基于云计算的区域电子健康档案数据中心平台

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  摘 要: 有效地使用电子健康档案(EHR)被证实可以对提高医疗服务质量和降低医疗服务费用产生潜在的促进作用。云计算技术的出现为区域性电子健康档案数据中心的建设提供了必要的支持。从EHR互操作框架模型和云计算技术支撑模型的角度出发,提出了一套切实可行的解决方案。该系统原型可动态地发现不同的医院信息系统(HIS)数据源,并利用运行在私有云中的组件程序进行互操作。
  关键词: 数字医疗; 电子健康档案; 文档模板规范; 互操作性; 云计算
  中图分类号:TP319 文献标志码:A 文章编号: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
  我国卫生体制五项重点改革的首要任务就是加快推进基本医疗保障制度建设,同时把医疗信息系统提高至支持新医改的“四梁、八柱”方案中惟一的技术性支柱的地位。在2011年卫生部发布的“十二五”卫生信息化建设目标中,把区域电子健康档案的建设、推广和应用列为医改紧迫需求的关键项目之一。
  健康档案是居民健康管理(疾病防治、健康保护、健康促进等)过程的规范、科学记录,是以居民个人健康为核心,贯穿其整个生命过程,涵盖各种健康相关因素,实现多渠道信息动态收集,满足居民自我保健和健康管理及健康决策需要的信息资源[1]。电子健康档案则是将健康档案所涉及的相关信息输入计算机,建立起完整的网络信息系统,将健康档案信息化[2]。有效使用电子健康档案(EHR),可以对提高医疗服务质量和降低医疗服务费用有潜在的促进作用[3]。但是现阶段,我国的电子健康档案,特别是区域卫生信息中心的建设及推广并不顺利,大多数仍然采用手工纸质档案或打印纸质档案的形式保存。现有健康档案的产生模式如图1所示。
  已上线的区域示范项目也深受到传统HIS应用模式的影响,基本采用基于关系型数据库的存储方式,这使系统的扩张和规模都受到了限制,无法有效利用现有的HIS数据源。据卫生部委托中国医院协会信息管理专业委员会(CHIMA)的调研报告显示:截止至2008年,中国公立医院HIS的平均使用率为38%,其中大、中型医院HIS使用率为80%,而东南沿海地区医院的使用率高达95%以上[4],这已经为大型区域EHR数据中心的建立打下了坚实的临床数据源基础。
  另一方面,随着Web Service和企业级Service-
  oriented architecture(SOA)日渐成熟,新的信息发布和网络交互模式证明了服务如何不以传统的所有权关系和供应规模进行交易。特别是云计算的出现,通过将SOA纳入云计算,并利用云计算在规模、可扩展性、成本、集中式数据中心方面的优势[5],可以帮助实现健康档案向具有互操作性,广域共享的EHR蜕变。近一段时间,虽然国内已经有一些关于云计算在医疗领域的探索性研究[6-7],但大都关注于如何使用云平台上的资源以及使用云平台所带来的效益,并未涉及基于云计算的电子健康档案数据中心以及有效解决互操作问题的核心。
  云计算带来了近似无限的存储能力和运算能力,与其相比PC机就仅是允许用户使用云的轻量级终端。从这个角度来说,云计算使我们又回到了大型机时代[8]。但如果不能有效利用这些优势,这不仅仅是一种浪费甚至还会有反作用,造成更大范围内的共享障碍。我们认为这个有效利用的准则就是“EHR互操作文档模板规范”的建立、推广和完善。从某种意义上说,技术支持模型(基于私有云的互操作系统支撑架构)支撑和辅助了业务模型(文档导向的EHR互操作文档模板规范)的实现。   本文提出了基于云计算平台的EHR互操作系统架构,然后从云计算的技术层次和EHR有效交换的业务层次对其进行阐述和分析。
  1 基于私有云的EHR互操作支撑架构
  基于EHR档案的特点和云计算的特性,我们首先提出了一个基于云计算平台的EHR互操作系统架构,如图2所示,我们将该架构分为三部分:外部异构数据源、浏览插件和云交换平台。
  
  图2 基于云计算平台的互操作架构
  1.1 外部异构数据源
  现阶段98%的HIS使用的是基于关系型数据库的客户端/服务器构架[4]。同时,由于HIS与各医疗联合体内的实际临床业务高度紧密结合。因此我们无意于参与到各医疗联合体的HIS重构,仅提出两种解决方案,实现HIS系统作为数据源的顺利接入。
  ⑴ 对于具有一定技术实力且现阶段已完成MPI(医疗联合体内患者身份主索引)建设的医疗联合体。我们建议依照《CDA医疗文档内容模板标准 第2部分:个案规范》的说明,完成数据库字段和《CDA医疗文档内容模板标准指南》(EHRTG)[9]中文档元素的映射,生成符合EHRTG规范的档案。该档案在通过EHRTG测试器的语法验证和基本业务规则验证后,即可提交到区域云交换平台。
  ⑵ 对于其他医疗机构,则需要按照《CDA医疗文档内容模板标准第1部分:基本医疗文档规范》、《CDA医疗文档内容模板标准第2部分:个案规范》的说明,将数据库中对应语义的字段数据提取出来后,通过调用EHRTG生成器产生相同语义且符合EHRTG语法定义的EHRTG文档并提交。
  1.2 浏览插件
  云交换平台还可以提供电子健康档案浏览、共享服务,并通过在虚拟专用网络(VPN)中将该服务发布作为第三方应用组件的一个分布式插件。用户可以将其包装并嵌入到自己的页面或应用中。因为EHRTG是以XML作为元语言的电子健康档案互操作规范,已经完成了医疗数据和医疗工作业务流程的分离。用户可以通过XSL,将其转换成任何需要的自定义格式。
  1.3 云交换平台
