面向區(qū)域醫(yī)療的圖像互操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、面向區(qū)域醫(yī)療的圖像互操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)張小光 周天舒 劉海莉 李勁松浙江大學(xué)數(shù)字化醫(yī)療工程研究中心,310027,浙江大學(xué)關(guān)鍵詞 區(qū)域醫(yī)療 信息交換平臺(tái) 互操作 Web service摘 要 區(qū)域醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)提供了區(qū)域下多種醫(yī)學(xué)信息平臺(tái)數(shù)據(jù)的有效互通。隨著醫(yī)療機(jī)構(gòu)每年產(chǎn)生的愈加龐大的醫(yī)療信息,互操作將在區(qū)域醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。主要介紹了面向區(qū)域醫(yī)療的圖像互操作系統(tǒng)框架,由區(qū)域醫(yī)療中心提供用戶認(rèn)證服務(wù)和存放用戶的診療信息,用戶通過(guò)Internet登陸區(qū)域醫(yī)療中心進(jìn)行訪問(wèn),若用戶想要查看詳細(xì)的診療圖像信息,則由診療醫(yī)院建立臨時(shí)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)將相應(yīng)的內(nèi)容向患者開(kāi)放。1 引言現(xiàn)行的區(qū)域醫(yī)療信息系

2、統(tǒng),一般是在中心數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的連接下,提供區(qū)域多種醫(yī)學(xué)信息平臺(tái)的有效互通1。中心服務(wù)器在嚴(yán)格安全的環(huán)境中,向各大授權(quán)機(jī)構(gòu)共享收集到的醫(yī)療信息。專家能集中查閱病人所有的病歷和檢查結(jié)果;同時(shí),病人也能登陸自己的病歷,查看信息,輸入病癥情況。為了實(shí)現(xiàn)這一信息共享機(jī)制,需要建立區(qū)域醫(yī)療信息中心,并連接到各個(gè)門診,大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)以及檢查中心。然而各醫(yī)療機(jī)構(gòu)每日產(chǎn)生的診療數(shù)據(jù)是龐大的,如果將所有的信息(包括電子病歷,檢查結(jié)果,檢查人,出院小結(jié)等信息均存入?yún)^(qū)域醫(yī)療信息中心的服務(wù)器,那么整個(gè)醫(yī)療信息系統(tǒng)將面臨巨大的負(fù)擔(dān),而互操作技術(shù)可以有效地解決這一問(wèn)題。由于在所有醫(yī)療信息中,醫(yī)療圖像占用資源最多,因此本文將主

3、要介紹圖像互操作系統(tǒng)。2 互操作為解決系統(tǒng)資源的合理分布和有效共享,實(shí)現(xiàn)對(duì)已有投資的有效保持,支持日益廣泛的協(xié)同工作的應(yīng)用,需要各種互聯(lián)技術(shù)控制應(yīng)用軟件在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)環(huán)境上運(yùn)行,這就是互操作性(interoperability的基本需求?；ゲ僮餍允侵阜植际接?jì)算環(huán)境下兩個(gè)或多個(gè)軟件元素相互通信并協(xié)同完成任務(wù)的能力。它包括基礎(chǔ)層次和應(yīng)用層次兩個(gè)層次的含義。基礎(chǔ)層次是指實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算平臺(tái)之間的互聯(lián)和通信及協(xié)同完成任務(wù);應(yīng)用層次是指實(shí)現(xiàn)各計(jì)算平臺(tái)上的應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的互操作。要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用間的互操作性必須解決位置透明、通信機(jī)制透明和激活機(jī)制的透明性等問(wèn)題,為此必須提供相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,這些機(jī)制主要包括2: 自動(dòng)

4、定位和通信機(jī)制自動(dòng)定位服務(wù)方法在網(wǎng)絡(luò)上的物理位置,并自動(dòng)地將客戶的請(qǐng)求(包括服務(wù)器的名字、服務(wù)方法的名字及參數(shù)等傳遞給服務(wù)器;服務(wù)方法執(zhí)行完成之后,將服務(wù)結(jié)果返回給客戶,并且保證客戶與服務(wù)器之間的同步; 抽象機(jī)制使互操作的軟件元素相互獨(dú)立,使它們與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無(wú)關(guān),與實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)無(wú)關(guān)及實(shí)現(xiàn)平臺(tái)無(wú)關(guān); 動(dòng)態(tài)機(jī)制在客戶事先不知道服務(wù)器提供什么樣的服務(wù)的條件下,能夠動(dòng)態(tài)地搜索可提供服務(wù)的軟件元素,動(dòng)態(tài)地構(gòu)造參數(shù)和動(dòng)態(tài)地構(gòu)造服務(wù)請(qǐng)求,并最終返回服務(wù)結(jié)果。3圖像互操作系統(tǒng)硬件構(gòu)架整個(gè)互操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)由區(qū)域醫(yī)療中心,各加盟醫(yī)院及患者用戶、小型診所等組成,它們之間通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)相連,系統(tǒng)的主要硬件構(gòu)架如圖1所

