醫療數據交換平臺在醫院信息化中的應用

楊燕，陳功，沈宮建，孫春陽

1.溧水縣人民醫院 信息科，江蘇 南京 211210；2.江蘇省中醫院 信息工程部，江蘇 南京 210029

醫療數據交換平臺在醫院信息化中的應用

楊燕1，陳功2，沈宮建2，孫春陽2

1.溧水縣人民醫院 信息科，江蘇 南京 211210；2.江蘇省中醫院 信息工程部，江蘇 南京 210029

目的 通過建造醫療數據交換平臺，打破存在于醫院中的各種“信息孤島”，使得醫院信息化發展進一步邁入數據交換與共享平臺，進一步挖掘醫療數據的作用。方法 醫療數據交換平臺采用星形結構，以前置交換服務器為中心，通過各種適配器與現有的系統通信并交換數據。結果 使各個系統整合成一個整體醫療信息平臺，實現了業務的跨系統整合。結論 醫療數據交換平臺可在醫院信息化中發揮巨大的支撐作用。[關鍵詞] HIS；PACS；醫療數據交換平臺；醫院信息化

隨著我國醫療衛生事業的發展，國內的醫療信息化建設已經取得顯著成果，絕大部分三級醫院和部分先進的二級醫院信息化程度都已很高。主要的醫療業務信息化系統包括HIS（醫院信息化系統）、EMR（電子病歷系統）、LIS（臨床檢驗管理系統）、PACS（醫學圖像存檔和通信系統）、PEIS（體檢管理信息系統）、其他業已建設完成或在逐步建設中的各類信息化系統等。

上述信息化系統的建設，完成了醫療信息化過程的第一個步驟，逐步實現醫療業務數據的信息化采集與存儲。醫療信息系統地不斷深入應用，使得醫院對醫療信息化的渴求已經從簡單的醫療業務數據采集與存儲發展到了對醫療業務數據的共享與交換，并逐步向醫療業務數據的分析與挖掘方向延伸。

1 醫療信息化現狀

由于醫療信息化過程是一個漫長的逐步發展逐步演變的過程，所以造成了醫療業務系統之間存在著種種的差異。醫院的各個醫療業務信息化系統由不同的應用程序開發商分別在不同的時間進行設計、安裝部署，數據定義及存儲方式有著各自的特點。這些都給醫療業務數據的共享與交換帶來了一定阻礙。這些醫療業務系統存在著體積龐大、內容繁雜、業務規則復雜等特點。從整體上來看這些醫療業務系統間存在以下區別：① 系統開發商不一致；② 硬件平臺不一致；③ 開發語言不一致；④ 數據格式不一致；⑤通訊協議不一致。

所以各個醫療業務子系統在開發部署時并未考慮到其他相關聯業務子系統間的相關性，并未考慮到為其他業務子系統提供適合的數據共享與交換方式。從而導致了在各個醫療業務子系統間無法進行數據交換、數據共享。對于各個醫療業務子系統來說，從各自的角度出發，維護管理了許多不該由自己來進行維護管理的基礎性數據。同時又由于沒有順暢的渠道去獲取需要的相關數據，導致醫療業務系統間無法進行聯動，共享醫療業務數據。帶來了如下的問題：① 數據重復輸入；② 數據重復存儲；③ 數據無法共享；④ 系統維護難度大；⑤ 醫務流程分散于各系統中；⑥ 整合各系統的難度很大。

隨著醫院的發展，信息化的需求在改變，業務處理流程也在隨著信息化的進展而發生變化。在原有的分散模式下，各醫療業務子系統無法很好地適應業務處理流程的變化而變化，每次業務流程的變換均需要針對業務流程進行有針對性地再次開發，造成系統維護的困難。雖然醫院已經針對各醫療業務部署實施了相應的信息化系統，實現了醫療業務的信息化處理。但是總體來說這些醫療業務系統的部署實施反而造成了一個個的“信息孤島”，限制了醫療信息化的程度和醫療信息化的效果。

2 醫療數據整合模式比較

隨著醫院對醫療信息化需求的轉變，要求在這些醫療業務子系統間進行數據共享與交換，進一步整合各個醫療業務子系統，構建統一的醫療業務平臺。實現醫療業務系統間的數據交換，有多種方案可供選擇

