，主要增加了逻辑运算描述能力等许多特征。针对特定知识领域又开发了各种本体Ontology，表达了某一领域概念的标准化。因此，医生可以用自由文本的方式书写电子病历，由语义技术将病历中的医学信息逐步拆分到基本的颗粒医学元数据或医学本体。它们在电子病历中的作用有如下特点： 由于医学本体精确定义了医学知识概念和概念间的关系，就可以使电子病历系统正确识别和理解自由文本中的信息，消除信息的歧义、多义和同义，而依据本体概念间的关系有利于进行正确的逻辑推导。 由于电子病历必须与许多异构的医学信息系统（如实验室系统、影像系统、区域卫生系统等）实现信息的互操作，医学本体对知识唯一、精确的描述有利于信息在语义层次的共享、交互、检索和重用。 本体主要是由计算机可应用的数学方式来表达的，因此电子病历中的医学知识以本体表达后就可以用EMR-S进行处理。（2）电子病历中知识的标识电子病历中的医学概念和日常用语概念在转化为RDF或OWL后都被赋予唯一的语义，并被分配到一个唯一的标识符，即统一的资源定位URL，这就为电子病历对医学知识、数据资源的快速准确访问、识别和交互奠定了基础。（3）电子病历医学概念的标准化医学概念的标准化是电子病历的基础。医学本体就是对医学概念的标准化表达，但这种概念是分散的，概念间的关系是多向的，并不适用于电子病历对临床诊断、治疗的专业要求。医学术语在本质上就是医学概念的语言符号，医学分类系统是将相关的自然语言列入分类范畴，是一种按医学概念或原理序化整理的逻辑系统，是一种聚合的术语。UMLS就是一个接近上层本体的分类系统。最适用于电子病历的有SNOMED（系统化临床医学术语集）、ICD(国际疾病分类)、LOINC（检验报告逻辑命名与编码系统）等。以SNOMED为例，它涵盖了医疗卫生领域的311，000个概念都具有唯一的语义含义，并归纳到19个层级结构中，还有1，360，000种语义关联。这些为语义电子病历提供了标准化的基础。图 12-3 SNOMED 的概念分类与语义关联（请俞老师删除公司标记和PPT模板）（4）电子病历中的语义共识不同厂商开发的电子病历都是异构系统，如何使其中的自由文本语言做到语义上的共识，只有靠本体映射的方法来实现。本体映射的基本原理是发现两个异构本体内实体之间是否存在相关性，即进行相关度匹配，如果高度匹配，则表示电子病历中某一实体与所映射的本体的某一数据（或术语）具有一致的语义。本体映射的关键有两点：一是对病历内容分解的粒度能独立匹配；二是特定的语境，包括医学领域、上下文提示、语言习惯等。图12-4是一位患者两天的病程记录，出现了5个完全一样的“心绞痛”医学词汇，但是第1组三个“心绞痛”表示症状，第2组的二个“心绞痛”表示诊断，语义截然不同。通过上下文的语境和概念的关联，进行本体映射，就可以得到正确的语义解释。2008-02-16 16:00 患者*，今日仍诉有 心绞痛 发作，体格检查：HR 86次/分，节律齐，心电图提示S-T段下移，王主任医师查房，认为心绞痛诊断成立。(1)识别出三处心绞痛症状含义2008-02-20 08:00患者*，今日无诉有 心绞痛 发作，服用抗心绞痛药物已经4天，体格检查：HR 84次/分，节律齐，听诊心脏无杂音。张主任医师查房意见：患者经4治疗后 心绞痛 症状缓解，治疗方案有效，同意劳力性心绞痛 诊断。 (2)识别出两处心绞痛诊断含义图 12-4 利用本体映射达到医学知识语义共识2005年我们与荷兰鹿特丹鹿特丹Erasmus大学进行了一项关于本体映射的研究，将中国100多份心脏科病历译成英文，将其用结构化数据录入，然后采用Collexis 元素搜索引擎向SNOMED映射，进行机械配对，以探讨电子病历内容被SNOMED术语匹配表覆盖比例。