基于全面互聯(lián)互通和深度智能化建設(shè)醫(yī)院信息集成平臺

李曦柯 施榮華　許丹　陳練兵　潘航

摘 要：通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，醫(yī)療信息全面互聯(lián)互通和輕松共享能夠推動醫(yī)療技術(shù)的不斷創(chuàng)新和醫(yī)療服務(wù)的巨大改善。反觀現(xiàn)階段我國現(xiàn)狀，離此遠景存在著非常大的差距。盡管伴隨著我國新醫(yī)療改革的不懈深入，醫(yī)療信息化取得了較大發(fā)展，但資源分布不均衡和"信息孤島"的普遍存在依然是不爭的事實。在此背景下，本文詳細(xì)闡述和分析現(xiàn)有醫(yī)院業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)所面臨的問題，并依此提出基于全面互聯(lián)互通和深度智能化建設(shè)醫(yī)院信息集成平臺。從標(biāo)準(zhǔn)制定、模型定義、數(shù)據(jù)中心建立、數(shù)據(jù)整合以及開放性支撐五個不同的角度出發(fā)，進一步完備建設(shè)思路，并給出一個平臺的整體設(shè)計。

關(guān)鍵詞：智慧醫(yī)療；醫(yī)院信息集成平臺；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP392 文獻標(biāo)識碼：A

1 引 言

眾所周知，“智慧醫(yī)療”是美國藍色巨人IBM公司于2009年提出的[1][6]，與其說是一個概念，莫如說是為我們描繪出了一幅未來人類醫(yī)療的美好遠景。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生海量有價值的醫(yī)療信息，而全面的互聯(lián)互通和輕松共享則更能夠推動醫(yī)療技術(shù)的不斷創(chuàng)新和醫(yī)療服務(wù)的巨大改善。但反觀我國當(dāng)前現(xiàn)狀，差距不可謂之不大。同樣是2009年，國務(wù)院提出“新醫(yī)改”意見[2][7，8]，明確將信息化列為醫(yī)療改革的重要技術(shù)支撐和保障。近年來，醫(yī)療信息化在我國取得了較大發(fā)展，但資源分布不均衡和“信息孤島”的普遍存在依然是不爭的事實[11，12]。另一方面，由于歷史的長期積累，許多醫(yī)院的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在著各種各樣阻礙其發(fā)展的瓶頸問題，集中表現(xiàn)在業(yè)務(wù)缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口繁多復(fù)雜，基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)可擴展性差，以及信息綜合處理能力弱等方面[3][9，10]。有鑒于此，我們提出基于全面互聯(lián)互通和深度智能化建設(shè)醫(yī)院信息集成平臺。平臺由一系列有機結(jié)合的核心組件構(gòu)成。提供的核心功能包括數(shù)據(jù)的采集、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)路由、權(quán)限管理、配置管理、術(shù)語服務(wù)等。憑借這些功能強大的核心組件，平臺可以集成醫(yī)院以及醫(yī)療機構(gòu)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)醫(yī)療信息系統(tǒng)的“互聯(lián)、互通和互認(rèn)”。進而滿足“雙閉環(huán)管理”的需求[4][13，14]，推動醫(yī)院業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新，優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)環(huán)境，提高醫(yī)療協(xié)同服務(wù)，成就“智慧醫(yī)療”的愿景。本文結(jié)構(gòu)如下：第1節(jié)從五個不同的角度提出完備的建設(shè)思路；第2節(jié)給出一個平臺的整體設(shè)計；第3節(jié)闡述平臺所使用的一些關(guān)鍵技術(shù)；第4節(jié)為結(jié)論。

2 建設(shè)思路

2.1 標(biāo)準(zhǔn)的制定

平臺提供一套標(biāo)準(zhǔn)化管理工具，對整個平臺使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理。這些數(shù)據(jù)包括值域代碼、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集以及與組織機構(gòu)相關(guān)的數(shù)據(jù)等。此類數(shù)據(jù)如果有國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)或衛(wèi)生部標(biāo)準(zhǔn)則一定使用其標(biāo)準(zhǔn)，否則可以參考和使用能夠提供支持的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)。若國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都不能滿足系統(tǒng)要求時，可以參考這些標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)實際應(yīng)用場景制定平臺自己的標(biāo)準(zhǔn)。以此解決醫(yī)院內(nèi)部各個異源異構(gòu)系統(tǒng)之間無障礙通信的問題。元數(shù)據(jù)豐富的擴展屬性支持?jǐn)?shù)據(jù)采集與上傳的有效性、時效性分析與驗證。

