GIS (Geogrphic Information System- Hệ thống thông tin địa lý) là một công nghệ được tích hợp từ công nghệ máy tính và công nghệ bản đồ số [12]. Công nghệ GIS ra đời những năm đầu của thập kỷ 60 thế kỷ trước khi Bộ Lâm nghiệp và Phát triển nông thôn Canada nghiên cứu, xây dựng hệ thống thông tin quản lý tài nguyên đất. Hệ thống thông tin địa lý khác với các hệ thống thông tin khác ở chỗ nó chứa đựng dữ liệu không gian. Những dữ liệu không gian này bao gồm các toạ độ xác định vị trí, hình dạnh và các phần khác của đối tượng địa lý [14]. Kỹ thuật phân tích là một phần của GIS để đáp ứng nhiệm vụ phân tích các dữ liệu không gian. Khả năng phân tích của GIS được đánh giá cao liên quan đến cấu trúc cơ sở dữ liệu được sử dụng. Các thành phần trong đại gia đình GIS (MAP, Erdas, Idrisi, Grass, Llwis) có khả năng phân tích rất lớn, trong khi các công cụ vecto GIS ( ArcInfo, Genamap) được cho là vượt trội trong cơ sở dữ liệu trong việc tiếp nhận và kết hợp các thuộc tính [15]. Những vector hệ thống này sẽ thích thú hơn khi thao tác cùng các thuộc tính của đối tượng, truyền tải và phân tích mạng lưới, nhưng nó sẽ được đẩy lên đẳng cấp cao hơn nữa khi được tích hợp với mô hình xử lý môi trường. Đó chính là sự gắn kết các thông tin (dữ liệu thuộc tính) về các đối tượng được quản lý với vị trí địa lý của đối tượng trên bản đồ số (dữ liệu không gian) trong các hệ thống thông tin. GIS có thể xếp chồng nhiều lớp thông tin, thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau về cùng một địa điểm, toạ độ, từ đó truy xuất ra được những thông tin mang tính chất tổng hợp về các lĩnh vực địa lý, văn hoá, y tế, xã hội…của một địa điểm nhất định. Sự kết hợp thống nhất giữa dữ liệu thuộc tính với dữ liệu không gian trong công nghệ GIS cho phép người sử dụng, ngoài các dữ liệu thuộc tính, thông tin định lượng, còn có khả năng quan sát trên không gian bản đồ, có tầm nhìn bao quát hơn trong quá trình phân tích số liệu, hoàn cảnh tình huống, đưa ra các dự báo và lựa chọn quyết định.
Trong hệ thống GIS, việc phân tích được thực hiện thông qua lệnh hoặc các chức năng hiện có trên bản đồ số (lớp). Có rất nhiều chức năng và các lệnh được thiết lập trong hệ thống GIS. Những hoạt động trong địa phương sẽ được tính toán gán cho một giá trị mới tại mỗi một vị trí dựa trên giá trị trong những lớp bản đồ khác nhau tại cùng một vị trí. Hầu hết các hệ thống hỗ trợ của GIS đều thiết lập một tập hợp các chức năng phân tích bao gồm: số học, lượng giác, thống kê, phân loại, đánh giá vecto… [16] . Các ứng dụng của GIS rất đa dạng và có mặt trong nhiều lĩnh vực trong đó có y tế. GIS là công cụ hữu dụng trong việc phát hiện, quản lý và ứng phó với sự bùng phát dịch bệnh. Trong một thế giới liên tục chuyển động như hôm này, dịch bệnh có thể đi xa hơn, nhanh hơn trước kia. GIS sẽ chứng tỏ được giá trị của mình không chỉ trong việc quản lý sự bùng phát dịch bệnh mà còn trong việc quản lý các chương trình phòng chống và đo đếm được hiệu quả [4]. Mối đe doạ đối với ngành y tế không chỉ là sự bùng phát trực tiếp của dịch bệnh mà còn là sự bùng phát gián tiếp qua quá trình cung cấp các dịch vụ liên quan đến thực phẩm như thức ăn, nước uống và các dịch vụ khác. Sự bùng phát này có thể xảy ra từ nguyên nhân chủ quan lẫn hiện tượng tự nhiên [10]. Giá trị của GIS trong ngành y tế đã được thừa nhận rộng rãi trên thế giới.
