基于Web Service技術的醫院數據交換集成平臺設計與實現

周渝霞 王 東 何 欣 李 源*

隨著醫院信息化的發展，醫院從單個系統到多個系統，最終向區域化和集成化發展，這必然要求多系統之間的協同交互。當前，由于國家醫療改革的要求，集團化醫療和區域化醫療成為發展趨勢，使得院際之間、醫院集團內部不同院區之間的系統要做到互聯互通，成為驅動集成平臺建設的必然選擇。為此，本研究設計一個基于網絡服務(Web Service)技術的醫院數據交換集成平臺。

1 醫院數據交換集成平臺

在醫院信息系統(hospital information system，HIS)內部，系統與系統之間往往采取點對點的交換方式或開放數據庫的方式，各子系統的數據庫和子系統之間的連接通常為開放式，子系統之間通過數據庫操作實現文件的互聯互通。由于HIS內部大量的業務系統交互，點對點的交換或開放數據庫的方法連接繁雜且效率低下，其表現為：①各系統的耦合度高，對HIS數據庫依賴高，業務的連續性風險高；②接口數量多，冗余多，維護成本高，難以管理；③HIS系統壓力大，效率低，易鎖表，技術漏點多；④標準化程序低，不適于醫院內部和區域化各集團內部互聯互通的要求。因此，迫切需要一種新的數據集成交換方法來解決多系統之間的數據交互與訪問。

2 醫院數據交換集成平臺架構及功能

2.1 集成平臺

集成平臺屬于系統服務程序，在操作系統和應用程序之間工作[1]。集成平臺連接2個或更多的應用系統，在2個或多個應用系統間提供連接和協同工作的功能。即借助1個平臺，使用相同的操作來調用不同的系統提供商生產的各子系統服務的功能。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)標準和醫學數字成像及通信(digital imaging and communications of medicine， DICOM)等其他技術規范的解決方案，在醫院內各種異構應用系統、平臺和服務之間進行可靠的通信時提供可用的基礎設施。

集成平臺的設計利用信息技術的拓展，采用基于面向服務的架構(service oriented architecture，SOA)、HL7 V3、DICOM標準的消息模型和臨床文檔架構(clinical document architect，CDA)標準規范，主數據在平臺上供所有系統調閱，保證了數據的一致性。平臺具備許多優勢：一次發送消息多系統訂閱、降低HIS業務系統的壓力、擴展系統快速簡便上線、簡化接口方式，包括：存儲過程、視圖、動態鏈接庫、soket應用程序編程接口(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]。方法是在業務系統之間采用信息交換和傳輸標準，在數據標準化的基礎上，通過消息傳輸機制，實現業務間的數據傳遞，達到互聯互通的目的，常用的信息交換標準和傳輸協議有Web Service、Active MQ、HL7 V2和HL7 V3。

2.2 數據交換集成架構

數據共享交換的內容實體是數據信息，需要解決的核心業務問題是數據從各應用系統安全接入到數據中心[3-4]。因此，數據交換集成平臺設計的基本理念是以數據為核心，以業務流程為主線，以需求為導向，建立醫院集成信息交換平臺，采用數據采集標準，進行數據采集、編目及整理，現醫院數據分類歸檔、授權應用；建立數據交換接口和共享機制，解決數據交換和共享的問題；通過基礎數據采集與對接，解決信息孤島問題。通過數據中心數據集成交換平臺的接口將業務數據按照標準傳輸到數據中心；同時將采集到的數據通過數據交換平臺接口傳輸給其他需要的系統。在進行數據共享交換時，各個系統按照HL7標準交互操作接口規范和數據規范，實現各信息系統與數據中心的無縫對接，醫院數據交換集成平臺架構如圖1所示。

圖1 數據交換集成平臺架構圖

醫院數據交換集成平臺與各系統業務采用星型-總線型交換結構，所有交換服務均為集成平臺，只需管理集成平臺的服務，各系統之間不進行數據關聯。數據中心公開的Web服務主要用于共享數據，業務系統可以通過公開Web消息服務的方式向數據中心提供數據，各系統與數據中心通過Web Service接口進行數據交換，接口采用中立的方式進行定義，其獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言，構建在各個系統中的服務可以使用一種統一和通用的方式進行交互，從而實現數據共享[5-6]。

2.3 數據交換流程

數據交換能夠滿足不同信息系統之間數據資源的共享需要，依據一定的原則，采取相應的技術，實現不同信息系統之間數據資源共享的過程。數據交換集成平臺由中心交換節點和端交換節點組成，依托數據中心統一的網絡架構，通過采用一致的交換協議，不僅可以實現醫院間各系統的信息交換，實現跨地區、跨醫療系統間的數據交換。

數據集成平臺提供交換數據的采集、數據處理和分發服務，實現交換節點之間的數據路由功能和傳送功能[7-8]。中間庫是數據中心提供交換數據的存儲庫，中間庫提供交換數據的存儲庫、數據寫入和讀取接口及文件上傳和下載接口，業務系統與中間庫通過交換橋接交換數據，實現業務數據和交換數據之間的轉換。中間庫可以是虛擬數據庫。數據交換過程可分為數據采集、數據處理和數據分發3個階段。

(1)數據采集。業務系統包括實驗室信息系統(laboratory information system，LIS)、影像歸檔及傳輸系統(picture archiving and communication systems，PACS)等，系統產生需要交換數據的轉換并傳輸到中心節點的采集服務中間信息庫。對于現有信息系統通過Web Service接口進行數據對接，實現數據的自動同步。