经多次试验，可接近75%的匹配度。证明本体映射的可信度。该论文发表在美国2006年医学信息方法杂志。（5）电子病历中医学知识的推理临床决策支持（CDSS）是电子病历的重要功能，其关键就是能够依据临床医学原理，对患者的病历数据进行知识推理。应用语义技术进行知识推理有三个层次：首先是遵循三元组之间的关系，在RDF层的推理；第二是本体层推理；最后是医学知识驱动性的逻辑层推理。如图12-5所示。图12-5 电子病历中的医学知识推理从心电图的知识概念来看，左图显示S-T段弓背向上抬高，Q波呈病理性倒置，推导出心电图的“心肌梗塞”诊断。右图显示S-T段下降，T波倒置，提示心电图的“心绞痛”诊断。它们分别构成了两个心电活动的诊断三元组，并形成推理途径。综合分析左右两份病历，可以发现根据特征性的“症状（胸痛） + 实验室检查（心电图、心肌酶）-临床诊断(心肌梗塞或心绞痛)”,形成另一种推理途径。12.4.4 基于语义技术的电子病历模型图12-5是设计的基于语义技术的电子病历模型，分为三部分，底层是数据库层，包括的“医学本体库”、“医学知识库”、“医学语义逻辑规则库”；的“病历模板库”、“病历数据库”；第二层是数据处理层，包括“ 语义数据管理”和“电子病历数据管理”。第三层是语义数据处理工作流，它包含了五种核心语义处理工具，对底层的数据进行全盘语义技术处理。最后将结果输送到第四层展现层，形成电子病历，并存储在EMR服务器供用户使用。以上功能是双向的,即自然语言书写的、或半结构化的电子病历也可以通过自上而下的流程被语义技术识别、理解、处理、应用。 语义数据处理工作流电子病历服务器电子病历应用系统判定器识别器转换器选择器推理器语义数据管理系统电子病历数据库医学本体库医学语义逻辑规则库医学知识库电子病历管理模块电子病历模板库语义数据管理模块图12-6 基于语义技术的电子病历模型（请俞老师重新构图，在右侧参照上文加注四个层次的标注）图12-7则是设计的基于语义技术的电子病历中各个医学本体间的语义关系。图12-7 基于语义技术的电子病历中各医学本体的语义关系12.4.5 基于语义技术的电子病历使用方法根据上述设计原理和病历模型，使用方法如下：1）医生利用卫生部制定的格式化的病历模板上，在相应栏目（如主诉、现病史、体格检查）用Word文档类形式录入病历内容。2）EMR-S根据该栏目专业知识及语境特点，自动对病历进行自动化或半自动化的语义标注。形成基于语义的若干个三元组。例如：对“急性单纯性阑尾炎是一种肠道的炎症”，我们可以通过语义表示，转化为以下三元组形式的RDF或OML，“阑尾炎是炎症”，“阑尾炎发生在肠道”，“该例阑尾炎是急性的”，“该例阑尾炎是单纯性的，（不含合并症）”。综合起来，对这段语义就可以得到唯一正确的语义理解。3）向电子病历提出问题，如“诊断是什么？”“治疗方案是什么？”EMR-S依据本体库、知识库、规则库进行语义关联、逻辑规则的推理运算，最后回答医生问题，或者提出建议。当然，也可以具有其他功能，如统计分析、查询检索等等。5)医生参照系统答案，选择：同意，参照执行；不同意，提出新问题想EMR-S求证；同意，目前无法执行，是因为已有的本体库、知识库、规则库不支持，于是进行补充完善。12.4.6 基于语义技术电子病历研发的基础和问题 1）基于语义电子病历研发的基础语义具有领域性特征，自然语言的理解易于建立在有限的词汇、句型和特定的主题范围内，电子病历具有明确的“域”，即临床医学。