Hệ chuyên gia là một trong những ứng dụng quan trọng theo định hướng của Trí tuệ nhân tạo[20]. Trong những thập kỷ qua rất nhiều hệ thống chuyên gia đã đựoc phát triển và áp dụng cho nhiều lĩnh vực như tự động hoá, khoa học, nông nghiệp và y học. Hệ thống chuyên gia là một chương trình máy tính chứa các thông tin tri thức và các quá trình suy diễn về một lĩnh vực cụ thể nào đó để giải quyết các bài toán khó mà đòi hỏi sự uyên bác của các chuyên gia trong ngành. [17]. Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính giải quyết vấn đề bằng cách bắt chước quá trình suy luận cuả con người dựa trên logic, tín ngưỡng, quy tắc, ý kiến và kinh nghiệm. Các hệ chuyên gia y tế sử dụng lý thuyết mờ để suy ra lời khuyên và các chẩn đoán. Nhờ lý thuyết toán học này, chúng ta có thể đưa vào máy tính những thông tin mờ không chính xác có dạng như “rất”, “hơi hơi”, “khá”, “có lẽ” của rất nhiều lĩnh vực….để tính toán[18]. Những thành tựu khoa học phát triển trên hệ mờ đã tạo nên những hệ thống với nhiều ưu điểm hơn, đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống, nhiều hệ chuyên gia dựa trên lý thuyết tập mờ đã được phát triển và áp dụng vào thực tế trong lĩnh vực y học: CADIA-2, MILORD, ABVAB, DIABETO-III…[18]. Trong lĩnh vực y tế tri thức chuyên gia là rất quan trọng và những tri thức này phần lớn được phát biểu bằng ngôn ngữ với các thông tin mờ và không chắc chắn, chuyên gia càng làm việc lâu năm thì càng tích luỹ nhiều kinh nghiệm, nhưng kinh nghiệm này không tồn tại mãi mãi với thời gian, vì vòng đời của con người là có giới hạn.[19]. Khi xây dựng một hệ chuyên gia nhằm mục đích cảnh báo hay hỗ trợ trong y học, máy tính sẽ phải xử lý một loạt các thông tin mờ (không định nghĩa được rõ ràng) không thể đưa vào máy mà không qua xử lý bất định. Ví dụ: mức độ sốt có thể là “nhẹ”, “hơi hơi”, “cao”, “rất cao”… hoặc thời gian sốt có thể là “ngắn”, “khá lâu”, “lâu”, “rất lâu”,..Hơn nữa tất cả các khái niệm này lại biến đổi mạnh khi chẩn đoán các bệnh khác nhau và trong mỗi bệnh lại biến đổi theo ý kiến của các bác sĩ khác nhau.[18].
Hướng nghiên cứu GIS và hệ chuyên gia trong y tế
Công nghệ GIS đã đi được một chặng đường dài trong nhiều thập kỷ qua và tiếp tục phát triển với ưu thế cơ bản là quản lý dữ liệu không gian. Rất nhiều các lĩnh vực đã ứng dụng GIS như nông nghiệp, thuỷ văn, quản lý tài nguyên, giao thông vận tải, nhân lực nhân khẩu..[6,7,8,9]. Những lĩnh vực này đã được hưởng lợi rất nhiều từ phát triển GIS, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động. Ngoại trừ những ứng dụng đánh giá, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ như, nó chỉ ra được lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông. GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng. Quản lý sức khỏe cộng đồng cần nhiều thông tin trong nhiều lĩnh vực khác nhau để không chỉ đưa ra những quyết định trong việc tạo hạ tầng cơ sở mà còn đưa ra những hành động tức thì nhằm xử lý các tình huống…Những quyết định này cần được đưa ra dựa trên việc quan sát dữ liệu hiện có cũng như các dữ liệu liên quan đến y tế trên toàn quốc và toàn bộ dữ liệu dân số, do đó sẽ cực kỳ khó khăn để hiểu được ý nghĩa thực sự của chúng. Các dữ liệu này cần được thể hiện theo một cách thức nhất định đối với thông tin không gian và thời gian. Sự thay đổi không gian trong dữ liệu y tế được biết đến và nghiên cứu là một lĩnh vực căn bản của quá trình nghiên cứu bệnh dịch. Hầu hết các dữ liệu về bệnh dịch đều thể hiện thời gian và địa điểm cụ thể [4].
