基于Web Service技術(shù)的醫(yī)院數(shù)據(jù)交換集成平臺設(shè)計與實現(xiàn)

周渝霞 王 東 何 欣 李 源*

隨著醫(yī)院信息化的發(fā)展，醫(yī)院從單個系統(tǒng)到多個系統(tǒng)，最終向區(qū)域化和集成化發(fā)展，這必然要求多系統(tǒng)之間的協(xié)同交互。當(dāng)前，由于國家醫(yī)療改革的要求，集團(tuán)化醫(yī)療和區(qū)域化醫(yī)療成為發(fā)展趨勢，使得院際之間、醫(yī)院集團(tuán)內(nèi)部不同院區(qū)之間的系統(tǒng)要做到互聯(lián)互通，成為驅(qū)動集成平臺建設(shè)的必然選擇。為此，本研究設(shè)計一個基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Web Service)技術(shù)的醫(yī)院數(shù)據(jù)交換集成平臺。

1 醫(yī)院數(shù)據(jù)交換集成平臺

在醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospital information system，HIS)內(nèi)部，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間往往采取點對點的交換方式或開放數(shù)據(jù)庫的方式，各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和子系統(tǒng)之間的連接通常為開放式，子系統(tǒng)之間通過數(shù)據(jù)庫操作實現(xiàn)文件的互聯(lián)互通。由于HIS內(nèi)部大量的業(yè)務(wù)系統(tǒng)交互，點對點的交換或開放數(shù)據(jù)庫的方法連接繁雜且效率低下，其表現(xiàn)為：①各系統(tǒng)的耦合度高，對HIS數(shù)據(jù)庫依賴高，業(yè)務(wù)的連續(xù)性風(fēng)險高；②接口數(shù)量多，冗余多，維護(hù)成本高，難以管理；③HIS系統(tǒng)壓力大，效率低，易鎖表，技術(shù)漏點多；④標(biāo)準(zhǔn)化程序低，不適于醫(yī)院內(nèi)部和區(qū)域化各集團(tuán)內(nèi)部互聯(lián)互通的要求。因此，迫切需要一種新的數(shù)據(jù)集成交換方法來解決多系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互與訪問。

2 醫(yī)院數(shù)據(jù)交換集成平臺架構(gòu)及功能

2.1 集成平臺

集成平臺屬于系統(tǒng)服務(wù)程序，在操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間工作[1]。集成平臺連接2個或更多的應(yīng)用系統(tǒng)，在2個或多個應(yīng)用系統(tǒng)間提供連接和協(xié)同工作的功能。即借助1個平臺，使用相同的操作來調(diào)用不同的系統(tǒng)提供商生產(chǎn)的各子系統(tǒng)服務(wù)的功能。HIS集成平臺是分布式、基于消息、遵循國際健康等級7(health level seven，HL7)標(biāo)準(zhǔn)和醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信(digital imaging and communications of medicine， DICOM)等其他技術(shù)規(guī)范的解決方案，在醫(yī)院內(nèi)各種異構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)、平臺和服務(wù)之間進(jìn)行可靠的通信時提供可用的基礎(chǔ)設(shè)施。

集成平臺的設(shè)計利用信息技術(shù)的拓展，采用基于面向服務(wù)的架構(gòu)(service oriented architecture，SOA)、HL7 V3、DICOM標(biāo)準(zhǔn)的消息模型和臨床文檔架構(gòu)(clinical document architect，CDA)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，主數(shù)據(jù)在平臺上供所有系統(tǒng)調(diào)閱，保證了數(shù)據(jù)的一致性。平臺具備許多優(yōu)勢：一次發(fā)送消息多系統(tǒng)訂閱、降低HIS業(yè)務(wù)系統(tǒng)的壓力、擴(kuò)展系統(tǒng)快速簡便上線、簡化接口方式，包括：存儲過程、視圖、動態(tài)鏈接庫、soket應(yīng)用程序編程接口(application programming interface，API)中間庫簡化為消息隊列(message queue，MQ)和Web Service兩種方式[2]。方法是在業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間采用信息交換和傳輸標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，通過消息傳輸機(jī)制，實現(xiàn)業(yè)務(wù)間的數(shù)據(jù)傳遞，達(dá)到互聯(lián)互通的目的，常用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)和傳輸協(xié)議有Web Service、Active MQ、HL7 V2和HL7 V3。

