TBase 将电子健康记录与一种创新的肾移植受者研究数据库相结合。TBase 建立在内存数据库平台之上,连接至不同的医院系统,并用于常规门诊护理。它可自动整合所有相关临床数据,包括移植特异性数据,从而构建一个独特的研究数据库。
方法文章
TBase 将电子健康记录与一种创新的肾移植受者研究数据库相结合。TBase 建立在内存数据库平台之上,连接至不同的医院系统,并用于常规门诊护理。它可自动整合所有相关临床数据,包括移植特异性数据,从而构建一个独特的研究数据库。
TBase 是一种针对肾移植受者(KTR)的电子健康记录(EHR)系统,通过标准化接口自动录入关键临床数据(例如实验室检测值、医疗报告、影像学和病理学数据),同时在常规治疗过程中辅以人工数据录入(例如临床记录、用药清单和移植相关数据)。由此构建了一个全面的肾移植受者数据库,服务于日常临床诊疗和科研工作。该系统既便于临床日常使用,又可为科研问题提供高质量数据的快速访问。这一目标通过在临床常规工作中实施数据验证机制实现:临床使用者和患者在制定治疗方案和用药计划时必须依赖准确的数据,从而在日常实践中持续验证并修正临床数据。该电子健康记录系统专为移植门诊护理需求设计,并已在柏林夏里特医科大学(Charité - Universitätsmedizin Berlin)成功应用超过20年,证实了其临床实用性。系统通过结构清晰、内容全面的长期数据支持高效日常操作,并便于将这些数据用于临床研究。目前,其功能涵盖通过标准化接口从不同医院信息系统自动传输常规数据、提供移植特异性数据、具备药物相互作用自动检测功能的用药清单,以及医疗报告的半自动化生成等。最新一次重构的关键要素包括基于设计隐私保护的稳健架构、模块化设计从而实现向其他临床环境的可移植性,以及基于HTML5(超文本标记语言)的响应式网页设计所带来的易用性和平台独立性。这使得系统能够快速、便捷地扩展至其他疾病领域和其他大学医院。系统积累的全面长期数据集为机器学习算法的研究提供了基础,而模块化结构则支持将这些算法迅速整合到临床实践中。TBase 还集成了患者报告数据和远程医疗服务,以满足患者未来的医疗需求。这些新功能旨在提升临床诊疗质量,同时创造新的研究方向和治疗干预手段。
建立集成电子健康记录与科研数据库的动机
无论采用经典统计方法还是机器学习(ML)技术进行分析,临床研究均依赖于高质量数据的可获得性1,2。除了常规数据(如人口统计学、实验室和用药数据)外,还需要具有高细粒度的领域特异性数据(如与移植相关的信息)3,4。然而,许多大学附属医院的常规临床工作依赖医院信息系统(HIS),这些系统既无法系统性地收集科研专用数据,也难以便捷提取常规临床数据5,6,7。因此,临床研究人员不得不自行构建专用科研数据库,而这类数据库存在诸多问题,包括数据库搭建流程复杂、需手动录入数据、数据隐私保护难题以及长期维护困难(表1)。数据量有限、数据缺失以及数据不一致等问题在临床研究中普遍存在,严重阻碍了机器学习技术的应用8,9,10,11,12,13。这些独立运行的科研数据库通常仅聚焦于特定疾病或患者某一方面的信息,未与其他数据库连接,且常在一定时期后停止维护,最终形成无法访问的"数据孤岛"。归根结底,关于各类疾病多维度的高质量、长期随访数据十分匮乏。在数字医学时代,迫切需要一种全面的电子健康记录(EHR)系统7,14,15,以支持领域特异性数据的便捷录入,并实现从住院和门诊医疗系统中自动采集常规临床数据。
这些一般性考虑同样适用于移植医学16。因此,为了实现成功的随访治疗,必须完整记录患者的病史,包括所有住院和门诊治疗、临床常规数据以及移植相关的特定数据17,18。由于普通的医院信息系统(HIS)是静态的,且主要关注住院治疗,因此无法整合移植相关的特定数据,例如供体数据、冷缺血时间以及人类白细胞抗原(HLA)数据。然而,这些数据不仅是移植研究19,20,21,22的基本前提,也是长期临床管理所必需的。尽管初次住院时间通常仅为1-2周,且各移植中心之间的肾移植手术过程及早期结果具有可比性,但移植后的终身随访治疗却十分复杂,且缺乏统一的结构化方法。这促使人们建立一个集成的电子健康记录(EHR)与科研数据库,以全面记录患者移植后的终身诊疗历程23。
为了将这些功能整合到肾移植受者(KTR)的常规诊疗和研究中,开发了一种名为"TBase"的电子健康记录系统(EHR),其理念在于:将该系统用于移植后常规护理,即可自动构建一个具有最高数据质量的独特研究数据库(表2)。
设计与架构
TBase 基于典型的客户端-服务器架构。在开发过程中,使用了 SAP 高性能分析应用扩展高级版(SAP HANA XSA)的组件和工具。电子健康记录系统(EHR)基于最新的超文本标记语言 5(HTML5)网络技术开发,并针对 Google Chrome 引擎进行了测试。该网页引擎被 Chrome 和 Microsoft Edge 浏览器所采用,使得 EHR 可在最常用的网页浏览器中使用24,而无需进行本地安装。所采用的技术支持响应式网页设计,使基于网页的 EHR 能在各类设备(PC、平板电脑、智能手机)上使用。这一创新的高性能开发平台由多个组件(Web IDE、UI5 和 HANA DB)构成,使我们能够利用先进的软件工具快速实现 TBase 电子健康记录项目(图 1)。
