基于云計(jì)算的區(qū)域電子健康檔案數(shù)據(jù)中心平臺(tái)

李吉輝+孫聽(tīng)雪

摘 要： 有效地使用電子健康檔案（EHR）被證實(shí)可以對(duì)提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量和降低醫(yī)療服務(wù)費(fèi)用產(chǎn)生潛在的促進(jìn)作用。云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)為區(qū)域性電子健康檔案數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供了必要的支持。從EHR互操作框架模型和云計(jì)算技術(shù)支撐模型的角度出發(fā)，提出了一套切實(shí)可行的解決方案。該系統(tǒng)原型可動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)不同的醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）數(shù)據(jù)源，并利用運(yùn)行在私有云中的組件程序進(jìn)行互操作。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字醫(yī)療； 電子健康檔案； 文檔模板規(guī)范； 互操作性； 云計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）04-32-04

A cloud computing solution for Regional Electronic Health Records Data Center

Li Jihui1， Sun Tingxue2

（1. Second Affiliated Hospital， College of Medicine， Hangzhou， Zhejiang 310000， China； 2. Sir RUN RUN SHAW Hospital， College of Medicine）

Abstract： The effective use of electronic health record （EHR） is proved to have a potential effect to improve the medical treatment result and decrease the medical fees. The emergence of cloud computing technology provides the necessary support for the construction of Regional Electronic Health Records Data Center （EHRTG）. In this paper， a feasible solution based on the EHR interoperability framework model and cloud computing technology support model is put forward， the prototype system can dynamically discover the data sources of different hospital information systems （HIS）， and interoperate on them by using the component programs which are running in the private cloud.

Key words： eHealth； electronic health record； EHRTG； interoperability； cloud computing

0 引言

我國(guó)衛(wèi)生體制五項(xiàng)重點(diǎn)改革的首要任務(wù)就是加快推進(jìn)基本醫(yī)療保障制度建設(shè)，同時(shí)把醫(yī)療信息系統(tǒng)提高至支持新醫(yī)改的“四梁、八柱”方案中惟一的技術(shù)性支柱的地位。在2011年衛(wèi)生部發(fā)布的“十二五”衛(wèi)生信息化建設(shè)目標(biāo)中，把區(qū)域電子健康檔案的建設(shè)、推廣和應(yīng)用列為醫(yī)改緊迫需求的關(guān)鍵項(xiàng)目之一。

健康檔案是居民健康管理（疾病防治、健康保護(hù)、健康促進(jìn)等）過(guò)程的規(guī)范、科學(xué)記錄，是以居民個(gè)人健康為核心，貫穿其整個(gè)生命過(guò)程，涵蓋各種健康相關(guān)因素，實(shí)現(xiàn)多渠道信息動(dòng)態(tài)收集，滿足居民自我保健和健康管理及健康決策需要的信息資源[1]。電子健康檔案則是將健康檔案所涉及的相關(guān)信息輸入計(jì)算機(jī)，建立起完整的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，將健康檔案信息化[2]。有效使用電子健康檔案（EHR），可以對(duì)提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量和降低醫(yī)療服務(wù)費(fèi)用有潛在的促進(jìn)作用[3]。但是現(xiàn)階段，我國(guó)的電子健康檔案，特別是區(qū)域衛(wèi)生信息中心的建設(shè)及推廣并不順利，大多數(shù)仍然采用手工紙質(zhì)檔案或打印紙質(zhì)檔案的形式保存?，F(xiàn)有健康檔案的產(chǎn)生模式如圖1所示。

已上線的區(qū)域示范項(xiàng)目也深受到傳統(tǒng)HIS應(yīng)用模式的影響，基本采用基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)方式，這使系統(tǒng)的擴(kuò)張和規(guī)模都受到了限制，無(wú)法有效利用現(xiàn)有的HIS數(shù)據(jù)源。據(jù)衛(wèi)生部委托中國(guó)醫(yī)院協(xié)會(huì)信息管理專業(yè)委員會(huì)（CHIMA）的調(diào)研報(bào)告顯示：截止至2008年，中國(guó)公立醫(yī)院HIS的平均使用率為38%，其中大、中型醫(yī)院HIS使用率為80%，而東南沿海地區(qū)醫(yī)院的使用率高達(dá)95%以上[4]，這已經(jīng)為大型區(qū)域EHR數(shù)據(jù)中心的建立打下了堅(jiān)實(shí)的臨床數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)。