2.2 數(shù)據(jù)交換集成架構(gòu)

數(shù)據(jù)共享交換的內(nèi)容實體是數(shù)據(jù)信息，需要解決的核心業(yè)務(wù)問題是數(shù)據(jù)從各應(yīng)用系統(tǒng)安全接入到數(shù)據(jù)中心[3-4]。因此，數(shù)據(jù)交換集成平臺設(shè)計的基本理念是以數(shù)據(jù)為核心，以業(yè)務(wù)流程為主線，以需求為導(dǎo)向，建立醫(yī)院集成信息交換平臺，采用數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、編目及整理，現(xiàn)醫(yī)院數(shù)據(jù)分類歸檔、授權(quán)應(yīng)用；建立數(shù)據(jù)交換接口和共享機(jī)制，解決數(shù)據(jù)交換和共享的問題；通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與對接，解決信息孤島問題。通過數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)集成交換平臺的接口將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心；同時將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交換平臺接口傳輸給其他需要的系統(tǒng)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)共享交換時，各個系統(tǒng)按照HL7標(biāo)準(zhǔn)交互操作接口規(guī)范和數(shù)據(jù)規(guī)范，實現(xiàn)各信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的無縫對接，醫(yī)院數(shù)據(jù)交換集成平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)交換集成平臺架構(gòu)圖

醫(yī)院數(shù)據(jù)交換集成平臺與各系統(tǒng)業(yè)務(wù)采用星型-總線型交換結(jié)構(gòu)，所有交換服務(wù)均為集成平臺，只需管理集成平臺的服務(wù)，各系統(tǒng)之間不進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)中心公開的Web服務(wù)主要用于共享數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以通過公開Web消息服務(wù)的方式向數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)，各系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心通過Web Service接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接口采用中立的方式進(jìn)行定義，其獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，構(gòu)建在各個系統(tǒng)中的服務(wù)可以使用一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[5-6]。

2.3 數(shù)據(jù)交換流程

數(shù)據(jù)交換能夠滿足不同信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)資源的共享需要，依據(jù)一定的原則，采取相應(yīng)的技術(shù)，實現(xiàn)不同信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)資源共享的過程。數(shù)據(jù)交換集成平臺由中心交換節(jié)點和端交換節(jié)點組成，依托數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過采用一致的交換協(xié)議，不僅可以實現(xiàn)醫(yī)院間各系統(tǒng)的信息交換，實現(xiàn)跨地區(qū)、跨醫(yī)療系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)集成平臺提供交換數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理和分發(fā)服務(wù)，實現(xiàn)交換節(jié)點之間的數(shù)據(jù)路由功能和傳送功能[7-8]。中間庫是數(shù)據(jù)中心提供交換數(shù)據(jù)的存儲庫，中間庫提供交換數(shù)據(jù)的存儲庫、數(shù)據(jù)寫入和讀取接口及文件上傳和下載接口，業(yè)務(wù)系統(tǒng)與中間庫通過交換橋接交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。中間庫可以是虛擬數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)交換過程可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分發(fā)3個階段。

(1)數(shù)據(jù)采集。業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括實驗室信息系統(tǒng)(laboratory information system，LIS)、影像歸檔及傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems，PACS)等，系統(tǒng)產(chǎn)生需要交換數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)街行墓?jié)點的采集服務(wù)中間信息庫。對于現(xiàn)有信息系統(tǒng)通過Web Service接口進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動同步。