它的格式化各栏目（主述、现病史等）都有明确的主题范围。 对于医学知识已创建了许多近似医学本体的分类系统或术语库，如SNOMED、UMLS等。由于生物医学知识的相对完整性、规范性和关联性，疾病的规律业已经形成经典的理论，易于设立推理规则。所以迄今为止，生物医学领域是语义技术应用规模最大且技术探索最为活跃的领域之一。2) 基于语义技术电子病历研发的问题首先语义技术是一种年轻的、发展中的、有些还不够成熟的技术，有待研究完善。医学是一个广阔、复杂的领域，尽管在基因等领域获得极大成功，但在临床医学领域还存在大量未知的问题。 作为医学本体映射的基本工具基于语义搜索引擎，目前还未见成熟的中文语义搜索引擎 我国缺乏语义技术研究的人才，特别缺乏熟悉医疗卫生领域的语义技术人才。12.4.7 语义技术在电子病历发展中的重要作用语义技术对电子病历中的发展带来巨大的变革，其重要作用如下：1、医生采用自由文本录入的方式，较结构化录入更方便、快捷，减轻病历书写负担、提高效率。2、颠覆了过去在“词”层面上的信息共享，实现了在语义层面上的信息共享，有利于电子病历与多种的异构系统的整合，有利于医学知识的整合。3、语义标注等功能使电子病历的内容真正为计算机自动识别与理解。本体间的联系和逻辑关系使临床决策支持系统成为现实，而不需要人为去设计推理规则，而这种规则是难以穷举的。4、有利于从语义角度准确、自动地阅读理解病历，检索资料，用于临床科研。5、语义技术有助于对长期间的、大样本的电子病历做循证医学研究，有助于发现新的疾病、新的诊疗方法、新的药物。6、医生不必改变他们习惯的病历记录方式，不受病历结构化的限制，可以自由地思维和创新。综上所述，尽管在一段时间内基于语义技术的电子病历还会与结构化电子病历并存，并互相促进，但语义技术是电子病历发展的一次变革，是电子病历发展的必由之路。第四节 基于语义技术的电子健康档案（董建成）电子健康档案是人们在健康相关活动中直接形成的具有保存备查价值的电子化历史记录。它是存储于计算机系统之中、面向个人提供服务、具有安全保密性能的终身个人健康档案。电子健康档案全面、连续记录个人身体指标、体检指标、疾病史、用药史、手术史、过敏药物、家庭病史、吸烟史、饮酒史等的电子文档、图形信息记录。2004年，美国布什总统在致国会的国情咨文中指出：通过电子健康档案（electronic health records，HER）可以避免严重的医疗差错，降低医疗成本，提高医疗服务质量，促进健康信息在更大范围内的共享。2007年，致力于卫生信息标准开发的国际组织HL7宣布电子健康档案系统功能（ANSF/HL7 HER）获得美国国家标准局（ANSI）正式批准，成为世界上第一个关于电子健康档案的国家标准。美国、加拿大、澳大利亚和丹麦、荷兰等各国都在抓紧进行数字卫生建设，建立起国家级、州级或者郡县级别的电子健康档案系统。我国电子健康档案相关研究起步稍晚，但随着卫生改革的日益深入、人们对社区卫生服务的要求越来越高，作为社区卫生服务重要组成部分之一的健康档案工作也日益受到重视。上海、北京等大中城市在市卫生局的牵头下由各社区服务中心或社区服务站和科研机构合作相继建立起各自的居民电子健康档案。标准统一、数据准确、更新频率合理的电子健康档案系统中存储的庞大数据信息对卫生防疫管理机构、医疗机构和个人都有重要的意义。无论从语义网研究实践来看，还是从计算机网络辅助医学研究和临床实践来看，探索基于本体的健康档案知识库的开发应用只是本体技术和数据挖掘技术在医学生物领域中的一个研究小节点。