基于云計算的區域電子健康檔案數據中心平臺

李吉輝+孫聽雪

摘 要： 有效地使用電子健康檔案（EHR）被證實可以對提高醫療服務質量和降低醫療服務費用產生潛在的促進作用。云計算技術的出現為區域性電子健康檔案數據中心的建設提供了必要的支持。從EHR互操作框架模型和云計算技術支撐模型的角度出發，提出了一套切實可行的解決方案。該系統原型可動態地發現不同的醫院信息系統（HIS）數據源，并利用運行在私有云中的組件程序進行互操作。

關鍵詞： 數字醫療； 電子健康檔案； 文檔模板規范； 互操作性； 云計算

中圖分類號：TP319 文獻標志碼：A 文章編號：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

我國衛生體制五項重點改革的首要任務就是加快推進基本醫療保障制度建設，同時把醫療信息系統提高至支持新醫改的“四梁、八柱”方案中惟一的技術性支柱的地位。在2011年衛生部發布的“十二五”衛生信息化建設目標中，把區域電子健康檔案的建設、推廣和應用列為醫改緊迫需求的關鍵項目之一。

健康檔案是居民健康管理（疾病防治、健康保護、健康促進等）過程的規范、科學記錄，是以居民個人健康為核心，貫穿其整個生命過程，涵蓋各種健康相關因素，實現多渠道信息動態收集，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信息輸入計算機，建立起完整的網絡信息系統，將健康檔案信息化[2]。有效使用電子健康檔案（EHR），可以對提高醫療服務質量和降低醫療服務費用有潛在的促進作用[3]。但是現階段，我國的電子健康檔案，特別是區域衛生信息中心的建設及推廣并不順利，大多數仍然采用手工紙質檔案或打印紙質檔案的形式保存。現有健康檔案的產生模式如圖1所示。

已上線的區域示范項目也深受到傳統HIS應用模式的影響，基本采用基于關系型數據庫的存儲方式，這使系統的擴張和規模都受到了限制，無法有效利用現有的HIS數據源。據衛生部委托中國醫院協會信息管理專業委員會（CHIMA）的調研報告顯示：截止至2008年，中國公立醫院HIS的平均使用率為38%，其中大、中型醫院HIS使用率為80%，而東南沿海地區醫院的使用率高達95%以上[4]，這已經為大型區域EHR數據中心的建立打下了堅實的臨床數據源基礎。

另一方面，隨著Web Service和企業級Service-

oriented architecture（SOA）日漸成熟，新的信息發布和網絡交互模式證明了服務如何不以傳統的所有權關系和供應規模進行交易。特別是云計算的出現，通過將SOA納入云計算，并利用云計算在規模、可擴展性、成本、集中式數據中心方面的優勢[5]，可以幫助實現健康檔案向具有互操作性，廣域共享的EHR蛻變。近一段時間，雖然國內已經有一些關于云計算在醫療領域的探索性研究[6-7]，但大都關注于如何使用云平臺上的資源以及使用云平臺所帶來的效益，并未涉及基于云計算的電子健康檔案數據中心以及有效解決互操作問題的核心。

云計算帶來了近似無限的存儲能力和運算能力，與其相比PC機就僅是允許用戶使用云的輕量級終端。從這個角度來說，云計算使我們又回到了大型機時代[8]。但如果不能有效利用這些優勢，這不僅僅是一種浪費甚至還會有反作用，造成更大范圍內的共享障礙。我們認為這個有效利用的準則就是“EHR互操作文檔模板規范”的建立、推廣和完善。從某種意義上說，技術支持模型（基于私有云的互操作系統支撐架構）支撐和輔助了業務模型（文檔導向的EHR互操作文檔模板規范）的實現。

本文提出了基于云計算平臺的EHR互操作系統架構，然后從云計算的技術層次和EHR有效交換的業務層次對其進行闡述和分析。

1 基于私有云的EHR互操作支撐架構

基于EHR檔案的特點和云計算的特性，我們首先提出了一個基于云計算平臺的EHR互操作系統架構，如圖2所示，我們將該架構分為三部分：外部異構數據源、瀏覽插件和云交換平臺。

圖2 基于云計算平臺的互操作架構

1.1 外部異構數據源

現階段98%的HIS使用的是基于關系型數據庫的客戶端/服務器構架[4]。同時，由于HIS與各醫療聯合體內的實際臨床業務高度緊密結合。因此我們無意于參與到各醫療聯合體的HIS重構，僅提出兩種解決方案，實現HIS系統作為數據源的順利接入。

⑴ 對于具有一定技術實力且現階段已完成MPI（醫療聯合體內患者身份主索引）建設的醫療聯合體。我們建議依照《CDA醫療文檔內容模板標準 第2部分：個案規范》的說明，完成數據庫字段和《CDA醫療文檔內容模板標準指南》（EHRTG）[9]中文檔元素的映射，生成符合EHRTG規范的檔案。該檔案在通過EHRTG測試器的語法驗證和基本業務規則驗證后，即可提交到區域云交換平臺。

⑵ 對于其他醫療機構，則需要按照《CDA醫療文檔內容模板標準第1部分：基本醫療文檔規范》、《CDA醫療文檔內容模板標準第2部分：個案規范》的說明，將數據庫中對應語義的字段數據提取出來后，通過調用EHRTG生成器產生相同語義且符合EHRTG語法定義的EHRTG文檔并提交。

