I.

ISO/IEC 11179 와 Entity-Attribute-Value 모델 기반의 임상자료 저장소의 구현

Implementation of clinical data storage based on Entity-Attribute-Value and  ISO/IEC 11179

Yu Rang Park, B.S., Hye Jin, Kwon, B.S., Se Young Kim, M.S., Hye Won Lee, M.S.,      Sung Bum Cho, M.D., M.S., Ju Han Kim M.D., Ph.D.

Seoul National University Biomedical Informatics (SNUBI), Seoul National University College of Medicine, Seoul 110-799, Republic of Korea, correspondence to juhan@snu.ac.kr

Abstract: The complexity and rapid evolution and expansion of the domain of clinical information make it difficult to develop and maintain a clinical data storage. The design solution that deals with these problems is the Entity-Attribute-Value (EAV) model. In this model, the attributes are treated as data recorded in an attribute definition table, so that addition of new types of facts does not require to restructure a database by additional columns. The EAV model is a way of simplifying the physical schema of the database. There are needs to register metadata for understanding data in EAV system. ISO/IEC 11179 is a metadata registry standard to support the identification, definition, registration, classification, management, standardization, and interchange of data elements, and to promote the sharing and exchange of data throughout the international community. Most EAV systems, however, has a domain-dependent metadata format and registry. In this study, we implement a clinical data storage that is composed of conventional relational tables and an EAV table for heterogeneous clinical data, which refers standardized metadata registry based on ISO/IEC 11179 for understanding data in the EAV table.

Keyword: Databases, Medical informatics applications, EAV model, Metadata, ISO/IEC 11179

서론

관계형 데이터베이스 관리 시스템은 생명의료정보학 자료를 관리하기 위한 목적으로 널리 사용되고 있다. 그러나, 임상 관련 자료는 특유의 복잡성과 이질적인 자료 타입으로 구성되어 있어 일반적인 관계형 모델만으로 자료를 관리하는 것은 매우 어려운 문제이다. 이러한 임상 자료에 대한 특징을 유지하면서 이를 관리하기 위한 해결책으로 Entity-Attribute-Value(EAV) 모델이 제시되어왔다1). EAV 모델은 여러 개 테이블의 물리적인 구조를 Entity, Attribute, Value라는 세 개의 칼럼으로 구성된 하나의 테이블로 단순화 시킨 것이다. EAV 테이블에 저장된 자료들의 논리적인 관계를 이해하기 위해서는 자료에 대한 메타데이터를 저장하고 관리하여야 한다. 메타데이터 등록을 위한 국제 표준으로는 International Organization of Standardization(ISO)와 International Electrotechnical Commission(IEC)에서 만든 ISO/IEC 11179 Information Technology: Metadata Registries (MDR)이 있다. 이 표준안은 개인이나 부서, 조직 간의 데이터를 교환하고 공유할 수 있도록 데이터의 구조, 표현, 의미를 표준화하는 방법을 제시하고 있다2). 그러나, 대부분의 EAV 모델을 기반으로 한 임상자료 관리시스템은 나름대로 정의한 메타데이터 등록 포맷을 가지고 있다3)4)5). 이렇게 정의된 메타데이터들은 자료의 재사용성, 자료 교환, 상호 운용성에 취약점을 안고 있다. 이 연구에서는 복잡하고 이질적인 자료 형태를 가진 임상자료를 EAV 테이블에 저장하여, 이와 관련된 메타데이터를  표준화된 방법으로 저장하기 위해서 ISO/IEC 11179를 구현하였고, 실제 임상자료를 적용하여 이 시스템을 검증하고자 한다.

II. 관련 연구

2.1 International Organization of Standardization/ International Electrotechnical Commission 11179

ISO/IEC 11179는 전자적인 자료의 교환 시 사용되는 표준화된 주석을 메타데이터로 정의하고, 이를 표현하기 위한 용어와 표현 방식을 규격화하여 표준으로 제정하였다2).