尽管在其开发过程中将遇到许多难点和待开发的研究领域，但是其理论、方法和探索过程对于计算机本体语义技术和医学生物学科未来的发展均有着较大的意义。近几年，随着生物医药语义知识库本体研究的日趋成熟，利用本体语义创建电子健康档案知识库的研究也渐成气候。一、电子健康档案文献信息资源结构分析电子健康档案记录的是人们在健康相关活动中直接形成的具有保存备查价值的电子化历史记录，主要由各种关系表组成，包括居民基本信息表、居民体检表、居民辅助检查表、社区医生表、儿童信息表、儿童体检表、家庭信息表、妇科保健信息表、妇科检查治疗表、孕妇信息表、常见疾病表、保健信息表、慢性病人信息表、流行病信息表、慢性病人发病记录表、慢性病人体检表等，如图12-1 电子健康档案关系表图12-1所示。居民电子健康档案往往是以社区、区县或国家等区域为单位，格式标准同一、文档结构内容相似，大多数数据信息是属于结构化信息，且电子健康档案的数据量相当大，十分适合计算机处理和统计。然而，未经过信息抽取加工和语义处理的数据库其表与表之间虽然存在着一定的关联度，但是表与表之间的数据较孤立，只适合进行宏观的统计学意义上的统计，其挖掘度和智能性不强。图12-1 电子健康档案关系表二、电子健康档案本知识体构建方法目前的电子健康档案数据以关系数据库为基础，检索存在孤立性和零散性，研究与开发基于语义的电子健康档案知识库系统可以解决个人健康知识体系缺乏知识关联、分散无序等问题，实现基于健康知识的居民个人健康信息的语义检索、知识推理与知识发现功能。本体具有良好的概念层次结构和对逻辑推理的支持，具有通过概念之间的关系来表达概念语义的能力，能较好地为语义检索和概念检索提供知识基础。基于本体的信息检索是在知识（概念）层面上进行检索，可以发掘出那些隐含的、不明确的信息、概念，不仅在查全、查准方面更好地满足用户要求，还可以使系统具有较强的数据挖掘和文本挖掘功能，为用户提供知识帮助。在创建本体之前，首先需要确定本体的专业领域和范畴，明确该本体的目的和专业领域，应用本体的目的，确定本体中信息涉及的问题。目前已有的知识本体库有很多，一些成熟的通用本体库和医学生物本体库均可以借鉴应用到健康档案知识库本体的创建中去，以便提高效率。在此基础上，需要充分考虑健康档案知识库的内容特征进行基于医学分类体系的本体类的定义和类的等级体系界定，确定其属性特征。图12-2是医学本体体系的一段描述。医学本体中医本体西医本体医学共性本体西医槽类西医概念类疾病属性类化学物质类疾病类诊断类器官类病理属性类诊断属性类病因属性类图12-2 医学本体体系医学是关于疾病防治及人类健康保健的科学，因此在医学知识中，最重要的以及最核心的知识就是关于疾病的知识。疾病是一个综合的医学概念。疾病概念涉及到病理、生理、解剖、实验室检查、治疗、统计和分类等各个方面。在医学本体中最主要的就是疾病的属性及关系，同时我们也将涉及到与疾病知识相关的如药物、诊断、外科手术等方面的概念及其相关属性和关系。进行领域本体的构建首先要确立该领域中的关键概念。以肝癌疾病为例，参照中国图书馆分类法-医药卫生类、医学主题词表，考虑肝癌疾病的病因属性、病理属性、病变属性、病生属性，可得出肝癌基础医学属性的框架图，如图12-3所示。在此基础上，通过本体构建工具（如Protg）便可以轻松进行本体构建。肝肿瘤肝肿瘤的预防与控制肝肿瘤病理学、病因学并发症肿瘤诊断学病理解剖学、组织学病理生理学病理类型检查鉴别诊断预后预防和控制放射摄影术放射性核素显像超声检查病因学、发生学化学因素物理因素生物因素内分泌因素精神因素胚胎因素其他因素病理学分型转移途径胚胎学图12-3 肝癌基础医学属性的框架图三、电子健康档案知识库构建过程中的难点与解决构思基于本体的健康档案知识库研究尚处于起步阶段，其中有许多问题需要关注和突破。