衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)建模技術(shù)研究*

趙 霞 周 毅 李 琳 李小華

(南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 廣州 510010) (中山大學(xué) 廣州 510275) (南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 廣州 510010)

1 引言

衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)是“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)應(yīng)用于健康醫(yī)療領(lǐng)域及實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生信息互聯(lián)互通、協(xié)同共享的基礎(chǔ)?！吨腥A人民共和國(guó)基本醫(yī)療衛(wèi)生與健康促進(jìn)法》第49條指出：國(guó)家推進(jìn)全民健康信息化，推動(dòng)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)、人工智能等的應(yīng)用發(fā)展，加快醫(yī)療衛(wèi)生信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，制定健康醫(yī)療數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用信息技術(shù)促進(jìn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療衛(wèi)生資源的普及與共享。衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)需要理論與技術(shù)支撐。本文闡述面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)在衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)中的應(yīng)用，探討國(guó)內(nèi)衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 方法

2.1 概述

面向?qū)ο蠼?Object-Oriented Modeling, OOM)技術(shù)在國(guó)際公認(rèn)的衛(wèi)生信息交換標(biāo)準(zhǔn)(Health Level 7，HL7)，國(guó)際醫(yī)學(xué)規(guī)范術(shù)語(yǔ)全集(Systemized Nomenclation of Human and Veterinary Medicine，SNOMED)，觀測(cè)指標(biāo)標(biāo)識(shí)符邏輯命名與編碼系統(tǒng)(Logical Observation Identifiers Names and Codes，LOINC(R))等衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)中得到成功應(yīng)用，我國(guó)在應(yīng)用OOM技術(shù)開發(fā)衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行了有益探索和實(shí)踐[1]。

2.2 面向?qū)ο蠼?/h3>

2.2.1 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué) 認(rèn)為真實(shí)世界是由各種各樣的對(duì)象構(gòu)成的，對(duì)象包括真實(shí)世界中的事物、知識(shí)、概念等。每種對(duì)象都有各自的內(nèi)在狀態(tài)和活動(dòng)規(guī)律，不同對(duì)象間相互作用和關(guān)系構(gòu)成真實(shí)世界。

2.2.2 OOM 通過(guò)對(duì)所研究事物進(jìn)行分析并概括與抽象為對(duì)象，發(fā)現(xiàn)對(duì)象的特性和對(duì)象間關(guān)系，將真實(shí)世界中的問(wèn)題映射到數(shù)字(虛擬)世界中并構(gòu)造對(duì)象的模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的抽象和描述，進(jìn)而尋求研究答案和方法[2]。

2.2.3 采用OOM技術(shù)建立衛(wèi)生信息模型 在衛(wèi)生信息收集、記錄、傳輸、分析、利用各環(huán)節(jié)上，使參與者或設(shè)備形成統(tǒng)一概念、恪守統(tǒng)一格式規(guī)則,從而實(shí)現(xiàn)信息互操作性。標(biāo)準(zhǔn)化信息模型為所有系統(tǒng)建立統(tǒng)一信息基礎(chǔ)框架,為術(shù)語(yǔ)編碼、數(shù)據(jù)交換等提供統(tǒng)一語(yǔ)義,為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間語(yǔ)義互操作奠定基礎(chǔ)[3]。信息建模包括用例、對(duì)象和動(dòng)態(tài)建模3個(gè)主要步驟，見(jiàn)圖1。

圖1 衛(wèi)生信息建模步驟

2.3 數(shù)據(jù)元模型框架體系

OOM技術(shù)采用統(tǒng)一建模語(yǔ)言(Unified Modeling Language, UML)，UML已經(jīng)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采用并作為OOM建模標(biāo)準(zhǔn)[4]。UML數(shù)據(jù)元模型框架體系上層模型對(duì)下層模型是定義與約束關(guān)系，下層模型對(duì)上層模型是繼承與包含關(guān)系。從衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)角度來(lái)看，元模型框架體系的底端信息層表示健康醫(yī)療基本數(shù)據(jù)單位，即通過(guò)對(duì)象、屬性和表示來(lái)描述的衛(wèi)生信息數(shù)據(jù)元；模型層表示描述數(shù)據(jù)元的元數(shù)據(jù)，即元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)元的模型；元模型層為描述元數(shù)據(jù)的模型，如HL7 RIM的數(shù)據(jù)類型；頂層的元-元模型層為抽象級(jí)別更高的模型，見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)據(jù)元模型框架體系

2.4 信息標(biāo)準(zhǔn)建模

2.4.1 用例建模 主要用于捕捉和定義應(yīng)用需求和場(chǎng)景，從所研究系統(tǒng)外的視角描述系統(tǒng)行為，包括建立衛(wèi)生信息應(yīng)用場(chǎng)景、識(shí)別主要參與者和用例、編寫參與者描述和用例描述的過(guò)程。參與者是指使用、管理、維護(hù)、交互的用戶或部件，用例是指需要完成的任務(wù)、處理的數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。參與者描述包括各個(gè)參與者的任務(wù)與職能表述，用例描述包括各個(gè)參與者相關(guān)的用例以及用例說(shuō)明。在參與者描述和用例描述的基礎(chǔ)上使用ULM用例圖編制用例模型。