Figure 1. Fundamental components of ISO/IEC 11179

ISO/IEC 11179에서 제안하는 모델은 크게 메타데이터를 표현하기 위한 Information Component와 등록된 메타데이터를 관리하기 위한 Administrative Component 타입으로 나누어진다. 이중 메타데이터 자체를 표현하기 위한  Information Component는 Data Element, Data Element Concept, Value Domain, Concept Domain과 같은 4개의 세부 Component로 구성되고, 이들 간의 관계는 다음과 같다(그림 1). 하나의 Data element는 Data element concept와 Value domain의 조합으로 표현되며, 하나의 Concept domain은 Data element concept, Value domain과 1대 다 관계를 가지고 있다. 이러한 구성을 가진 ISO/IEC 11179는 정보기술과 관련된 다양한 분야의 여러 연구기관에서 활용되고 있다7)8)9).

2.2 TrialDB

TrialDB는 EAV 모델 기반의 임상시험에 대한 자료를 관리하기 위한 시스템이다2). TrialDB 시스템은 Dictionary, Vocabulary, EAV data, Non-EAV data 테이블 등의 4가지 타입으로 구성되어 있다. 이중 Dictionary 테이블은 임상시험 수행시 필요한 메타데이터의 저장 및 관리를 위한 고유의 형식으로 정의되어있다. 그러나, 이와 같이 정의된 메타데이터는 자료의 교환 혹은 재사용시 그대로 사용되기에는 매우 어렵다.

2.3 CaCORE Cancer Data Standard Repository

NCI caCORE는 다기관 임상시험을 지원하기 위해 만든 기반 시스템으로써 크게 3가지의 구성요소로 이루어져 있다6). 첫 번째는 임상 시험 자료관리를 위한 객체 모델인 Cancer Bioinformatics Infrastructure Objects (caBIO), 두 번째는 용어지원 시스템인 Enterprise Vocabulary Services (EVS) 그리고 마지막으로 메타데이터 등록 및 관리를 위한 Cancer Data Standard Repository (caDSR)로 구성되어 있다. 이중 caDSR은 ISO/IEC 11179를 기반으로 구현되었고, NCI 산하의 다양한 기관에서는 이를 사용하여 임상시험을 위한 메타데이터를 정의하고, 메타데이터의 기본 단위인 Common Data Element(CDE) 형태로 저장되게 된다. CDE는 최소한 item명, item 취합 방식, item에 유효한 값과 코드, 데이터 타입 등 네 가지의 정보를 포함하여야 한다7). 현재 caDSR의 CDE는 암 예방 임상시험 및 암 생물학적 표지 연구 등 다양한 암 관련 연구 분야에서 개발 및 등록되고 있다.

Figure 2. A conceptual architecture of clinical data storage.

III.  방 법

임상자료의 특징인 복잡하고 이질적인 자료 타입에 대한 효율적인 관리를 위해서는 EAV 모델을 기반으로 하여 이를 저장 및 운영할 수 있는 기반시스템이 구현되어야 한다. 또한, 이와 관련된 자료의 논리적인 관계를 이해하기 위해서는 메타데이터의 등록 및 관리가 필수적으로 요구되어진다. 이를 실현하기 위해서는 ISO 국제표준기구에서 제안하는 메타데이터 등록을 위한 11179 표준안의 구현이 선행되어야 하며, 구현된 시스템은 실제 임상자료를 적용한 검증 절차가 필수적으로 뒷받침되어야 한다.

3.1 ISO/IEC 11179의 구현

본 논문에서는 임상자료의 저장과 관련된 메타데이터의 등록 및 관리를 위하여 NCI의 caDSR에서 구현된 ISO/IEC 11179를 참조하여, MySQL 데이터베이스 환경을 기반으로 한 시스템을 구현하였다.

3.2 임상자료의 메타데이터 추출

구현된 메타데이터 저장소를 검증하기 위하여 서울대학교병원에서 2005년 1월부터 2005년 4월까지의 유방암 진단을 받은 환자에 대한 퇴원요약지와 수술기록지에 대한 자료를 추출하여, 이에 대한 메타데이터를 정의하여 구현된 시스템에 등록하였다.

