Crouzon 증후군의 병인 (pathogenesis) 과 chart ontology 구성

Pathogenesis of Crouzon syndrome and construction of chart ontology

Seung-Hak Baek DDS, Ph.D*,  Kyu-Ry Kim DDS*,   Jae-IL Lee DDS, Ph.D**,  Myeng-Ki  Kim DDS, Ph.D***

*Department of Orthodontics, School of Dentistry,Seoul National University, Seoul 110-749,

**Center for Healthcare Ontology Research and Development(CHORD),Seoul National University, Seoul 110-749, jilee@snu.ac.kr

*** Department of Dental Management and Information, School of Dentistry,Seoul National University, Seoul 110-749,

Abstract: The Crouzon syndrome is one of the craniofacial anomaly characterized by premature fusion of calvarial sutures, midface hypoplasia, shallow orbits, and ocular proptosis. The Ontology is accepted as a useful strategy for constructing stable and reusable medical terminology and electronic medical records. It will be the most powerful model for storing, retrieving and communicating the patient-oriented medical record in the semantic network. The purpose of this project is to establish the medico-dental domain ontology library of the Crouzon syndrome. Web-based ontology modeling tool is used as a base of constructing conceptual model which can be translated easily into other ontology based system. Case analysis showed 3,314 general medico-dental concepts in the outpatient records, admission patient records and orthodontic case records. Also 238 concept for specific diagnosis of Crouzon syndrome were extracted and classified. From the basic knowledge related to pathogenesis of Crouzon syndrome, 69 concepts and 29 relations which associated with diagnostic criteria of Crouzon were identified. In conclusion, we extracted enough concepts for the diagnosis fo Crouzon syndrome, which consists of basic knowledge form textbooks and publications and clinical informations from the patient record. Further refinement and data analysis is necessary.

Keyword: Ontology, Protege, OWL, Electronic Medical Record, Electronic Healthcare Record, Crouzon syndrome, diagnostic criteria, pathogenesis,

I. 서  론

1. 크루존 증후군

크루존 증후군은 1912년 프랑스의 Crouzon 에 의하여 처음 보고되었으며, 두개골 조기융합증 (craniosynostosis), 중안면부 발육부전과 안구돌출증의 특징적인 세가지 임상증상을 보이는 희귀 질환이다. 발생빈도는 25,000명중 1명이고, 염색체 10q25.3-26에 위치하는 FGFR2 유전자의 7번 엑손의 돌연변이에 의해 발생되며 상염색체 우성으로 유전된다 [1,2].

임상적 특징으로는 1) 모든 두개봉합이 조기에 융합될 수 있어 다양한 종류의 두개골 형태이상 (brachycephaly, scaphocephaly, trigonocephaly 등) 이 보일 수 있으며, 2) 조기융합된 두개골의 제한된 공간 내에서 뇌가 계속 성장하여 두개골내 뇌압이 상승되고 이에 따른 시력 및 청력의 저하가 발생할 수 있고, 3) 얇은 안와로 인한 안구돌출증과 양안 격리증, 4) 관골과 상악골의 발육부전으로 인한 III급 부정교합, 5) 상악 치열궁의 협소화에 의한 반대교합과 밀생 (crowding), 5) 상악과 비인두 (nasopharynth) 의 발육저하로 인한 비호흡 (nasal breathing) 장애 및 호흡곤란을 보상하기 위한 전치부 개방교합 (anterior openbite) 등을 들 수 있다 [1,2].

크루존 증후군의 두개안면부를 재건하는 방법은 먼저 상승된 뇌압을 정상화시키고 두개골 형태의 기형을 수정하기 위한 두개골의 골편분리수술 (craniectomy; fronto-orbital bar advancement) 을 시행한 후, 발육부전된 중안면부를 교정치료와 악교정수술 (Lefort III osteotomy) 을 통해 전방견인하게 된다 [1]. 이때 두개골의 분리수술과 중안면부의 전방견인 수술은 수술 술식자체의 어려움, 장기간의 입원, 감염 및 사망 위험성, 사회정신학적 문제가 존재한다 [2].

2. 크루존 증후군의 도메인 온톨로지 제작 필요성

온톨로지는 사물에 대한 개념과 그 개념들간의 관계를 정의함으로써 지식을 표현하는 일종의 지식베이스이며, 의미적 검색을 수행하기 위한 핵심부분이다 [3]. 온톨로지 기반의 의료기술은 의무기록의 재사용 및 상호 교환성을 높여 줄 뿐 아니라 모호하지 않은 의학 정보를 보다 효율적이고 빠르게 획득할 수 있는 방법을 제시한다.

온톨로지를 생성하는 방법으로는 1) 일반 에디터나 XML SPY 와 같은 XML 에디터를 이용하거나, 2) 스탠포드 대학에서 개발한 Protege 등의 툴을 사용하는 것을 들 수 있다.  2004년 W3C는 웹 온톨로지 언어인 OWL (Web Ontology Language) 을 표준 권고안으로 확정 발표하였다.  따라서 온톨로지와 시맨틱 웹의 기술은 더욱 박차를 가할 것으로 보인다.  하지만 현재까지 제시된 대부분의 방법론과 도구는 의학분야의 특정질환의 진단에 직접 적용하기에는 지나치게 포괄적이고 또 의료분야의 특성상 필요한 도메인전문가들과 정보전문가들의 공동작업을 매우 어렵게 하고 있다 [4].  따라서 특정질환에 실제로 사용이 가능한 온톨로지 기반의 지식베이스 제작에는 보다 구체적이고 공동작업을 가능하게 하는 웹기반 도구가 필요하다.

