I.

Ontology를 기반으로한 환자 의무기록의 작성체계의 구축에 관한 연구

Construction of ontology based medical description of patient data

Jae Il Lee†

Center for Healthcare Ontology Research and Development(CHORD),

Department of Oral Pathology, College of Dentistry,

Seoul National University, Seoul 110-749, jilee@snu.ac.kr

Abstract: The Ontology is now used widely in the all field of information management system including medicine.  It is accepted as a very important and useful strategy for constructing stable and reusable medical terminology and electronic medical records.  In neat future, it will be the most powerful model for storing, retrieving and communicating the patient-centered medical record in the semantic network.  But there is still a great deal of skepticism on the real usability of the ontology-based medical description system.  In this paper, GALEN is used as a base of constructing conceptual model of medical record and GRAIL is used for constructing practical ontology based description of patient data.  This model can be translated easily into other ontology based system such as protege and OWL.  Ontology and semantic web has real power in field of medicine which demand explicit data with full expressivity and enough speed for dealing with the huge amount of stored medical data which has to used in everyday practices.

Keyword: Ontology, GALEN, Protege, GRAIL, OpenKnowME, Electronic Medical Record

배 경

온토롤지는 철학이자 존재의 과학이면서 동시에 현재의 의료정보기록과 의학지식관리에서 모든 문제를 해결해 줄 수 있는 만능의 해결사인가?  의무기록관리와 관련한 온톨로지의 적용은 선학들의 노력으로 지금은 급격한 확산의 전환기에 서있다고 할 수 있으나, 아직은 많은 의료정보분야의 전문가들조차 학문적인 관심이상의 실질적인 이용이 가능할지에 대해서 의문을 갖고 있다1).  지금까지 개발되고 사용되어온 온톨로지 기술이 적용된 의학지식관리와 의무기록은 그 논리적인 우수성이나 구체성에도 불구하고 실제 임상에 적용되고 사용되기에 많은 제약이 있는 것으로 생각하는 경향이 있다.

온톨로지를 용어체계의 구성과정에 적용하는 수준을 넘어 의무기록에 직접 적용하는 것은 의무기록이라는 복잡한(complex) 의과학지식(medical knowledge)에다 온톨로지라는 복잡성만 하나 더해주는 것일 수 있다.  하지만 바꾸어 생각해보면 임상적 소견에다 해부와 병태생리학적인 지식을 포함된 개념(Concept)을 적용하여 보다 유용한 자료로 만들어 줄 수도 있다는 점이 환자중심의 의무기록이라는 관점에서는 매우 중요하다.  하지만 이 같은 온톨로지 기반의 임상관찰 및 진료행위의 기술에는 반드시 EHR이나 다른 임상기록의 자료와 Concept간의 mapping을 Manual이 아닌 방법으로 제공할 수 있어야 한다.

의무기록의 지식표현을 위해서는 반드시 이것이 관찰된 사실의 신뢰할 수 있는 기록이어야 한다는 점을 명심해야 한다.2,3) 여기서 기록은 진실의 기록이 아니라 기록자의 관찰의 결과이며 따라서 신뢰의 책임은 기록자 자신에게 있다.  Rector 등2,3)은 기록의 가장 중요한 특성으로 신뢰성을 꼽았으며 이 같은 기록은 온톨로지의 기본적 특성인 화자의 소속(domain)과 언어(Language) 그리고 의도(purpose)라는 세 가지 구성요소를 만족시키기 위해 갖추어야할 부분이기도 하다.

II. 방 법

본 연구에서는 용어체계의 분류와 완성에 사용되어온 많은 온톨로지 기반의 시스템과 온톨로지를 부분적으로 적용하여 구성된 의학용어 및 분류시스템을 결합시키고 여기에 더해서 실제 환자의 의무기록의 명시적인 구문을 이용하여 온톨로지 기반 기록의 실제 적용이 가능한지를 파악하기위해 GALEN을 기반으로 하여 의무기록 DATA를 작성하고 또 Protege로 표현해 보았다. 이용해서 작성해 보고자 하였다.

1. 대상 질환과 의무기록의 준비

본 연구에서는 만성 폐쇄성 폐질환(Chronic Obstructive Pulmonary Disease; COPD) 일례를 대상으로 하였으며 환자의 임상 기록과 질환과 관련한 다양한 증상의 발현과 합병증 및 관련 질환에 대한 기록, 진찰 및 검사기록을 대상으로 하였으며, 진료를 담당한 의사 및 간호사의 의무기록을 중심으로 기술하고 비교하였다.

Table 1. Patient chart data which includes brief retrospective summary of the patient upon discharge

대상증례의 환자 및 관련 의료인에 대한 신상정보는 배제되었으며 의료인이 직접 기술한 종이의무기록에 포함된 진찰 및 경과기록 일부와 검사기록 중 일부를 대상으로 하였다.

Table 2. Patient chart data in the ICU care which recorded by attending physician  at day1 and day 5

폐질환 특히 폐쇄성 폐질환과 관련한 의학용어는 교과서에 포함된 용어를 대상으로 추출하였으며 GALEN으로 기술된 내용과 비교검토하면서 전체 의학지식과 진료기록을 포함하여 확장시켰다.

