achieving semantic interoperability in biomedical domain based on an international metadata standard

Abstract

While a large amount of information and data have been accumulated through advances in biomedical technology, these information and data remain isolated and disconnected. Achieving interoperability is important to solve these problems. Numerous organizations or governments have been trying to solve these issues using several methods; standard models, controlled vocabularies or infrastructures. These methods, however, have limitations in achieving interoperability such as ambiguity in post-coordination or focusing on syntactic interoperability. Recently, metadata or Metadata Registry (MDR) began to be used as a solution for achieving interoperability in biomedical domain. However, structural limitation of metadata standard model makes structural and semantic inconsistencies between MDRs. The goal of this dissertation is to propose methods for achieving interoperability in biomedical domain based on the international metadata standard, name ISO/IEC 11179. First we propose and implement MDR based interoperability method in clinical document exchange. Second we propose methods for achieving interoperability in semantic and syntactic aspects between public MDRs. Third we compare and evaluate the MDR based methods and other interoperability methods. In clinical document exchange, we evaluate feasibility of the MDR based interoperability method. While prior methods for interoperability in clinical document exchange can only work with documents having identical structure, the MDR based method works at questions or elements of document. Using the MDR based interoperability method, general clinical document, which is composed of different elements, can be successfully exchanged and integrated. To achieve semantic and syntactic interoperability between public MDRs, we designed object model, named integrated metadata object model and two types of exchange format. We provide a verification of the object model and exchange formats using metadata from public MDRs by export system. Lastly we compared and evaluated our MDR based method and other interoperability methods such as HL7 Template and openEHR archetype. It is shown that our MDR based method is most efficient and competitive through qualitative and quantitative evaluation. Using metadata or MDRs facilitates interoperability of the data collected by disparate applications or organizations. MDR based data exchange enabled by the proposed methods will help organizations and researchers to reduce laborious process of validating and interpreting exchanged data.

의생명과학 기술의 급격한 발달로 인해 대용량 자료의 지속적인 축적이 이루어져왔다. 그러나 이러한 자료의 대부분은 단절되어 있거나, 서로 연결되어 있지 않은 문제점을 가지고 있다. 상호운용성 확보는 이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 방안으로 대두되고 있다. 많은 연구기관이나 정부기관에서는 상호운용성 확보를 지원하기 위해 표준 모델, 통제어휘, 기반구조 개발과 같은 다양한 방법을 개발하고 있다. 그러나 이러한 방식은 구조적 상호운용성에만 치중되어 있거나, 의미론적 모호성이라는 한계를 가지고 있다. 최근 들어 메타데이터나 메타데이터 저장소가 의생명과학 분야에서 상호운용성 확보를 위한 새로운 방법론으로 대두되고 있다. 그러나 메타데이터 표준 모델의 구조적 한계 때문에, 메타데이터 저장소간의 구조적 의미론적 불일치와 같은 문제가 야기되고 있다. 본 학위논문에서는 메타데이터 국제 표준인 ISO/IEC 11179를 기반으로 한 의생명과학 분야에서의 상호운용성 확보를 위한 방법론을 제안하고자 한다. 첫 번째로 메타데이터 저장소를 기반으로 한 임상 문서 교환 방법론을 제안하고 구현하였다. 두 번째로 공개 메타데이터 저장소 간의 의미론적 구조적 상호운용성을 확보하기 위한 방법을 제안하였다. 세 번째로 메타데이터 저장소를 기반으로 한 방법론과 기존 상호운용성 확보를 위한 방법론들 사이의 비교분석 및 검증을 시행하였다. 메타데이터 저장소 기반의 상호운용성 방법론의 유용성을 검증하기 위해, 메타데이터 저장소 기반 임상문서 교환을 위한 구조 및 시스템을 설계하고 구현하였다. 기존 임상문서 교환을 위한 방법론들이 같은 구조를 가진 임상문서의 교환만을 지원한 것에 비해, 메타데이터 저장소 기반 방법은 임상문서의 항목 단위의 자료 교환이 이루어지게 된다. 메타데이터 저장소 기반 임상문서 교환은 서로 다른 항목으로 구성되는 일반적인 임상문서에 대한 교환이 가능한 유일한 방법론이다. 공개 메타데이터 저장소간의 의미론적 구조적 상호운용성 지원을 본 논문에서는 통합 메타데이터 객체 모델을 디자인 하고, 메타데이터 교환을 위한 두 가지 종류의 교환 서식을 제안하였다. 또한 객체 모델과 교환 서식에 대한 검증을 위해 메타데이터 추출 시스템을 개발하였다. 마지막으로 메타데이터 저장소 기반 상호운용성 확보 방법론과 HL7 template와 OpenEHR archetype과 같은 기존 방법론과의 비교 분석을 시행하였다. 그 결과 메타데이터 저장소 기반 상호운용성 확보 방법론이 기존 방법론들에 비해 질적·양적인 면에서 가장 효율적인 방법론임을 보인다. 메타데이터나 메타데이터 저장소는 이질적인 시스템이나 기관에서 수집되는 자료 간의 상호운용성 확보를 가능하게 해준다. 본 논문에서 제안한 메타데이터 저장소 기반의 상호운용성 확보 방법론은 기관 및 연구자들 사이에서 교환된 자료의 검증이나 해석에 도움을 줄 것이다.