（1）修改各醫療業務子系統，在各醫療業務子系統間直接進行點對點信息共享交換。

（2）建立醫療業務中間數據庫，各醫療業務子系統將數據存儲于中間數據庫，醫療業務子系統通過中間數據庫進行信息共享交換。

（3）建立醫療數據交換平臺，整合醫務流程，構建統一的信息共享交換平臺。

表1 數據交換方案對比

以上3種醫療數據交換方案分別采取3種不同的策略來實現醫療數據交換（表1）。點對點的信息交換模式，通過原有醫療業務信息系統，按照各個系統間的數據交換需求進行系統改造，系統間耦合度過高，每增加一個需要交換的系統，都需要對相關聯的所有系統均進行改造，工作量巨大。中間數據庫模式，通過將數據集中存儲的方式進行數據交換，要求各業務子系統采取相同的中間數據庫，將數據集中存儲于中間數據庫中；各業務子系統直接訪問中間數據庫來實現數據交換，無法對數據安全及業務流程進行控制。醫療數據交換平臺，通過建立獨立于各業務子系統之外的數據交換平臺，實現數據交換服務，為各業務子系統提供數據共享和交換服務。

醫療數據交換平臺建立了醫療業務子系統間的數據交換標準和平臺，為醫療業務子系統提供數據交換服務。醫療數據交換平臺除了提供數據交換服務外，還提供公用的基本醫療信息服務，將分散于各業務系統中、被不斷重復實現的基本醫療業務服務進行剝離整合，提供公用的服務。通過實施醫療數據交換平臺可實現：

（1）醫療數據交換標準化，規范化業務系統間的數據定義，實現業務數據標準化。

（2）醫療業務基本服務組件化，將基本的公用服務進行剝離整合，形成基本的公用服務。

（3）醫療業務流程控制，可根據業務流程變化動態調整業務子系統間的數據流向。

3 醫療數據交換平臺設計

醫療數據交換平臺是各醫療業務子系統間數據共享與交換的渠道，為各醫療業務子系統搭建了一個安全、可靠、高效的數據交換分布式平臺。醫療數據交換平臺要能適應各醫療業務系統間的復雜性；開發語言差異；運行平臺差異性等特點。

醫療數據交換平臺主要實現數據同步、數據流管理和流程控制的功能。因此，制定規范的業務流程是醫療數據交換平臺實施的關鍵所在。

通過對醫院現有的業務調研分析，系統將以HIS系統和EMR系統為核心進行業務流程規范。其中，HIS系統完成醫院基礎數據登記和醫院財務數據的產生；EMR系統作為醫院業務系統的主要載體，通過HIS系統將業務請求信息發送到各臨床輔助系統；各子系統的反饋信息再通過HIS系統確認后由各自的發布系統傳送到EMR系統。

根據醫院的信息化現狀，醫療數據交換平臺將建立一個提供各個子系統之間的高效數據交互的集成平臺，實現業務的跨系統整合，使各個系統整合成一個整體醫療信息平臺。

醫療數據交換平臺的建設，實際上完成了數據倉庫系統中關鍵的ETL過程，為在醫療數據交換平臺基礎上建立醫院數據倉庫系統提供了數據依靠。醫療數據交換平臺建設完成后，可低代價的進一步搭建數據倉庫，以及業務決策支持系統。數據的集成也使得關鍵業務數據多獲得了一個備份渠道，使醫院業務數據更加安全。

3.1 系統整體架構設計（圖1）

圖1 系統整體架構

以中間數據庫與高效輕量級中間件平臺系統結合建設醫療數據交換平臺。各業務子系統設置“數據前置服務器”；平臺中心設置“中心平臺服務器”以服務間通信形式完成數據同步。“數據前置服務器”以及“中心平臺服務器”用ICE通信中間件與J2EE架構程序完成數據的ETL過程。

同時，醫療數據交換平臺提供“子系統數據同步調用接口”，以觸發形式與“中心醫療數據交換平臺服務器”進行數據同步；各子系統通過“子系統數據查詢調用接口”，從中間數據庫獲得交互數據。