(2)數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過中心節(jié)點的各種異構(gòu)數(shù)據(jù)，通過各類技術(shù)手段進(jìn)行清洗、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)含義轉(zhuǎn)換、重新編目等整理后，形成符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存入到臨床數(shù)據(jù)庫(clinical data repository，CDR)，需要交換時再從中心節(jié)點傳輸?shù)椒职l(fā)服務(wù)數(shù)據(jù)庫。

(3)數(shù)據(jù)分發(fā)。數(shù)據(jù)從中心節(jié)點的分發(fā)服務(wù)數(shù)據(jù)庫傳輸并轉(zhuǎn)換到接收方的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，平臺統(tǒng)一采用基于Web Service的Web共享服務(wù)方式提供消息服務(wù)的調(diào)用接口，通過建立規(guī)范的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)和交換協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，方便相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。行業(yè)內(nèi)已建系統(tǒng)采用應(yīng)用程序接口(application programming interface，API)進(jìn)行對接，數(shù)據(jù)中心作為服務(wù)器端提供相關(guān)接口，由其他系統(tǒng)開發(fā)商生成對應(yīng)的客戶端，進(jìn)行對應(yīng)開發(fā)后，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。新建系統(tǒng)采用Web Service技術(shù)進(jìn)行功能嵌入。

3 醫(yī)院數(shù)據(jù)交換集成平臺Web Service技術(shù)

3.1 Web Service接口技術(shù)

Web Service是一種面向服務(wù)的架構(gòu)技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)的Web協(xié)議提供服務(wù)，保證不同平臺的應(yīng)用服務(wù)可以互操作[9]。Web Service是一個模塊化的API，其可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)用，執(zhí)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)的請求任務(wù)，用于異構(gòu)環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)的通信與協(xié)作。Web Service技術(shù)可使運行在不同服務(wù)器上的應(yīng)用中，無須借助第三方軟件或硬件進(jìn)行交換數(shù)據(jù)或集成。Web Service技術(shù)是一種跨語言和平臺的遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)，服務(wù)端可以將自己的系統(tǒng)服務(wù)以Web Service方式發(fā)布，客戶端通過超文本傳輸協(xié)議(hyper text transfer protocol，HTTP)進(jìn)行調(diào)用，而無需明白所請求的服務(wù)如何實現(xiàn)。Web Service體系架構(gòu)如圖2所示。

圖2 Web Service體系架構(gòu)圖

3.2 Web Service相關(guān)技術(shù)

簡單對象訪問協(xié)議(simple object access protocol，SOAP)，其主要用于執(zhí)行與調(diào)用服務(wù)間的通信[10-11]。SOAP是一種簡單、輕量級的基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言(extensible markup language，XML)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制，其主要作用是在分散的或分布式環(huán)境中，實現(xiàn)信息的交換。SOAP可實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的互操作，能夠克服平臺與防火墻之間的限制，使通信各方能夠在Internet上，實現(xiàn)良好的信息交換。該標(biāo)準(zhǔn)是基于XML的標(biāo)淮，因此可使不同計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、語言和操作系統(tǒng)間正常通信。SOAP協(xié)議規(guī)范了消息處理過程，并涉及性能與安全性問題。SOAP自身不定義任何應(yīng)用語義，只定義簡單的機(jī)制，通過模塊化的模型以及對模塊中已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編碼來表示應(yīng)用語義。SOAP協(xié)議是在XML標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上定義，繼承XML的開放性與可擴(kuò)展性。SOAP使用基于傳輸控制協(xié)議/Internet協(xié)議(transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP)的應(yīng)用層協(xié)議，包括HTTP、SMTP、文件傳輸程序(file transfer program，F(xiàn)TP)等，獲得與現(xiàn)有通信技術(shù)的最大兼容性。