2.4.2 對(duì)象建模 又稱靜態(tài)建模，主要用于識(shí)別和定義對(duì)象類、描述靜態(tài)信息(如屬性、關(guān)系等)。對(duì)象建模通常分為兩個(gè)步驟：第1步，收集和分析應(yīng)用問(wèn)題與需求并整理為文本化問(wèn)題陳述；第2步，基于問(wèn)題陳述識(shí)別對(duì)象和類并建立對(duì)象模型。對(duì)象指應(yīng)用所涉及的事物，包括參與者、外部組織和系統(tǒng)、實(shí)物和概念等，要對(duì)這些候選對(duì)象進(jìn)行確認(rèn)和分類。對(duì)選出的對(duì)象類，描述其范圍、定義、屬性和操作，定義對(duì)象類之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，使用UML類圖編制對(duì)象模型。用例建模和對(duì)象建模不能一蹴而就，需要經(jīng)歷由淺入深、由粗到細(xì)的迭代過(guò)程，相互參考、交織進(jìn)行、逐步完善。

2.4.3 動(dòng)態(tài)建模 主要用于描述系統(tǒng)內(nèi)部行為與狀態(tài)，包括實(shí)現(xiàn)用例對(duì)象之間交互、參與者與用例之間實(shí)現(xiàn)通信以及對(duì)象在生命周期內(nèi)的狀態(tài)變化。動(dòng)態(tài)建模通常分為狀態(tài)、交互和活動(dòng)建模。狀態(tài)建模描述對(duì)象內(nèi)部行為(事件)的發(fā)生、響應(yīng)、轉(zhuǎn)換和控制遷移。交互建模描述對(duì)象之間動(dòng)態(tài)交互關(guān)系，著重體現(xiàn)對(duì)象間消息傳遞的時(shí)間順序?；顒?dòng)建模描述對(duì)象內(nèi)部行為或操作的發(fā)生和執(zhí)行過(guò)程，類似流程圖。狀態(tài)、交互、活動(dòng)模型分別使用UML狀態(tài)圖、順序圖和活動(dòng)圖編制。實(shí)際建模中根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜程度也可使用其中部分模型。

3 結(jié)果

3.1 概述

本文以“家庭醫(yī)生簽約服務(wù)基本數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)”為例闡述衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)建模方法的具體應(yīng)用。家庭醫(yī)生簽約服務(wù)信息系統(tǒng)具有簽約、續(xù)約、變更與解除申請(qǐng)，簽約服務(wù)記錄查詢與推送，簽約服務(wù)管理等主要功能[5]。

3.2 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)信息模型

3.2.1 用例模型示例 根據(jù)家庭醫(yī)生簽約服務(wù)信息系統(tǒng)功能，主要參與者包括申請(qǐng)人、家庭醫(yī)生、申請(qǐng)審核機(jī)構(gòu)、居民健康檔案平臺(tái)，用例包括簽約申請(qǐng)、續(xù)約申請(qǐng)、變更申請(qǐng)、解約申請(qǐng)、生成協(xié)議、審核，見(jiàn)圖3。

圖3 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)用例模型示例

3.2.2 對(duì)象模型示例 確定參與者與用例的對(duì)象模型，定義對(duì)象類的屬性、操作和對(duì)象類之間關(guān)聯(lián)，見(jiàn)圖4。

圖4 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)對(duì)象模型示例

3.2.3 交互模型示例 描述對(duì)象類之間消息傳遞的時(shí)間順序等動(dòng)態(tài)交互關(guān)系，見(jiàn)圖5。

圖5 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)交互模型示例(簽約申請(qǐng)部分)

3.2.4 順序模型示例 描述家庭醫(yī)生簽約服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部行為或操作發(fā)生和執(zhí)行過(guò)程，見(jiàn)圖6。

圖6 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)順序模型示例

3.3 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)基本數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)

3.3.1 數(shù)據(jù)匯總表 根據(jù)家庭醫(yī)生簽約服務(wù)信息模型整理出對(duì)象類之間需要交換的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)數(shù)據(jù)匯總

3.3.2 定義數(shù)據(jù)元 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)數(shù)據(jù)如果在國(guó)家發(fā)布的數(shù)據(jù)元標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)應(yīng)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以保證系統(tǒng)在衛(wèi)生信息領(lǐng)域中的互聯(lián)互通。相應(yīng)的國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)元標(biāo)準(zhǔn)包括：WS363《衛(wèi)生信息數(shù)據(jù)元目錄》、WS365《城鄉(xiāng)居民健康檔案基本數(shù)據(jù)集》、WS445《電子病歷基本數(shù)據(jù)集》等。申請(qǐng)人、申請(qǐng)人健康、簽約醫(yī)生、簽約醫(yī)生所在醫(yī)療機(jī)構(gòu)基本信息中的數(shù)據(jù)元絕大部分都可在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中找到對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)元。需要自定義的主要是簽約服務(wù)協(xié)議基本信息。