系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入功能。支持將衛(wèi)生部發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輕易加載至平臺系統(tǒng)并進行統(tǒng)一管理與維護。系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的更改及新的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入功能，以適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。如衛(wèi)生部對于元數(shù)據(jù)集與數(shù)據(jù)集在不定期的修訂與發(fā)布，當(dāng)這些標(biāo)準(zhǔn)在正式發(fā)布后，只需要導(dǎo)入新的標(biāo)準(zhǔn)，并在系統(tǒng)中進行發(fā)布，新標(biāo)準(zhǔn)就會推送給前置網(wǎng)關(guān)與健康檔案整合組件。系統(tǒng)按新的標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)交換工作，按新的標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)質(zhì)量的管理，同時按新的標(biāo)準(zhǔn)對健康檔案數(shù)據(jù)進行整合。

2.2 模型的定義

為了提供足夠高的系統(tǒng)靈活性和擴展性以滿足復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)需求，平臺采用一種全新的構(gòu)件化思路進行平臺模型定義，使用無編碼方式根據(jù)項目的具體需求和業(yè)務(wù)場景驅(qū)動平臺信息模型的建立，同時信息模型既遵循IHE規(guī)范[5]，也遵循衛(wèi)計委提供的數(shù)據(jù)元、數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)，同時提供一套中間件產(chǎn)品實現(xiàn)了這兩種標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換。

有了與業(yè)務(wù)模型匹配的信息模型之后，我們對內(nèi)可以通過配置的方式構(gòu)建平臺數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)，即存儲模型，針對存儲模型我們可以對存儲規(guī)則，數(shù)據(jù)約束規(guī)則，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)則等進行自定義設(shè)置，有效的控制數(shù)據(jù)的存儲效率，完整性以及質(zhì)量。對外可以根據(jù)信息模型通過配置生成數(shù)據(jù)交換規(guī)范和服務(wù)。

基于這些模型、規(guī)范和服務(wù)我們對內(nèi)可以通過前置網(wǎng)關(guān)適配接入異源異構(gòu)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對外通過數(shù)據(jù)組裝服務(wù)將平臺的數(shù)據(jù)通過構(gòu)建門戶應(yīng)用，移動應(yīng)用共享給我們的客戶，通過數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)進行大數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)提供一套可視化工具在數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)支撐庫中定義各個業(yè)務(wù)活動對應(yīng)的CDA信息模型[15]，并且能夠根據(jù)該信息模型來動態(tài)創(chuàng)建對應(yīng)的數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)集包含的數(shù)據(jù)元等，同時能直接根據(jù)生成的數(shù)據(jù)集來創(chuàng)建物理模型。同時系統(tǒng)提供相關(guān)組件來完成這些信息模型對應(yīng)的二維數(shù)據(jù)與CDA文檔之間無縫轉(zhuǎn)換。平臺通過版本的概念來管理這些信息模型。當(dāng)衛(wèi)生部對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行擴展或調(diào)整后、或現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型無法支撐日益變換與增長的業(yè)務(wù)需求時，平臺可以對這些數(shù)據(jù)模型進行相應(yīng)的調(diào)整，并形成新的版本進行發(fā)布。然后各前置網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)自身實際情況來同步下載相應(yīng)的版本進行升級。

