基于HL7中間件的區(qū)域醫(yī)療異構(gòu)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)

【作 者】陸宇宏

南通大學(xué)附屬醫(yī)院信息中心，南通市，226001

基于HL7中間件的區(qū)域醫(yī)療異構(gòu)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)

【作 者】陸宇宏

南通大學(xué)附屬醫(yī)院信息中心，南通市，226001

該文介紹了目前我國區(qū)域醫(yī)療信息化的發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了目前該領(lǐng)域異構(gòu)數(shù)據(jù)共享的難題，并嘗試采用基于HL7標(biāo)準(zhǔn)和XML數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的中間件，實(shí)現(xiàn)區(qū)域醫(yī)療異構(gòu)系統(tǒng)之間的信息讀取和交換。

HL7；中間件；區(qū)域醫(yī)療

1 區(qū)域醫(yī)療發(fā)展概況

1.1 區(qū)域醫(yī)療國內(nèi)外進(jìn)展

發(fā)達(dá)國家的區(qū)域醫(yī)療信息化的建設(shè)早于我國，美、日等國家醫(yī)療信息化已進(jìn)入?yún)^(qū)域衛(wèi)生信息化發(fā)展階段。2004年開始， 美國共建立了150個左右州、區(qū)域或地方性的區(qū)域衛(wèi)生信息組織（Regional Health Information Organization，RHIO）[1-3]。歐盟 “數(shù)字歐洲” 計(jì)劃有效推動了歐洲信息一體化建設(shè)，目前歐洲HIS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些區(qū)域信息系統(tǒng)，如丹麥的“Red System”，管理76所醫(yī)院和診所，并利用局域網(wǎng)和微機(jī)連接形成了一套功能完善的醫(yī)院信息系統(tǒng)。

我國在該領(lǐng)域的起步較晚，先驅(qū)有國家“十一五”科技計(jì)劃支持的廈門市軍民協(xié)同共建醫(yī)療服務(wù)示范工程，該工程以居民電子健康檔案為核心，涵蓋公共衛(wèi)生信息系統(tǒng)、數(shù)字化醫(yī)院、社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)信息系統(tǒng)、衛(wèi)生決策等信息系統(tǒng)[2,4-5]。 上海的醫(yī)聯(lián)工程，聯(lián)網(wǎng)范圍覆蓋到23家市級醫(yī)院及其6家分院，并逐漸完成與長寧、閔行、盧灣三區(qū)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了跨醫(yī)院的信息共享、病人單據(jù)的網(wǎng)上便捷查詢、醫(yī)患信息互通等功能，成為我國聯(lián)網(wǎng)范圍最大的臨床醫(yī)療信息共享系統(tǒng)[2,6]。

1.2 我國區(qū)域醫(yī)療發(fā)展的數(shù)據(jù)異構(gòu)問題

從國外和上海、廈門的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，區(qū)域醫(yī)療的信息化建設(shè)是利用現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，通過使一定區(qū)域內(nèi)各種衛(wèi)生相關(guān)信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生信息資源的交換、存儲和共享，區(qū)域醫(yī)療信息化建設(shè)在技術(shù)層面上的實(shí)質(zhì)是對醫(yī)療數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、分析處理和挖掘。

我國目前對于區(qū)域醫(yī)療信息化的研究主要包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)療業(yè)務(wù)流程的規(guī)范和數(shù)據(jù)存儲模式的設(shè)計(jì)等，數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)仍然是圍繞最初的單個醫(yī)療單位內(nèi)部數(shù)據(jù)共享的模式構(gòu)建的，而多個醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間存在著數(shù)據(jù)庫異構(gòu)、數(shù)據(jù)格式不兼容等問題，網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制、多個機(jī)構(gòu)共享醫(yī)療信息的機(jī)制等問題都影響了區(qū)域醫(yī)療信息化的展開。

本文就區(qū)域醫(yī)療信息化過程中，醫(yī)療的異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享問題展開討論，嘗試采用基于HL7標(biāo)準(zhǔn)和XML數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的中間件，實(shí)現(xiàn)區(qū)域醫(yī)療異構(gòu)系統(tǒng)之間的信息讀取和交換。

2 區(qū)域醫(yī)療的應(yīng)用程序模型設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)的三層分布式應(yīng)用程序模型設(shè)計(jì)

本文在實(shí)施醫(yī)療信息化系統(tǒng)的過程中采用基于.NET的四層分布式應(yīng)用程序模型，其由傳統(tǒng)的三層模型發(fā)展而來?；?NET的三層分布式應(yīng)用程序模型分為表示層( Presentation Layer)、業(yè)務(wù)邏輯層(Business Logic Layer)、數(shù)據(jù)服務(wù)層(Data Layer)。