另一方面，隨著Web Service和企業(yè)級(jí)Service-

oriented architecture（SOA）日漸成熟，新的信息發(fā)布和網(wǎng)絡(luò)交互模式證明了服務(wù)如何不以傳統(tǒng)的所有權(quán)關(guān)系和供應(yīng)規(guī)模進(jìn)行交易。特別是云計(jì)算的出現(xiàn)，通過(guò)將SOA納入云計(jì)算，并利用云計(jì)算在規(guī)模、可擴(kuò)展性、成本、集中式數(shù)據(jù)中心方面的優(yōu)勢(shì)[5]，可以幫助實(shí)現(xiàn)健康檔案向具有互操作性，廣域共享的EHR蛻變。近一段時(shí)間，雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些關(guān)于云計(jì)算在醫(yī)療領(lǐng)域的探索性研究[6-7]，但大都關(guān)注于如何使用云平臺(tái)上的資源以及使用云平臺(tái)所帶來(lái)的效益，并未涉及基于云計(jì)算的電子健康檔案數(shù)據(jù)中心以及有效解決互操作問(wèn)題的核心。

云計(jì)算帶來(lái)了近似無(wú)限的存儲(chǔ)能力和運(yùn)算能力，與其相比PC機(jī)就僅是允許用戶使用云的輕量級(jí)終端。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，云計(jì)算使我們又回到了大型機(jī)時(shí)代[8]。但如果不能有效利用這些優(yōu)勢(shì)，這不僅僅是一種浪費(fèi)甚至還會(huì)有反作用，造成更大范圍內(nèi)的共享障礙。我們認(rèn)為這個(gè)有效利用的準(zhǔn)則就是“EHR互操作文檔模板規(guī)范”的建立、推廣和完善。從某種意義上說(shuō)，技術(shù)支持模型（基于私有云的互操作系統(tǒng)支撐架構(gòu)）支撐和輔助了業(yè)務(wù)模型（文檔導(dǎo)向的EHR互操作文檔模板規(guī)范）的實(shí)現(xiàn)。

本文提出了基于云計(jì)算平臺(tái)的EHR互操作系統(tǒng)架構(gòu)，然后從云計(jì)算的技術(shù)層次和EHR有效交換的業(yè)務(wù)層次對(duì)其進(jìn)行闡述和分析。

1 基于私有云的EHR互操作支撐架構(gòu)

基于EHR檔案的特點(diǎn)和云計(jì)算的特性，我們首先提出了一個(gè)基于云計(jì)算平臺(tái)的EHR互操作系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示，我們將該架構(gòu)分為三部分：外部異構(gòu)數(shù)據(jù)源、瀏覽插件和云交換平臺(tái)。

圖2 基于云計(jì)算平臺(tái)的互操作架構(gòu)

1.1 外部異構(gòu)數(shù)據(jù)源

現(xiàn)階段98%的HIS使用的是基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的客戶端/服務(wù)器構(gòu)架[4]。同時(shí)，由于HIS與各醫(yī)療聯(lián)合體內(nèi)的實(shí)際臨床業(yè)務(wù)高度緊密結(jié)合。因此我們無(wú)意于參與到各醫(yī)療聯(lián)合體的HIS重構(gòu)，僅提出兩種解決方案，實(shí)現(xiàn)HIS系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)源的順利接入。

⑴ 對(duì)于具有一定技術(shù)實(shí)力且現(xiàn)階段已完成MPI（醫(yī)療聯(lián)合體內(nèi)患者身份主索引）建設(shè)的醫(yī)療聯(lián)合體。我們建議依照《CDA醫(yī)療文檔內(nèi)容模板標(biāo)準(zhǔn) 第2部分：個(gè)案規(guī)范》的說(shuō)明，完成數(shù)據(jù)庫(kù)字段和《CDA醫(yī)療文檔內(nèi)容模板標(biāo)準(zhǔn)指南》（EHRTG）[9]中文檔元素的映射，生成符合EHRTG規(guī)范的檔案。該檔案在通過(guò)EHRTG測(cè)試器的語(yǔ)法驗(yàn)證和基本業(yè)務(wù)規(guī)則驗(yàn)證后，即可提交到區(qū)域云交換平臺(tái)。

⑵ 對(duì)于其他醫(yī)療機(jī)構(gòu)，則需要按照《CDA醫(yī)療文檔內(nèi)容模板標(biāo)準(zhǔn)第1部分：基本醫(yī)療文檔規(guī)范》、《CDA醫(yī)療文檔內(nèi)容模板標(biāo)準(zhǔn)第2部分：個(gè)案規(guī)范》的說(shuō)明，將數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)語(yǔ)義的字段數(shù)據(jù)提取出來(lái)后，通過(guò)調(diào)用EHRTG生成器產(chǎn)生相同語(yǔ)義且符合EHRTG語(yǔ)法定義的EHRTG文檔并提交。

