獸醫(yī)信息學(xué)研究進(jìn)展

1、獸醫(yī)信息學(xué)研究進(jìn)展王靖飛，李靜（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所動物疫病診斷與流行病學(xué)中心 哈爾濱 150001）摘要 獸醫(yī)信息學(xué)是一門應(yīng)用信息科學(xué)、工程學(xué)和計算機(jī)技術(shù)來支持獸醫(yī)學(xué)教學(xué)、研究和實(shí)踐的學(xué)科。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在該領(lǐng)域已經(jīng)有眾多研究成果應(yīng)用于獸醫(yī)實(shí)踐，對獸醫(yī)學(xué)的發(fā)展起到了極大的推動作用。其主要研究內(nèi)容包括電子病歷、決策支持系統(tǒng)、圖像獲取及處理技術(shù)以及統(tǒng)計分析和建模等。我國在推進(jìn)獸醫(yī)信息學(xué)全面發(fā)展的同時，應(yīng)著重加強(qiáng)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸和共享。關(guān)鍵詞：獸醫(yī)信息學(xué)；信息；數(shù)據(jù)；決策；建模The advances in veterinary informatics

2、WANG Jing-fei, Li Jing（Center for animal infectious diseases diagnosis and epidemiology, Harbin veterinary research institute,CAAS, Harbin 150001 China）Abstract Veterinary Informatics is the discipline concerned with the application of information science, engineering, and computer technology to sup

3、port veterinary teaching, research, and practice. The advances in veterinary informatics have greatly enhanced the development of veterinary medicine, which included electronic veterinary records, decision support systems, data and image acquisition and analysis techniques and modeling et al. The st

4、andardization of veterinary data and information is the most important work for us to do now, which can meet the needs of efficient communication of veterinary data in china.Keywords: veterinary informatics; information; data; decision support; modeling獸醫(yī)信息學(xué)（Veterinary Informatics）是一門應(yīng)用信息科學(xué)、工程學(xué)和計算機(jī)技

5、術(shù)來支持獸醫(yī)學(xué)教學(xué)、研究和實(shí)踐的學(xué)科。獸醫(yī)信息學(xué)是伴隨著信息學(xué)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的1。信息和計算機(jī)技術(shù)在獸醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用開始于上世紀(jì)6070年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在信息技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國家其研究已經(jīng)相當(dāng)深入，應(yīng)用范圍也已經(jīng)相當(dāng)廣泛。而在一些信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)普及比較晚的國家，獸醫(yī)信息學(xué)的發(fā)展尚處于起始階段。我國到目前為止，還沒將獸醫(yī)信息學(xué)作為一門專門的獸醫(yī)專業(yè)的學(xué)科來普及，其發(fā)展還處于一個比較低的水平，從應(yīng)用到相關(guān)技術(shù)研究還有待于步入一個更高的層次。信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)在獸醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用雖然起步較早，但是，在其發(fā)展的初期則是經(jīng)歷了一個緩慢的過程，直到最近十多年，才呈現(xiàn)出了蓬勃的勢頭2。

6、在獸醫(yī)信息學(xué)發(fā)展過程中，其研究和應(yīng)用主要集中在以下方面：電子病例記錄；疾病診斷專家系統(tǒng)及決策支持系統(tǒng)；圖像數(shù)據(jù)獲取和生物統(tǒng)計與建模等。1. 電子病歷 在計算機(jī)沒有引入獸醫(yī)領(lǐng)域之前，動物病歷主要是以人工的方式記錄在以紙為主要載體的媒體上。由于載體本身的特性所限，采用這種記錄方式進(jìn)行病例記錄，當(dāng)積累到一定數(shù)量后，由于記錄載體體積龐大給應(yīng)用和管理造成很大的困難。電子病例（electronic medical records, EMRs）3的出現(xiàn)有效地解決了這個問題，使獸醫(yī)能夠?yàn)橛脩籼峁┯嬎銠C(jī)化的標(biāo)準(zhǔn)化的病例記錄，實(shí)現(xiàn)了對動物的健康狀況進(jìn)行長期跟蹤，并提供長期的健康咨詢服務(wù)和制定保健計劃。對于用戶，可

7、以在家通過網(wǎng)絡(luò)隨時查看自己寵物的病例記錄，從而清楚地了解它們的健康狀況。另外，一個養(yǎng)殖場動物電子病例為疾病控制職能部門提供了流行病學(xué)分析的原始資料，通過對其進(jìn)行統(tǒng)計分析，制定科學(xué)的疾病控制和撲滅計劃，同時電子病例記錄也是發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)疾病的重要途徑。在獸醫(yī)信息學(xué)發(fā)展比較早的國家，電子病例記錄系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)形成了一系列的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)的形成，使得在整個國家或者大部分地區(qū)均采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行病例采集、管理、交流和分析等，有利于流行病學(xué)分析、疫病控制和相關(guān)疾病控制措施的制定。目前，信息技術(shù)在獸醫(yī)實(shí)踐中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍。由于采用電子病例記錄系統(tǒng)，獸醫(yī)臨床實(shí)踐在向無紙化方向發(fā)展。2決策支