3.3.3 基本數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn) 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)基本數(shù)據(jù)集是在定義數(shù)據(jù)元的基礎(chǔ)上整理而成的家庭醫(yī)生簽約服務(wù)基本數(shù)據(jù)集，由50個(gè)數(shù)據(jù)元組成，見(jiàn)表2。

表2 家庭醫(yī)生簽約服務(wù)基本數(shù)據(jù)集

4 討論

4.1 不同信息標(biāo)準(zhǔn)類型建模過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)不同

OOM技術(shù)適用于健康醫(yī)療領(lǐng)域中各類信息建模和標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，但對(duì)于不同信息標(biāo)準(zhǔn)類型建模過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)不同[6]。例如基本數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)在建模過(guò)程中以對(duì)象建模為關(guān)注重點(diǎn)，對(duì)象建模關(guān)鍵點(diǎn)包括識(shí)別對(duì)象和類、定義對(duì)象類屬性、分析對(duì)象類關(guān)聯(lián)。在對(duì)象初步選擇和分類中，要篩除冗余、無(wú)關(guān)和模糊的類別。對(duì)象類屬性應(yīng)能表示其共同特性。對(duì)象類關(guān)聯(lián)則重點(diǎn)考察對(duì)象類之間需要交換的信息。

4.2 邀請(qǐng)健康醫(yī)療業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c

信息標(biāo)準(zhǔn)建模是一個(gè)逐步改進(jìn)和完善的迭代過(guò)程，突出體現(xiàn)在用例模型參與者與用例的選定、對(duì)象模型中對(duì)象類屬性定義等方面。其建模過(guò)程應(yīng)邀請(qǐng)健康醫(yī)療業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)＜夜餐瑓⑴c，以求客觀反映和實(shí)際滿足應(yīng)用要求。

4.3 充分利用現(xiàn)有信息標(biāo)準(zhǔn)資源

衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)要充分利用現(xiàn)有資源，特別是國(guó)際公認(rèn)或國(guó)內(nèi)發(fā)布的信息標(biāo)準(zhǔn)資源，并非解決所有問(wèn)題都要從初始建模開始。在衛(wèi)生信息模型方面，HL7 V3是OOM技術(shù)用于健康醫(yī)療領(lǐng)域信息建設(shè)的典范[7]。HL7 V3的精細(xì)模型RMIM和快捷醫(yī)療保健互操作資源FHIR為健康醫(yī)療領(lǐng)域信息化應(yīng)用提供大量標(biāo)準(zhǔn)模型和資源模塊，獲得良好效果。例如國(guó)內(nèi)基于HL7 V3 CDA開發(fā)的電子病歷共享文檔規(guī)范已作為醫(yī)療行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，有效提高醫(yī)療信息語(yǔ)義互操作性[8]。FHIR已用于國(guó)內(nèi)信息標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)和應(yīng)用。在衛(wèi)生信息數(shù)據(jù)方面，標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)必須遵循國(guó)內(nèi)系列衛(wèi)生信息數(shù)據(jù)元目錄和值域代碼、基本數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的語(yǔ)義互操作性[9]。例如家庭醫(yī)生簽約服務(wù)基本數(shù)據(jù)集90%的數(shù)據(jù)元采用國(guó)家已有標(biāo)準(zhǔn)，其余10%按照國(guó)家衛(wèi)生信息數(shù)據(jù)元標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義，保障系統(tǒng)語(yǔ)義互操作性。

4.4 開發(fā)家庭醫(yī)生簽約服務(wù)共享文檔規(guī)范需采用HL7 CDA

如果需要在家庭醫(yī)生簽約服務(wù)基本數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上開發(fā)共享文檔規(guī)范，則需要采用HL7 CDA[10]。由于家庭醫(yī)生簽約服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)元并不是基于HL7 V3 RIM框架開發(fā)的，兩者標(biāo)識(shí)方法、數(shù)據(jù)類型等均不同，需進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)體系之間的映射和約束。

5 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)療衛(wèi)生信息標(biāo)準(zhǔn)制定結(jié)合醫(yī)療衛(wèi)生信息領(lǐng)域特點(diǎn)，采用科學(xué)、規(guī)范、適宜的方法學(xué)，充分應(yīng)用現(xiàn)有資源，特別是國(guó)際公認(rèn)或國(guó)內(nèi)發(fā)布的信息標(biāo)準(zhǔn)資源，針對(duì)不同種類標(biāo)準(zhǔn)建立不同類型模型。對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互操作性，要著重考慮術(shù)語(yǔ)編碼和數(shù)據(jù)交換等語(yǔ)義互操作性因素。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)建模技術(shù)建立的標(biāo)準(zhǔn)在適應(yīng)性、共用性和穩(wěn)定性方面才能滿足物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)應(yīng)用需求，達(dá)到國(guó)家對(duì)醫(yī)療健康信息互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)化的要求。