Đã có rất nhiều hệ chuyên gia được phát triển ứng dụng trong y học nhưng tỷ lệ hệ thống chuyên gia được tích hợp với GIS vẫn ít. Điển hình nhất là hệ thống cảnh báo sớm bệnh sốt rét Demeter. Mô hình máy tính này cho kết quả hữu hiệu nhất trong việc dự báo những năm có mức độ lan truyền bệnh sốt rét thấp[21]. Viện ung thư quốc gia Mỹ (NCI) đã phát triển lượng lớn các ứng dụng GIS cơ bản trong việc tìm hiểu mô hình địa lý về tỷ lệ ung thư, theo dõi phát hiện và các tác động tới cộng đồng, đánh giá thực trạng môi trường, mô hình hoá sự lây lan và tỷ lệ sống sót của căn bệnh ung thư, xác định sự khác biệt về y tế, liên kết với cộng đồng và các chuyên viên nghiên cứu khác.[21]
GIS đang giúp cho việc quản lý điều trị cho các bệnh nhân nhiễm virut HIV ở Châu Phi. Dự án CellLife ở Nam Phi đã tích hợp GIS với các công nghệ khác nhằm tập hợp thông tin về việc phân phát thuốc một cách tốt hơn. Dự án này kết hợp với việc ứng dụng Cell phone, dữ liệu trên Internet, dữ liệu về HIV/AIDS và công nghệ GIS nhằm giúp các nhân viên y tế có thể nắm bắt cụ thể rõ ràng việc cung cấp thuốc cho từng người nhiễm HIV[21].
Có thể nói sản phẩm “Hệ thông tin phòng chống thảm họa” (Giải thưởng CNTT Quả cầu vàng năm 2001) của tác giả Nguyễn Hòa Bình (PeaceSoft) do Hội đồng tư vấn chuyên môn Y học thảm họa & Bỏng của Bộ Y tế chủ trì và triển khai ứng dụng tại các Sở Y tế của 5 tỉnh - thành: Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình và Thái Bình; cùng công trình nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong dự báo nguy cơ sốt rét tại Bình Thuận năm 2002” của tác giả Nguyễn Ngọc Thạch (trường Đại học KHTN Hà Nội) được coi là những ứng dụng GIS đầu tiên trong y tế tại Việt Nam. Tiếp đến là nhóm sản phẩm nghiên cứu của Học viện Quân y thực hiện từ năm 2003 ứng dụng trong các lĩnh vực: quản lý dược liệu, dịch tễ, phòng chống độc…; và những năm gần đây là “Hệ thống tính toán tồn lưu và lan tỏa chất độc da cam/dioxin” của Văn phòng 33 (2009); “Ứng dụng GIS trong quản lý và dự báo sốt rét” của Viện Sốt rét (2009). Cho đến nay, một số đơn vị triển khai ứng dụng GIS trong công tác chuyên môn y tế bước đầu thu được kết quả khả quan như “Kiểm soát và dự báo dịch tả” của Sở Y tế Bắc Ninh (2011); “Ứng dụng GIS trong quản lý và phòng chống HIV/AIDS” của Sở Y tế thành phố Hồ Chí Minh (2011)…, tuy nhiên nhìn chung phát triển và ứng dụng GIS trong y tế tại Việt Nam còn chậm và còn hạn chế, vì: thiếu cán bộ GIS có trình độ chuyên môn cao; cơ sở dữ liệu nghèo nàn; công nghệ sử dụng đơn giản; chưa chú trọng đầu tư phương tiện, thiết bị chuyên ngành và phần mềm; đại đa số cán bộ nhân viên y tế còn thiếu thông tin về GIS, trong khi đó các hệ thống GIS lại khá phức tạp đòi hỏi trình độ nhất định mới có thể sử dụng; lĩnh vực triển khai ứng dụng còn hạn hẹp...[22]
Việc tích hợp GIS và hệ chuyên gia được xem như một công cụ hoàn hảo trong cơ sở dữ liệu và hệ thống quản lý tri thức cho việc ra quyết định. Nó mạnh mẽ, linh hoạt và phù hợp. Sẽ có những tuỳ chọn khác nhau cho các mục đích cụ thể trong ngành y dùng để giám sát và cảnh báo dịch bệnh. Việc này cần dựa trên những lý do khác nhau thông qua các tiêu chuẩn quy định. Việc tạo ra những quyết định hay những kế hoạch khi không phải là chuyên gia trong lĩnh vực chuyên môn có liên quan từ việc tiếp cận với kiến thức, kinh nghiệm và phán đoán của các chuyên gia khác là rất cần thiết. Việc sử dụng hệ chuyên gia sẽ cung cấp một tiềm năng lớn cho việc truy cập tri thức cho các cán bộ địa phương khi họ có nhu cầu. Tích hợp GIS và hệ chuyên gia là phương pháp tiếp cận thiết kế đặc biệt để tìm ra giải pháp phù hợp cho các cơ sở dữ liệu không gian và chuyên môn của con người dường như là một công cụ hữu ích trong hệ thống quản lý tài nguyên cơ sở dữ liệu tích hợp trong một hệ thống tư vấn cảnh báo đến cộng đồng.[23]