（一）多学科融合基于本体的健康档案知识库的建设是集医学、计算机学、统计学和美术设计等多学科为一体的综合性项目，主要是计算机和医学两大学科的融合。一个完美作品的呈现需要开发者对其领域的十分透彻的认识和研究，而计算机和医学两个学科的学科特性都十分强，且无交叉性，因此复合型人才十分稀少。专业知识的缺乏将导致平台在设计和创建过程中会出现功能缺陷或专业性错误。因此，电子健康档案知识库的平台的建设团队的组成既要有计算机学研究人员也要有医学研究人员，并充分调动其积极性，发挥其专业优势。除此之外，统计学和情报学专业人才也需要扩充到团队中去，并充分听取医生、病人及各层次其他使用者的意见，使其功能和界面能满足用户的需求。（二）本体及语义抽取的准确性现阶段，国外的本体技术较国内的本体技术要先进许多，但是西文的医学本体不能完全照搬到中文医学本体中来。其他专业领域的本体或通用本体也不能照搬到医学领域的本体上来。因此，在领域本体的创建过程中，研究者可以参照斯坦福大学医学院开发的七步法，并严格遵照执行，确保该领域本体的准确性：(1)确定本体的专业领域和范畴，明确该本体的目的和专业领域，应用本体的目的，确定本体中信息涉及的问题；(2)考查利用现有本体的可能性（对已有概念组织体系的复用）；(3)列出本体中的重要术语；(4)定义类和类的等级体系；(5)定义类的属性；(6)定义属性的分面；(7)创建实例。在语义抽取的时候，可利用分词工具、词意消歧工具、术语及关系提取工具等计算机手段来提高效率，但是在准确性问题上，需要人工参与，确保语义抽取的准确。（三）保密性与数据研究的权衡电子健康档案是面向个人提供服务、具有安全保密性能的终身个人健康档案。庞大的数据量虽然具有极其优良的研究价值，但是如果因此而侵犯到个人隐私，也是不道德的。因此在健康档案知识库平台设计过程中要充分考虑到个人隐私保护问题，为个人用户和研究者提供不同的查询入口，并设计合理的权限级别，使得知识库在保护个人隐私的前提下，最大限度发挥其医学研究作用，为地区性的健康保健提供服务。四、基于语义的电子健康档案知识库的挖掘价值数据挖掘技术可以使得用户从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中采掘出隐含的、先前未知的、对决策有潜在价值的知识和规则的过程，主要技术有分类、聚类、关联规则挖掘、特征与偏差、时序模式发现、趋势分析等等。文本挖掘技术也非常适合应用于基于本体知识库的电子健康档案网站，通过文本摘要技术、信息提取技术、关系提取技术及个性化文本过滤技术进行基于单文档的数据挖掘和基于文档集的数据挖掘。这些数据挖掘技术在电子健康档案上有着很广泛的应用前景，在电子健康档案知识库建成的基础上，利用挖掘技术可实现电子健康档案的网络浏览、文本检索、文档总结等功能。（一）网站及网络浏览导航：通过文本挖掘技术分析用户的网络行为，分析用户的兴趣点，从而预测用户将要浏览的信息点，提前为用户提供智能化的导航服务。比如：某个人的健康档案中显示患有高血压，电子健康档案知识库里将在网页上提供有关高血压症状、保健和治疗的相关知识导航，用户可以方便阅读。（二）疾病关联性分析及预测：通过信息分类和聚类技术对健康档案集进行分析，发现出相关症状和疾病与其他疾病之间的关联性特征，或是发现单文档中A疾病治疗方案可能会引发的B疾病冲突。比如：通过健康档案的家庭关系进行特征分析，可分析某个家庭非遗传和传染性相同疾病（可能由饮食习惯和生活习性引发的家族性疾病）发生概率；通过健康档案完整的档案自动提示医生开药是否会引起病人其他慢性病发作可能。