1.2 瀏覽插件

云交換平臺還可以提供電子健康檔案瀏覽、共享服務，并通過在虛擬專用網絡（VPN）中將該服務發布作為第三方應用組件的一個分布式插件。用戶可以將其包裝并嵌入到自己的頁面或應用中。因為EHRTG是以XML作為元語言的電子健康檔案互操作規范，已經完成了醫療數據和醫療工作業務流程的分離。用戶可以通過XSL，將其轉換成任何需要的自定義格式。

1.3 云交換平臺

該云交換平臺主要由三個虛擬邏輯層組成。自底向上分別是：基礎設施層，平臺管理層和電子健康檔案業務應用層。

⑴ 基礎設施服務層（IaaS）：設施層處于最低層級，更關注于新技術的啟用。通過服務器、存儲系統、網絡設備和其他設施的相互協作（例如，通過虛擬化技術）處理特定類型的工作負載。

⑵ 公共平臺管理服務層（PaaS）：中間層是開發、測試環境和有效服務負載的封裝，可以將其視為一個完整的計算機平臺（包括開發平臺和業務平臺）。開發平臺讓開發者編寫自己的應用并上傳到云中，并以一種基于Web的可訪問方式運行。業務平臺則將更關注于具體特定領域業務應用的開發，部署和管理。

⑶ 數字醫療業務服務層（SaaS）：是本云交換平臺特有的功能，其中又可分為三個子層次。

● 融合網絡訪問接入層：負責提供通過不同的界面和接口對不同的終端展現服務內容，包括Web Service接口、AJAX接口、SMS接口、WAP/GPRS接口等。例如對于PC終端，展現服務內容的形式可能是Html形式的電子健康檔案；對于手機短信終端，展現服務內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（如某個檢驗結果或檢查結果）；而對于其他應用程序，則可能是一些遠程調用接口。這在公共衛生監控或急診環境下醫生需要訪問其他醫療機構產生的醫療記錄及患者的歷史醫療記錄時非常有用。

● 應用服務層：通過組合核心服務層和公共平臺管理服務層中的服務，構建不同的應用系統，提供各種基于電子檔案的醫療操作“里程碑”信息服務和各種衍生醫療信息服務。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。

● 核心服務層：這些服務在業務上都是圍繞EHRTG展開的，是該規范在云架構下的實現。包括患者身份的注冊，電子檔案的提交、注冊、生成、獲取，文檔語法和語義有效性的檢測，文檔格式的轉換、文檔的分解和組合等。因為云在高擴展性、高可用性和成本上的優勢，使開發人員不必考慮因隨著覆蓋區域的擴大、使用服務人群的增加而產生的運行壓力。同時讓醫護人員可以簡單、快速的訪問到準確的患者數據，繼而更好地滿足為醫療聯合體之間創建無縫、持續化服務的需求。

圖3描述了在電子健康檔案業務應用層中，數據源、客戶端和各主要服務組件之間的交互。

私有云架構下的分布式結構為EHR系統的構建提供了良好的技術基礎[10]，即通過基于標準化設備的模塊化服務，實現一個高效的EHR互操作平臺（具有分布式、私有的、松耦合、模塊化的特性）。EHRTG服務組件被部署于私有云中的虛擬服務器上，可以按需動態創建或刪除（即EHRTG服務組件的多個高性能實例可被按需創建并自動動態負載均衡）。每一類EHRTG服務組件都實現了相同的標準接口，一旦EHRTG服務組件成功啟用，就自動注冊到中心服務注冊表中。服務消費者可以使用EHRTG服務組件接口發現和消費注冊的EHRTG服務。這些基本服務組件包括：

⑴ EHRTG測試器：該組件為提交的電子健康檔案提供語法和語義的有效性測試服務。

⑵ EHRTG文檔注冊庫：該組件為電子健康檔案提供文檔索引、查詢、定位服務。

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

⑷ EHRTG生成器：該組件提供了異構數據元和檔案元素之間的映射服務。

⑸ EHRTG檔案庫：該組件是存儲在私有云中的檔案數據庫，提供檔案安全存取服務。根據EHRTG的標準定義，檔案庫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文檔。該組合定義由文檔注冊庫維護。同時一份文檔可以被一個或多個獨立的相關文檔包含或引用。

⑹ EHRTG解析器：該組件提供了文檔XML元素解析和指定的元數據提取服務。

⑺ EHRTG橋接器：該組件負責處理與私有云外的數據源、檔案消費者的鏈接。這些數據源可能是HIS系統、云外其他EHR系統或其他存儲。

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、條目組件的提取和組合等服務。

⑼ PIX：負責提供同一患者在區域內不同醫療聯合體中不同患者標識符之間的映射服務。服務消費者可以使用患者在某個醫療聯合體內的身份惟一性標識映射到該患者在區域內的身份惟一性標識，再鏈接到本區域內其他醫療聯合體的身份標識。

⑽ 中心服務注冊：它由一個或多個分布式協作服務器組成。主要負責查詢和維護服務注冊表，當一個新服務（EHRTG服務組件）被創建后，會建立一個文件詳細記錄如何連接、消費該服務。服務消費者可以通過這些文件查詢中心注冊集群并發現可用服務。

2 總結和展望

本文描述了一個分布式、模塊化、可擴展的，在私有云中共享電子健康檔案的數據中心原型。該系統原型允許創建針對現有數據源、瀏覽插件的適配器和橋接器，以EHRTG規范為中心，通過標準接口進行數據交換。下一階段我們的工作重點是加強和完善該原型系統在病人隱私，平臺數據安全、存取安全、運行安全上的保障機制和措施。

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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.