3.3 應(yīng)用效果

(1)消息平臺監(jiān)控。數(shù)據(jù)集成平臺的建設(shè)，實現(xiàn)了異構(gòu)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的高度共享，以及醫(yī)院內(nèi)各信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。集成平臺的建設(shè)，實現(xiàn)了各個不同信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的傳遞和交換，使這些數(shù)據(jù)不再受到接口的限制，統(tǒng)一的監(jiān)控平臺，減少了故障運維的時間，提高了醫(yī)院業(yè)務(wù)的在線率。醫(yī)院集成平臺的高效和平穩(wěn)運行對整個臨床業(yè)務(wù)的持續(xù)運作起到了至關(guān)重要的作用。通過從MQ消息總量、消息平時耗時、錯誤消息量和消息積壓量4個指標(biāo)，對2016年集成平臺的多個MQ服務(wù)的監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，其結(jié)果顯示，MQ的消息總量始終保持在每月百萬數(shù)量級，消息從接收到轉(zhuǎn)發(fā)的平均耗時都保持在毫秒級，除個別時段消息有積壓，其余時段消息幾乎是全部轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務(wù)系統(tǒng)，集成平臺始終保持在高效運行的水準(zhǔn)。系統(tǒng)消息集成傳輸監(jiān)控界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)消息集成傳輸監(jiān)控界面圖

(2)患者統(tǒng)一視圖?；跀?shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合是患者統(tǒng)一視圖展現(xiàn)性應(yīng)用，視圖均基于B/S架構(gòu)開發(fā)，可以嵌入到任何業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，如醫(yī)生站、醫(yī)技系統(tǒng)及手術(shù)麻醉系統(tǒng)等。依賴于數(shù)據(jù)中心全量數(shù)據(jù)整合的優(yōu)勢，臨床醫(yī)生通過患者統(tǒng)一視圖，不但可查看當(dāng)次就診記錄，而且可對患者歷次就診記錄進(jìn)行回顧性查看，包括門診和住院全部的就診記錄。將患者歷次就診信息按照時間序列以及每次就診的詳細(xì)醫(yī)囑、診斷、病歷、手術(shù)等信息按照臨床邏輯進(jìn)行展現(xiàn)，方便醫(yī)生對患者的既往病史的完整了解，極大提高了臨床醫(yī)生的診療效率?；颊呓y(tǒng)一視圖的檢查報告如圖4所示。

圖4 患者統(tǒng)一視圖的檢查報告界面圖

4 結(jié)論

醫(yī)院數(shù)據(jù)集成平臺建設(shè)重點解決了醫(yī)院來自不同廠家異構(gòu)系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)共享以及數(shù)據(jù)交換傳輸標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)問題。集成平臺能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)院與其他醫(yī)院及機(jī)構(gòu)的平滑連接、減少系統(tǒng)間的相互影響，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)升級的方便性，Web Service技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)無疑是最好的選擇。面向服務(wù)的Web Service，以XML標(biāo)準(zhǔn)作為標(biāo)準(zhǔn)化信息載體，并結(jié)合數(shù)據(jù)交換服務(wù)總線技術(shù)等輔助，通過統(tǒng)一的業(yè)務(wù)交換服務(wù)平臺標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)醫(yī)院信息資源整合與利用。其優(yōu)勢在于將系統(tǒng)之間的點對點的接口方式改變?yōu)橥ㄟ^消息引擎統(tǒng)一管理，使業(yè)務(wù)交互和數(shù)據(jù)利用與前端應(yīng)用系統(tǒng)分離，極大減少對業(yè)務(wù)前端系統(tǒng)的頻繁查詢與調(diào)閱。此外，集成平臺可實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程智能化管控，通過使用工作流引擎等技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的控制和管理，保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換的完整性、核心應(yīng)用系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，輕松實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的連續(xù)性，為構(gòu)建醫(yī)院臨床和科研數(shù)據(jù)中心打下基礎(chǔ)。

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