利用人工智能技術實現臨床輸血管控與決策分析智能化的應用研究

利用人工智能技術實現臨床輸血管控與決策分析智能化的應用研究

刁琰張民單清

錢厚明柳健

作者單位： 225001 揚州市第一人民醫院

【關鍵詞】人工智能；臨床輸血；流程管控；決策分析

一、研究意義

人工智能(artificial intelligence, AI)是計算機學科的一個分支，20世紀70年代以來被稱為世界三大尖端技術之一(空間技術、能源技術、人工智能)。也被認為是21世紀(基因工程、納米科學、人工智能)三大尖端技術之一。人工智能是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。人工智能是包括十分廣泛的科學，它由不同的領域組成，除了計算機科學以外, 人工智能還涉及信息論、控制論、自動化、仿生學、生物學、心理學、數理邏輯、語言學、醫學和哲學等多門學科。人工智能研究的一個主要目標是使機器(信息系統)能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。人工智能學科研究的主要內容包括：知識表示、自動推理和搜索方法、機器學習和知識獲取、知識處理系統、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設計等方面。

輸血的過程管理與決策分析是醫療質量管理工作中不可缺少的重要組成部分，輸血承擔著血液發放，交叉配血和臨床輸血等各個醫療過程。輸血更是從“血管到血管”的全過程。傳統的輸血管理通常采用的是手工交接、單據傳抄、人工核對的模式，因為沒有系統的對輸血的全流程進行管控，所以存在著工作效率不高、安全性差、資料無法查找、統計工作量大、在醫院各類臨床信息系統之間無法做到信息的共享、一旦發生錯誤無法回溯與定責等問題。衛計委頒發的《醫療機構臨床用血管理規范》、《江蘇省臨床用血質控體系與質控指標》和《三級綜合醫院評審標準實施細則(2012年版)》中均對臨床輸血管理提出了明確的要求。

因此，利用人工智能技術構建臨床用血知識庫，運用知識獲取、知識處理等人工智能系統理論，設計符合衛計委要求的臨床輸血管控與決策分析系統，替代傳統手工或簡單信息系統管理的模式尤為必要。形成輸血數據資源共享，可保障臨床輸血安全，有效避免臨床輸血的差錯和輸血事故的發生，才能確保臨床輸血工作的規范化，實現臨床輸血的制度化與合理化。

二、當前輸血流程管控與決策分析存在的問題

大部分二三級醫院的輸血科依然采用手工方式或簡易輸血應用系統模式，輸血管理系統與醫院HIS系統、EMR系統、LIS系統、手術麻醉系統等系統均不能有效的共享數據，使得輸血申請、發血、輸血等一系列醫療行為基本采用手工方式，不僅造成醫務人員工作繁瑣、勞動強度大，而且增加了醫療過程差錯的發生率，為患者的臨床安全輸血帶來困難。這種方式下存在以下的問題[1-3]：①由于輸血科管理系統與醫囑系統無法實現共享信息，醫生在開具輸血申請單時無法獲得實時的血庫備血量數據，造成輸血時間的拖延與無效勞動的增加；②醫生在填寫輸血申請單時，因為沒有電子化申請單，不能直接獲取LIS系統中相關檢驗數據，需要手工查詢患者的血型、RH 血型、血紅蛋白等指標，增加了錯誤操作帶來的安全隱患；③護士從受血者抽取血液樣本后，需要手工核對患者身份與申請單信息是否一致，存在發生人為差錯的可能；④輸血科配血成功后需要電話通知臨床醫生，無法做到信息的實時記錄，一旦發生醫療糾紛將無法實現追蹤與溯源；⑤護士從收到血液制品后為患者輸血，需要手工記錄輸血的時間，存在發生人為差錯的可能；⑥無法進行醫師輸血權限設定會造成越級輸血與超量輸血的情況發生；⑦沒有構建系統自動判斷輸血前評估、申請單審核、輸血過程監測等輸血必要條件，存在濫輸血制品的風險；⑧沒有決策分析系統支撐大部分統計分析數據仍是手工或半手工完成，不能提供詳實準確的輸血信息；⑨人工完成輸血效果評價、不良反應報告、傳播性疾病監測等功能，未建立臨床用血知識庫無法通過嚴謹的系統自動實現。

