利用人工智能技术实现临床输血管控与决策分析智能化的应用研究

2015-01-22刁琰,张民,单清等

中华肺部疾病杂志(电子版) 2015年4期

关键词：决策分析人工智能

刁琰张民单清

钱厚明柳健

作者单位： 225001 扬州市第一人民医院

【关键词】人工智能；临床输血；流程管控；决策分析

一、研究意义

人工智能(artificial intelligence, AI)是计算机学科的一个分支，20世纪70年代以来被称为世界三大尖端技术之一(空间技术、能源技术、人工智能)。也被认为是21世纪(基因工程、纳米科学、人工智能)三大尖端技术之一。人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，除了计算机科学以外, 人工智能还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。人工智能研究的一个主要目标是使机器(信息系统)能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。人工智能学科研究的主要内容包括：知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。

输血的过程管理与决策分析是医疗质量管理工作中不可缺少的重要组成部分，输血承担着血液发放，交叉配血和临床输血等各个医疗过程。输血更是从“血管到血管”的全过程。传统的输血管理通常采用的是手工交接、单据传抄、人工核对的模式，因为没有系统的对输血的全流程进行管控，所以存在着工作效率不高、安全性差、资料无法查找、统计工作量大、在医院各类临床信息系统之间无法做到信息的共享、一旦发生错误无法回溯与定责等问题。卫计委颁发的《医疗机构临床用血管理规范》、《江苏省临床用血质控体系与质控指标》和《三级综合医院评审标准实施细则(2012年版)》中均对临床输血管理提出了明确的要求。

因此，利用人工智能技术构建临床用血知识库，运用知识获取、知识处理等人工智能系统理论，设计符合卫计委要求的临床输血管控与决策分析系统，替代传统手工或简单信息系统管理的模式尤为必要。形成输血数据资源共享，可保障临床输血安全，有效避免临床输血的差错和输血事故的发生，才能确保临床输血工作的规范化，实现临床输血的制度化与合理化。

二、当前输血流程管控与决策分析存在的问题

大部分二三级医院的输血科依然采用手工方式或简易输血应用系统模式，输血管理系统与医院HIS系统、EMR系统、LIS系统、手术麻醉系统等系统均不能有效的共享数据，使得输血申请、发血、输血等一系列医疗行为基本采用手工方式，不仅造成医务人员工作繁琐、劳动强度大，而且增加了医疗过程差错的发生率，为患者的临床安全输血带来困难。这种方式下存在以下的问题[1-3]：①由于输血科管理系统与医嘱系统无法实现共享信息，医生在开具输血申请单时无法获得实时的血库备血量数据，造成输血时间的拖延与无效劳动的增加；②医生在填写输血申请单时，因为没有电子化申请单，不能直接获取LIS系统中相关检验数据，需要手工查询患者的血型、RH 血型、血红蛋白等指标，增加了错误操作带来的安全隐患；③护士从受血者抽取血液样本后，需要手工核对患者身份与申请单信息是否一致，存在发生人为差错的可能；④输血科配血成功后需要电话通知临床医生，无法做到信息的实时记录，一旦发生医疗纠纷将无法实现追踪与溯源；⑤护士从收到血液制品后为患者输血，需要手工记录输血的时间，存在发生人为差错的可能；⑥无法进行医师输血权限设定会造成越级输血与超量输血的情况发生；⑦没有构建系统自动判断输血前评估、申请单审核、输血过程监测等输血必要条件，存在滥输血制品的风险；⑧没有决策分析系统支撑大部分统计分析数据仍是手工或半手工完成，不能提供详实准确的输血信息；⑨人工完成输血效果评价、不良反应报告、传播性疾病监测等功能，未建立临床用血知识库无法通过严谨的系统自动实现。

目前业内少有公司专职研发输血过程管控与决策分析系统，即使有软件公司开发，但这些公司拥有IT专业人员，并无临床应用人员，无法进行开发与应用之间的有效沟通，因此一些软件功能简陋，只能简单进行应用，往往是菜单虚设，功能简单无法达标。