5、示。 圖1 圖像互操作系統(tǒng)硬件構(gòu)架圖中心的認(rèn)證服務(wù)器提供患者的主索引,并對(duì)訪問(wèn)者進(jìn)行身份認(rèn)證;數(shù)據(jù)服務(wù)器存放患者就診的最小量信息。出于安全上的考慮,醫(yī)院通常將其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心的高速寬帶網(wǎng)隔離開(kāi),然后在醫(yī)院端放置一臺(tái)接口服務(wù)器,作為系統(tǒng)之間的連接橋梁。即醫(yī)院將需要上傳至數(shù)據(jù)中心的信息先存入接口服務(wù)器,由接口服務(wù)器將其轉(zhuǎn)換為HL7格式并上傳至數(shù)據(jù)中心3。若醫(yī)院或患者想要查看數(shù)據(jù)中心的信息,只要通過(guò)中心認(rèn)證,就可通過(guò)Internet 連接到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行查詢。如果要進(jìn)一步查看詳細(xì)的圖像資料,可經(jīng)數(shù)據(jù)中心向所在的診療醫(yī)院提出申請(qǐng),而醫(yī)院接口服務(wù)器則提供第二次身份認(rèn)證以確保醫(yī)院內(nèi)部數(shù)據(jù)安全,認(rèn)證通過(guò)后

6、,醫(yī)院與訪問(wèn)者可通過(guò)兩種方式建立連接,一是醫(yī)院通過(guò)接口服務(wù)器將所需信息存入數(shù)據(jù)中心,訪問(wèn)者從數(shù)據(jù)中心查看信息;二是醫(yī)院將所需信息放入其接口服務(wù)器,直接建立臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)訪問(wèn)者開(kāi)放,訪問(wèn)結(jié)束后自動(dòng)將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)刪除?？紤]到速度方面的因素,本系統(tǒng)采用第二種方式。4圖像互操作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)MML MML是利用XML語(yǔ)法記述的面向醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼Z(yǔ)言。本系統(tǒng)采用MML語(yǔ)言在醫(yī)院端和區(qū)域醫(yī)療中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。醫(yī)學(xué)標(biāo)記語(yǔ)言MML (Medical Markup Language是不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)間醫(yī)學(xué)信息交換的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言。1995年,這一語(yǔ)言在日本開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。自2.21版本后,MML使用可擴(kuò)展標(biāo)記

7、語(yǔ)言(XML eXtensible Markup Language作為元語(yǔ)言。最新的3.0版本,遵循HL7(Health Level Seven及臨床文檔結(jié)構(gòu)(CDA Clinical Document Architecture,包含了14個(gè)模塊及36個(gè)數(shù)據(jù)定義表。當(dāng)前在中國(guó),基于XML的完整醫(yī)療信息結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)并不存在。文獻(xiàn)Enhancement of MML Medical Data Exchange Standard for a Localized Chinese Version借鑒了MML語(yǔ)言的靈活性優(yōu)勢(shì),在MML 3.0版本的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建了中國(guó)本地化版本,使中國(guó)醫(yī)療機(jī)構(gòu)間的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)交換成

8、為可能4。4.2 Web Service 是一種能夠被描述并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和調(diào)用的自包含、自描述、松散耦合的軟構(gòu)件,它描述了一組可以在網(wǎng)絡(luò)上通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的XML 消息傳遞訪問(wèn)的操作5。在Web Service體系中,所有的應(yīng)用實(shí)體都被抽象成服務(wù),其中包括三種實(shí)體:服務(wù)提供者、服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)代理。在本系統(tǒng)中,區(qū)域醫(yī)療中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器和各醫(yī)院的接口服務(wù)器都是提供服務(wù)的平臺(tái),因此它們都可作為服務(wù)提供者;各加盟醫(yī)院、患者用戶和小型診所都需要請(qǐng)求進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,具備查找和調(diào)用服務(wù)的客戶端應(yīng)用程序,是系統(tǒng)中的服務(wù)請(qǐng)求者;區(qū)域醫(yī)療中心內(nèi)存儲(chǔ)著各醫(yī)院可提供的服務(wù)描述信息,是Web Service體系中的服務(wù)