크루존 증후군과 같은 두개악안면 기형 환자의 진단과 치료에는 여러 전문분야의 인력과 지식이 연관되며, 진단과 치료에 관한 의료개념과 의무기록의 표준화가 필수적이다 [5, 6]. 따라서 크루존 증후군의 도메인 온톨로지 제작이 다양한 의과학 용어체계와 의료정보 시스템들간의 통합을 이루고 상호 운용성을 향상시키기 위하여 절대적으로 필요하다고 생각된다.

본 연구의 목적은 크루존 증후군의 도메인 온톨로지를 기반으로 하는 의치과학 지식 라이브러리를 구축하는 것이다.

II. 방   법

본 연구에서는 교과서와 실제 환자의 의무기록의 명시적인 구문을 이용하여 온톨로지 기반 기록의 실제 적용이 가능한지를 파악하기 위해 온톨로지를 기반으로 하여 의무기록 DATA를 분석하고 그 결과를 기본 자료로 하여 자체적으로 제작한 웹기반의 공동작업 도구를 이용해서 개념을 정리하고 개념간의 관계를 설정하고 이 내용을 도식화하여 표현하였다.

1. 환자의 선정과 의무기록의 준비

본 연구 대상으로는 크루존 증후군 환자를 선정하였으며 그 중 1명의 임상 기록과 질환과 관련한 다양한 증상의 발현과 합병증 및 관련 질환에 대한 기록, 진찰 및 검사기록으로부터 개념을 추출하였다. 이때 대상증례의 환자와 관련 의료인에 대한 신상정보는 배제되었으며, 의료인이 직접 기술한 종이의무기록에 포함된 진찰 및 경과기록 일부와 검사기록 중 일부를 대상으로 하였다.

2. 크루존 증후군 관련용어의 추출 및 재분류

크루존 증후군과 관련한 해부, 생리 및 병리용어를 일차적으로 교과서를 중심으로 추출하였고, 교정과 차트와 의무기록 (입원장 (admission note), 활력측정치 (vital sign sheet), 의사처방지 (Doctor's order sheet), 경과기록지 (Progress Note),  퇴원요약지 (Discharge summary note), 수술기록지) 에서 나타난 개념을 추출하여 열거하였다.

3.  추출한  개념의   Web   Database 구성

추출된 개념의 등록과 분석을 위하여 Mysql Database를 사용하여 Web웹 게시판에 Database로 구축하였다.

4.   Database로 구성한 개념간의 관계 구성

구축한 Web Database에서 개념 간의 관계를 연결시키고, 개념 간의 연관관계 분석 및 연결은 개념 추출 단계에 참여한 전문의 1인과 교정과 전공의 1인이 처리하여 완료 하였다.  관계를 맺는 것을 그림으로 표현하기 위해서 http://www.graphviz.com의 Graphviz Tool을 사용하여 웹에서 그림으로 표현하였다. 그리하여, 개념 관계 형성 작업자가 그림을 보면서 관계를 맺고 수정하는 작업을 통하여 개념간의 관계를 완성하였다

III. 결 과

입원과 외래의무기록 및 치과교정과 기록에서 환자정보와 관련한 전체 3314개의 일반 개념이 추출되었으며 별도로 238개의 크루존 증후군의 진단과 직접 관련이 있는 특정 개념들의 추출되었다. 진단과 관련한 증례분석에서는 8개의 상위개념과 각각에 해당하는 하위개념이 추출되었으며 상위개념의 구체적인 구성은 Table 1과 같다.

Cranial survey

Facial survey

Eye survey

Dental survey

Soft tissue survey

TMJ survey

Cephalometric analysis

Model analysis

Table 1. Upper concepts directly related to the  diagnostic process of Crouzon syndrome.

하위개념은 각각의 상위개념에 대해 구체적인 구성요소를 중심으로 정리하였으며 추출된 각각의 개념은 별도로 추출된 지식모델에서의 크루존 증후군 관련 개념과 직접 연결이 되었다 (Table 2,  3, 대표적인 2개만 열거함).