三、输血流程管控与决策分析系统的发展趋势

1. 建立闭环式的输血流程管理系统：闭环式临床输血管理系统与医院HIS系统、EMR系统、LIS系统、手术麻醉系统均完成了无缝对接。医生填写输血申请单是自动获取LIS系统中的相关检验结果，输血科通过输血系统记帐后自动将费用信息传输给HIS系统，输血评估单、知情同意书、不良反应记录都同步于EMR系统，手术麻醉系统将手术过程中的输血情况传送于输血系统形成患者完整的输血情况记录。

2. 人工智能模式下建立临床输血知识库：利用人工智能技术构建临床用血知识库，实现对患者输血规范与输血安全的决策支撑和有效提醒。用血知识库建立的方向是基于闭环式输血流程的相关指标与模板，运用知识获取、知识处理等人工智能系统理论实现包含电子化流程管理、通信沟通协成平台、临床工作流控制、电子文档自动生成等功能。实现由信息系统完成输血诊疗过程的辅助治疗与提醒[5]。

3. 输血全流程的智能自动质控：依托构建的临床用血知识库，在输血科、医疗单元、麻醉单元、护理单元、收费单元实现全流程自动质控，运用知识表示、自动推理和搜索方法技术进行对血制品库存量与效期的自动质控、输血使用权限管理质控、输血申请与评估单的内容质控、输血知情同意书有效性质控、血制品出入库流转环节质控、血制品收费质控、输血时效性质控、输血治疗过程质控、血袋处理方式质控、输血不良反应处置质控、输血评价功能质控等[6]。

4. 完善输血数据的决策分析：与医院内部各信息系统集成，强调循症医疗、最佳实践、针对患者个性化数据，提供输血诊疗方案。针对患者输血诊疗过程中的特定数据，利用数据挖掘技术、自然语言处理技术提供治疗建议。构建输血信息数据仓库，通过知识抽取模板，实现患者、病种、手术名称、血制品类型、医生、诊疗组、专科、病区、全院各级别输血数据信息的数据分析，构建输血数据智能指标分析系统。

随着医疗信息化的发展，大数据、云计算等新技术的诞生。加上卫生行政主管部门对临床输血管理要求的不断深入，国内部分软件公司或者大型医院已开始涉足临床输血管理系统的研发。但就国内而言，目前的输血管理系统的开发尚处于计算机替代手工模式，即使涉及到临床输血流程管理、质控管理的也多停留在初级阶段。而国外尤其是欧美发达国家已开始建立临床输血知识库，通过人工智能技术构建系统的、规范的、科学的专家知识库系统，利用智能化系统对临床输血行为进行自动判断、实时分析、适时提醒、辅助决策。以输血申请单为主线，实现输血申请及输血审批等流程管理信息化；以血标本为主线，实现标本管理信息化；以血制品为主线，实现血制品流转、使用、反馈、回收及销毁信息化。真正做到了临床输血管理的输血全程监控、业务流程优化和服务过程规范[7-8]。

四、研究方法

1. 需求分析与调研：选择输血治疗较多的血液科、重症监护、手术室、消化内科、普外科等临床科室结合输血科、质控办、医务处、护理部等管理科室进行临床输血管控系统的初步需求分析调研，通过现场询问、填写调查表、收集临床使用表格、可视化情景分析等方法，了解临床与管理科室的实际任务与期待实现目标，运用软件工程实施设计理论，按照问题识别、分析与综合、编制需求分析文档、需求评审四个步骤，分别从任务需求、功能需求、业务规则、质量属性等维度考虑，分别以临床输血业务和临床输血数据为主线，明确临床输血管控系统的管理目标，确定临床输血管控系统总体结构，明确临床输血管控系统的模块构架，明确临床输血管控系统实施方案。构建临床输血管控系统的逻辑模型，形成需求分析调研报告，供临床输血管控系统流程设计使用。