8、持系統(tǒng)獸醫(yī)決策支持系統(tǒng)（Decision support system ）是指在動物疾病控制中用于輔助決策者進(jìn)行疾病控制策略制定的計算機(jī)程序系統(tǒng)。獸醫(yī)領(lǐng)域的決策支持系統(tǒng)主要分為兩類：一是疾病診斷系統(tǒng)；另一個是疾病控制決策支持系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是疾病診斷決策支持系統(tǒng)最為常見的形式。疾病控制決策支持系統(tǒng)主要是一些流行病學(xué)分析系統(tǒng)、疾病控制經(jīng)濟(jì)學(xué)分析系統(tǒng)、疫情監(jiān)測系統(tǒng)和疫情預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)等4。專家系統(tǒng)是利用知識和推理解決領(lǐng)域中只有專家才能解決的難題的計算機(jī)程序系統(tǒng)。在世界范圍已經(jīng)有大量的動物疾病診斷專家系統(tǒng)投入應(yīng)用，如牛病診斷系統(tǒng)CaDDiS 、禽寄生蟲病專家系統(tǒng)PPES、家畜寄生蟲專家系統(tǒng)LPES、牛福

9、利信息/專家系統(tǒng)OxWISE等。我國也開發(fā)出一些動物疾病診斷專家系統(tǒng)，如北京佑格公司的系列動物疾病診斷專家系統(tǒng)、江蘇農(nóng)科院的雞病診斷專家系統(tǒng)和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的牛、豬和犬病診斷專家系統(tǒng)等。雖然已經(jīng)有大量的專家系統(tǒng)投入到動物疾病診斷實(shí)踐中，這并不意味著動物疾病診斷專家系統(tǒng)已經(jīng)完全成熟，相反，隨著專家系統(tǒng)本身的發(fā)展和應(yīng)用的深入，用戶對動物疾病診斷專家系統(tǒng)的要求也在不斷提高，專家系統(tǒng)將向著診斷過程更加高效、準(zhǔn)確、智能程度更高和操作更加方便的方向發(fā)展。疾病控制決策系統(tǒng)因其涉及到疾病控制決策的各個環(huán)節(jié)，因而有大量的不同類別的決策系統(tǒng)出現(xiàn)，同時也有多種信息技術(shù)應(yīng)用于這些系統(tǒng)中。CareEngine是一個通過對

10、不同用戶的當(dāng)前狀況和已有的資料進(jìn)行比較，分析用戶當(dāng)前的狀態(tài)，然后根據(jù)該分析結(jié)果對用戶進(jìn)行分類，對不同類型的用戶提出不同的處理措施，以降低疾病診斷過程中的錯誤和減少用戶的費(fèi)用。疾病流行趨勢和模式分析是流行病學(xué)研究的主要內(nèi)容，在這個過程中，往往需要處理和分析大量的疫情數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般均具有空間屬性，如患病動物的分布、運(yùn)動趨勢，疾病的發(fā)生范圍和危險因素的分布等，而疾病控制策略往往需要在最快的時間內(nèi)做出，因此，以數(shù)據(jù)分析和處理為主要功能的決策支持系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。除了傳統(tǒng)的決策支持系統(tǒng)外，地理信息系統(tǒng)當(dāng)前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于疾病控制決策。EpiMAN-TB是一個基于地理信息系統(tǒng)的決策支持系統(tǒng)，通過對空間數(shù)

11、據(jù)分析結(jié)果，制定新西蘭牛和鹿中結(jié)核的控制措施。 3獸醫(yī)圖像數(shù)據(jù)和信息的獲取及分析在獸醫(yī)臨床實(shí)踐中，由儀器和設(shè)備獲得的圖像、數(shù)據(jù)和信息在疾病診斷中起著非常重要的作用。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，臨床上這種數(shù)據(jù)的需求將大大增加，人們在診斷決策中對這些數(shù)據(jù)的依賴程度也在增加。由此伴隨著對這些數(shù)據(jù)的獲取、分析、存貯和解釋需求也在巨增。在動物疾病診斷中，經(jīng)常用到的圖像有顯微鏡圖片、電子顯微鏡圖片、熒光顯微圖片、B超圖片、X光圖片和CT圖片等，對這些圖片的獲取和分析幾乎均通過計算機(jī)來完成。另外，隨著計算機(jī)圖像處理功能的日益強(qiáng)大和處理技術(shù)的日益成熟，通過計算機(jī)不但可以處理2D圖像，而且3D圖像分析技術(shù)已經(jīng)在獸醫(yī)實(shí)踐