三層應(yīng)用模型的表示層負(fù)責(zé)與客戶端的通信工作。客戶端一般通過Web瀏覽器向表示層發(fā)送HTTP請求，表示層向客戶端返回HTML頁面。組成表示層的主要有客戶端的軟件組件和應(yīng)用程序，基于B/S架構(gòu)的情況下是Web瀏覽器。

業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)大量的商務(wù)邏輯表示，通過SOAP實(shí)現(xiàn)了表示層與業(yè)務(wù)邏輯層的通信，將業(yè)務(wù)邏輯打包成組件，通過詳細(xì)定義的接口進(jìn)行交互。

數(shù)據(jù)服務(wù)層，采用SQL Server、Sybase和Oracle等數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對實(shí)際數(shù)據(jù)的存儲。

2.2 區(qū)域醫(yī)療平臺的四層分布式程序模型設(shè)計(jì)

區(qū)域醫(yī)療信息化平臺的程序?qū)崿F(xiàn)采用四層分布式模型，見圖1。與傳統(tǒng)的三層模型結(jié)構(gòu)相比，四層模型中業(yè)務(wù)邏輯層與提供數(shù)據(jù)服務(wù)的層次完全分離；數(shù)據(jù)服務(wù)層被拆分為數(shù)據(jù)訪問層(Data Access Layer)和數(shù)據(jù)實(shí)體層( Data Entity Layer)[7]。四層分布式模型的優(yōu)點(diǎn)在于：① 業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)訪問層的分離，使得當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)對象發(fā)生變化時，只需維護(hù)數(shù)據(jù)訪問層的訪問邏輯。系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)生變化時，只需維護(hù)業(yè)務(wù)邏輯層的業(yè)務(wù)邏輯，而無需修改數(shù)據(jù)訪問[8]。② 清晰的層次架構(gòu)有利于分隔代碼，實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。③ 業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)邏輯的區(qū)分，降低了層次間的耦合度，使系統(tǒng)得以擴(kuò)充，系統(tǒng)的可維護(hù)性提高，增強(qiáng)了代碼和資源的復(fù)用、重用能力，對提高軟件開發(fā)效率和軟件質(zhì)量具有非常重要的作用[9]。

圖1 基于.NET的四層分布式應(yīng)用模型Fig.1 Four layer distributed application model based on .NET

3 基于HL7的中間件設(shè)計(jì)

區(qū)域醫(yī)療信息化平臺的實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵是要解決異構(gòu)數(shù)據(jù)的讀取和傳輸。通過對醫(yī)療信息化數(shù)據(jù)存儲和管理、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成方法和存儲模式的廣泛調(diào)研，本文選擇采用基于HL7標(biāo)準(zhǔn)和XML數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的中間件實(shí)現(xiàn)區(qū)域醫(yī)療信息化平臺中異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成。

3.1 HL7標(biāo)準(zhǔn)

HL7參考開發(fā)系統(tǒng)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)OSI(Open System Interconnection)模式，將其規(guī)則對應(yīng)OSI第七層應(yīng)用層。HL7標(biāo)準(zhǔn)提供關(guān)聯(lián)性的分類、結(jié)構(gòu)性資料交換的機(jī)制等，功能上實(shí)現(xiàn)用戶身份審查、安全性檢測、資料交換流程構(gòu)建等。HL7依據(jù)應(yīng)用程序到接口的概念來定義，但HL7標(biāo)準(zhǔn)并不完全遵守OSI定義的數(shù)據(jù)元素，只依據(jù)OSI標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成本身的抽象數(shù)據(jù)類型和編碼規(guī)則。

3.2 中間件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)討論的中間件，是一個系統(tǒng)接口，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享時，不會對現(xiàn)有的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲模型進(jìn)行改造，保證原有系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖2是區(qū)域醫(yī)療信息系統(tǒng)平臺的基于HL7的中間件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。平臺提供直接面向用戶的應(yīng)用程序，為用戶提供訪問中間件的查詢接口。基于B/S的架構(gòu)使得用戶可以直接通過瀏覽器調(diào)用中間件，中間件接到用戶請求，經(jīng)過處理后返回給用戶所需要的XML文檔，并將結(jié)果集成顯示給用戶。

圖2 基于HL7的中間件結(jié)構(gòu)Fig.2 Middleware structure based on HL7

中間件處于平臺與異構(gòu)數(shù)據(jù)源系統(tǒng)之間，為平臺的應(yīng)用程序提供全局模式，完成數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一，與異構(gòu)數(shù)據(jù)源直接產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。中間件的結(jié)構(gòu)包括了由基于HL7的消息解析和映射、消息構(gòu)造、數(shù)據(jù)庫接口和XML包裝器。

3.3 基于HL7的消息結(jié)構(gòu)

以HL7 對消息段的定義，用預(yù)先規(guī)定的唯一的3字符碼標(biāo)識，如MSH（Message header segment）表示消息頭，EVN（Event type segment）事件類型消息段，PID（Patient ID segment）病人ID消息段等。

