FHIR數(shù)據(jù)集成平臺(tái)研究及其在連續(xù)醫(yī)療中的應(yīng)用*

唐春波，郭文明△，嚴(yán)靜東，蔡榮杰，楊小燕

(1.南方醫(yī)科大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心，廣東 廣州 510515；2.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院信息科,廣東 廣州 510515)

1 引 言

根據(jù)調(diào)查顯示，國內(nèi)成人慢病患者占有率非常高，其死亡率高居榜首[1]。連續(xù)醫(yī)療護(hù)理方式在提高慢病患者生存質(zhì)量，降低患者死亡率，降低醫(yī)療費(fèi)用等方面有積極作用[2-5]。連續(xù)醫(yī)療依賴診療業(yè)務(wù)、信息和人際關(guān)系的連續(xù)[6]，具體實(shí)現(xiàn)基于角色間的信息流通。將院內(nèi)和院外兩類不同診療護(hù)理領(lǐng)域的多方信息交互，是構(gòu)建連續(xù)醫(yī)療生態(tài)圈的基礎(chǔ)。主要有信息流、技術(shù)流方面的挑戰(zhàn)。

從信息流看，醫(yī)院和家庭之間的診療信息流不能構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)?；颊咧荒塬@取紙質(zhì)版出院醫(yī)囑、診斷報(bào)告等信息。醫(yī)生通常用電話隨訪等方式獲取患者院后診療信息。這些方式有易丟失、隱私泄露，執(zhí)行效率低、可靠性低等缺陷。當(dāng)患者轉(zhuǎn)院診療時(shí)，醫(yī)院和家庭之間信息流的斷裂，進(jìn)一步影響醫(yī)院和醫(yī)院之間信息流的閉環(huán)。目前，多數(shù)研究集中于院間或院后家庭照護(hù)系統(tǒng)間的集成[7]，無法為“分級(jí)雙環(huán)連續(xù)醫(yī)療”提供一個(gè)信息交互平臺(tái)。

從技術(shù)上看，為解決異構(gòu)系統(tǒng)集成的語法和語義互操作挑戰(zhàn)[8-9]，選擇HL7的V2、V3作為數(shù)據(jù)、消息模型，并綁定SNOMED(the systematized nomenclature of human and veterinary medicine,SNOMED )、LOINC(logical observation identifiers names and codes，LOINC)等術(shù)語系統(tǒng)。為解決異構(gòu)分布系統(tǒng)消息通信問題，選擇SOAP(simple object access protocol，SOAP)WebService(大Web服務(wù))為通用規(guī)范集成技術(shù)，XML為通用數(shù)據(jù)格式。從實(shí)踐來看，基于SOAP的大Web服務(wù)是一種緊耦合的重量級(jí)協(xié)議。其消息的封裝與解析給移動(dòng)客戶端帶來負(fù)擔(dān)。HL7 V2標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)老舊，不容易定制、擴(kuò)展，消息不適合跨機(jī)構(gòu)傳遞。V3定義了互操作的通用模型，但實(shí)例龐大，實(shí)施非常困難。在資源緊缺的連續(xù)醫(yī)療生態(tài)圈內(nèi)采用這些技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)以達(dá)到數(shù)據(jù)交互目標(biāo)，工作量大、效率低、投入大等。

FHIR(快速醫(yī)療互操作性資源)是HL7繼V2、V3后推出的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。它將臨床概念細(xì)粒度模型定義為“資源”，結(jié)構(gòu)見圖1[10]。資源由元素、敘述和擴(kuò)展三部分構(gòu)成。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范具有如下特點(diǎn)：

(1) FHIR是面向開發(fā)者人員的：FHIR采用XML、UML等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建數(shù)據(jù)資源集合，以Web技術(shù)為通信基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。開發(fā)者熟悉這些技術(shù)，容易上手。

(2) FHIR是面向Web的：FHIR采用REST(representational state transfer，REST) WebService構(gòu)建分布式資源數(shù)據(jù)集成機(jī)制。

(3) FHIR是面向移動(dòng)終端技術(shù)：REST API技術(shù)支持構(gòu)建輕量級(jí)移動(dòng)客戶端，非常適合院外移動(dòng)健康護(hù)理。

FHIR標(biāo)準(zhǔn)是云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)醫(yī)療等技術(shù)、概念融合產(chǎn)生的適合于當(dāng)代醫(yī)療信息化的一個(gè)新規(guī)范。

圖1 FHIR的資源結(jié)構(gòu)

FHIR定義了三個(gè)與術(shù)語相關(guān)的資源來管理術(shù)語編碼系統(tǒng)的值集、術(shù)語概念間的映射和系統(tǒng)的命名空間。能支持與必要的術(shù)語系統(tǒng)進(jìn)行相互引用，解決資源中涉及到的疾病、藥品、觀測(cè)指標(biāo)等語義操作問題[11]。