9、代理。Web Service涉及的技術(shù)規(guī)范包括XML、WSDL、SOAP和UDDI。WSDL是程序員描述WebService的編程接口;Web Service通過(guò)UDDI注冊(cè)自己的特性,其他應(yīng)用程序通過(guò)UDDI 找到需要的Web服務(wù);SOAP則提供了應(yīng)用程序和Web服務(wù)之間的通信手段。WSDL、SOAP 和UDDI都建立在XML基礎(chǔ)之上。4.3 患者主索引 指在特定域范圍內(nèi),用以標(biāo)識(shí)該域內(nèi)每個(gè)患者實(shí)例(Patient Instance并保持其惟一性的編碼6。區(qū)域醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)包含著多個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)和檢驗(yàn)中心,通常各個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)患者都有各個(gè)的編號(hào)方式,區(qū)域醫(yī)療信息中心需通過(guò)患者主索引將眾多數(shù)據(jù)源(每一個(gè)數(shù)

10、據(jù)源都包含有患者的重要信息整合到一起,通過(guò)對(duì)患者的相關(guān)記錄進(jìn)行動(dòng)態(tài)和智能的匹配和鏈接,將分散的信息庫(kù)集中到一個(gè)獨(dú)立真實(shí)的記錄系統(tǒng)。建立患者主索引有兩個(gè)途徑被動(dòng)型和主動(dòng)型: 被動(dòng)型:在患者首次訪問(wèn)完成后,查詢、匹配患者相關(guān)信息并且將相關(guān)信息集中到一個(gè)現(xiàn)有的ID 上,或者創(chuàng)建一個(gè)新的ID,是一個(gè)自動(dòng)過(guò)程; 主動(dòng)型:在患者首次訪問(wèn)中,在患者與醫(yī)療服務(wù)人員進(jìn)行互動(dòng)時(shí),系統(tǒng)應(yīng)用EMPI 規(guī)則,即時(shí)對(duì)患者身份信息進(jìn)行匹配。然而,通過(guò)整合EMPI 到工作流中使用戶快速獲得信息的方法在技術(shù)上仍然存在困難4.4 安全認(rèn)證 目前,公鑰認(rèn)證體系己逐漸成為網(wǎng)絡(luò)信息安全系統(tǒng)的主流,本系統(tǒng)利用數(shù)字證書來(lái)驗(yàn)證訪問(wèn)者的身份。

11、數(shù)字證書由認(rèn)證中心發(fā)放并經(jīng)認(rèn)證中心數(shù)字簽名,包含公開(kāi)密鑰擁有者相關(guān)信息、頒發(fā)者(認(rèn)證中心相關(guān)信息以及公開(kāi)密鑰相關(guān)信息等。使用數(shù)字證書,通過(guò)運(yùn)用對(duì)稱和非對(duì)稱密碼體制等密碼技術(shù)建立起一套嚴(yán)密的身份認(rèn)證系統(tǒng),從而保證:信息除發(fā)送方和接收方外不被其它人竊取;信息在傳輸過(guò)程中不被篡改;發(fā)送方能夠通過(guò)數(shù)字證書來(lái)確認(rèn)接收方的身份;發(fā)送方對(duì)于自己的信息不能抵賴。當(dāng)前公認(rèn)和廣泛采用的數(shù)字證書是X.509證書。在本系統(tǒng)中,采用了基于LDAP(輕量級(jí)目錄訪問(wèn)協(xié)議的目錄服務(wù)系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建公托證書和CRL存儲(chǔ)庫(kù)。客戶端和服務(wù)端的認(rèn)證過(guò)程通過(guò)SSL協(xié)議實(shí)現(xiàn)。5 總結(jié)逐漸完善的醫(yī)療數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn),以及日益成熟的Web Servi

12、ce技術(shù)都為互操作系統(tǒng)提供了足夠的技術(shù)支持?；诒疚奶岢龅幕ゲ僮飨到y(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架,目前已經(jīng)在.NET平臺(tái)上初步建立起了圖像互操作系統(tǒng)的主要框架,患者可以登陸區(qū)域醫(yī)療中心的網(wǎng)站查看自己的基本信息,也可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)查看詳細(xì)的診斷圖像。既能保證醫(yī)院之間信息的交換和共享,又能促進(jìn)患者和醫(yī)院之間的溝通交流,提高患者的診療質(zhì)量。利用互操作,可大大減少數(shù)據(jù)中心交換平臺(tái)的負(fù)擔(dān),從而降低對(duì)數(shù)據(jù)中心的投資以及日常維護(hù)所需的人力物力,對(duì)于促進(jìn)醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展具有重要的實(shí)際意義。參考文獻(xiàn):1 陳金雄,劉雄飛. 構(gòu)建基于標(biāo)準(zhǔn)化和中間件平臺(tái)的區(qū)域醫(yī)療信息系統(tǒng). 中國(guó)醫(yī)療器械雜志,2006, 30(4.2 M. Howard Wi

13、lliams,Gavin Venters. Developing a Regional Healthcare Information Network. IEEE transactions on information technology in biomedicine,June 2001,Vol.5.3 A. Berler,S. Pavlopoulos. Design of an Interoperability Framework in a Regional Healthcare System. Proceedings of the 26th Annual International Conference of the I