헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

192
헬스케어 빅데이터로 무엇을 있는가? 연구와 임상 적용 경험을 중심으로 (유전체, 전자의무기록, 건강보험청구자료, 영상, 센서/모바일)

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Page 1: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가? 연구와 임상 적용 경험을 중심으로

(유전체, 전자의무기록, 건강보험청구자료, 영상, 센서/모바일)

Page 2: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Contents

1. What is Healthcare Big Data?

2. Healthcare Big Data

① Genetic Data

② Electrical Health Records

③ National Healthcare Data

④ Medical Images

⑤ Sensor/Mobile Data

3. Clinical and Research Applications

Page 3: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

미국 내분비 학회

Page 4: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

미국 골대사 학회

Page 5: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 6: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 7: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 8: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

What is Big Data?

Page 9: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 10: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Big Data Dimensions

New Analysis Tool (R, Python, Matlab)

New Approach

Page 11: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Big Meal?

Page 12: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 13: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Data Variety

Page 14: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Tipping Point for Big Data Healthcare

2013 McKinsey The big data revolution in healthcare

Page 15: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 16: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 17: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Data Science Big Data

Page 18: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Hypothesis Driven Science Data Driven Science

Hypothesis

Collect

Data

Data

Generate

Hypothesis

Analyze

Analyze

Page 19: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Candidate Gene

Approach

Genome-wide

Approach

Choose a Gene

from Prior Knowledge

Analyze the Gene

Analyze ALL Genes

Discover Novel Findings

Page 20: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

GWAS

(Genome wide association study)

SNP chip

Whole Genome

SNP Profiling (500K~1M SNPs)

Common Variant

Page 21: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Estrada et al., Nature Genetics, 2012

+ novel targets

for bone biology

Recent largest GWAS

GEFOS consortium

Page 22: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2010 An Environment-Wide

Association Study (EWAS) on Type

2 Diabetes Mellitus

Environment-Wide Association Study (EWAS)

다양한 환경인자들

Page 23: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

GWAS PheWAS

Phenotype-wide Association Study

Page 24: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

1000 개의 질병들 Bioinformatics. 2010 PheWAS: demonstrating the feasibility of a phenome-wide scan to discover gene-disease associations.

Phenotype-wide Association Study

Page 25: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Genome-wide Phenome-wide

Association Study

Ph

en

om

e-w

ide

(Lab, D

iagnosis

)

Proposal

(Choi)

Page 26: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Genome-Envirome-Phenome-wide

Association Study

Ph

en

om

e-w

ide

(La

b, D

iag

no

sis

)

Proposal

(Choi)

Genome-wide

Environment-wide

(Life style, diet, exercise, pollution)

Page 27: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Anatome-Phenome-wide

Association Study

2015.2.19. Nature. Genetic and epigenetic fine mapping of causal autoimmune disease variants

Phenome

An

ato

me

Page 28: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

헬스케어 3.0 시대의 변화 키워드

2011.11.23 헬스케어 3.0: '건강수명' 시대의 도래

주: 선의 굵기는 영향의 강도를 의미

Page 29: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

$215M Precision Medicine Initiative

2015/1/30

Page 30: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 31: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 32: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 33: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 34: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Contents

1. What is Healthcare Big Data?

2. Healthcare Big Data

① Genetic Data

② Electrical Health Records

③ National Healthcare Data

④ Medical Images

⑤ Sensor/Mobile Data

3. Clinical and Research Applications

Page 35: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

DNA

mRNA

Protein

Metabolite

Epigenetics

Genetics Information and OMICs

Genomics

Epigenomics

Transcriptomics

Proteomics

Metabolomics

Page 36: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

DNA

mRNA

WBC Liver Cancer

Germline mutation Somatic mutation

Epigenomics

Proteomics

Metabolomics

Epigenomics

Proteomics

Metabolomics

Epigenomics

Proteomics

Metabolomics

Metabolomics

Germline

Genomics

Cancer

Genomics

Transcriptomics Transcriptomics Transcriptomics

Proteomics

Page 37: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Diabetes and Epigenetics Study

Diabetes

Diabetic

Complications Epigenetic change 1. Cause of

Diabetes

Food

Exercise

Genetic

Predisposition

Environmental

Predisposition

Epigenetic change

2. Result of

Diabetes

Page 38: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Next Generation Sequencing (NGS)

Genetic Variation Analyses

SNP genotyping

Gene A Gene B Gene C

Sequencing

Whole genome

sequencing

Whole exome

sequencing

(1.5%)