为了表示患者数据,采用了一种简单的表格结构,以实现电子健康记录(EHR)的直观且自解释的设计。例如,以 PatientID 为主键的患者表位于整个表格结构的中心。几乎所有表格(个别子表除外)都通过 PatientID 与该中心表相连(图2)。
图3 更详细地展示了TBase的表结构及其所使用的数据类型。最终用户可通过图形用户界面(GUI)访问数据字段,图4 展示了该界面的一个示例。
该电子健康记录(EHR)包含所有当前的患者数据,用于常规门诊护理。重要的常规临床数据(例如实验室数据、医学检查结果、放射学、微生物学、病毒学和病理学数据、住院数据等)通过标准化接口(例如基于医疗信息交换标准 Health Level Seven(HL7)——医疗保健领域数字化通信的标准25)直接导入TBase。移植特异性数据,如冷缺血时间、供者数据、HLA数据,以及随访记录、生命体征、医疗报告和用药清单,由用户通过图形用户界面(GUI)录入至电子健康记录中。在数据传输至数据库之前,系统会自动进行合理性检查,以及时发现数据录入错误,并提供即时修正的选项。此外,在临床常规工作中也进行数据验证,临床用户会常规撰写报告及致患者和医生的信函。这些信函必须提供准确的数据(例如关于用药、实验室数值和临床备注),以支持后续治疗和用药计划。因此,医生和患者在日常实践中持续验证并纠正临床数据,这一过程确保了高质量的数据。如果数据通过应用程序编程接口(API)或其他接口录入,则在后端执行与前端类似的合理性检查。
前端(图形用户界面)
为实现前端功能,采用 UI5 框架。该框架为前端元素提供了 extensive 的组件库,以及多种附加功能,例如多语言支持和用于数据可视化的图形库。目前,TBase 前端元素根据浏览器的语言设置,以英语或德语显示。
前端采用主从式界面,以确保页面结构简洁直观。浏览页面的上半部分由各个详情页的独立标签页组成(如基本信息、医疗信息、移植信息等)。无论下方显示哪个详情页,该主界面部分均保持不变(图4)。每个页面的详情视图均可为该页面主题提供清晰易懂的概览。
在数据操作方面,电子健康记录系统具有不同级别的用户权限("读取"、"写入"、"删除"和"管理员")。除仅能查看的"查看"级别外,还设有"编辑"级别,但该级别仅可由权限高于"读取"的用户激活。若用户具备写入权限,则所有数据录入字段均被激活,可输入数据。拥有"删除"权限的用户可通过相应按钮删除数据,但需在弹出窗口确认后方可执行。
数据库结构与接口
TBase 的开发在开发数据库中进行。所有软件变更(例如新增功能)均在质量保证数据库中进行广泛而详细的测试。通过质量控制检查的软件更新将被转移至生产系统。出于研究目的,生产系统中的数据会被复制到复制数据库中,用户可通过标准的开放式数据库连接(ODBC)接口(例如通过开源软件 R Studio)查询该数据库。由于复制数据库与生产系统之间无直接连接,因此可有效保护生产系统中的数据,避免数据损坏、丢失或被篡改。这种模块化结构以及四个数据库(开发数据库、质量保证数据库、生产系统和复制数据库)之间的清晰分离,针对开发人员、研究人员和临床医生的具体需求进行了优化,有助于系统的维护以及对敏感患者数据的保护。
电子健康记录(EHR)已完全整合至夏里特(Charité)的数据基础设施中,并依赖多种接口从不同数据源导入数据。与医院信息系统(HIS)的接口可导入所有相关数据,如行政信息、检查项目、用药记录、实验室检查结果及出院小结。该接口通过一个中间区域连接两个系统。在此中间区域中,所有新增数据(数据增量)均从HIS实时传输至TBase。患者通过患者编号或病例编号进行识别,并导入相应的HIS数据(若TBase中尚未存在该数据)。
对于门诊患者,我们的实验室合作伙伴通过 HL7 消息提供实验室结果。这些消息被部署到实验室系统的共享区域,并通过 HL7 接口接收后导入电子健康记录系统(EHR)。为了实现与肾移植受者(KTR)(通过智能手机应用程序)以及家庭肾病医生之间的双向通信和数据交换,已实施了 HL7 快速医疗互操作性资源(HL7 FHIR)接口26。该接口为将来与其他数据源(例如 Eurotransplant、患者应用程序)进行安全的数据交换提供了互操作性和灵活性。
用户管理与数据保护
TBase 基于应用程序层面的用户管理。因此,用户只能访问应用程序的前端,而无法直接访问数据库本身。如上所述,系统采用四阶段授权机制,用户管理权限仅限拥有管理员权限的人员。管理员通过一个名为 "Identity Management Console" 的应用程序,从 Charité 用户库中为 TBase 应用添加新用户,并维护其用户权限(图5)。大多数用户可以访问数据库中的所有患者数据,但也可针对特定用户(如研究监查员)将其访问权限限制在特定患者群体内。