（三）疾病分类和聚类：利用分类和聚类技术实现文档的自动分类和聚类，将同一疾病的健康档案自动分类聚合，以供进一步的数据挖掘。如：将高血压患者或者肝癌患者的健康档案自动分类聚合，挖掘出该病症的临床数据和知识，为医药科研提供知识帮助。（四）健康档案健康总结：利用web文本挖掘技术抽取关键信息，给出文档摘要和解释。如：从每份健康档案数据中抽取关键信息，用简洁的形式对文档内容进行摘要和解释，这样用户就可以不用阅读整个健康档案或者不需要专业知识就可以通过计算机给出的摘要和总结对自我的健康状况有一个大体了解，并可以有选择的进行针对性深入阅读。第五节 基于语义技术的临床数据交换（李劲松）一、临床数据交换的意义随着人口流动性的增加，患者一生中可能在很多家不同的医疗机构就诊。因此，对于医疗专家或患者来说，一个最基本的需求是能够以可理解的、规范化的方式查询并操作以患者为中心的临床信息。这些信息分散在多个独立的、异构的系统之中，并存在语法和语义上的不兼容性，因此，需要通过临床数据交换来实现患者信息的逻辑一元化，从而真正实现以患者为中心的医疗服务。临床数据交换是指在一个医院、社区或区域内的相关机构间，临床信息的电子化流动。它提供不同健康信息系统间电子化交换、共享具有一致含义的临床信息的能力。临床数据交换能够促进临床信息的访问和检索，从而提供更加安全、及时、有效、平等、以患者为中心的医疗服务；例如一些关键信息，药物不良反应史等，能够及时互通，阻止因此造成的死亡或其他严重后果。临床数据交换能够辅助公共健康管理部门分析人口健康情况，应对公共卫生事件；例如大范围疫情爆发的事前预测、事中控制、事后分析等。对患者来说，临床数据交换能够为其提供连续的一致的医疗服务体验，形成逻辑上一体化的个人电子健康档案；对医疗提供者来说，临床数据交换能够减少医疗成本，如通过调阅之前的记录从而减少不必要的检查检验项目。同时，对于大量需要长期连续监控治疗的慢性病患者来说，临床数据交换可以减少治疗成本，并提高不同机构的医疗专家间的协同工作能力，为患者提供有效的医疗服务。当前，世界各地广泛认同的四大临床数据交换的障碍是：通信、标准、资金和互操作性。这些障碍同时包含了技术层面和非技术层面的因素：从技术上来讲，临床信息交换标准以及系统间通信是所有国家面临的主要问题。尽管目前存在HL7 CDA、CEN 13606等临床数据交换标准，但是国际标准的本地化和本地系统的标准化还存在诸多必须解决的问题。从非技术层面来讲，临床数据交换面临众多问题，包括资金来源或者盈利模式、机构间的竞争、管理上的封闭性、现有资产保护、工作流程调整、保险支付差异、隐私问题、法律因素等等。本节不对非技术层面原因进行展开，仅就技术层面进行分析论述。现阶段，存在很多不同的标准用于表达临床信息，主要如HL7 CDA、CEN 13606、openEHR等，每一种标准都定义了自己的信息模型并以特殊的方式管理数据，统一标准是不可能完成的任务。因此，欧盟在2008年的Semantic Interoperability for Better Health and Safer Healthcare报告中提出，语义互操作是提高患者医护服务质量和安全、公共健康水平、临床研究水平以及健康服务管理的基本要素。通过语义互操作实现临床数据交换，才能够保证异构系统间被交换信息的准确性、可理解性和一致性；才能够及时安全的操作分布在各处的临床数据，充分连接并发挥当前临床信息系统的优势；才能够保障临床数据的逻辑一元化管理，形成时间上从出生到死亡，空间上包含所有活动范围的以患者为中心的电子健康档案。