系統將定義與各個子系統的數據獲得接口（數據項）以及數據給予接口格式；用數據前置服務規避各子系統數據給予方式的不相同。

3.2 系統數據流程示意（圖2）

圖2 系統數據流程示意圖

3.3 數據流程管理和控制模式

在業務流程（圖3）規范定義的基礎上，醫療數據交換平臺通過下列2種主要工作模式實現業務數據的流程管理和流程控制，包括庫存、藥品字典、檢查項目字典等核心數據的同步控制（圖4、5）。

圖3 系統流程示意圖

圖4 調用查詢接口流程示意圖

圖5 數據同步流程示意圖

3.3.1 單向ETL+查詢結構調用模式（主要運用模式）

子系統數據通過“數據前置服務器”同步到中心中間數據庫，使得中間數據庫有完整數據鏡像，子系統通過“數據查詢調用接口”向“中心數據前置服務器”查詢數據。

“中心數據服務器”將判斷目標子系統的“數據前置服務器”鏈接狀態，如可鏈接則直接從目標子系統級聯調用獲得數據返回給調用方；如不可鏈接直接從中間數據庫獲得數據返回給調用方。此方式適用于實時要求高的數據，如查詢HIS中藥品庫存數據、藥品字典、檢查項目字典等核心數據。

3.3.2 雙向接口調用模式（備用模式）

子系統數據通過“數據同步調用接口”將實時數據同步到中心中間數據庫，使得中間數據庫有完整數據鏡像，子系統通過“數據查詢調用接口”向“中心數據前置服務器”查詢數據。

“中心數據服務器”將判斷目標子系統的“數據前置服務器”鏈接狀態，如可鏈接則直接從目標子系統級聯調用獲得數據返回給調用方；如不可鏈接直接從中間數據庫獲得數據返回給調用方。此模式作為特殊業務的備用方案。

3.4 核心業務數據的交換

核心業務數據包括患者基本信息、藥品庫存、藥品字典、檢查項目字典等數據。

核心業務數據的數據庫框架由HIS系統決定，僅HIS和EMR系統才對該庫有寫入修改的決定權，其他各系統只讀不寫，且HIS占主要的決定權，EMR系統只能在平臺系統授權的情況下才具有寫入或修改的權限。

3.5 數據交換的效率設計

為了提高數據交互平臺系統的運行效率，設計中采用了以下策略：

（1）醫療數據交換平臺的技術架構采用前置服務器、中心前置服務器的部署模式。各子系統的前置服務分別部署，子系統與子系統之間的交互相對獨立，避免各子系統之間的干擾。

（2）醫療數據交換平臺的中心端提供監控、調度控制功能，可以隨時監控各子系統之間數據交換的內容、頻率，并手工配置、調整數據流轉方向，重新定義數據交換的方式，確保數據交換的高效、順暢。

（3）利用ICE中間件的GRID網格計算，實現系統的負載均衡，也可以確保醫療數據交換平臺的運行效率達到較高水平。

3.6 平臺的穩定性設計

為了確保數據交互平臺系統的穩定性，醫療數據交換平臺將采用多項有效手段來提升系統運行的負載均衡以及容錯處理能力。利用ICE中間件的GRID網格計算確保系統部署以及運行性能和容錯能力達到較高水平。具體的措施如下：

（1）使用Oracle雙系統熱備形式保證中心數據庫的穩定，利用Oracle的日志同步功能來實時同步2個平行Oracle數據庫。

（2）利用ICE GRID功能將中心服務部署成2個以上的節點，并且在網格中心平行注冊，客戶端訪調用中心服務端時，首先訪問GRID的注冊中心以獲得指定的節點代理，GRID注冊中心將根據網格配置自動分配可用的節點代理給調用方，這樣即實現了負載均衡也同時實現了災備容錯。

（3）GRID節點注冊中心發生故障時，本系統接口將自動尋址指定的中心服務器，做到第3層保護。

（4）經過性能測試表明同樣運行1000次請求（獲得簡單100Byte對象），使用XML-RPC實現需要28s左右；使用ICE實現，只需要3s多。性能的差距還是很大的，同時在這個過程中沒發現有內存泄露的情況，效果還比較理想。