12、中得到廣泛地應(yīng)用。最近在圖像處理技術(shù)上的進(jìn)展不但可以顯示機(jī)體的解剖結(jié)構(gòu)，而且可以在活體上對生物學(xué)過程和事件進(jìn)行評價。例如，利用磁共振技術(shù)和放射性同位素成像技術(shù)可以顯示機(jī)體的功能。這些技術(shù)可以對血流和各個器官的功能狀態(tài)進(jìn)行顯示，對疾病的診斷具有非常重要的作用。當(dāng)前一些在臨床上常用的基于計算機(jī)的成像技術(shù)包括：X線計算機(jī)體層成像(X-ray computed tomography,X-ray CT或CT)、磁共振成像(magnetic resonance image，MRI)和發(fā)射體層成像(emission computed tomography，ECT)，如單光子發(fā)射體層成像(single pho

13、ton emission computed tomography，SPECT)與正電子發(fā)射體層成像(positron emission tomography，PET)、計算機(jī)放射攝影（computed radiography, CR）或直接數(shù)字化攝影（direct radiography, DR）等新的成像技術(shù)。4生物統(tǒng)計、分析及建模生物統(tǒng)計是獸醫(yī)實(shí)踐及研究中非常重要的組成部分，通過生物統(tǒng)計，人們可以發(fā)現(xiàn)從臨床實(shí)踐中得到的數(shù)據(jù)中所隱含的意義、發(fā)現(xiàn)疾病和致病因素之間的關(guān)系，以及疾病發(fā)生的規(guī)律等，為解釋疾病的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸以及科學(xué)治療方案的制定提供依據(jù)。生物統(tǒng)計又是獸醫(yī)研究中必不可少的環(huán)節(jié)，幾乎

14、所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)都必須通過統(tǒng)計分析來發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)現(xiàn)象和事物本質(zhì)之間的關(guān)系，并且只有經(jīng)過科學(xué)的統(tǒng)計分析之后所得到的結(jié)果才能被廣大同行所認(rèn)可，對其所揭示的現(xiàn)象才有科學(xué)、客觀的認(rèn)識?；谟嬎銠C(jī)的統(tǒng)計分析軟件已經(jīng)成為獸醫(yī)實(shí)踐和應(yīng)用中的必備工具，如MS-EXEL、SAS、S-PLUS、MATLAB和SPSS等。除常規(guī)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計之外，在流行病學(xué)研究中，基于地理信息系統(tǒng)的空間統(tǒng)計分析為挖掘疾病流行和擴(kuò)散的時空特征和模式開創(chuàng)了一個新的視角，通過對分析結(jié)果在電子地圖上的實(shí)時顯示，使人們能更直觀地了解疾病的流行狀況及未來的流行趨勢。建模以其嚴(yán)謹(jǐn)、抽象的特點(diǎn)作為交叉學(xué)科在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時也為其在獸醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用提供契

15、機(jī)。近年來，在重大疫病的控制中，數(shù)學(xué)模型已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于流行病學(xué)分析與研究。Omaira Cecilia Lizarazo Herrera等5采用動力學(xué)模型仿真模擬口蹄疫的發(fā)病過程，為疫病管理提供參考策略；Eric P. M. Grist6用控制優(yōu)化模型評估瘋牛病可能造成的損失；Trapman, P7采用隨機(jī)過程研究的動物傳染病分支模型可分析疾病的發(fā)病數(shù)量和時間，并評估不同的管理措施的效果，該模型可適用于典型豬瘟、禽流感和口蹄疫等流行病。英國數(shù)學(xué)家利用模型解決的重大問題是瘋牛病。在初期沒有有效的抗菌藥物，只能檢查并殺死所有的病牛，但在最初的15個月，這些方法沒有避免疾病的傳播。因此，數(shù)學(xué)家設(shè)