SNP Chip

Page 39: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Combined P = 4.1×10-7

Stage 1 P = 1.2×10-5

Bone Mineral Density GWAS

Korea

Ansung

Chinese

Stage 1

Discovery

(N=2729)

Stage 2

Replication

(N=4784)

SNPs

328,918 European1

European2

GWAS

Choi, PhD doctoral thesis (2013)

1 2 30.70

0.75

0.80

0.85

BM

D (

g/c

m2)

AA

(n=1158)

AG

(n=382)

GG

(n=40)

Femur neck BMD

Page 40: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

High glucose

Low glucose

WBC

Plasma

0

50

100

150

200

250

300

Fasting 1hr 2hr

WBC

WBC

WBC

Metabolite

Cytokine

Gene Expression

Genotype

glucose PO Glucose

Epigenetic change

Choi, et al.

Physiological Genomics (2012)

Human Blood, Cell Biospecimen Study

Microarray

16 cytokines: ELISA kit

Choi, et al. DRCP (2013)

N=60

Page 41: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Transcriptome Response to Hyperglycemia

Interleukin 8

0 1 20.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

IL8

IL8

Hour

Fold

ch

an

ge

Chemokine (C-C motif) ligand 3

0 1 20.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1CCL3L1

CCL3L1

CCL3L3

CCL3

Hour

Fold

ch

an

ge

PRF1

GZM

PRF1 PRF1

GZM

KLR

KIR

CX3CR1

Interleukin

2 receptor,

beta

CCL3

PTGS2

(COX-2)

GNLY

NKG7

TGFBR3

FOS

OSM

Natural killer cell

receptors and

related genes

Perforin complex

Chemokine/Interleukin family

Other

inflammation

mediators

Target cells

(e.g. pancreatic beta-cell,

endothelium, adipocyte etc.)

White blood cells

Interleukin 8

Microarray (N=60x3)

Choi, et al. Physiological Genomics (2012)

Page 42: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Postprandial Change of Cytokine

Concentrations during OGTT

b

a a

Leptin

b

c

Time P < 0.05 Interaction P < 0.05

a

a

TRX

Time P < 0.05 Interaction P < 0.05

c

a a

IL8

Time P < 0.05

c

Adiponectin

c

Normal

Prediabetes

Diabetes

Choi, et al. DRCP (2013)

TRX (thioredoxin)

Page 43: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Metabolomics Profiling

• Quantification of 186 metabolites

– Acylcarnitines

– Amino Acids

– Biogenic Amines

– Hexoses (sum of Hexoses)

– Phospho and Sphingolipids

• Phosphatidylcholines

• LysoPhosphatidylcholines

• Sphingomyelin

Choi et al, on going

Page 44: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Tissue Specific Expression

Comprehensive Catalogues of Genomic Data

Variation in the human genome

Mendelian (monogenic) diseases

(N=22,432)

Whole genome sequencing (N=1,000)

Four ethnic groups

(CEU, YRI, JPT, CHB, N=270)

GWAS catalog

Complex (multigenic) traits

(1926 publications and 13410 SNPs)

Disease-related variations

Functional elements

2014-06-29

Page 45: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Adult/Fetal Tissues and Blood Cells

mass spectrometry- 17,294 genes

(N=36)

2014 Nature A draft map of the human proteome

Page 47: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2015 Science Tissue-based map of the human proteome

Tissue-based map of the human proteome

Page 48: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

All Major Tissues/Organs

All Proteins + All RNAs

2015 Science Tissue-based map of the human proteome

1. Immunohistochemistry (IHC)

24,028 antibodies

(16,975 proteins)

>13 million IHC images

2. RNA-sequencing

(N=44)

Page 49: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

http://www.proteinatlas.org/

Page 50: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

http://www.proteinatlas.org/

Page 51: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

http://www.proteinatlas.org/

Page 52: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

http://www.proteinatlas.org/

Page 53: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

http://www.proteinatlas.org/

Page 54: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

http://www.proteinatlas.org/

Page 55: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

111 Reference Human Epigenomes

2015.2.19. Nature. Integrative analysis of 111 reference human epigenomes

Page 56: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 57: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Data Dimensions

2015.2.19. Nature. Integrative analysis of 111 reference human epigenomes

Page 58: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2015.2.19. Nature. Genetic and epigenetic fine mapping of causal autoimmune disease variants

Page 59: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Building the Interactome