Dental survey

dentition stage

Angle classification

dental arch form

palatal vault

premature loss of teeth

prolonged retention of teeth

congenital missing of teeth

extracted teeth

ectopic erupted teeth

impacted teeth

supernumerary teeth

root resorption

malformed teeth

oral hygiene

periodontal condition

Table 2. Dental survey concepts with simple hierarchy (criteria and definition data not shown)

Cephalometric analysis

anterior cranial base length

saddle angle

bjork sum

A-P facial height ratio

facial axis angle

SNA

SNB

ANB

A to N-perpendicular

Pog to N-perpendicular

Wits appraisal

U1 to FH plane

U1 to SN plane

L1 to A-Pog

IMPA

interincisal angle

ODI

APDI

Overbite

Overjet

Nasolabial angle

Upper lip to EL

Lower lip to EL

Table 3. Cephalomeric analysis concepts, without necessary criteria and hierarchical structures

이를 위해, 크루존 증후군의 진단과 관련이 있는 데이터를 중심으로한  진단을 위한 병태생리학적 분석에서는 69개의 포괄적 개념과 29개의 관계 (relation) 가 설정되었으며 각각의 영역별로 재분류된 용어들은 크루존 증후군과 관련이 있는 용어들을 중심으로 다시 상호간의 연관성에 따라 결합시켰으며 이 과정에서 500개 이상의 semantic link를 구성하였다 (Figure 1).

Figure 1. Concept representation map for anatomical and physiological model of Crouzon syndrome

웹기반 온톨로지 모델링 도구로 작성한 크루존 증후군의 의학지식의 개념 모델이 실제 의무기록에 적용될 수 있도록 재구성하는 과정에서 어려움은 대부분의 의무기록에서 보는 것과 마찬가지로 기록자의 개념인식의 추상성과 모호성 기인하는 불명확한 용어나 기록 방식의 사용이었다.  흔히 사용되는 약어나 기호 등을 포함하는 개념은 대부분은 이해 가능한 공용의 용어이나 기관에 따라 다르게 사용되거나 또는 같은 용어의 의미를 다르게 해석하는 경향을 정도에 관계없이 가지고 있으며 특히 많은 일상용어를 포함하는 개념들을 다의적으로 사용하고 있었다.  특히 최종진단에 필요한 결론의 부분들이 추상적인 표현과 용어를 사용함으로서 작성자 또는 작성자와 원활한 의사소통이 가능한 기관내의 구성원만이 사용가능한 내용을 포함하고 있었다.

IV. 결   론

본 연구에서는 웹기반 온톨로지 모델링 도구를 이용하여 크루존 증후군의 도메인 온톨로지 라이브러리의 일부를 구축하고 그 구축과 적용 방법론을 개발하였다. 개발의의로는 상대적으로 낙후된 두개안면기형환자의 web-based database의 개념정리를 이룰 수 있었고, 특히 치과교정학 분야의 진단 분야를 포함한 것은 본 연구가 최초라는 점을 강조하고 싶다.

크루존 증후군과 같은 발생과정이 복합적인 질환의 진단에는 전문가적 판단이 중요하며 이 같은 전문가의 역할은 정보화의 확산에도 불구하고 줄어들 수 없다. 하지만 이 같이 발생빈도가 드물면서도 심각한 질환의 전문가의 훈련은 극도로 제한적일 수밖에 없다. 따라서 크루존 증후군은 전문가가 분석하고 경험에 기반을 둔 진단을 내려왔다. 하지만 구축된 모델과 방법론을 이용할 경우 진단에 필요한 다양한 정보의 제공이 가능하다. 크루존 증후군 온톨로지의 구축은 향후 온톨로지 기반의 지능형 정보기능 검색기능과 의료데이터의 의미패턴을 찾는 기능을 추가하게 되면 의사결정지원도구로서의 역할을 수행하게 될것이며, 전문 의료인이 없는 의료기관에서 질환의 발견 가능성을 높여주며 동시에 새로운 전문가의 양성과정에도 매우 우수한 도구로 사용될 수 있을 것으로 보인다.

본 연구를 통해 수집된 자료와 향후 보완될 자료는 앞으로 구축될 온톨로지 기반의 데이터베이스에 저장되며 기관이나 의료정보시스템과의 연동이 가능하게 된다.  이를 통해 새롭게 개발될 EHR을 포함하는 의료정보시스템 망에서 사용이 가능할 것이며 여기에 적합한 새로운 온톨로지 마크업 언어와 방법론의 개발을 차후 연구 목표로 설정할 수 있을 것이다.

Acknowledgement

본 연구는 보건복지부 의료정보 기술개발사업의 지원에 의하여 이루어진 것임. (과제고유번호 : 0412-MI02-0404-0002)

참고문헌

1. Lee YK, Choi JH, Kim SH, Baek SH, Chang YI. Midfacial distraction osteogenesis of Crouzonsyndrome with RED system. Korean J Orthod 2002;32(3):175-83.

2. Losken HW, Pollack IF. Craniosynostosis. In: Bentz ML. Pediatric Plastic Surgery. Stamford, Connecticutt, Appleton and Lange. 1998. pp129-158.

3. Natalya F. Noy, Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology, http://protege.stanford.edu/doc/users.html

4. Pisanelli DM, Gangemi A. If Ontology is the Solution, What is the Problem? in Pisanelli DM(ed.) Ontologies in Medicine, Amsterdam, IOS-Press, 2004

5. Rector A.L, Nowlan W.A, Kay S, Goble C.A, Howkins T.J. A Framework for modelling the electronic medical record. Yearbook of medical informatics 176-186, 1994

6. Rector AL, Nowlan W.A, Kay S. Foundation for Electronic Medical Record. Yearbook of medical informatics 59-66, 1992