(2)數據處理。經過中心節點的各種異構數據，通過各類技術手段進行清洗、格式轉換、數據含義轉換、重新編目等整理后，形成符合標準的數據存入到臨床數據庫(clinical data repository，CDR)，需要交換時再從中心節點傳輸到分發服務數據庫。

(3)數據分發。數據從中心節點的分發服務數據庫傳輸并轉換到接收方的業務系統，平臺統一采用基于Web Service的Web共享服務方式提供消息服務的調用接口，通過建立規范的數據接口標準和交換協議標準，方便相關業務系統進行數據交換。行業內已建系統采用應用程序接口(application programming interface，API)進行對接，數據中心作為服務器端提供相關接口，由其他系統開發商生成對應的客戶端，進行對應開發后，實現數據的交換。新建系統采用Web Service技術進行功能嵌入。

3 醫院數據交換集成平臺Web Service技術

3.1 Web Service接口技術

Web Service是一種面向服務的架構技術，通過標準的Web協議提供服務，保證不同平臺的應用服務可以互操作[9]。Web Service是一個模塊化的API，其可以通過網絡進行調用，執行遠程系統的請求任務，用于異構環境業務系統的通信與協作。Web Service技術可使運行在不同服務器上的應用中，無須借助第三方軟件或硬件進行交換數據或集成。Web Service技術是一種跨語言和平臺的遠程調用技術，服務端可以將自己的系統服務以Web Service方式發布，客戶端通過超文本傳輸協議(hyper text transfer protocol，HTTP)進行調用，而無需明白所請求的服務如何實現。Web Service體系架構如圖2所示。

圖2 Web Service體系架構圖

3.2 Web Service相關技術

簡單對象訪問協議(simple object access protocol，SOAP)，其主要用于執行與調用服務間的通信[10-11]。SOAP是一種簡單、輕量級的基于可擴展標記語言(extensible markup language，XML)標準的機制，其主要作用是在分散的或分布式環境中，實現信息的交換。SOAP可實現不同系統間的互操作，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，實現良好的信息交換。該標準是基于XML的標淮，因此可使不同計算機體系結構、語言和操作系統間正常通信。SOAP協議規范了消息處理過程，并涉及性能與安全性問題。SOAP自身不定義任何應用語義，只定義簡單的機制，通過模塊化的模型以及對模塊中已有的數據進行重新編碼來表示應用語義。SOAP協議是在XML標準的基礎上定義，繼承XML的開放性與可擴展性。SOAP使用基于傳輸控制協議/Internet協議(transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP)的應用層協議，包括HTTP、SMTP、文件傳輸程序(file transfer program，FTP)等，獲得與現有通信技術的最大兼容性。

3.3 應用效果

(1)消息平臺監控。數據集成平臺的建設，實現了異構系統之間數據的高度共享，以及醫院內各信息系統之間數據的互聯互通。集成平臺的建設，實現了各個不同信息系統之間數據的傳遞和交換，使這些數據不再受到接口的限制，統一的監控平臺，減少了故障運維的時間，提高了醫院業務的在線率。醫院集成平臺的高效和平穩運行對整個臨床業務的持續運作起到了至關重要的作用。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，對2016年集成平臺的多個MQ服務的監控數據進行統計，其結果顯示，MQ的消息總量始終保持在每月百萬數量級，消息從接收到轉發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發給業務系統，集成平臺始終保持在高效運行的水準。系統消息集成傳輸監控界面如圖3所示。

圖3 系統消息集成傳輸監控界面圖

(2)患者統一視圖。基于數據中心進行數據的整合是患者統一視圖展現性應用，視圖均基于B/S架構開發，可以嵌入到任何業務系統中，如醫生站、醫技系統及手術麻醉系統等。依賴于數據中心全量數據整合的優勢，臨床醫生通過患者統一視圖，不但可查看當次就診記錄，而且可對患者歷次就診記錄進行回顧性查看，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醫囑、診斷、病歷、手術等信息按照臨床邏輯進行展現，方便醫生對患者的既往病史的完整了解，極大提高了臨床醫生的診療效率。患者統一視圖的檢查報告如圖4所示。

圖4 患者統一視圖的檢查報告界面圖

4 結論

醫院數據集成平臺建設重點解決了醫院來自不同廠家異構系統集成、數據共享以及數據交換傳輸標準等關鍵技術問題。集成平臺能夠實現醫院與其他醫院及機構的平滑連接、減少系統間的相互影響，增加系統的穩定性和系統升級的方便性，Web Service技術及其相關技術無疑是最好的選擇。面向服務的Web Service，以XML標準作為標準化信息載體，并結合數據交換服務總線技術等輔助，通過統一的業務交換服務平臺標準，實現醫院信息資源整合與利用。其優勢在于將系統之間的點對點的接口方式改變為通過消息引擎統一管理，使業務交互和數據利用與前端應用系統分離，極大減少對業務前端系統的頻繁查詢與調閱。此外，集成平臺可實現業務流程智能化管控，通過使用工作流引擎等技術實現業務流程的控制和管理，保證業務數據交換的完整性、核心應用系統的安全性與穩定性，輕松實現業務數據的連續性，為構建醫院臨床和科研數據中心打下基礎。

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