16、計了一個針對瘋牛病的傳染模型，并且發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵是時間的控制問題。原先檢查并屠宰病牛往往是在疾病發(fā)現(xiàn)的4-5天在這段時間疾病已經(jīng)很大范圍地傳播開了。這就是不能控制疾病的原因，于是疾病的檢查采取了更為果斷和迅速的措施，來檢查可能被感染的牛并屠宰。兩個月后，疾病得到了控制。另外，基于環(huán)境因素和空間因素的疫病傳播時空動力學(xué)模型的建立也為疫病控制決策提供了科學(xué)依據(jù)。動物疫病的發(fā)生、發(fā)展、分布與地理環(huán)境關(guān)系密切，流行病地理信息系統(tǒng)在疾病控制中起到了重要作用。David L. Smith等8人調(diào)查了康涅狄格州169個鎮(zhèn)的浣熊狂犬病的傳播情況，同時，還調(diào)查了地理、人與動物接觸情況等因素。對狂犬病在不同的地形

17、傳播的環(huán)境危險因素進(jìn)行定量，建立了狂犬病傳播的隨機(jī)空間模型，結(jié)果表明環(huán)境因素對該病的空間分布存在顯著的影響，河流起著重要的屏障作用，將擴(kuò)散速度減少7倍。Davison S等9利用GIS對美國賓夕法尼亞州19961998年發(fā)生的H7N2亞型禽流感進(jìn)行空間分析與研究，為防疫措施提供參考，Ehlers M10等利用GIS對意大利19992001年發(fā)生的禽流感建立以家禽飼養(yǎng)密度為基礎(chǔ)的空間分析模型。5. 小結(jié)信息學(xué)、計算機(jī)和獸醫(yī)學(xué)等學(xué)科的高速發(fā)展，給獸醫(yī)信息學(xué)的發(fā)展帶來前所未有的契機(jī)。從國外這些年的發(fā)展和應(yīng)用歷程來看，重點(diǎn)的研究方向包括電子病歷、決策支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和圖像的獲取、存儲和分析以及對疾病和生

18、理等過程的建模等。我國獸醫(yī)信息學(xué)的發(fā)展中所研究的主要內(nèi)容也不外乎這些方面，但是在發(fā)展過程中，應(yīng)根據(jù)我國獸醫(yī)學(xué)和信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，走一條適合我國實(shí)際情況的道路。分析我國當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，本人認(rèn)為應(yīng)該從以下方面逐步開展工作，以促使獸醫(yī)信息學(xué)的快速發(fā)展：（1）以建立獸醫(yī)臨床及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為前提，逐步在全國建立和推廣電子病歷系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全國動物疾病數(shù)據(jù)的共享、無縫集成與交流，有利于疾病流行狀況分析和疾病控制決策；（2）搜集整理國外的研究資料和相關(guān)書籍，編寫我國獸醫(yī)信息學(xué)教材，將獸醫(yī)信息學(xué)作為一門單獨(dú)學(xué)科提出，作為研究生和本科生的選修課進(jìn)行推廣，培養(yǎng)后備人才；（3）整合現(xiàn)有資源（人力、物力和資金），提

19、出重點(diǎn)突破方向，逐步展開獸醫(yī)信息學(xué)相關(guān)研究；（4）大力宣傳信息技術(shù)在日常實(shí)踐中的應(yīng)用價值，提高養(yǎng)殖單位及用戶對信息學(xué)的認(rèn)知程度，同時加快已有的信息技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品在獸醫(yī)領(lǐng)域應(yīng)用的推廣工作，讓用戶從效益中認(rèn)識這些產(chǎn)品的價值，以促進(jìn)獸醫(yī)信息學(xué)在實(shí)踐中的推廣；（5）以生物信息學(xué)的高速發(fā)展勢頭為契機(jī)，進(jìn)行動物病原生物信息學(xué)相關(guān)研究，為動物疾病的控制提供科學(xué)依據(jù)。主要參考文獻(xiàn)：1 Boschert, Ken. WWW 12TH September 1998. Veterinary Informatics. 15TH April 2003 2 Smith, Ronald D.; Williams, Mitsu

20、ko. Applications of informatics in veterinary medicine. Bull Med Libr Assoc. 2000 January; 88 (1): 00490051 3 Holbrook, Anne, et al. WWW A critical pathway for electronic medical record selection. 16TH April 20034 Boschert, Ken. WWW 12TH September 1998. Veterinary Informatics. vet.wustl.ed

21、u/info.htm 15TH April 2003 5 Omaira Cecilia Lizarazo Herrera, Carlos Alberto Gonzalez Buitrago y, HugoHernando Andrade Sosa, et al. System Dynamics applied to modelling and Simulation of Foot-and-Mouth Disease EpidemiologyA. The 17th International Conference of the System Dynamics Society, and 5thAustralian & New Zealand Systems Conferece: Systems Thinking for the Next Millennium, Wellington,New ZealandC, 20-23 July 19996 Eric P. M. Grist. Transmissible Spongiform Encephalopathy Risk Assessment: The UK experienceJ. Risk Analysis, 2005(25)3, 519-532.7 Trapman