采用商用内存数据库平台,该平台是一种安全的数据库技术,通过应用级授权、单点登录(SSO)、MIT-Kerberos 协议和安全断言标记语言(SAML)等策略保护数据。该平台利用最新的加密和测试技术,保障通信、数据存储和应用服务的安全。所有数据库上的操作均通过授权进行控制,从而在设计层面确保高水平的数据安全。此外,所有数据均保存在经认证的 Charité 防火墙之后。为符合最新的欧盟通用数据保护条例(EU GDPR),已实施健全的数据保护方案,包括数据流图、数据保护风险评估(DSFA)和授权概念。所有相关文件均归档于 Charité 数据保护办公室的操作目录中。
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本方案演示了如何使用电子健康记录系统TBase,向数据库中添加数据,以及如何为研究目的提取数据。所有步骤均符合柏林夏里特大学医学中心人类研究伦理委员会的指南。
1. 注册新患者并将患者基本信息录入 TBase
2. 在 TBase 的以下部分中查看和添加患者记录数据:主数据、医疗数据、医生、诊断、操作、移植数据、医院
3. 查看并选择实验室数据
4. 查看和修改药物信息:根据德国法规创建标准化药物清单("Bundeseinheitlicher Medikationsplan")
5. 查看和添加医学课程条目:半自动生成医学报告
6. 注销登录
7. 使用收集的数据
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TBase 于1999年在夏里特米特校区首次发布,并自此持续投入使用。二十多年来,TBase电子健康记录系统(EHR)对所有肾移植受者(KTR)的数据进行前瞻性收集。自2001年起,夏里特医院的其他移植项目也开始将TBase用于肾移植受者及等待移植患者的常规临床管理。自2007年以来,该电子健康记录系统还被用于活体供者以及肾脏病学部门所有患者的常规诊疗。
通过提供TBase软件及其功能,该软件近年来已进一步发展为具有现代软件架构的模块化基于网络的研究数据库,在超过20年的时间里共记录了6,317例患者,完成了7,595例肾移植手术。总计,肾移植受者(KTR)拥有220,877条诊断记录、332,299项操作记录、1,033,941份实验室报告、24,478,441个实验室检测值、539,922次用药事件、324,339项检查记录、6,489条供者数据以及54,350份出院记录等(表3)。
此外,共收集了20,724名患者的数据,包括等待移植名单上的患者、活体捐献者以及慢性肾病患者。这些患者共有...
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TBase 将基于网络的肾移植受者(KTR)专科门诊电子健康记录系统与科研数据库相结合,为肾病患者建立了一个全面的长期数据库6,11,15,37在组织架构方面,这一系统通过采用现代化的软件设计流程作为机构性载体得以实现,并融入了开发人员、临床使用者及研究人员超过20年的实践经验,共同开发出当前版本。此外,该系统根据临床用户的需求持续改进和更新,因其为柏林夏里特大学医学中心(Charité - Universitätsmedizin Berlin)肾脏病患者主要的门诊记录软件。对于临床使用者而言,该电子健康记录系统(EHR)可自动整合来自住院和门诊系统的全部相关数据,支持移植特异性数据及患者长期随访路径的便捷、直观记录。在药物数据方面,该系统连接了一个商用数据库,提供德国所有获批药品的详细信息,并每两周更新一次。处方药物的药物相互作用检查通过与临床药理学部门的商用系统协作完成。 &am...
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通讯作者无任何声明。
过去20年中,本研究所展示的电子健康记录系统的开发得到了来自不同机构和基金会的内部研究资金以及公共资金的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 开发平台 SAP Web IDE | SAP SE | ||
| GUI 工具箱 SAPUI5 | SAP SE | ||
| 内存数据库 SAP-HANA | SAP SE | ||
| 接口标准 HL7 | Health Level Seven International | ||
| 接口标准 HL7 FHIR | Health Level Seven International | ||
| RStudio | RStudio Inc. | ||
| TBase - 电子健康记录 | Charité - Universitätsmedizin Berlin | ||
| Web 服务器 SAP-HANA XSA | SAP SE |
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