5.李劲松-大数据时代的医学信息技术

李劲松浙江大学生物医学工程与仪器科学学院2016-08-31南京大数据时代的医学信息技术生物医学信息学与生物医学工程学信息学生物信息学医学信息学计算机MEMS纳米技术等仿生学医学工程学FutureCellularcyborg生物医学信息技术的应用领域生物信息学医学信息学医院内及医院间信息系统医疗大数据时代医疗大数据分析利用异构系统的数据交换电子病历的进化•2011年美国的医疗健康系统数据量就达到了150EB•摩根斯坦利报告指出，2013年大数据增长最快的领域中，医疗行业占据首位•2020年全球医疗数据总量相当于2009年的44倍，达到35ZB，年均增长48%医疗大数据时代•一张CT图像所包含的数据大约150M•一次全面基因测序达300GB(Leah,2014)医疗大数据的来源“互联网+”时代将产生更多的医疗数据运动饮食移动医疗健康管理远程监护生活习惯慢病管理24小时不间断记录大数据将节省12%~17%的医疗成本，以目前的2.6万亿美元医疗开支（美国）计算，相当于节省3000-4500亿美元——麦肯锡公司《医疗行业的大数据革命》在如何将医疗大数据的巨大潜在价值转变为实际效益方面，医学信息技术将扮演重要的角色医疗大数据的潜在价值远未开发医疗大数据时代医疗大数据分析利用异构系统的数据交换电子病历的进化PDCA循环模型Subject：主诉Object：检查检验结果Assessment：评价、诊断Plan：治疗计划诊断↓治疗SOAP结构化记录电子病历的进化全医疗过程数据记录全过程管理电子病历系统•全医疗过程的记录使数据量爆发性增加，如此巨大的数据量如何录入系统？问题一：无胶片化Ubiquitous服务平台无纸化、数字化医院——空间智能化•如此庞大的数据会给系统带来巨大的压力，响应速度能够满足用户（医护人员）的需要吗？问题二：岐阜大学附属医院10Gbps1Gbps2800终端光网（StarTypeTopology）网络基础设施ProvidedbyProf.Kinosada无纸化、无胶片化医院的医护人员工作现场图像界面病历界面手术示教手术室监控能显示所有图像用于手术监视、手术示教病房ICU等宫崎大学医学部附属医院先进的系统构架和数据库技术ServerCachéClient　IzanamiApplicationServerServerServerClusterInterconnectCachéServerActiveDirectory1DNS1ActiveDirectory2DNS2ClusterInterconnect管理TEST・・・・・MetaFrameServerMetaClientWebServer(IIS)PDAClient172.31.251.1172.31.251.2172.31.252.5172.31.251.10172.31.251.11172.31.251.12172.31.251.13172.31.251.14172.31.251.15172.31.251.19172.31.251.20172.31.251.21172.31.251.38172.31.251.9172.31.251.39172.31.251.40172.31.251.41172.31.251.42172.31.251.16172.31.251.17172.31.251.18172.31.251.22172.31.251.23172.31.251.24反应速度端末同時接続最大120台で、レスポンス時間を計測単位：秒ジョブ台数サンプル数最小値最大値平均中央値分散標準偏差変動係数12010620.111.690.520.340.120.3567.331008880.111.220.470.300.090.3166.08504410.111.200.370.230.080.2876.13252220.110.720.270.220.030.1659.79190.110.270.150.130.000.0531.241203540.141.240.570.670.100.3255.801002970.142.110.810.810.240.4960.82501470.141.000.380.250.060.2564.9325740.161.050.430.270.090.3171.19130.140.170.160.160.000.018.371203540.614.062.142.270.690.8338.921002970.703.001.852.000.380.6233.44501470.692.221.541.530.220.4730.2825740.831.501.221.250.030.1613.31130.730.740.730.730.000.000.061207080.881.611.311.310.010.107.851005960.881.471.301.310.010.096.59502960.881.451.291.300.010.096.67251471.171.421.301.300.000.064.30161.271.331.301.300.000.021.38120110610.202.190.500.480.010.1018.8410092360.222.080.490.480.010.0816.715045960.220.890.480.470.010.0715.062522890.270.810.480.470.000.0714.281920.330.660.470.470.000.0612.651203090.444.881.621.330.930.9759.551002950.424.561.881.581.001.0053.22501470.472.631.271.140.270.5240.6525750.482.441.571.690.260.5132.67130.451.030.720.690.060.2432.83※クライアントパソコンからジョブを実行して、結果がかえってくるまでの時間を計測。