二、临床数据交换的发展现状近10年来，英国、美国、加拿大、澳大利亚等一些国家先后投入巨资开展了国家和地方级以临床数据交换和电子健康档案为核心的区域性卫生信息化建设，从而最大限度地保证公民的医疗质量和安全性，提升整体医疗服务质量、提高医疗服务可及性、降低医疗费用、减少医疗风险。英国从1998年开始策划区域医疗信息交换和电子健康记录应用，主要目的是提高患者的安全性。国家卫生署制定了国民卫生服务信息战略项目（National Programme for IT, NpfIT），全面将计算机应用引入卫生服务领域，保证医疗专业人员、患者和护理人员“在正确的时间和地点，拥有正确的信息”，以提高患者的医疗与服务质量。2000年，加拿大成立Infoway机构，通过区域内的临床信息交换和跨区域的协同工作推动区域以及国家卫生信息网的建设。2002年开始，计划投资数亿美元促进医疗机构及其他终端用户对信息技术的接受，建立全国性的电子健康档案系统、药品信息系统、实验室信息系统、系统影像系统、公共卫生信息系统和远程医疗系统。2004年1月20日美国前总统布什在美国众议院发表国情咨文时提出，要在10年内为全体美国公民建立电子健康档案。2005年，美国国家卫生信息网为实施本计划选择了4家全球领先的信息技术厂商作为总集成商，在四大试点区域分别开发全国卫生信息网络架构原型，研究包括电子健康档案在内的多种医疗应用系统之间互通协作能力和业务模型。美国现任总统奥巴马提出投资500亿美元全面发展以临床数据交换为基础的医疗信息技术应用，以减少医疗差错，挽救生命，节省开支。2004年8月，法国通过法律确定建立个人医疗档案，且该医疗档案由患者所有（患者同意方能使用），其目标是为患者提供持续的医疗服务，其经济目标是为了更好地控制医疗成本（比如取消多余的辅助性检查）。最近，Google、Microsoft、IBM等IT业巨头也纷纷推出基于云计算和临床数据交换共享的医疗信息服务平台，向电子健康档案、医疗信息共享、个人健康管理等领域进军。经过近年来的发展，我国在电子健康档案及临床数据交换领域也取得了一定的成就和进展。2008年“厦门市民健康档案信息系统”在厦门市36家医疗机构投入试运行，目前系统已经为患者建立个人正式健康档案93万份，仅诊疗结果共享一项节约重复检查、拍片、冲洗、打印等费用2100万元。实现了区域协同医疗、终身健康管理和一体化网络医疗。上海市闵行区已建立起覆盖社区居民的个人电子健康档案及信息系统，基本实现了对居民健康的“全程干预”。在这个档案中，居民从出生到死亡的生命指标、疾病史、免疫接种史、保健管理、就医信息等全部记录在案。当前医疗信息共享和交互发展迅速，在标准化、数据安全等技术层面上也趋于成熟，但基于发展阶段等因素的限制，大多还处在单一区域内，在国家层面上形成医疗数据交换网络的十分少见。随着人口流动速度加快，活动范围增大，医疗信息交换的需求已经不局限于单一区域，而向跨地域乃至全球范围快速发展。本书主编李劲松教授主持的课题“国际医疗信息交换系统的研究开发(Global Dolphin)”在这一领域开创了不同语言国家间临床信息交换的先河，研究实践了从医疗机构内的系统集成到区域医疗信息共享，从跨区域临床信息交换到中日跨国临床数据交换的完整过程，在医学信息学领域顶级期刊JAMIA（美国医学信息学会会刊）发表研究成果并被选为封面论文。