2. 流程设计与绘制：根据临床输血管控系统需求分析调研报告，依据《医疗机构临床用血管理规范》和《三级综合医院评审标准实施细则(2012年版)》中相关要求，结合医院自身特点制定医院临床输血规范化、标准化的应用流程，采用自上而下、逐层分解的方式，进行临床输血管控系统的流程设计，绘制系统的组织结构图、功能模块分解图、业务流程图、系统逻辑模型图、数据物理模型图。

3. 知识库与数据统计模型构建：依据《医疗机构临床用血管理规范》、《江苏省临床用血质控体系与质控指标》和《三级综合医院评审标准实施细则(2012年版)》等规范性文件，结合临床输血实际使用情况，利用人工智能技术遵循安全性原则、标准性原则、准确性原则、稳定性原则，通过知识获取与知识处理方式构建临床用血知识库。运用数据仓库、数据挖掘、自然语言处理技术构建输血决策分析知识抽取模板，分别以患者、病种、手术名称、血制品类型、医生、诊疗组、专科、病区等为元素建立统计分析模型。

4. 系统的实现：按照研究设计系统的需求分析报告与流程设计图以.NET为系统程序开发语言，ORACLE为系统数据库，结合无线网络技术、条码扫描技术，构建B/S架构下的临床输血管控与决策分析系统，分别以用血申请、血标本、血制品为主线，设计血库出入库管理、配血管理、计费管理、医生申请管理、护士输血管理、不良事件管理等模块，全流程关联临床用血知识库，进行智能质控提醒。通过建立的不同元素的统计分析模型，实现输血数据决策分析。

本项目遵循PDCA的质量持续改进原理，采用标准软件工程实施方案，按照需求分析-流程设计-知识库建立-搭建统计模型-数据库设计-程序开发-调整优化-流程改进的步骤逐步实施、全面推进。不断深化研究内容，运用人工智能、数据仓库、数据挖掘、统计模型等技术，持续改进临床输血的管理。本项目的技术重点在于运用人工智能技术，通过知识获取与知识处理构建临床用血知识库，并通过知识库实现智能质控、实时提醒，搭建输血数据决策分析系统。本项目的研究开展是对国家卫计委对医院精细化管理、对临床输血管理要求的有力支撑。将对地市级大型医院及二级医院今后如何开展临床输血信息化管理提供方向与手段，同时也为卫生行政主管部门实现区域化临床输血管控奠定基础。

参考文献

1田兆嵩, 何子毅, 刘仁强. 临床输血质量管理指南[M]. 北京科学出版社, 2011, 2-20.

2陈兆修, 王晓翠. 等级医院评审中输血质量管理存在的问题及解决方案[J]. 临床血液学杂志: 输血与检验, 2012, 3：388-390.

3肖辉, 张芳, 商建国. 闭环医嘱流程分析与控制[J]. 中国卫生信息管理杂志, 2012, 9(2): 40-46.

4程超, 周彬. 武汉协和医院血库信息系统的设计与应用[J]. 医学与社会, 2011, 9: 52-54.

5曹承智. 人工智能技术[M]. 北京：清华大学出版社, 2010: 8-15.

6George F.Luger 著. 史忠植, 张银奎. 译人工智能：复杂问题求解的结构和策略[M]. 北京：机械工业出版社, 2010: 56-76.

7斯图尔特·罗素著. 姜哲译, 人工智能：一种现代的方法[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2010: 89-96.

8叶得学. 基于自适应概率统计模型的计算机辅助诊断算法研究[J]. 软件, 2013, 4: 49-51.

(本文编辑：黄红稷)

刁琰，张民，单清，等. 利用人工智能技术实现临床输血管控与决策分析智能化的应用研究[J/CD]. 中华肺部疾病杂志：电子版， 2015， 8(4)： 539-540.

·医院管理·