系統(tǒng)提供根據(jù)數(shù)據(jù)集動態(tài)生成數(shù)據(jù)交換服務(wù)接口規(guī)范功能，我們可以在管控中心通過可視化界面來對各個業(yè)務(wù)域在不同業(yè)務(wù)場景下服務(wù)接口規(guī)范的管理，該服務(wù)接口規(guī)范可以分為以下幾種，一是完全符合CDA規(guī)范的接口規(guī)范（供有能力處理完全符合CDA規(guī)范文檔的客戶使用），二是對CDA規(guī)范進行簡化處理后符合CCR規(guī)范的接口規(guī)范（無法處理完全符合CDA規(guī)范文檔的客戶使用），三是能夠?qū)С龈鲾?shù)據(jù)集對應(yīng)的全視圖模板，并且能對所有的規(guī)范進行版本管理。為了適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，如衛(wèi)生部對于元數(shù)據(jù)集與數(shù)據(jù)集在不定期的修訂與發(fā)布，當(dāng)這些標(biāo)準(zhǔn)在正式發(fā)布后，或業(yè)務(wù)場景發(fā)生變換后，只需要通過工具重新生成滿足要求的規(guī)范，在系統(tǒng)中進行發(fā)布，新規(guī)范就會推送給前置網(wǎng)關(guān)與健康檔案整合組件，系統(tǒng)按新的規(guī)范進行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)交換工作。endprint

2.3 數(shù)據(jù)中心

平臺的數(shù)據(jù)中心根據(jù)定義的存儲模型自動生成。平臺采用主題庫的方式對數(shù)據(jù)中心進行模塊化管理。主題庫主要根據(jù)服務(wù)的業(yè)務(wù)對象的不同進行劃分（比如個人索引庫，服務(wù)活動索引庫，文檔庫，運營監(jiān)管庫等。），主要用來對數(shù)據(jù)進行歸類管理，通過配置可以實現(xiàn)將不同的主題庫存儲在不同的數(shù)據(jù)庫實例或用戶，實現(xiàn)物理分庫，保障性能。

對于存儲模型對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表，我們可以在系統(tǒng)上線后，免編碼的情況下，對字段的部分屬性進行修改或增加新的字段。后臺服務(wù)也會自動的進行同步匹配。對于數(shù)據(jù)庫表中字段通過配置，并結(jié)合后臺服務(wù)，可以做到字段級別的加密存儲。對每一個字段定義是否需要進行標(biāo)準(zhǔn)代碼轉(zhuǎn)換，需要進行哪些條件的約束檢查，以及需要進行哪些規(guī)則的數(shù)據(jù)清洗等，有極高的擴展性和定制程度。

2.4 數(shù)據(jù)的整合

前面提到平臺數(shù)據(jù)中心通過主題庫的概念進行模塊化管理，那么數(shù)據(jù)整合的過程中就需要將不同類型的數(shù)據(jù)歸并到正確的主題庫中。比如將個人基本信息歸并到個人索引庫，將文檔和文檔索引通過XDS歸并到文檔庫，將記錄了居民何時、何地、接受過何種醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)，并產(chǎn)生了那些文檔這樣的信息存儲在服務(wù)活動索引庫中。數(shù)據(jù)的整合我們遵循以下兩個主要準(zhǔn)則：主動抓取整合和被動接收整合。主動抓取模式對原業(yè)務(wù)系統(tǒng)的滲透改造會比較小，只需要提供業(yè)務(wù)庫對應(yīng)的中間庫或具有同等功能的視圖即可，但在實時性方面會有一定的局限（只能做到準(zhǔn)實時，延遲數(shù)分鐘或小時）。被動接收模式對原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)具有一定的侵入性，需要其進行一定的改造，但具有很好的實時性。由平臺提供數(shù)據(jù)采集服務(wù)，服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸載體采用標(biāo)準(zhǔn)XML（平臺會根據(jù)各個業(yè)務(wù)活動的應(yīng)用場景提供標(biāo)準(zhǔn)的接入規(guī)范），服務(wù)傳輸協(xié)議支持HTTP、TCP/IP、SOAP等。由數(shù)據(jù)接入一方調(diào)整各自的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并調(diào)用平臺發(fā)布的相關(guān)服務(wù)進行數(shù)據(jù)的推送。