圖3是HL7 ADT input對病人注冊（register a patient(event)）這一消息的規(guī)則定義，其中MSH、EVN、PID、PV1等為必選消息段。

HL7對消息段對每個三個字符所代表的消息段進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)則定義，圖4為PV1（patient visit segment）的消息規(guī)則定義。

3.4 HL7消息解析流程設(shè)計(jì)

基于HL7的中間件接口，可以將基于HL7的信息轉(zhuǎn)換為用戶理解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于HL7的消息解析是將HL7信息轉(zhuǎn)換為平臺應(yīng)用程序需要數(shù)據(jù)的必經(jīng)過程。消息解析的基本思想：首先以消息的分隔符為標(biāo)志符，分析出消息中的segment、field，構(gòu)造消息的多指針鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過對鏈表的遍歷可以實(shí)現(xiàn)任意一個節(jié)點(diǎn)元素，最后形成完整的消息樹。

圖3 ADT^A04消息規(guī)則Fig.3 Message rule of ADT^A04

圖4 消息段PVI語法規(guī)則Fig.4 Grammar Message segment PVI

這一過程中，最關(guān)鍵的是對字符串的解析，包括兩個方面：① 解析消息頭MSH。以消息分隔符為標(biāo)志，將MSH消息段中的字符串分級到子組件層次，構(gòu)造對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將該節(jié)點(diǎn)作為頭節(jié)點(diǎn)插入到消息鏈表中；② 從上面那步讀取消息類型的代碼，對應(yīng)到消息規(guī)則庫中找到相應(yīng)類型所定義的規(guī)則，按順序讀取消息段，按一定算法構(gòu)造消息。

對中間件設(shè)計(jì)的基于HL7信息的解析過程如下：① 基于MSH消息頭查詢版本信息；② 根據(jù)版本信息，查詢對應(yīng)消息字典；③ 依據(jù)消息字典，構(gòu)建消息語義樹，樹的節(jié)點(diǎn)對應(yīng)消息屬性值。

本系統(tǒng)采用XML樹狀結(jié)構(gòu)來表示，XML語言可以描述數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)，也可以展示整個HL7消息。

3.5 消息字典設(shè)計(jì)

對于HL7消息的解析，需構(gòu)建基于HL7的消息字典，便于用戶來理解基于HL7標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的醫(yī)療信息。我們采用HL7來組織區(qū)域醫(yī)療信息化平臺的消息字典，編寫消息字典主要有兩個目的：

（1）HL7的消息字典是一個比較大的數(shù)據(jù)表，對于區(qū)域醫(yī)療信息化平臺的開發(fā)，各個開發(fā)人員面對的可能是不同的功能模塊，但涉及到的醫(yī)療信息可能是交叉的，所以需要編寫編碼層面的消息字典，統(tǒng)一規(guī)則。

（2）編寫消息字典，可以方便系統(tǒng)使用者，能使用戶能在短時間內(nèi)從龐大的消息庫中，理解他所需的消息段的解釋說明書。

HL7消息中，MSH消息頭不僅存儲著消息的HL7版本，還存儲了該消息的類型。確定了消息類型，也就指定了該消息類型下消息段的排列和種類。我們對消息字典的設(shè)計(jì)正是基于對HL7消息本身的結(jié)構(gòu)解析，圖5為消息字典的結(jié)構(gòu)模型。消息字典的三層次結(jié)構(gòu)正是基于消息模型本身的結(jié)構(gòu)，這種形式的消息字典提供給平臺開發(fā)人員，而平臺為用戶提供的信息系統(tǒng)說明書，正是基于消息字典編制而來。

圖5 消息字典結(jié)構(gòu)Fig.5 Message dictionary structure

4 XML數(shù)據(jù)庫接口設(shè)計(jì)

4.1 XML數(shù)據(jù)庫接口模型設(shè)計(jì)

中間件通過數(shù)據(jù)接口與各種異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行連接，進(jìn)而獲取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。區(qū)域醫(yī)療信息化系統(tǒng)平臺需要協(xié)調(diào)的系統(tǒng)比較多，因此開發(fā)一種完全統(tǒng)一的接口即實(shí)現(xiàn)各個系統(tǒng)間的通訊是不太可能的，需要為每個接入平臺的系統(tǒng)開發(fā)數(shù)據(jù)接口，但每個接口的整體的設(shè)計(jì)理念、方法是一致的。