本研究首先對(duì)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)和方法進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)基于FHIR標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)簡略架構(gòu)。其次分析平臺(tái)的應(yīng)用情景以及實(shí)際的布署環(huán)境和效果圖。最后指明設(shè)計(jì)方案的缺陷和不足，并提出進(jìn)一步的研究方案。

2 方法

數(shù)據(jù)集成平臺(tái)涉及的邏輯功能組件多。在此，選擇幾個(gè)關(guān)鍵的組件進(jìn)行研究。

2.1 資源模型的本地化

參考其它標(biāo)準(zhǔn)使用，對(duì)FHIR標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行本地化處理，進(jìn)而支撐連續(xù)性醫(yī)療數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的搭建[12-13]。以Patient Resource為例，本地化一個(gè)資源，其示范見圖2：

圖2 FHIR的橫型本地化

其中，Patient Resources的name標(biāo)簽添加FormerNameExt屬性以標(biāo)識(shí)患者的曾用名，主要用于患者的交叉索引獲取完整的診療信息。添加PhysicalInformation Out屬性標(biāo)記患者帶出院外的診療資料(如病歷、膠片)，該屬性用于提示醫(yī)生患者院外擁有的診療信息，非常適合院外診治活動(dòng)。連續(xù)醫(yī)療領(lǐng)域的核心信息模型，如醫(yī)生、臨床報(bào)告、患者管理等“資源”均需進(jìn)行一定配置，這里不一一舉例。

2.2 V2、V3、CDA等消息轉(zhuǎn)化為FHIR對(duì)象

當(dāng)前醫(yī)院的醫(yī)療信息系統(tǒng)采用的都是非FHIR標(biāo)準(zhǔn)格式的信息模型，故當(dāng)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)集成平臺(tái)時(shí)需進(jìn)格式轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化過程采用ETL(extract-transform-load，ETL)模式[14]。

以V2消息為例。平臺(tái)輸入適配器從外部接收需存入平臺(tái)的V2消息，信息提取器(V2.model.extractor)對(duì)其進(jìn)行內(nèi)容的提取，并使用XML解析編碼類將V2格式轉(zhuǎn)化為XML形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。FHIR的適配器包含映射、過濾兩個(gè)組件。映射組件將V2的XML 格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為FHIR 資源的XML模型，該過程有個(gè)Validator類來驗(yàn)證FHIR XML模型的有效性。過濾組件則進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，保持轉(zhuǎn)化前后的數(shù)據(jù)一致性。當(dāng)轉(zhuǎn)化為FHIR的XML格式時(shí)使用EMF(Eclipse Modeling Framework)框架[15]進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為FHIR類模型(POJO對(duì)象)，最終寫入數(shù)據(jù)庫。見圖3。

V3、CDA等其它的消息轉(zhuǎn)換過程類似。需要注意的是要申明需轉(zhuǎn)換消息的版本信息以使轉(zhuǎn)化順利進(jìn)行。

2.3 安全邏輯類

數(shù)據(jù)集成平臺(tái)通過廣域網(wǎng)和其它系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，容易被黑客等攻擊。平臺(tái)采用SSL/TLS方式對(duì)HTTP進(jìn)行安全增強(qiáng)外，并充分利用HTTP請(qǐng)求的Referer屬性以防止外連接。為此提供了http://******.edu.cn/Frame/Login.htm和http://******.edu.cn/Frame/MainDefault.aspx?uid2=*****作為可靠的請(qǐng)求頁面。同時(shí)為患者添加群、組兩個(gè)字段，即PatientRepSafe=(S,G,F)，其中S代表其它安全字段集合如角色，技術(shù)級(jí)別等。一般G和科室或者疾病對(duì)應(yīng)，F(xiàn)則對(duì)應(yīng)群里面的組。只有滿足G、F字段的醫(yī)護(hù)人員才能對(duì)患者的診療信息進(jìn)行操作，這可以保護(hù)患者的隱私和信息安全。

2.4 FHIR對(duì)象數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫

當(dāng)非FHIR格式的消息轉(zhuǎn)化為FHIR類對(duì)象時(shí)，F(xiàn)HIR 構(gòu)造器運(yùn)用FHIR Java 參考實(shí)現(xiàn)(標(biāo)準(zhǔn)Java庫實(shí)現(xiàn)FHIR)生成FHIR序列化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(XML or JSON)存入數(shù)據(jù)庫。

其余邏輯類包含：(1)訪問與交互模塊。支撐可靠的Web服務(wù)客戶端，用戶能夠安全可靠的訪問資源并進(jìn)行交付操作。

(2) 面向服務(wù)的應(yīng)用程序接口(SOA API)。充分利用HTTP的可靠性和簡化的CURD交互風(fēng)格以及可緩存的能力，提高交互的效率。

(3)業(yè)務(wù)流程管理模塊?？梢钥焖?、簡便且不間斷的修改和補(bǔ)充成新的業(yè)務(wù)流程。能夠縮短服務(wù)集成的周期并降低投入。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)模型