2015 Science Uncovering disease-disease relationships through the incomplete interactome

Page 60: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Network-based Model of

Disease-disease Relationship

2015 Science Uncovering disease-disease relationships through the incomplete interactome

Page 61: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Genome-wide Profiling Human Genome(DNA) Study

Transcriptomics

Proteonomics

Metabolomics

GWAS, Candidate gene study

Familial study

Linkage study

Genomic Study

Genomic Medicine

Novel Variant(SNP) Discovery Novel Target Discovery

GENE for everyone VARIANT based individualization

Non-responder of treatment

Severe side effect

Anti-oxidant

Monoclonal antibody for osteoporosis

Genetic counseling for rare diseases

Sensitive urine test, DM subtype

Mendelian disease risk

High risk of future osteoporosis

High risk of DM complications

Diagnosis

Treatment

Prevention

Common Disease Risk

Rare Disease Risk

Therapeutic Option

Novel Disease Target Personalized Medicine

Page 62: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

저의 유전자

분석 결과를

반영하여 진료해주세요!! 헠?

Page 63: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Disease genetic susceptibility Cancer driver

somatic mutation

Pharmacogenomics

Targeted

Cancer Treatment

(EGFR)

Causal

Variant

Targeted Drug

(MODY-SU)

Drug Efficacy/Side Effect

Related Genotype

(CYP, HLA)

Genetic Diagnosis

(Mendelian,

Cystic fibrosis) Molecular

Classification

- Prognosis

(Leukemia)

Hereditary

Cancer

(BRCA)

Microbiome

(Bacteria,

Virus)

Personalized Medicine

Risk prediction

(Complex disease,

Diabetes)

Germline Variants

Page 64: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Cancer Targeted Therapy

Targeted Therapy Genetic Test Cancer

Page 65: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2013.04.04

“유전체를 기반으로 한

맞춤형 항암치료를

5년 내 시작하겠다”

“5년 안에 모든 암환자

맞춤치료 실현하겠다”

2013.06.24

Page 66: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Germline Genomic Medicine

• Disease Susceptibility

– Common Complex Disease

– Rare Mendelian Disease

• Pharmacogenomics

Page 67: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2013.4.25. KBS 9시 뉴스

Page 68: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

며칠 전 유전자 검사를 받은 40대 남성입니다.

혈액세포의 DNA 상태를 분석해 앞으로 암에 걸릴 위험이 있는지 여부를 판단할 수 있다고 합니다.

2013.4.25. KBS 9시 뉴스

Page 69: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2013.4.25. KBS 9시 뉴스

60년전 DNA의 구조가 밝혀진 이래 2003년 인간 유전자 지도가 완성됐고, 현재는 어떤 유전자가 어떤 질병을 일으키는지 분석도 80% 정도 끝난 상태입니다.

예를들어 13번 염색체의 BRCA2 유전자에 이상이 생기면 유방암에 걸릴 확률이 높습니다. 또 17번 염색체 유전자는 난소암, 7번 염색체 유전자는 비만을 일으킵니다.

Page 70: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

30만원-200만원

Page 71: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 73: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 74: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

FDA Halt 23andMe

2013.11.22.

2015.2.20. FDA Bloom Syndrome mutation 검사 23andMe 승인

Page 75: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Influence of Genetics on Human Disease

For any condition the overall balance of g

enetic and environmental determinants ca

n be represented by a point somewhere w

ithin the triangle.

75

Single

Locus /

Mendelian

Multiple

Loci or multi-

chromosomal

Environmental

Cystic Fibrosis

Hemophilia A

Examples:

Alzheimer’s Disease

Type II Diabetes

Cardiovascular Disease

Diet

Carcinogens

Infections

Stress

Radiation

Lifestyle

Gene = F8

Gene= CFTR

F8 = Coagulation Factor VIII

CFTR = Cystic Fibrosis Conductance Transmembrane Regulator

Lung Cancer

Page 76: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Germline Genomic Medicine

• Disease Susceptibility

– Common Complex Disease

– Rare Mendelian Disease

• Pharmacogenomics

Page 77: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Promise of Human Genome Project

Page 78: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 79: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Per-allele effect of BMI-associated

loci on body weight

2012 Genetic determinants of common obesity and their value in prediction

Page 80: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2011 Hum Genet. Type 2 diabetes and obesity- genomics and the clinic

Page 81: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2011 Hum Genet. Type 2 diabetes and obesity- genomics and the clinic

TCF7L2

Page 82: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

“At the end of the era of common variant discovery for T2D,

polygenic scores can predict T2D in whites and blacks but do

not outperform clinical models.