IV. 결 과

3.1 임상자료 저장소의 구현

임상자료 저장소는 크게 3가지 유형의 테이블로  구성되어 있다. 첫째, 환자의 신상정보와 같이 구조가 고정되어 있는 자료를 저장하기 위한 일반적인 관계형 테이블, 둘째, 이질적인 자료형태를 가진 임상자료를 관리하기 위한 EAV모델 기반 테이블, 마지막으로 EAV 테이블에 저장된 자료의 개념적인 이해를 위한 메타데이터 등록 표준인 ISO/IEC 11179를 구현한 테이블로 구성된다.

그림 2에서는 이러한 임상자료 저장소의 테이블 간의 개념적인 관계를 나타내고 있으며, 실제 이 저장소는 ISO/IEC 11179의 복잡한 모델을 구현하기 위하여 100여개의 다수 테이블로 구성되어 있다.

3.2 임상자료의 메타데이터

임상자료 저장소의 유효성 검증을 위하여 서울대학교병원의 2005년 1월부터 2005년 4월까지 유방암 진단을 받은 환자의 퇴원요약지와 수술기록지에 해당하는 임상자료를 사용하였으며, 이에 대한 메타데이터를 추출하고 이를 등록하였다. 추출된 메타데이터는 Data element를 기준으로 하였을 때 퇴원 요약지 169개, 수술기록지의 70개 총 239 개를 추출하였다 (표 1).

Table 1. A subset of data elements extract in discharge and surgery note

#	Data element	Source
1	문서 작성일	Discharge note, Surgery note
2	작성자	Discharge note, Surgery note
3	작성자 서명	Discharge note, Surgery note
4	입원일자	Discahrge note
5	퇴원일자	Discharge note
6	진단명	Discharge note
7	수술일자	Discharge note, Surgery note
8	수술코드	Discharge note, Surgery note
9	수술명	Discharge note, Surgery note
10	병력요약	Discharge note
11	입원경과	Discharge note
12	입원결과	Discharge note
13	향후계획	Discharge note
14	퇴원장소	Discharge note
15	결과	Discharge note
16	수술과	Surgery note
17	수술 전 진단명	Surgery note
18	수술 후 진단명	Surgery note
19	마취종류	Surgery note
20	집도의 1	Surgery noteS
21	보조의 1	Surgery note

그림 3은 data element 중 퇴원요약지에서 수술 명에 대한 메타데이터를 ISO/IEC 11179형식으로 표현한 것이다.

Figure 3. Example metadata (Operation name)

V. 결 론

본 연구에서는 이질적이고 복잡한 임상자료의 특징을 고려한 자료저장을 위하여 EAV 모델을 적용하였고, 자료의 구성요소들 간의 개념적인 관계에 대한 표현 및 저장을 위한 메타데이터 등록 표준안인 ISO/IEC 11179를 구현하였다. 그리고, 서울대학교병원의 2005년 1월부터 2005년 4월까지의 유방암 진단을 받은 환자의 퇴원요약지와 수술기록지에 대한 임상자료를 사용하여 구현된 시스템의 유효성 검증을 하였다.

최근 다양한 분야의 연구기관에서 메타데이터 등록의 표준인 ISO/IEC 11179를 사용하여 메타데이터관리를 목적으로 하는 관련시스템 개발이 활발히 이루어지고 있다7)8)9).

이 연구 주안점은 이러한 최근동향과 함께 이질적인 임상자료의 특징을 유지하면서, 이에 대한 메타데이터를 표준화된 방식으로 저장 및 관리하는 시스템 구현에 있다.

향후 구현된 시스템을 활용하여 메타데이터와 의학용어의 연결을 통해 임상자료의 검색을 지원할 수 있는 시스템 상호연동에 대한 연구가 수반되어야 할 것이다.

감사의 글

본 논문의 작성에 많은 도움을 주신 서울의대 생명의료정보학 연구실 분들께 감사드립니다. This study was supported by a grant from Korea Health 21 R&D Project, Ministry of Health & Welfare, Republic of Korea (0412-MI01-0416-0002).

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