1.2 瀏覽插件

云交換平臺(tái)還可以提供電子健康檔案瀏覽、共享服務(wù)，并通過(guò)在虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）中將該服務(wù)發(fā)布作為第三方應(yīng)用組件的一個(gè)分布式插件。用戶可以將其包裝并嵌入到自己的頁(yè)面或應(yīng)用中。因?yàn)镋HRTG是以XML作為元語(yǔ)言的電子健康檔案互操作規(guī)范，已經(jīng)完成了醫(yī)療數(shù)據(jù)和醫(yī)療工作業(yè)務(wù)流程的分離。用戶可以通過(guò)XSL，將其轉(zhuǎn)換成任何需要的自定義格式。

1.3 云交換平臺(tái)

該云交換平臺(tái)主要由三個(gè)虛擬邏輯層組成。自底向上分別是：基礎(chǔ)設(shè)施層，平臺(tái)管理層和電子健康檔案業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

⑴ 基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層（IaaS）：設(shè)施層處于最低層級(jí)，更關(guān)注于新技術(shù)的啟用。通過(guò)服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其他設(shè)施的相互協(xié)作（例如，通過(guò)虛擬化技術(shù)）處理特定類型的工作負(fù)載。

⑵ 公共平臺(tái)管理服務(wù)層（PaaS）：中間層是開(kāi)發(fā)、測(cè)試環(huán)境和有效服務(wù)負(fù)載的封裝，可以將其視為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)平臺(tái)（包括開(kāi)發(fā)平臺(tái)和業(yè)務(wù)平臺(tái)）。開(kāi)發(fā)平臺(tái)讓開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)自己的應(yīng)用并上傳到云中，并以一種基于Web的可訪問(wèn)方式運(yùn)行。業(yè)務(wù)平臺(tái)則將更關(guān)注于具體特定領(lǐng)域業(yè)務(wù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，部署和管理。

⑶ 數(shù)字醫(yī)療業(yè)務(wù)服務(wù)層（SaaS）：是本云交換平臺(tái)特有的功能，其中又可分為三個(gè)子層次。

● 融合網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)接入層：負(fù)責(zé)提供通過(guò)不同的界面和接口對(duì)不同的終端展現(xiàn)服務(wù)內(nèi)容，包括Web Service接口、AJAX接口、SMS接口、WAP/GPRS接口等。例如對(duì)于PC終端，展現(xiàn)服務(wù)內(nèi)容的形式可能是Html形式的電子健康檔案；對(duì)于手機(jī)短信終端，展現(xiàn)服務(wù)內(nèi)容的形式則可能是純文本的短信形式的電子健康檔案的一部分（如某個(gè)檢驗(yàn)結(jié)果或檢查結(jié)果）；而對(duì)于其他應(yīng)用程序，則可能是一些遠(yuǎn)程調(diào)用接口。這在公共衛(wèi)生監(jiān)控或急診環(huán)境下醫(yī)生需要訪問(wèn)其他醫(yī)療機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的醫(yī)療記錄及患者的歷史醫(yī)療記錄時(shí)非常有用。

● 應(yīng)用服務(wù)層：通過(guò)組合核心服務(wù)層和公共平臺(tái)管理服務(wù)層中的服務(wù)，構(gòu)建不同的應(yīng)用系統(tǒng)，提供各種基于電子檔案的醫(yī)療操作“里程碑”信息服務(wù)和各種衍生醫(yī)療信息服務(wù)。包括：電子健康檔案、電子病歷、居民全人健康檔案、慢病管理、傳染病管理等。

● 核心服務(wù)層：這些服務(wù)在業(yè)務(wù)上都是圍繞EHRTG展開(kāi)的，是該規(guī)范在云架構(gòu)下的實(shí)現(xiàn)。包括患者身份的注冊(cè)，電子檔案的提交、注冊(cè)、生成、獲取，文檔語(yǔ)法和語(yǔ)義有效性的檢測(cè)，文檔格式的轉(zhuǎn)換、文檔的分解和組合等。因?yàn)樵圃诟邤U(kuò)展性、高可用性和成本上的優(yōu)勢(shì)，使開(kāi)發(fā)人員不必考慮因隨著覆蓋區(qū)域的擴(kuò)大、使用服務(wù)人群的增加而產(chǎn)生的運(yùn)行壓力。同時(shí)讓醫(yī)護(hù)人員可以簡(jiǎn)單、快速的訪問(wèn)到準(zhǔn)確的患者數(shù)據(jù)，繼而更好地滿足為醫(yī)療聯(lián)合體之間創(chuàng)建無(wú)縫、持續(xù)化服務(wù)的需求。