Further optimization of polygenic prediction may require novel

analytic methods, including less common as well as

functional variants.”

Page 83: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Predicting Complex Diseases

2013 NG Predicting the influence of common variants

“For most diseases, it should be possible to identify the individuals with the highest

genetic risk. However, if the aim is to identify individuals with just twice the mean

population risk, we cannot currently do that with SNPs”

Mean population risk

Highest genetic risk

x2

Dis

ease R

isk

Rare Variant?

Page 84: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2008 HMG Genome-based prediction of common diseases- advances and prospects

Page 85: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2008 HMG Genome-based prediction of common diseases- advances and prospects

Page 86: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Diabetes ≠ Genetic Disease?

• Familial aggregation – Genetic influences?

– Epigenetic influences • Intrauterine environment

– Shared family environment? • Socioeconomic status

• Dietary preferences

• Food availability

• Gut microbiome content

• Overestimated heritability – Phantom heritability

2012. Drong AW, Lindgren CM, McCarthy MI. Clin Pharmacol Ther. The genetic and epigenetic basis of type 2 diabetes and obesity.

2012. PNAS The mystery of missing heritability- Genetic interactions create phantom heritability

Page 87: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Germline Genomic Medicine

• Disease Susceptibility

– Common Complex Disease

– Rare Mendelian Disease

• Pharmacogenomics

Page 88: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Influence of Genetics on Human Disease

For any condition the overall balance of g

enetic and environmental determinants ca

n be represented by a point somewhere w

ithin the triangle.

88

Single

Locus /

Mendelian

Multiple

Loci or multi-

chromosomal

Environmental

Cystic Fibrosis

Hemophilia A

Examples:

Alzheimer’s Disease

Type II Diabetes

Cardiovascular Disease

Diet

Carcinogens

Infections

Stress

Radiation

Lifestyle

Gene = F8

Gene= CFTR

F8 = Coagulation Factor VIII

CFTR = Cystic Fibrosis Conductance Transmembrane Regulator

Lung Cancer

Page 89: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 90: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Laboratory Director

강현석

Page 91: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Mendelian (single-gene) genetic

disorder

Known single-gene

candidates testing

Whole Genome or Whole

Exome Sequencing

Page 92: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 93: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 94: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Germline Genomic Medicine

• Disease Susceptibility

– Common Complex Disease

– Rare Mendelian Disease

• Pharmacogenomics

Page 95: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2012 European Heart Journal. Personalized medicine: hope or hype?

Herceptin

Glivec

Page 96: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 97: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Cases

Agranulocytosis

(Choi et. al. on going)

Whole Exome Sequencing

Case (N=26) vs Control (N=392)

Stage 1

Discovery

Controls

Anti-thyroid drug

No side effect

Stage 2

Validation

N=55

Strategy

Page 98: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

CPIC Pharmacogenetic Tests: 최형진

No Drug

(N= 10)

Gene

(6 genes=8 bioma

rkers)

Target SNPs

(N=12)

#5

(HJC) Genotype Interpretation Clinical Interpretation

1 Clopidogrel CYP2C19

rs4244285 (G>A) GG *1/*1

(EM) Use standard dose rs4986893 (G>A) GG

rs12248560 (C>T) CC

2 Warfarin

VKORC1 rs9923231 (C>T) TT Low dose

(higher risk of bleeding) Warfarin dose=0.5~2 mg/day

CYP2C9 rs1799853 (C>T) CC

rs1057910 (A>C) AC

3 Simvastatin SLCO1B1 rs4149056 (T>C) TT Normal

4 Azathioprine (AP),

MP, or TG TPMT rs1142345 (A>G) AA Normal

5 Carbamazepine

or Phenytoin HLA-B*1502

rs2844682 (C>T) CT Normal

rs3909184 (C>G) CC

6 Abacavir HLA-B*5701 rs2395029 (T>G) TT Normal

7 Allopurinol HLA-B*5801 rs9263726 (G>A) GG Normal

Clopidogrel1): UM/EM=standard dose, IM/PM= consider alternative antiplatelet agent (eg. prasugrel/ticagrelor)

Warfarin2): high dose=5~7 mg/day, medium dose=3~4 mg/day, low dose=0.5~2 mg/day

$99

N>800,000

Page 99: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Future of Genomic Medicine?