オーダ発行注射患者一覧オーダ発行予約オーダ新規作成保存処方オーバービューオーバービュースクロールProvidedbyProf.Araki基于云计算的医学信息系统即服务基于云计算的医院信息系统即服务•电子病历已进化到对全医疗过程管理的时代•这个时代面临的最大挑战有两个：–爆发性增长的数据的录入问题–巨大负荷下的系统响应速度问题小结医疗大数据时代医疗大数据分析利用异构系统的数据交换电子病历的进化异构医疗信息系统集成特点•接口复杂性•数据多样性•临床系统变换性接口技术不同、数据标准不同、系统平台不同——信息孤岛临床数据交换的不同层次医疗机构内的数据交换区域内跨机构间的卫生信息共享跨区域的临床信息交换与协同医疗国家范围的临床数据交换基础设施国际临床数据交换国际临床数据交换体系架构系统总体设计图系统核心功能：语言翻译、数据转换、目录服务；其他功能：数据安全、身份认证、图像互操作、用户界面。临床信息翻译流程不同语言间的翻译，是GlobalDolphin的重要功能。我们设计了三种翻译方式：1）结构化医疗数以的映射翻译，如下图；2）自由短语的机器翻译；以及3）自由文本段落的专业人工翻译。临床数据安全性保障数据安全性保障包括三个方面：访问安全性、传输安全性和存储安全性。我们采取了以下一些措施来保障系统的数据安全：1）设立安全网关，保障数据库和应用与外网隔离；2）建立用户认证系统（CA），只有合法用户才能访问中心数据；3）设置基于SSL的VPN，进行身份认证、数字签名和传输加密；4）设置了访问控制列表，具有相应权限的用户才能访问该数据；5）真实性保障和校验系统，保障存档临床数据的真实性。6）在第三方人工翻译的过程中，对protectedhealthinformation（PHI）信息进行了匿名化，保障患者隐私。数据真实性校验效率改进CenterHashListinonedayOriginalMMLinonedayHospitalHashListinonedayHospitalHashListCenterHashListCenterDigestCompress&BackupGroup100:00-01:00MD5MMLDigestMMLDigestMMLDigestMMLMMLMMLMD5MMLDigestMMLDigestMMLDigestMMLMMLMMLGroup2423:00-24:00MD5MMLDigestMMLDigestMMLDigestMMLMMLMMLGroup201:00-02:00GroupingByTimeMD5HospitalDigestHospitalDigestHospitalDigestMD5MD5HospitalDigestHospitalDigestHospitalDigestMD5MD5MD5HospitalDigestHospitalDigestHospitalDigestMD5MD5MD5Group1A-BGroup2C-DGroup12X-ZMD5CenterDigestThe3rdpartiesMMLMMLMMLGroupingByName0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.02000文件5000文件10000文件分组滚动摘要结构三层树型摘要结构0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.01000th5000th10000th分组滚动摘要结构三层树型摘要结构摘要时间对比校验时间对比异构系统医学图像互操作异构系统医学图像互操作能解决区域医疗中心只存储必要最小量临床数据的要求。额外的医疗信息，如医学图像等容量较大的数据，可以通过互操作模式，利用SOAP协议直接从相应医院的图像网关获取。其他非技术问题的解决隐私保护程度的差异中日间隐私保护标准和程度有所不同，本项目的实施原则是参考日本和美国等隐私保护较严格国家的措施，对患者信息进行处理。保险种类和结算的差异不同国家间的保险和结算制度有较大的差异，本项目对保险信息模块进行了本地化修改，并与日本的保险项目匹配，完成保险结算信息的一致性交换。国际保险覆盖范围由于涉及跨国医疗，本项目在选择医院的时候特别关注了国际保险的覆盖情况，连接区域中心的医院支持多家国际保险公司的跨国结算。Pilot研究共进行了39个患者的临床数据交换测试，其中9个患者不设置globalID，需要通过模糊检索进行信息查询。总计交换医疗文档1153份，包括1001个MML文件和152张医学图像。在1001个文档中，包含197段需要第三方翻译的自由文本段落，其中103段文本中包含153条PHI，匿名化程序能够识别并删除其中的88条PHI，匿名化程度为90.2%，有9条日期，3个地址以及3个非完成的名称没有被识别出来。临床数据交换系统的设计与开发相关研究论文被医学信息学领域Top期刊《美国医学信息学会会刊》（JAMIA）选为封面文章，并被国际医学信息学会（IMIA）选为“年度最优秀论文”，载入学会2012年年鉴，创造了中国大陆学术界在这一研究领域的历史。IMIAYearbook医疗大数据时代医疗大数据分析利用异构系统的数据交换电子病历的进化医疗大数据高效处理系统基于语义技术的数据互操作平台基于Hadoop的医疗大数据分析系统糖尿病区域医疗主要疾病本体库建模及明示化表达高血压本体临床路径本体转诊本体转诊规则药剂本体用药规则治疗规则高血压ICD编码病因症状治疗…本体建模规则建模语义网规则语言SWRL语义网本体语言OWL区域医疗知识库知识推理推理机知识查询知识引擎知识推理引擎构建及知识发现数据映射语义数据转换区域医疗大数据医学本体知识库通过与EHR语义互操作生成个性化临床路径率先在国内提出临床路径的本体建模与电子化方法，发表多篇系列研究论文，获得同行的高度评价，最新研究论文再次被国际医学