圖3描述了在電子健康檔案業(yè)務(wù)應(yīng)用層中，數(shù)據(jù)源、客戶端和各主要服務(wù)組件之間的交互。

私有云架構(gòu)下的分布式結(jié)構(gòu)為EHR系統(tǒng)的構(gòu)建提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)[10]，即通過(guò)基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的模塊化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的EHR互操作平臺(tái)（具有分布式、私有的、松耦合、模塊化的特性）。EHRTG服務(wù)組件被部署于私有云中的虛擬服務(wù)器上，可以按需動(dòng)態(tài)創(chuàng)建或刪除（即EHRTG服務(wù)組件的多個(gè)高性能實(shí)例可被按需創(chuàng)建并自動(dòng)動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡）。每一類EHRTG服務(wù)組件都實(shí)現(xiàn)了相同的標(biāo)準(zhǔn)接口，一旦EHRTG服務(wù)組件成功啟用，就自動(dòng)注冊(cè)到中心服務(wù)注冊(cè)表中。服務(wù)消費(fèi)者可以使用EHRTG服務(wù)組件接口發(fā)現(xiàn)和消費(fèi)注冊(cè)的EHRTG服務(wù)。這些基本服務(wù)組件包括：

⑴ EHRTG測(cè)試器：該組件為提交的電子健康檔案提供語(yǔ)法和語(yǔ)義的有效性測(cè)試服務(wù)。

⑵ EHRTG文檔注冊(cè)庫(kù)：該組件為電子健康檔案提供文檔索引、查詢、定位服務(wù)。

⑶ EHRTG適配器：該組件提供了在同一個(gè)私有云中其他EHR系統(tǒng)或檔案消費(fèi)者之間的中間層。

⑷ EHRTG生成器：該組件提供了異構(gòu)數(shù)據(jù)元和檔案元素之間的映射服務(wù)。

⑸ EHRTG檔案庫(kù)：該組件是存儲(chǔ)在私有云中的檔案數(shù)據(jù)庫(kù)，提供檔案安全存取服務(wù)。根據(jù)EHRTG的標(biāo)準(zhǔn)定義，檔案庫(kù)下包含有檔案集的概念，該集合是一份或多份為特定目的而組合在一起的相關(guān)文檔。該組合定義由文檔注冊(cè)庫(kù)維護(hù)。同時(shí)一份文檔可以被一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的相關(guān)文檔包含或引用。

⑹ EHRTG解析器：該組件提供了文檔XML元素解析和指定的元數(shù)據(jù)提取服務(wù)。

⑺ EHRTG橋接器：該組件負(fù)責(zé)處理與私有云外的數(shù)據(jù)源、檔案消費(fèi)者的鏈接。這些數(shù)據(jù)源可能是HIS系統(tǒng)、云外其他EHR系統(tǒng)或其他存儲(chǔ)。

⑻ EHRTG分解、組合器：該組件提供檔案Header和Body的分離和組合；EHRTG檔案章節(jié)、條目組件的提取和組合等服務(wù)。

⑼ PIX：負(fù)責(zé)提供同一患者在區(qū)域內(nèi)不同醫(yī)療聯(lián)合體中不同患者標(biāo)識(shí)符之間的映射服務(wù)。服務(wù)消費(fèi)者可以使用患者在某個(gè)醫(yī)療聯(lián)合體內(nèi)的身份惟一性標(biāo)識(shí)映射到該患者在區(qū)域內(nèi)的身份惟一性標(biāo)識(shí)，再鏈接到本區(qū)域內(nèi)其他醫(yī)療聯(lián)合體的身份標(biāo)識(shí)。

⑽ 中心服務(wù)注冊(cè)：它由一個(gè)或多個(gè)分布式協(xié)作服務(wù)器組成。主要負(fù)責(zé)查詢和維護(hù)服務(wù)注冊(cè)表，當(dāng)一個(gè)新服務(wù)（EHRTG服務(wù)組件）被創(chuàng)建后，會(huì)建立一個(gè)文件詳細(xì)記錄如何連接、消費(fèi)該服務(wù)。服務(wù)消費(fèi)者可以通過(guò)這些文件查詢中心注冊(cè)集群并發(fā)現(xiàn)可用服務(wù)。

2 總結(jié)和展望

本文描述了一個(gè)分布式、模塊化、可擴(kuò)展的，在私有云中共享電子健康檔案的數(shù)據(jù)中心原型。該系統(tǒng)原型允許創(chuàng)建針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)源、瀏覽插件的適配器和橋接器，以EHRTG規(guī)范為中心，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。下一階段我們的工作重點(diǎn)是加強(qiáng)和完善該原型系統(tǒng)在病人隱私，平臺(tái)數(shù)據(jù)安全、存取安全、運(yùn)行安全上的保障機(jī)制和措施。

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