Test when needed Without information Know your type

Blood

type

Geno

type

Here is my

sequence

Page 100: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Contents

1. What is Healthcare Big Data?

2. Healthcare Big Data

① Genetic Data

② Electrical Health Records

③ National Healthcare Data

④ Medical Images

⑤ Sensor/Mobile Data

3. Clinical and Research Applications

Page 101: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Electronic Health Records

2012 NRG Mining electronic health records- towards better research applications and clinical care

Page 102: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Common EHR Data

Joshua C. Denny Chapter 13: Mining Electronic Health Records in the Genomics Era. PLoS Comput Biol. 2012 December; 8(12):

International Classification of Diseases (ICD)

Current Procedural Terminology (CPT)

Page 103: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Medication Data

Page 104: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Lab Data

Page 105: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 106: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 107: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Big Data Analysis

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.81/Creatinine

한 환자의 10년간 신장기능의 변화 전체 환자의 당 조절 정도 분포

충북대 정보통계학과

허태영 교수

Page 108: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

PCA Analysis 혈당

신장기능

Page 109: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Machine Learning

2014 Big data bioinformatics

Page 110: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical Notes

Page 111: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

밤동안 저혈당수면 Lt.foot rolling Keep떨림,

식은땀, 현기증, 공복감, 두통, 피로감등의 저혈당 에 저혈당 이 있을 즉알려주도록 밤사이 특이호소 수면유지상처와 통증 상처부위 출혈

oozing, severe pain 알리도록 고혈당 처방된 당뇨식이의 중요성과 간식을 자제하도록 .고혈당 ,,관리 방법 .당뇨약 이해 잘 하고 수술부위

oozing Rt.foot rolling keep드레싱 상태를 고혈당 고혈당 의식변화 BST 387 checked.고혈당으로 인한 구강 내 감염 위해 식후 양치, gargle

등 구강 위생 격려.당뇨환자의 발관리 방법에 .

목표 혈당, 목표 당화혈색소에 .식사를 거르거나 지연하지 않도록 .식사요법, 운동요법, 약물요법을 정확히 지키는 것이 중요을 .처방된 당뇨식이의 중요성과 간식을 자제하도록 .고혈당 ,,관리 방법 .혈당 정상 범위임rt foot rolling

중으로 pain호소 밤사이 수면양호걱정신경 예민감정변화 중임감정을 표현하도록 지지하고

경청기분상태 condition 조금 나은 듯 하다고 혈당 조절과 관련하여 신경쓰는 모습 보이며 혈당

self로 측정하는 모습 보임혈당 조절에 안내하고 불편감 지속알리도록고혈당 고혈당 의식변화 고혈당 허약감 지남력 혈당조절 안됨고혈당으로 인한 구강 내 감염 위해 식후 양치, gargle

등 구강 위생 격려.당뇨환자의 정기점검 내용과

빈도에 .BST 140 으로 저혈당 호소 밤동안 저혈당수면 Lt.foot rolling Keep떨림, 식은땀, 현기증, 공복감, 두통, 피로감등의 저혈당 에 저혈당 이 있을 즉알려주도록 pain 및 불편감 호소 WA 잘고혈당 고혈당 의식변화 고혈당 허약감 지남력 혈당조절 안됨식사요법, 운동요법,

약물요법을 정확히 지키는 것이 중요을 .저혈당/고혈당 과 대처법에 .혈당정상화, 표준체중의

유지, 정상 혈중지질의 유지에 .고혈당 ,,관리

방법 .혈당측정법,인슐린 자가 투여법, 경구투약,수분 섭취량,대체 탄수화물,의료진의 도움이

필요한 사항에 교혈당 정상 범위임수술부위

oozing Rt.foot rolling keep수술 부위 (출혈, 통증, 부종)수술부위 출혈 상처부위 oozing

Wound 당겨지지 않도록 적절한 체위 취하기

설명감염 발생 위험 요인 수술부위 출혈 밤동안

저혈당 호소 수면 양상 양호rt foot rolling유지하며 감염이나 심한 통증등 침상안정중임BST

420 checkd. R1 알림 obs 하자Rt DM foot site

pain oozing 없는 상태로 저혈당 은 낮동안에는 . BST BST 347 mg /dl checked. R1notify 후

apidra 10U sc 주사.안전간호 시행안전간호 시행

간호기록지 Word Cloud

Natural Language Processing (NLP)

Page 112: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 113: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 114: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 115: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Contents