醫療數據交換平臺的核心中間件平臺使用了開源的ICE中間件，其穩定性是業界公認的。ICE中間件的開發者，有多名CORBA標準小組的專家，因為不滿CORBA越來越復雜的臃腫架構，而開發了ICE協議。ICE功能非常強大，可以用于1臺機器上不同進程的通訊，也可以用于1個集群。但是體積卻異常小巧，安裝包不到20M。

3.7 訪問用戶數量控制

數據交換平臺系統使用JAVA開發的中心數據服務端可承載100M/DPS以上的數據流量，并且用戶量可以達到每臺機器同時訪問3000個鏈接。

同時，利用ICE的代理Pool技術，每次調用ICE服務實例化程序將從Pool中獲取1個接口實現實例，運行完以后將其鈍化返回給實例池，由此用戶訪問量可以通過配置Pool此的實例化接口數量來調節。

3.8 數據交換方式

各子系統遵循統一的由醫療數據交換平臺提供的數據流程管理和控制方式來實現數據的交換，各系統均不直接操作原表，包括更新、插入、刪除等操作。醫療數據交換平臺提供詳細的日志記錄，用于授權查詢各子系統之間數據交換的類型、頻率。

醫療數據交換平臺制定完整的數據接口定義，為已經實施的或計劃實施的系統提供規范的接口定義。

3.9 系統的權限控制

3.9.1 權限總體力度控制措施

各個系統開始運作后體積龐大、開支很大，本著節約原則，在同一個庫中設立不同的用戶，設置相應的不同權限，記錄、修改、增補等。

在中心數據庫業務數據表中將設置各個醫療業務子系統的權限標志，并且在集中控制業務數據ETL過程以及接口數據調用的控制表中，將各個子系統分開設置其給與數據以及獲得數據的行為標志，以達到同一份數據各個子系統獲得的數據流程以及權限都可以不一樣的目的。

醫療數據交換平臺的權限還包括數據來源的定義、接口方式配置、調度控制、數據交換監控查詢等方面。

3.9.2 具體權限控制措施

（1）ETL過程是由調度控制的，每個調度是一組接口數據流轉的集合。在ETL過程中權限是由集成系統本身控制，并且受集成平臺綜合管理系統調配其調度的可用性（使用、停止），以及調度間隔、是否自動調度還是手動調度，要綜合管理系統本身擁有完善的用戶權限管理模塊。

（2）ETL調度集中后的數據，統一存放在中心數據庫相關業務表中，醫療數據交換平臺為每個業務表后增加了對各個需要數據的系統的數據權限標識（能否獲得數據以及是否已經獲得數據），以防止數據層面的盜用和篡改。

（3）各子系統的接口均內置了系統標識，在子系統調用前需要進行身份認證，醫療數據交換平臺將獲得各子系統標識（集成平臺的子系統ID）控制其數據的行為。

（4）無論是ETL或稱還是接口調用，其最小控制單位是集成平臺的中心服務接口控制，ETL集中數據依靠接口，接口調用數據也依靠中心數據服務的接口。集成平臺為系統每個接口設置了獨立的控制表，表的控制力度與各個子系統相關，只有集成平臺的綜合管理系統可以修改中心服務接口的運行行為（EMR調用HIS藥品字典這個接口是否可用，數據取得的方式等）。由于接口控制與各個子系統相關，因此，用1份數據針對不同子系統可以設置出不同的權限形式。

（5）從醫療數據交換平臺性能考慮，暫使用簡單的用戶口令控制認證過程，如需要，也可利用ICE的安全控制模塊增加SSL鏈接及數字證書認證形式，以達到業界的最高水平（可將OPEN SSL或者其他第三方的數字證書系統接入集成平臺）。

4 醫療數據交換平臺在醫院信息化中的應用

醫療數據交換平臺實現數據集成服務、接入服務、總線服務等核心整合服務。對醫院現有的HIS、EMR、LIS、PACS等系統進行有效的數據整合，建立組合流程控制，實現信息共享、信息交換。使得醫院內部的各個業務系統形成一個有機的整體，為臨床診療提供一體化的集成應用平臺，更好地為病患服務，更好地臨床醫務人員服務。醫療數據交換平臺在醫院信息化中的具體應用分析如下。