3 平臺(tái)實(shí)施與驗(yàn)證

3.1 數(shù)據(jù)平臺(tái)在連續(xù)醫(yī)療護(hù)理生態(tài)圈的應(yīng)用場(chǎng)景

連續(xù)醫(yī)療是醫(yī)生和患者從院內(nèi)到院外的一個(gè)診療活動(dòng)過程，并伴隨診療信息的流轉(zhuǎn)(含紙質(zhì)版)。電子化形式的信息流轉(zhuǎn)見圖4。

圖4 數(shù)據(jù)集成平臺(tái)在連續(xù)醫(yī)療中的應(yīng)用場(chǎng)景

過程如下：

(1) 患者在醫(yī)院配合醫(yī)生進(jìn)行診療，產(chǎn)生個(gè)人診療信息，存儲(chǔ)在院內(nèi)。

(2) 需連續(xù)診療的患者出院后，醫(yī)生將其信息推入院后云服務(wù)平臺(tái)。

(3) 醫(yī)生在家庭為患者進(jìn)行診療，通過移動(dòng)終端訪問平臺(tái)中的診療信息輔助診斷。

(4) 醫(yī)生將院后診療信息寫入PHR后推入院后云服務(wù)平臺(tái)。

(5) 平臺(tái)中診療數(shù)據(jù)供有權(quán)限醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員和患者使用。

其中(1) 和部分(4)過程主要通過局域網(wǎng)(LAN)完成信息的傳輸，(2) 、(3)、(5)和部分(4)則通過廣域網(wǎng)(WAN)進(jìn)行通信。通過這個(gè)院后數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，患者在醫(yī)院和院外的診療信息形成一個(gè)閉環(huán)，為醫(yī)生提供完整的診療信息。不僅能提高診療質(zhì)量和效率，還方便患者本身隨時(shí)了解自身的健康狀況。

3.2 平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)例

實(shí)際的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)搭建在Window Server 2012系統(tǒng)(RAM為128GB)上，Web服務(wù)器為Tomcat 7.0.72。其實(shí)際效果見圖5：A圖為電腦端采用搜狗游覽器的顯示效果；B圖是移動(dòng)客戶端的顯示效果，其環(huán)境為Android 4.0。試驗(yàn)平臺(tái)布署在南方醫(yī)科大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心，與其對(duì)接的有南方醫(yī)院等機(jī)構(gòu)。平臺(tái)試用三個(gè)月期間，相關(guān)科室醫(yī)生和患者均使用滿意。平臺(tái)能夠?yàn)樵簝?nèi)外的醫(yī)生提供患者院內(nèi)外診療信息，明顯提高其在院外診療服務(wù)的質(zhì)量和效率。能夠支撐患者隨時(shí)隨地獲取診療信息。

圖5平臺(tái)支撐的客戶端使用效果，其中A為醫(yī)生使用電腦訪問平臺(tái)數(shù)據(jù)；B為移動(dòng)終端訪問患者平臺(tái)內(nèi)的診療信息

Fig5Theclientuseeffectsupportedbyplatform.theAisdoctorsusecomputeraccesspatient’sdiaguosisandtreatmentdatainplatform:andBusemobileterminals

4 討論與結(jié)論

針對(duì)連續(xù)醫(yī)療護(hù)理中，醫(yī)院和家庭的診療信息流無法閉環(huán)的挑戰(zhàn)。采用基于RESTful WebService 的 FHIR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范構(gòu)建數(shù)據(jù)集成平臺(tái)連接各系統(tǒng)。由于使用FHIR作為核心的信息模型，擴(kuò)展部分即本地化的一些屬性，會(huì)帶來語義無法統(tǒng)一問題。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)醫(yī)生在院外為患者診治時(shí)，治療藥物的獲取方式是另外一個(gè)挑戰(zhàn)。目前設(shè)想的是由醫(yī)生和患者共同決定藥品提供商和物流提供商。這需要將兩個(gè)提供商的服務(wù)信息注冊(cè)到數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，以供醫(yī)生和患者協(xié)商選用。其中涉及到的物流和信息流是下一步的研究方向。

本研究采用FHIR作為信息標(biāo)準(zhǔn)搭建平臺(tái)，與V2和V3相比，其數(shù)據(jù)細(xì)粒度更適合臨床信息的表達(dá)，并且實(shí)施快捷，資源投入較少。而以RESTful WebService為服務(wù)集成和應(yīng)用機(jī)制能減輕移動(dòng)終端的負(fù)擔(dān)。上述優(yōu)勢(shì)使該數(shù)據(jù)集成平臺(tái)能夠很好作為醫(yī)院和醫(yī)院外醫(yī)療護(hù)理信息系統(tǒng)間相互溝通的橋梁，支持連續(xù)性醫(yī)療護(hù)理高效安全可靠的進(jìn)行。