1. What is Healthcare Big Data?

2. Healthcare Big Data

① Genetic Data

② Electrical Health Records

③ National Healthcare Data

④ Medical Images

⑤ Sensor/Mobile Data

3. Clinical and Research Applications

Page 116: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 117: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 118: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 119: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Number of patients with medical treatments related to

osteoporosis in each calendar year

2005 2006 2007 20080

500

1000

1500Male

Female

Calendar year

Nu

mb

er (

thou

san

d)

2011 JBMM Burden of osteoporosis in adults in Korea- a national health insurance database study

Page 120: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Korean Society for

Bone and Mineral

Research

Anti-hypertensive

prescriptions

(2008-2011)

N = 8,315,709

New users

N = 2,357,908

Age ≥ 50 yrs

Monotherapy

Compliant user (MPR≥80%)

No previous fracture

N = 528,522

Prevalent users

N = 5,957,801

Excluded

Age <50

Combination therapy

Inadequate compliance

Previous fracture

N = 1,829,386

Final study population

심평원 빅데이터 연구

고혈압약과 골절

Choi et al., 2015 International Journal of Cardiology

Page 121: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Compare Fracture Risk

Comparator? Hypertension

CCB High

Blood Pressure

Fracture

Risk

BB

Non-

user

Healthy

Non-

user

Cohort study (Health Insurance Review & Assessment Service)

New-user design (drug-related toxicity)

Non-user comparator (hypertension without medication)

2007 2011 2008 Choi et al., 2015 International Journal of Cardiology

Page 122: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 123: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Distribution of ARB MPR

(Histogram)

ARB Non-user

20

Fre

qu

en

cy D

en

sity

ARB user

80 120

Medication Possession Ratio (MPR)

Total prescription days

Observation days

350 days (Prescription)

365 days (Observation)

MPR

96%

MPR (%) Choi et al., 2015 International Journal of Cardiology

Page 124: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Data Variety

Page 125: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Limitations

Compared with CCBs

If diabetes,

ARB?

BB?

• Not a randomized control trial

• Confounding by indication

– Treatment decisions

• Age, gender, diabetes, co-morbidity

• Bias from non-users definition

– HTN without medication

– Poor compliance

• No BMD data

Choi et al., 2015 International Journal of Cardiology

Page 126: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Overview of secondary data in

public health by data source

보험청구자료 건강검진

NHIS (National Health Insurance Corporation): 국민건강보험공단 (보험공단)

HIRA (Health Insurance Review and Assessment Service) :건강보험심사평가원 (심평원)

통계청 암센터

J Korean Med Assoc 2014 May; 근거중심 보건의료의 시행을 위한 빅데이터 활용

Page 127: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Contents

1. What is Healthcare Big Data?

2. Healthcare Big Data

① Genetic Data

② Electrical Health Records

③ National Healthcare Data

④ Medical Images

⑤ Sensor/Mobile Data

3. Clinical and Research Applications

Page 128: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Heart

SIMENS: CT Cardio-Vascular Engine

Page 129: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

CT Angiography

Page 130: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

General

Electric

2015.1.8.

Page 131: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2013 Sciencce Functional interactions as big data in the human brain

Page 132: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Obesity fMRI Research

Preliminary Pilot Results

p<0.005 uncorrected

Activation of visual, motor and prefrontal brain area in response to visual food cue

3

+

Food presentation

max 4sec

Feedback

1sec

Fixation

1~10sec

Choi et al., on going

Page 133: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Resting state fMRI analysis

Complex network approach

Parcellation

116 brain regions

by AAL map

Adjacency matrix Network properties

node degree, clustering coefficient

Choi et al., on going

Page 134: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Bone Quality and

TBS (Trabecular Bone Score)

Page 135: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical Implication of TBS

2014 Endocrine. Utility of the trabecular bone score (TBS) in secondary osteoporosis

Page 136: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Genome Big Data + Brain Big Data

Page 137: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Connectome-wide GWAS

2014 Nature Neuroscience. Whole-genome analyses of whole-brain data- working within an expanded search space

Page 138: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2015 Nature. Common genetic variants influence human subcortical brain structures

Published

online

21 January

2015

Page 139: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2015 Nature. Common genetic variants influence human subcortical brain structures

Page 140: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2015 Nature. Common genetic variants influence human subcortical brain structures

Page 141: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2014

Radiomics

2014 Nature Communications. Decoding tumour phenotype by noninvasive imaging using a quantitative radiomics approach

Page 142: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Computer Whole Slide Image Analysis