2.5 開放性支撐

平臺的信息模型與存儲模型均基于國家衛(wèi)生部頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范實現(xiàn)，平臺的交換模型基于IHE標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)，并同時實現(xiàn)了兩套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范間的相互轉(zhuǎn)換，使平臺在數(shù)據(jù)傳輸格式上有極強的開放性，易于與醫(yī)療機構(gòu)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及其他廠商構(gòu)建的平臺互聯(lián)互通。平臺的所有接口通過平臺服務(wù)框架以及健康信息服務(wù)總線進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)全面服務(wù)化，內(nèi)部支持多種傳輸協(xié)議（HTTP、TCP/IP、JMS、RMI、SOAP、REST、DICOM等等）、數(shù)據(jù)協(xié)議（HL7、XML、JAVA POJO等），并且內(nèi)部提供了各種協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換的功能，所以平臺在接口調(diào)用上具有極強的開放性。

3 平臺設(shè)計

基于以上的分析和闡述，我們給出一個醫(yī)院信息集成平臺的總體架構(gòu)設(shè)計。

如圖1所示，醫(yī)院信息集成平臺主要包括POS層、信息交換與共享層、數(shù)據(jù)中心、以及應(yīng)用層四個層次，另外，還包括貫穿此這四個層次的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全保障體系兩大體系。

POS層是通過前置網(wǎng)關(guān)適配器直接與外部系統(tǒng)進行溝通的技術(shù)層，主要負(fù)責(zé)將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集到前置網(wǎng)關(guān)的緩存庫。

信息交換與共享層由一系列的業(yè)務(wù)服務(wù)組件組成，負(fù)責(zé)處理前置網(wǎng)關(guān)上傳的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完成摘要數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)等的抽取、存儲與共享。

數(shù)據(jù)中心層主要是實現(xiàn)索引數(shù)據(jù)、主題數(shù)據(jù)、電子病歷數(shù)據(jù)、平臺支持配置數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)的存儲，解決數(shù)據(jù)存儲的結(jié)構(gòu)、模型、內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)搭建等。

平臺應(yīng)用服務(wù)層主要將匯聚在數(shù)據(jù)中心的各類數(shù)據(jù)共享給平臺內(nèi)外的其他系統(tǒng)使用。真正實現(xiàn)平臺內(nèi)各系統(tǒng)間互聯(lián)互通操作。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是醫(yī)院信息集成平臺中必須遵循和管理的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，是平臺運行和應(yīng)用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。安全保障體系是從物理安全到應(yīng)用安全保障整個平臺的正常運營。由于異源異構(gòu)的專業(yè)化信息系統(tǒng)對病人基本信息管理不統(tǒng)一以及分配的患者標(biāo)識規(guī)則不一致容易造成同一病人甚至同一病人的多次就診在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中無法進行有效關(guān)聯(lián)的問題，導(dǎo)致無法實現(xiàn)對患者臨床數(shù)據(jù)的連續(xù)管理，我們通過提供病人主索引組件運用人口自然統(tǒng)計算法基于常規(guī)人口自然屬性（比如身份證，姓名，出生日期，性別，電話，聯(lián)系地址）將同一個物理人在不同系統(tǒng)中的記錄進行關(guān)聯(lián)生成唯一的病人管理主索引，基于此可以快速的構(gòu)建一個人在該院的連續(xù)健康檔案視圖，并為全院其他系統(tǒng)提供統(tǒng)一的病人基本信息，實現(xiàn)對患者的唯一身份識別。

其次，平臺的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交換規(guī)范都通過信息模型與衛(wèi)計委提供的數(shù)據(jù)元，數(shù)據(jù)集等標(biāo)準(zhǔn)建立了映射關(guān)系，根據(jù)醫(yī)院信息集成平臺的應(yīng)用和服務(wù)要求，通過圖形化的數(shù)據(jù)交換工具進行數(shù)據(jù)重組，建立平臺信息模型和HL7 RIM模型的映射關(guān)系，并結(jié)合平臺的CDA組件可以實時的將平臺數(shù)據(jù)集承載的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合IHE國際標(biāo)準(zhǔn)的CDA文檔，用于系統(tǒng)間集成的數(shù)據(jù)共享規(guī)范。從而實現(xiàn)臨床文檔的標(biāo)準(zhǔn)化和共享。