4.1 推動醫院業務流程規范和信息交換標準的建立

醫療數據交換平臺的目的是用IT技術支持醫院業務流程管理，建立一個沒有“信息孤島”的醫院IT環境。實現端到端的臨床業務流程整合，為醫院構建順暢的數據流、信息流和業務流。因此，必須梳理建立醫院標準的服務流程邏輯，定義關鍵流程控制點、控制邏輯；同時定義各控制點交互數據的信息標準。

醫療數據交換平臺的數據集成屏蔽可能出現的異構、分布式數據環境，如 Oracle、Microsoft SQL Server、DB2 等。對外提供統一的數據訪問方法，形成各應用系統統一的數據視圖，建立通用數據交換引擎，實現各業務數據庫之間的信息交換。接入服務屏蔽被集成系統所采用的具體技術及其實現方式，以適配器（Adapter）的方式實現各醫療業務系統（HIS、EMR、LIS、PACS等）的集成接入，被集成系統之間的信息交互載體為XML，通過消息機制建立XML的交換通道。總線服務通過XML消息隊列或HL7消息隊列，HL7解析器實現集成平臺與接入系統之間的松耦合；業務流程定義實現被集成系統之間的交互流程，控制服務流程的流轉。

4.2 建立醫療數據倉庫實現臨床數據的綜合分析

醫療數據交換平臺通過對現有業務系統的數據自動抽取和流轉，以臨床數據的自動采集、數據交換、資源共享、決策支持、信息發布等功能為基礎，實現醫療服務信息和管理信息的互聯互通。

因此，借助醫療數據交換平臺，可以從現有的應用系統（HIS、EMR、PACS、LIS等）中提取相關要素數據，形成以臨床信息為主要內容的醫院數據倉庫。建立“面向癥候”“面向患者”“面向臨床科研”“面向醫療質量管理”等方面的主題數據庫，實現多維度（癥－方－效）多層次（臨床－教學－研究）的臨床數據分析，為醫學研究和臨床質量控制提供數據基礎和智能化的分析手段。通過臨床數據的綜合應用，建立和完善醫療服務質量的管理、監控、分析、評價及建設醫療質量保障和持續改進體系，實現以數據深度利用支撐臨床、科研、管理的創新模式。

臨床數據的綜合分析應用可以實現對門診量、住院量的統計和分析；疾病發生相關因素的分析、疾病地域分布、年齡分布、個人生活史、遺傳史等流行病學分析，以及疾病轉歸相關因素分析；各種疾病治療手段的療效及費用的對比分析，疾病確診率、診斷符合率、切口感染率、床位周轉率、醫療事故與差錯等醫療質量及效率指標統計分析，并按相關要求進行查詢、展示。

4.3 醫療數據交換平臺的部署

醫療數據交換平臺采用星形結構，以前置交換服務器為中心，通過各種適配器與現有的系統通信并交換數據。前置交換服務器以不影響原有系統的正常運行為原則，提供開放的交換接口和通用的各種適配器接入原有系統，接口類型包括：HTTP/Web Services、JMS、EJB等。

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The Application of Medical Data Exchange Platform in the Hospital Information System

YANG Yan1,CHEN Gong2,SHEN Gong-jian2,SUN Chun-yang2
1. Information Department , Lishui Country People's Hospital, Nanjing Jiangsu 211210, China;2.Information Engineering Department, Jiangsu Provincial Hospital of TCM, Nanjing Jiangsu 210029, China

Objective Through the construction of medical data exchange platform to break"information islands" exist in the hospital, makes further development of hospital information exchange and data sharing, and further explore the role of medical data. Methods Medical data exchange platform used the star structure and made the front exchange server the center,communicated with existing systems and exchanged data through a variety of adapters. Results Integrated the various systems into an overal health information platform, and realized the crossbusiness system integration. Conclusion Medical data exchange platform plays a significant supporting role in hospital information.

HIS; PACS; medical platfrom; data exchange; hospital information

TP393.03

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.08.012

1674-1633(2011)08-0038-05

2011-04-12

“十一五”國家科技支撐計劃（2010BAI88B00）。

作者郵箱：zhs3386@163.com