Image normalization Image segmentation Feature extraction

2015 Laboratory Investigation. Novel genotype-phenotype associations in human cancers enabled by advanced molecular platforms and computational analysis

of whole slide images

Page 143: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Integration of quantitative histology with

multifaceted clinical and genomic data

2015 Laboratory Investigation. Novel genotype-phenotype associations in human cancers enabled by advanced molecular platforms and computational analysis

of whole slide images

Page 144: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Quantitative nuclear morphometry

2015 Laboratory Investigation. Novel genotype-phenotype associations in human cancers enabled by advanced molecular platforms and computational analysis

of whole slide images

Page 145: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Contents

1. What is Healthcare Big Data?

2. Healthcare Big Data

① Genetic Data

② Electrical Health Records

③ National Healthcare Data

④ Medical Images

⑤ Sensor/Mobile Data

3. Clinical and Research Applications

Page 146: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 147: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 148: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

NFC 혈당측정기

Page 149: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

데이터베이스 기반 혈당관리

Page 150: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 151: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

혈당 변화 실시간 모니터링

저녁 식사전 고혈당

Page 152: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

구글 헬스 앱 분야 매출 1위 ‘눔(noom)’

Page 153: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 154: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 155: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Date Time name foodType calories unit amount 2014-08-09 0 미역국 0 23 1국그릇 (300ml) 105 g 2014-08-09 0 잡곡밥 0 80 1/4공기 (52.5g) 52 g 2014-08-09 0 열무김치 0 3 1/4소접시 (8.75g) 9 g 2014-08-09 0 파프리카 0 6 1/2개 (33.25g) 35 g 2014-08-09 0 토란대무침 0 28 1/2소접시(46.5g) 46 g 2014-08-09 1 복숭아 0 91 1개 (269g) 268 g 2014-08-09 2 마른오징어 2 88 1/4마리 (25g) 25 g 2014-08-09 2 파프리카 0 6 1/2개 (33.25g) 35 g 2014-08-09 2 저지방우유 1 72 1컵 (200ml) 180 g 2014-08-09 2 복숭아 0 183 2개 (538g) 538 g 2014-08-09 3 복숭아 0 91 1개 (269g) 268 g 2014-08-09 3 파프리카 0 6 1/2개 (33.25g) 35 g 2014-08-09 4 파프리카 0 6 1/2개 (33.25g) 35 g 2014-08-09 4 식빵 1 92 1장 (33g) 33 g 2014-08-09 4 삶은옥수수 1 197 1개 반 (150g) 150 g 2014-08-09 4 복숭아 0 91 1개 (269g) 268 g 2014-08-09 4 저지방우유 1 72 1컵 (200ml) 180 g 2014-08-10 0 복숭아 0 91 1개 (269g) 268 g 2014-08-10 0 저지방우유 1 36 1/2컵 (100ml) 90 g 2014-08-10 0 두부 0 20 1/4인분 (25g) 25 g 2014-08-10 0 견과류 2 190 1/4 컵 (50g) 31 g 2014-08-10 0 파프리카 0 11 1개 (66.5g) 65 g 2014-08-10 2 방울토마토 0 8 4개 (60g) 60 g 2014-08-10 2 방울토마토 0 8 4개 (60g) 60 g 2014-08-10 2 방울토마토 0 8 4개 (60g) 60 g 2014-08-10 2 김밥 1 318 1줄 (200g) 200 g 2014-08-10 3 복숭아 0 91 1개 (269g) 268 g 2014-08-10 4 잡곡밥 0 161 1/2공기 (105g) 105 g 2014-08-10 4 복숭아 0 91 1개 (269g) 268 g 2014-08-10 4 김치 0 3 1/4소접시 (10g) 12 g 2014-08-10 4 장조림 1 66 1/2소접시 (45g) 45 g 2014-08-10 4 콩나물국 0 14 3/4국그릇 (187.5ml) 83 g 2014-08-10 5 포도 0 45 3/4대접시 (75g) 75 g