2. 만성폐쇄성 폐질환 관련용어의 추출 및 재분류

만성폐쇄설 폐질환과 관련한 해부, 생리 및 병리용어를 일차적으로 교과서를 중심으로 추출하고 이를 기존의 용어체계 중 GALEN 으로 구성된 용어체계와 비교하였다.  만성폐쇄성폐질환은 간략히 기술하여 다음과 같은 내용을 가진다.

“COPD is a mixture of 3 separate disease processes (Chronic bronchitis, Emphysema, Asthma (a lesser extent)) that together form the complete clinical and pathophysiological picture.  Each case of COPD is unique in the blend of processes; however, 2 main types of the disease are recognized.”

Chronic bronchitis

Chronic bronchitis plays the major role. Chronic bronchitis is defined by excessive mucus-production with airway obstruction and notable hyperplasia of mucus-producing glands.

Damage to the endothelium impairs the mucociliary response that clears bacteria and mucus. Inflammation and secretions ....... is centrilobular rather than panlobular. The body responds by decreasing ventilation and increasing cardiac output. This V/Q mismatch results in rapid circulation in a poorly ventilated lung, leading to hypoxemia and polycythemia.

Eventually, hypercapnia and respiratory acidosis develop, leading to pulmonary artery vasoconstriction and cor pulmonale. ....... right heart failure and are known as "blue bloaters."

Emphysema

The second major type is that in which emphysema .........airways distal to the terminal bronchiole.  (이하생략)

이상의 내용을 GALEN의 Anatomical model과  Physiological concept model을 이용해서 재작성 하였으며, GALEN에 기술되지 않은 개념은  medical foundatuon model을 중심으로 기술하였다.  기본 model을 완성한 후 환자의 의무기록을 중심으로 질환의 병상기록을 GRAIL로 재작성 하였는데  GALEN core model을 기준으로 작성 하였다.

Table 3. GRAIL description of the COPD patient record at day 1 using data described in table 2

3. GALEN을 이용한 모델링과 Protege를 이용한 모델링

GALEN의 경우는 GRAIL언어를 사용할 수 있는 openKnowME 5.0 beta를 이용하여 작성하였으며 기본적인 해부학적구성은 HMC Cmap Tool을 이용하여 일차 구성도를 그리고 검토한 후 최종적인 형태로 다시 기술하였다.  구성된 개념중 해부학적 모델과 생리학적 모델 병리학적 모델을 구분하여 Protege 3.0으로 다시 구성하였으며 이 과정에서 개념간의 부적절한 연결과 논리적 구성의 부적절성 등을 확인하고 수정하였다.

Figure 1. Concept representation map for anatomical and physiological model of respiratory system components.

III. 결 과

Figure 2. Protege Screen for lung anantomy concept and relations.  Acually Lung or Lung disease is not only classified inthe concept of Lung but in the concept of respiratory tract which has different conceptual entry and relation

전체 1500여개의 용어가 분류되었으며 이중 700개 이상의 교과서에 포함된 의학용어와 진료경과기록과 간호용어 등을 포함하고 있었으며 그 외 특별히 분류되지 않은 진료경과에 대한 일반적인 기술을 포함하고 있었다.  각각의 영역별로 재분류된 용어들은 다시 상호간의 연관성에 따라 결합시켰으며 이 과정에서 500개 이상의 semantic link를 구성하였고 GALEN으로 규정되지 않은 질병진행경과와 처치에 관한 개념과 attribute가 추출되었다.

GALEN 등으로 구성된 질병 및 의학지식의 개념 모델이 실제 의무기록에 적용될 때 가장 큰 어려움은 실제의무기록이 가지는 기록자의 개념인식의 추상성과 모호성이었다.  흔히 사용되는 약어나 기호 등을 포함하는 개념은 대부분은 이해 가능한 공용의 용어이나 기관에 따라 다르게 사용되거나 또는 같은용어의 의미를 다르게 해석하는 경향이 정도에 관계없이 가지고 있으며  사용되는 용어 중 일상용어와 포괄적 의학용어를 사용하는 경우 특히 많은 개념들을 다의적으로 사용하거나 매우 모호하게 사용하는 것으로 파악되었다.  특히 중요개념은 사실상 추상적인 수준의 개념으로 때로는 문맥을 통해서 추정되거나 공동의 업무를 진행하고있는 특정 집단 구성원과 좁게는 자신만의 담화의 범위에서 이해될 수 있는 경우가 존재하였다.

IV. 결 론

본 연구에서 온톨로지를 적용한 병상관찰 및 진찰기록은 실제 의료행위의 복잡성은 특정 질환과 환자의 영역으로 좁힐 경우 매우 간단한 용어의 반복으로 변경되며 이 같은 반복용어는 실제 온톨로지 기반 데이터베이스를 사용하여 현제의 텍스트기반 의무기록보다 매우 개념적으로 명확할 뿐 아니라 구성과 활용 속도도 우수한 의무기록시스템을 구축할 수 있을 것이다4).

본 연구를 통하여 온톨로지 기반의 의료기술은 의무기록의 재사용 및 상호 교환성을 높여 줄 뿐 아니라 모호하지 않은 의학 정보를 보다 효율적이고 빠르게 획득할 수 있는 방법을 제시한 것으로 생각된다.

참고문헌

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

2. 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

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

4. Ceusters W, Rogers J,  Consorti, Rossi-Mori A. Syntactic-semantic tagging as a mediator between linguistic representations and formal models: an exercise in linking SNOMED to GALEN. Artificial Intelligence in Medicine 15:5-23, 1999