  该云交换平台主要由三个虚拟逻辑层组成。自底向上分别是:基础设施层,平台管理层和电子健康档案业务应用层。
  ⑴ 基础设施服务层(IaaS):设施层处于最低层级,更关注于新技术的启用。通过服务器、存储系统、网络设备和其他设施的相互协作(例如,通过虚拟化技术)处理特定类型的工作负载。
  ⑵ 公共平台管理服务层(PaaS):中间层是开发、测试环境和有效服务负载的封装,可以将其视为一个完整的计算机平台(包括开发平台和业务平台)。开发平台让开发者编写自己的应用并上传到云中,并以一种基于Web的可访问方式运行。业务平台则将更关注于具体特定领域业务应用的开发,部署和管理。
  ⑶ 数字医疗业务服务层(SaaS):是本云交换平台特有的功能,其中又可分为三个子层次。
  ● 融合网络访问接入层:负责提供通过不同的界面和接口对不同的终端展现服务内容,包括Web Service接口、AJAX接口、SMS接口、WAP/GPRS接口等。例如对于PC终端,展现服务内容的形式可能是Html形式的电子健康档案;对于手机短信终端,展现服务内容的形式则可能是纯文本的短信形式的电子健康档案的一部分(如某个检验结果或检查结果);而对于其他应用程序,则可能是一些远程调用接口。这在公共卫生监控或急诊环境下医生需要访问其他医疗机构产生的医疗记录及患者的历史医疗记录时非常有用。
  ● 应用服务层:通过组合核心服务层和公共平台管理服务层中的服务,构建不同的应用系统,提供各种基于电子档案的医疗操作“里程碑”信息服务和各种衍生医疗信息服务。包括:电子健康档案、电子病历、居民全人健康档案、慢病管理、传染病管理等。
  ● 核心服务层:这些服务在业务上都是围绕EHRTG展开的,是该规范在云架构下的实现。包括患者身份的注册,电子档案的提交、注册、生成、获取,文档语法和语义有效性的检测,文档格式的转换、文档的分解和组合等。因为云在高扩展性、高可用性和成本上的优势,使开发人员不必考虑因随着覆盖区域的扩大、使用服务人群的增加而产生的运行压力。同时让医护人员可以简单、快速的访问到准确的患者数据,继而更好地满足为医疗联合体之间创建无缝、持续化服务的需求。
  图3描述了在电子健康档案业务应用层中,数据源、客户端和各主要服务组件之间的交互。
  私有云架构下的分布式结构为EHR系统的构建提供了良好的技术基础[10],即通过基于标准化设备的模块化服务,实现一个高效的EHR互操作平台(具有分布式、私有的、松耦合、模块化的特性)。EHRTG服务组件被部署于私有云中的虚拟服务器上,可以按需动态创建或删除(即EHRTG服务组件的多个高性能实例可被按需创建并自动动态负载均衡)。每一类EHRTG服务组件都实现了相同的标准接口,一旦EHRTG服务组件成功启用,就自动注册到中心服务注册表中。服务消费者可以使用EHRTG服务组件接口发现和消费注册的EHRTG服务。这些基本服务组件包括:
  ⑴ EHRTG测试器:该组件为提交的电子健康档案提供语法和语义的有效性测试服务。
  ⑵ EHRTG文档注册库:该组件为电子健康档案提供文档索引、查询、定位服务。
  ⑶ EHRTG适配器:该组件提供了在同一个私有云中其他EHR系统或档案消费者之间的中间层。
  ⑷ EHRTG生成器:该组件提供了异构数据元和档案元素之间的映射服务。
  ⑸ EHRTG档案库:该组件是存储在私有云中的档案数据库,提供档案安全存取服务。根据EHRTG的标准定义,档案库下包含有档案集的概念,该集合是一份或多份为特定目的而组合在一起的相关文档。该组合定义由文档注册库维护。同时一份文档可以被一个或多个独立的相关文档包含或引用。   ⑹ EHRTG解析器:该组件提供了文档XML元素解析和指定的元数据提取服务。
  ⑺ EHRTG桥接器:该组件负责处理与私有云外的数据源、档案消费者的链接。这些数据源可能是HIS系统、云外其他EHR系统或其他存储。
  ⑻ EHRTG分解、组合器:该组件提供档案Header和Body的分离和组合;EHRTG档案章节、条目组件的提取和组合等服务。
  ⑼ PIX:负责提供同一患者在区域内不同医疗联合体中不同患者标识符之间的映射服务。服务消费者可以使用患者在某个医疗联合体内的身份惟一性标识映射到该患者在区域内的身份惟一性标识,再链接到本区域内其他医疗联合体的身份标识。
  ⑽ 中心服务注册:它由一个或多个分布式协作服务器组成。主要负责查询和维护服务注册表,当一个新服务(EHRTG服务组件)被创建后,会建立一个文件详细记录如何连接、消费该服务。服务消费者可以通过这些文件查询中心注册集群并发现可用服务。
  2 总结和展望
  本文描述了一个分布式、模块化、可扩展的,在私有云中共享电子健康档案的数据中心原型。该系统原型允许创建针对现有数据源、浏览插件的适配器和桥接器,以EHRTG规范为中心,通过标准接口进行数据交换。下一阶段我们的工作重点是加强和完善该原型系统在病人隐私,平台数据安全、存取安全、运行安全上的保障机制和措施。
  参考文献(References):
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  [10] Rowley R, Is “cloud computing” right for health IT? -
  question now answered[OL].http://www.practicefusion.com/ehrbloggers/2010/11/is-cloud-computing-right-
  for-health-it.html.
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