目前業內少有公司專職研發輸血過程管控與決策分析系統，即使有軟件公司開發，但這些公司擁有IT專業人員，并無臨床應用人員，無法進行開發與應用之間的有效溝通，因此一些軟件功能簡陋，只能簡單進行應用，往往是菜單虛設，功能簡單無法達標。

三、輸血流程管控與決策分析系統的發展趨勢

1. 建立閉環式的輸血流程管理系統： 閉環式臨床輸血管理系統與醫院HIS系統、EMR系統、LIS系統、手術麻醉系統均完成了無縫對接。醫生填寫輸血申請單是自動獲取LIS系統中的相關檢驗結果，輸血科通過輸血系統記帳后自動將費用信息傳輸給HIS系統，輸血評估單、知情同意書、不良反應記錄都同步于EMR系統，手術麻醉系統將手術過程中的輸血情況傳送于輸血系統形成患者完整的輸血情況記錄。

2. 人工智能模式下建立臨床輸血知識庫： 利用人工智能技術構建臨床用血知識庫，實現對患者輸血規范與輸血安全的決策支撐和有效提醒。用血知識庫建立的方向是基于閉環式輸血流程的相關指標與模板，運用知識獲取、知識處理等人工智能系統理論實現包含電子化流程管理、通信溝通協成平臺、臨床工作流控制、電子文檔自動生成等功能。實現由信息系統完成輸血診療過程的輔助治療與提醒[5]。

3. 輸血全流程的智能自動質控： 依托構建的臨床用血知識庫，在輸血科、醫療單元、麻醉單元、護理單元、收費單元實現全流程自動質控，運用知識表示、自動推理和搜索方法技術進行對血制品庫存量與效期的自動質控、輸血使用權限管理質控、輸血申請與評估單的內容質控、輸血知情同意書有效性質控、血制品出入庫流轉環節質控、血制品收費質控、輸血時效性質控、輸血治療過程質控、血袋處理方式質控、輸血不良反應處置質控、輸血評價功能質控等[6]。

4. 完善輸血數據的決策分析： 與醫院內部各信息系統集成，強調循癥醫療、最佳實踐、針對患者個性化數據，提供輸血診療方案。針對患者輸血診療過程中的特定數據，利用數據挖掘技術、自然語言處理技術提供治療建議。構建輸血信息數據倉庫，通過知識抽取模板，實現患者、病種、手術名稱、血制品類型、醫生、診療組、?？?、病區、全院各級別輸血數據信息的數據分析，構建輸血數據智能指標分析系統。

隨著醫療信息化的發展，大數據、云計算等新技術的誕生。加上衛生行政主管部門對臨床輸血管理要求的不斷深入，國內部分軟件公司或者大型醫院已開始涉足臨床輸血管理系統的研發。但就國內而言，目前的輸血管理系統的開發尚處于計算機替代手工模式，即使涉及到臨床輸血流程管理、質控管理的也多停留在初級階段。而國外尤其是歐美發達國家已開始建立臨床輸血知識庫，通過人工智能技術構建系統的、規范的、科學的專家知識庫系統，利用智能化系統對臨床輸血行為進行自動判斷、實時分析、適時提醒、輔助決策。以輸血申請單為主線，實現輸血申請及輸血審批等流程管理信息化；以血標本為主線，實現標本管理信息化；以血制品為主線，實現血制品流轉、使用、反饋、回收及銷毀信息化。真正做到了臨床輸血管理的輸血全程監控、業務流程優化和服務過程規范[7-8]。

四、研究方法

1. 需求分析與調研： 選擇輸血治療較多的血液科、重癥監護、手術室、消化內科、普外科等臨床科室結合輸血科、質控辦、醫務處、護理部等管理科室進行臨床輸血管控系統的初步需求分析調研，通過現場詢問、填寫調查表、收集臨床使用表格、可視化情景分析等方法，了解臨床與管理科室的實際任務與期待實現目標，運用軟件工程實施設計理論，按照問題識別、分析與綜合、編制需求分析文檔、需求評審四個步驟，分別從任務需求、功能需求、業務規則、質量屬性等維度考慮，分別以臨床輸血業務和臨床輸血數據為主線，明確臨床輸血管控系統的管理目標，確定臨床輸血管控系統總體結構，明確臨床輸血管控系統的模塊構架，明確臨床輸血管控系統實施方案。構建臨床輸血管控系統的邏輯模型，形成需求分析調研報告，供臨床輸血管控系統流程設計使用。