图12-4是国际医疗信息交换项目的总体构架图，在区域医疗中心和国家级医疗数据共享网络的基础上，国际临床信息交换系统通过主索引、数据映射、结构化文档翻译等服务的建立以及异构系统数据接口、数据安全性、医学图像互操作、医生门户等一系列工作，在不同国家间实现医疗信息的共享和交互。图12-4 国际医疗信息交换项目目前，国际临床数据交换系统共进行了39个患者的临床数据交换测试，总计交换医疗文档1153份，包括1001个MML文件和152张医学图像。通过上述数据交换实验验证，系统当前处于可实用状态，与浙江大学、京都大学、宫崎大学的三个区域医疗连接，随时能够为异地就医的患者提供数据交换服务。该项目是一次国际临床数据交换的尝试，系统最终能达到促进临床数据的访问和检索，提供更加安全、有效、平等及以患者为中心医疗服务的目标。同时，以全球化临床数据访问操作能力为基础，今后，系统可以为用户提供更多的增值服务，比如国际流行病控制、公共健康评估、转换医学研究、以及医疗保健旅游等等。尽管当前众多的临床数据交换项目正如火如荼的进行，但基本上还只是在语法和结构层面上对数据进行互操作，从而实现临床信息的交换和共享。这一层次的临床数据交换过程在同一种标准内实施具有比较好的效果。然而对于大量存在的不同标准间的异构系统，语法和结构层面上的数据互操作在开发、实施和维护上的成本都很高。因此，将互操作过程上升到语义层面已经成为临床数据交换的必然趋势，欧盟、美国、加拿大、澳大利亚等发达国家在这一领域已经展开了大量的研究和实践。三、临床数据交换的语义互操作根据SemanticHEALTH的定义，互操作是这样一种由信息和通信技术（ICT）应用和系统的发展促进的能力，该能力用于交换、理解和作用于居民/患者以及其他健康相关的信息和知识；用于在具有不同语言、文化的医疗专业人员、患者和其他相关人员、组织之间共享信息；用于以合作协同的方式在卫生系统司法管辖区之内或之间进行交互。语义互操作是当前发展的最新阶段。为了更好的理解语义互操作，我们回顾一下基于互操作的临床数据交换经历的如下四个发展阶段：第0阶段：没有互操作性 没有使用IT技术来共享信息； 案例：纸质邮件，传真和电话。第1阶段：机器可传输的（结构化）互操作 利用基本的IT技术传输非标准的信息；文档中的信息不能被电子化利用； 案例：基于计算机交换的扫描文档、图片、PDF文件。第2阶段：机器可组织的（句法化）互操作 传输包含非标准化数据的结构化信息；要求接收端具有将发送组织的字典表转换为接收组织的字典表的点对点接口；由于异构系统间字典表细节或粒度的不兼容性，通常会产生不完整的转换结果； 案例：自由文本电子邮件，基于PC交换的不兼容/私有的文件格式，HL7消息。第3阶段：机器可翻译的（语义化）互操作 传输包含标准化及编码数据的结构化信息；理想状态下，所有的系统将使用相同的格式和字典表来交换信息； 案例：从外部检验机构到电子病历标准化数据的自动交换以及患者问题列表的自动交换。语义互操作（semantic interoperability，SIOp）阶段的最主要作用是促进医疗服务提供者、患者、相关部门、研究和培训机构之间的编码、传输、有效利用并无缝集成健康服务。其地域范围包括本地互操作（例如，医院内部）、区域互操作、国家范围内的互操作以及跨国家的互操作。互操作的信息主要是个体患者的信息，同时也可以扩展到质量管理、保险、赔偿、研究等信息。语义互操作包括很多方面的内容：（一）对个人患者来说，语义互操作的相关任务包括协助对患者病历、相关背景知识等临床数据的采集和快速访问。同时还可以包括质量管理、临床决策支持、监控和预警、对质量和成本的反馈等信息。（二）对统计数据来说，语义互操作的相关任务包括提交报告、健