中間件使用的數(shù)據(jù)庫接口，從根本上來說是對各個醫(yī)院、醫(yī)療信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用集成（Enterprise Application Integration，EAI）。EAI通過建立底層結(jié)構(gòu)，來聯(lián)系橫貫整個企業(yè)的異構(gòu)系統(tǒng)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)源等，完成在企業(yè)內(nèi)部的 ERP、CRM、SCM、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫，以及其他重要的內(nèi)部系統(tǒng)之間無縫地共享和交換數(shù)據(jù)的需要[10]?；贖L7的中間件，其數(shù)據(jù)庫的接口主要采用基于XML的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，圖6是數(shù)據(jù)庫接口模型圖。

圖6 XML數(shù)據(jù)庫接口模型Fig.6 XML database interface model

4.2 XML文檔與數(shù)據(jù)庫之間的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

XML文檔與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是區(qū)域醫(yī)療信息化平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的核心。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，包括了數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)表定義的結(jié)構(gòu)、實(shí)體的完整性約束、參照完整性約束等內(nèi)容。在數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程中，針對不同的內(nèi)容進(jìn)行分類，形成不同層次的轉(zhuǎn)換。

圖7是XML文檔與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之間的對應(yīng)關(guān)系，由圖7可知這兩者的對應(yīng)關(guān)系包含了數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模式這兩個層次。數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系指的是關(guān)系型數(shù)據(jù)表的記錄被讀取后生成關(guān)系數(shù)據(jù)，嵌入到XML文檔中。模型的對應(yīng)主要分為兩個部分，第一部分是指關(guān)系型數(shù)據(jù)表里數(shù)據(jù)類型、精度、默認(rèn)值等信息，這些信息被讀取后需對應(yīng)成關(guān)系型的結(jié)構(gòu)信息，再轉(zhuǎn)換成XML模式中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第二部分指的是約束模型，也是關(guān)系型約束要轉(zhuǎn)換為XML模式下的約束。

圖7 XML文檔與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對應(yīng)關(guān)系Fig.7 Correspondence between XML documents and relational databases

5 基于HL7的中間件實(shí)現(xiàn)

區(qū)域醫(yī)療信息化平臺實(shí)現(xiàn)對各個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)共享，其基本的原理是通過對各個醫(yī)療單位HIS系統(tǒng)內(nèi)病人數(shù)據(jù)的讀取，基于XML接口轉(zhuǎn)換成本地視圖，通過平臺提供的應(yīng)用程序提供給用戶。基于HL7中間件的實(shí)現(xiàn)，我們以某地區(qū)某醫(yī)院提供的病人就診病歷為實(shí)例來說明。

基于對該地區(qū)需接入醫(yī)療信息化平臺的各個醫(yī)院、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析，我們首先構(gòu)造基于這些數(shù)據(jù)的本地視圖表，并構(gòu)建與之對應(yīng)的HL7消息模型，以病人電子病歷為例子，見表1。

視圖表構(gòu)建了原信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)與基于HL7標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔之間的對應(yīng)關(guān)系，通過中間件的映射，原數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息被轉(zhuǎn)換為基于XML文檔的數(shù)據(jù)格式。

6 展望

區(qū)域醫(yī)療異構(gòu)數(shù)據(jù)中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使得區(qū)域內(nèi)醫(yī)院、醫(yī)療單位之間的數(shù)據(jù)共享成為可能，系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫接口等功能全面、完善都為平臺的運(yùn)行提高了效率。但隨著社會的發(fā)展，人們對于區(qū)域醫(yī)療的服務(wù)要求越來越高，區(qū)域醫(yī)療信息化的實(shí)現(xiàn)不僅僅是技術(shù)上的難題，類似于“看病難，看病貴”的問題也是社會公共管理需要關(guān)注的領(lǐng)域。未來區(qū)域醫(yī)療信息化的發(fā)展還要很多需要突破的研究：① 醫(yī)療數(shù)據(jù)流通的效率，區(qū)域醫(yī)療信息化平臺實(shí)現(xiàn)的是各個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的傳輸問題，因此效率相對較低；② 區(qū)域醫(yī)療信息化平臺最大的用戶是區(qū)域內(nèi)的居民，區(qū)域醫(yī)療信息化平臺實(shí)現(xiàn)了對這些居民醫(yī)療信息的共享，這就涉及到居民個人隱私的問題，這也是未來需要關(guān)注的一個領(lǐng)域。

表1 病人住院信息表Tab.1 Patient information sheet

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lmplementation of Heterogeneous Data Sharing in Regional Medical Treatment Based on HL7 Middleware

【W(wǎng)riter】LU Yuhong

Information Office, the Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong, 226001

This paper introduces the current situation of the development of regional medical information in our country, analyzes the problem of heterogeneous data sharing, and tries to realize the heterogeneous information sharing by middleware based on HL7.

HL7, middleware, regional medical treatment

TP311.13；R197.1

A

1671-7104(2017)01-0066-04

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.01.018

2016-05-31

南通大學(xué)人文社會科學(xué)研究項(xiàng)目（13W67，13W68）

陸宇宏，E-mail：23408452@qq.com