2. 流程設計與繪制： 根據臨床輸血管控系統需求分析調研報告，依據《醫療機構臨床用血管理規范》和《三級綜合醫院評審標準實施細則(2012年版)》中相關要求，結合醫院自身特點制定醫院臨床輸血規范化、標準化的應用流程，采用自上而下、逐層分解的方式，進行臨床輸血管控系統的流程設計，繪制系統的組織結構圖、功能模塊分解圖、業務流程圖、系統邏輯模型圖、數據物理模型圖。

3. 知識庫與數據統計模型構建： 依據《醫療機構臨床用血管理規范》、《江蘇省臨床用血質控體系與質控指標》和《三級綜合醫院評審標準實施細則(2012年版)》等規范性文件，結合臨床輸血實際使用情況，利用人工智能技術遵循安全性原則、標準性原則、準確性原則、穩定性原則，通過知識獲取與知識處理方式構建臨床用血知識庫。運用數據倉庫、數據挖掘、自然語言處理技術構建輸血決策分析知識抽取模板，分別以患者、病種、手術名稱、血制品類型、醫生、診療組、?？?、病區等為元素建立統計分析模型。

4. 系統的實現： 按照研究設計系統的需求分析報告與流程設計圖以.NET為系統程序開發語言，ORACLE為系統數據庫，結合無線網絡技術、條碼掃描技術，構建B/S架構下的臨床輸血管控與決策分析系統，分別以用血申請、血標本、血制品為主線，設計血庫出入庫管理、配血管理、計費管理、醫生申請管理、護士輸血管理、不良事件管理等模塊，全流程關聯臨床用血知識庫，進行智能質控提醒。通過建立的不同元素的統計分析模型，實現輸血數據決策分析。

本項目遵循PDCA的質量持續改進原理，采用標準軟件工程實施方案，按照需求分析-流程設計-知識庫建立-搭建統計模型-數據庫設計-程序開發-調整優化-流程改進的步驟逐步實施、全面推進。不斷深化研究內容，運用人工智能、數據倉庫、數據挖掘、統計模型等技術，持續改進臨床輸血的管理。本項目的技術重點在于運用人工智能技術，通過知識獲取與知識處理構建臨床用血知識庫，并通過知識庫實現智能質控、實時提醒，搭建輸血數據決策分析系統。本項目的研究開展是對國家衛計委對醫院精細化管理、對臨床輸血管理要求的有力支撐。將對地市級大型醫院及二級醫院今后如何開展臨床輸血信息化管理提供方向與手段，同時也為衛生行政主管部門實現區域化臨床輸血管控奠定基礎。

參考文獻

1田兆嵩, 何子毅, 劉仁強. 臨床輸血質量管理指南[M]. 北京科學出版社, 2011, 2-20.

2陳兆修, 王曉翠. 等級醫院評審中輸血質量管理存在的問題及解決方案[J]. 臨床血液學雜志: 輸血與檢驗, 2012, 3：388-390.

3肖輝, 張芳, 商建國. 閉環醫囑流程分析與控制[J]. 中國衛生信息管理雜志, 2012, 9(2): 40-46.

4程超, 周彬. 武漢協和醫院血庫信息系統的設計與應用[J]. 醫學與社會, 2011, 9: 52-54.

5曹承智. 人工智能技術[M]. 北京：清華大學出版社, 2010: 8-15.

6George F.Luger 著. 史忠植, 張銀奎. 譯 人工智能：復雜問題求解的結構和策略[M]. 北京： 機械工業出版社, 2010: 56-76.

7斯圖爾特·羅素 著. 姜哲 譯, 人工智能：一種現代的方法[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010: 89-96.

8葉得學. 基于自適應概率統計模型的計算機輔助診斷算法研究[J]. 軟件, 2013, 4: 49-51.

(本文編輯：黃紅稷)

刁琰，張民，單清，等. 利用人工智能技術實現臨床輸血管控與決策分析智能化的應用研究[J/CD]. 中華肺部疾病雜志： 電子版， 2015， 8(4)： 539-540.

·醫院管理·

收稿日期：(2015-06-23)

文獻標識碼：中圖法分類號： R311.3 B

通訊作者：單清，Email: 494630672@qq.com

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2015.04.042