平臺通過服務(wù)與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換與整合，提供統(tǒng)一的服務(wù)注冊管理功能。服務(wù)的發(fā)布主要通過集成引擎來完成。采用統(tǒng)一的服務(wù)接口，通過不同的服務(wù)功能號在后臺動態(tài)確定調(diào)用對應(yīng)的服務(wù)。服務(wù)統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)的XML格式來進行請求與響應(yīng)。

最后，平臺可以實現(xiàn)不同類型和層次的集成，包括流程集成、應(yīng)用集成、消息集成和數(shù)據(jù)集成。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 企業(yè)服務(wù)總線

如圖2所示，企業(yè)服務(wù)總線采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，保證在一個異構(gòu)的環(huán)境中實現(xiàn)信息穩(wěn)定、可靠的傳輸，屏蔽用戶實際中的硬件層、操作系統(tǒng)層、網(wǎng)絡(luò)層等相對復(fù)雜、煩瑣的界面，為用戶提供一個統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的信息通道，保證用戶的邏輯應(yīng)用和這些底層平臺沒有任何關(guān)系，最大限度地提高用戶應(yīng)用的可移植性、可擴充性和可靠性。提供一個基于企業(yè)服務(wù)總線的先進應(yīng)用整合理念，最大限度地減少應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)所面臨的復(fù)雜性。系統(tǒng)的實現(xiàn)維護都相對簡單，保證每一個應(yīng)用系統(tǒng)的更新和修改都能夠?qū)崟r地實現(xiàn)；同時當(dāng)新的應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)時能夠簡便的納入到整個IT環(huán)境當(dāng)中，與其它的應(yīng)用系統(tǒng)相互協(xié)作，共同為用戶提供服務(wù)。endprint

數(shù)據(jù)交換使用企業(yè)服務(wù)總線作為整個衛(wèi)生信息平臺的技術(shù)核心；可通過ETL的方式進行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)加載等過程。

4.2 中間表技術(shù)

中間表是業(yè)務(wù)邏輯中的概念，就是將一個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢結(jié)果先保存在一個臨時的表中，然后再從這個表中查詢?nèi)〉脭?shù)據(jù)到另一個系統(tǒng)中，減少程序的復(fù)雜度。臨時表是中間表多采用的一種技術(shù)，使用數(shù)據(jù)庫的臨時表其功能可以免去中間表數(shù)據(jù)的維護工作。

當(dāng)進行數(shù)據(jù)采集時，遇到需要查詢多個表的多個字段，可以建立中間表來提高查詢速度，降低用戶的工作量。

4.3 適配器技術(shù)

在此消息交換模式中，消息單向通過適配器流入服務(wù)器。消息引擎將消息發(fā)布到數(shù)據(jù)庫中。如果某一業(yè)務(wù)流程具有對該類型消息的處于活動狀態(tài)的訂閱，則該消息將發(fā)往該業(yè)務(wù)流程。

在處理該消息后，業(yè)務(wù)流程會將該消息發(fā)布回數(shù)據(jù)庫中，之后會將它路由到某一適配器，以便傳輸?shù)教囟ǖ慕K結(jié)點。

平臺與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換共享可以采用適配器的方式實現(xiàn)。

5 結(jié) 論

我們詳細(xì)闡述和分析現(xiàn)有醫(yī)院業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)所面臨的問題，并依此提出基于全面互聯(lián)互通和深度智能化建設(shè)醫(yī)院信息集成平臺。從標(biāo)準(zhǔn)制定、模型定義、數(shù)據(jù)中心建立、數(shù)據(jù)整合以及開放性支撐等五個不同的角度出發(fā)，進一步完備建設(shè)思路，并給出一個平臺的整體設(shè)計。基于全面互聯(lián)互通和深度智能化建設(shè)醫(yī)院信息集成平臺，可以集成醫(yī)院以及醫(yī)療機構(gòu)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)醫(yī)療信息系統(tǒng)的“互聯(lián)、互通和互認(rèn)”，進而滿足“雙閉環(huán)管理”的需求，推動醫(yī)院業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新，優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)環(huán)境，提高醫(yī)療協(xié)同服務(wù)，成就智慧醫(yī)療的愿景。

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