Page 156: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

식사량 실시간 모니터링

0

100

200

300

400

500

600

아침

아침

간식

점심

점심

간식

저녁

저녁

간식

아침

아침

간식

점심

점심

간식

저녁

저녁

간식

아침

아침

간식

점심

점심

간식

저녁

저녁

간식

아침

아침

간식

점심

점심

간식

저녁

저녁

간식

아침

아침

간식

점심

점심

간식

저녁

저녁

간식

아침

아침

간식

점심

점심

간식

저녁

저녁

간식

아침

아침

간식

점심

점심

간식

저녁

저녁

간식

2014-08-09 2014-08-10 2014-08-11 2014-08-12 2014-08-13 2014-08-14 2014-08-15

점심 과식

저녁 금식

Page 157: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

운동량 실시간 모니터링

0

5000

10000

15000

20000

25000

걸음 수

운동X

Page 158: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 159: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

운동

식사

Page 160: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

스마트폰 활용 당뇨병 통합관리

의사

상담 교육

조회/

분석

교육간호사

매주/필요시

진료 처방

2-3달 간격

평가 회의 매주/필요시

식사/

운동 스마트폰

데이터베이스 서버

자가관리

전송

분석

혈당

측정 혈당측정기

Page 161: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 162: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 163: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

피부 사진 원격 진단/처방

Page 164: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 165: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

심전도 원격 진단/처방

Page 166: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Contents

1. What is Healthcare Big Data?

2. Healthcare Big Data

① Genetic Data

② Electrical Health Records

③ National Healthcare Data

④ Medical Images

⑤ Sensor/Mobile Data

3. Clinical and Research Applications

Page 167: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical and Research Applications

1. Clinical Decision Support

2. Public Health Surveillance

3. Personal Health Record

4. Healthcare Data Integration

Page 168: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical and Research Applications

1. Clinical Decision Support

2. Public Health Surveillance

3. Personal Health Record

4. Healthcare Data Integration

Page 169: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 170: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 171: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Risk Prediction

Page 172: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical and Research Applications

1. Clinical Decision Support

2. Public Health Surveillance

3. Personal Health Record

4. Healthcare Data Integration

Page 173: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Social Network and

Obesity Prevalence

2013 PLOS One. Assessing the Online Social Environment for Surveillance of Obesity Prevalence

Page 174: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2013 PLOS CB Reassessing Google Flu Trends Data for Detection of Seasonal and Pandemic Influenza

Google Flu Trends

Page 175: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

•환경부 빅데이터 시스템 도입

•비염, 천식, 아토피 등 환경질환 개선

•국민건강보험공단의 진료 기록

•기후 자료

•국민건강보험공단 자료(국민건강정보 DB, 코호트 DB) 연계

•이상기후·대기오염에 따른 건강영향 분석

•지역별 환경 위험요인 자료 DB구축

•위치정보를 이용한 환경성·심혈관계질환 위해지도(risk map),

질병지도(disease map) 작성

•국민건강보험공단 2002~2013 건강보험 가입자 전체 DB

•100만명 장기추적자료

•개인별 질환 악화·변화- 폭염/미세먼지 등 환경유해인자와 상관성 검증

Page 176: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Big data platform model by Korea Institute of

Drug Safety and Risk Management

Page 177: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical and Research Applications

1. Clinical Decision Support

2. Public Health Surveillance

3. Personal Health Record

4. Healthcare Data Integration

Page 178: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 179: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Apple Health App

Page 180: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 181: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 182: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical and Research Applications

1. Clinical Decision Support

2. Public Health Surveillance

3. Personal Health Record

4. Healthcare Data Integration

Page 183: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

2014 JAMA Finding the Missing Link for Big Biomedical Data

Page 184: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Pros and Cons of Different Data Sources

2014 ASBMR meet the professor handbook

Page 185: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Data Sharing

Page 186: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

http://hineca.tistory.com/entry/Vol11-3%EC%9B%94%ED%98%B8-%EB%B3%B4%EA%B1%B4%EC%9D%98%EB%A3%8C%EC%9D%B4%EC%8A%88-

%EA%B7%BC%EC%8B%9C%EA%B5%90%EC%A0%95%EC%88%A0

2014.3.

Page 187: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

insurance claims, blood tests, medical histories

US$10-million pilot study N=30M

Page 188: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

Clinical and Research Applications

1. Clinical Decision Support

2. Public Health Surveillance

3. Personal Health Record

4. Healthcare Data Integration

5. How to Prepare for Big Data Driven

Healthcare

Page 189: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 190: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

R vs. Stata vs. SAS

Page 191: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?
Page 192: 헬스케어 빅데이터로 무엇을 할 수 있는가?

빅데이터 연구 적용

전통적인 관점 연구

Large scale

(unstructured)

data

Summary

(Modify)

Classical hypothesis driven study

새로운 관점 연구

Hypothesis Generating Study