国际医学影像共享案例与区域医疗信息交换平台建设探讨

郑西川胡彬吴允真胡顺东

1 上海交通大学附属第六人民医院 (上海 200233)

2 上海交通大学医学院生物医学工程专业 (上海 200083)

国际医学影像共享案例与区域医疗信息交换平台建设探讨

郑西川1胡彬2吴允真1胡顺东1

1 上海交通大学附属第六人民医院 (上海 200233)

2 上海交通大学医学院生物医学工程专业 (上海 200083)

医学影像的共享交换对医疗质量提高具有重要作用。集成健康组织IHE颁发了一系列医学文档共享交换的技术规范，国际上一些基于IHE解决方案的影像信息共享项目正在开发或已经实现。从技术架构角度理解典型案例，对我国区域医疗影像信息交换平台建设十分重要。本文介绍了国际上典型影像信息共享案例和遇到的问题，重点对其技术架构进行了讨论。由于医学影像由于其数据量大传输复杂，在广域网交换共享面临巨大的机遇和挑战，基于IHE XDS/XDS-I的分布式医学影像信息交换是区域医疗信息交换技术的方向，个人健康档案提供了个人对影像文档的直接控制，是医学影像信息共享重要手段。

区域医疗信息交换 医学影像 IHE XDS/XDS-I 技术架构

Abstract:The sharing of radiologic images is essential for delivering high-quality care. IHE has developed a small group of pro fi les relevant to the exchange of medical documents. Several projects already make use of these IHE solutions or are under development,understanding higher-level work fl ows of these projects and how these affect daily practice is important. The research community is concomitantly developing solutions that solve image exchange issues but that might also be encountered in the general population. The personal health record is a more recent development that may provide consumers with direct control over the process of sharing images electronically with their healthcare providers.

Key words:regional medical documents sharing projects, medical image, IHE XDS/XDS-I, technical architecture

近年来，随着医疗卫生体制改革的深入，区域医疗信息交换共享在国内外受到了普遍关注，国内各地纷纷出台了相应的建设项目和计划方案。国际上一些基于IHE解决方案的项目已经或者正在进行中，从技术架构上理解这些项目对我国区域医疗信息共享交换有重要意义。本文介绍的典型医学影像区域共享项目，IHE XDS/XDS-I技术规范都起了非常重要的作用。这些项目建设反映了医学影像区域共享交换至少要解决二个层次的课题：(1)医疗信息共享相关的配套政策以及调控机制；(2)技术架构及其面临的挑战。我们重点在技术架构上对国际典型区域医疗影像交换共享项目进行分析探讨，提供一个可供我国区域医疗信息交换项目建设参考的技术解决方案。

1 美国医学影像区域交换网络

1.1 典型的医学影像区域共享项目

美国二个非常相似的网络信息共享项目：费城健康信息交换项目(PHIE：the Philadelphia Health Information Exchange)和新泽西州健康信息交换项目(NJHIE：the New Jersey Health Information Exchange)是比较典型的区域医学影像项目。这两个项目技术架构相似，由同一家公司(HxTechnologies公司，费城)负责建设。其显著特征是100%兼容IHE跨企业集成技术规范(包括：XDS，PIX-PDQ，XCA，跨企业用户认证XUA，审计追踪与节点认证ATNA以及病人隐私基本保护BPPC等规范，见表一)。正在建设的NJHIE项目是两个网络信息交换项目新建的项目，其目标是解决州内所有病人的医疗质量和病人安全问题，尽管该项目强调放射医生和临床医生病人医学影像的临床应用，项目也考虑了进一步对医学影像诊疗成本管理问题。PHIE项目最初由国家卫生研究所(the National Institutes of Health)授权建设，其目标是不同医疗机构(例如：宾夕法尼亚大学与费城儿童医院)仪器设备共享，同时允许其他医院医生联机访问转诊病人的影像资料。这个项目目前正朝着消费方付费模型迁移，以进一步扩展应用面降低运行成本。该项目使转诊病人医生更加注意病人最近的影像检查结果，允许放射科检查人员能更方便地访问以前的类似病例信息，从而达到减少医疗缺陷的目的。

表1 HIE组件与IHE规范对应关系

1.2 技术架构分析

绝大多数区域健康信息共享都采用以下三种网络模型。一是大集中数据中心模型，要求所有参与信息共享的医疗机构把要进行共享的信息传到数据中心，集中对所有参与者提供信息交换共享服务。二是分布式模型，要共享的数据信息保持在原发生单位，中心只向参与共享的医疗机构集中提供数据协同交换服务。三是混合模型，结合了前两种模型的特点。对于小型医疗机构，由于缺乏IT设施保留其数据信息将数据提交给数据中心，以一个节点的形式参与信息共享，而大型医疗机构其诊疗数据信息保存在本地，进行分布式信息共享。由于医学影像数据量大，为了避免中心存储巨大的存储投资以及对网络带宽的要求，应避免采用大集中数据中心方式，而尽量采用分布或混合模式。PHIE和NJHIE项目均采用分布式架构，同时它们在架构上也预留了“大”的归档节点接入的可能性，特别是从数据存储和服务的连续性角度，在分布式系统出现问题时，允许主要影像数据以集中“大”数据节点方式接入支持应用连续运行。

除网络拓扑结构外，为了协同参与医疗机构进行数据共享交换，平台需要提供一系列基本的信息服务。这些服务包括：跨机构病人主索引，以连接不同电子病历系统或不同医疗信息系统病人标识；医疗记录定位服务，用于跟踪医疗记录的具体位置以及不同医疗机构数据特征(元数据)；数据归档服务，提供数据存储和数据中心到终端用户之间的数据服务；审计机制；互联网门户，提供用户访问界面，形成以病人为中心长期的医疗健康记录。PHIE和NJHIE项目采用分布式模型，具有病人主索引、记录定位服务、审计认证机制以及web门户服务等功能，同时还有归档备份机制。需要说明的是，其网络平台100%兼容IHE。平台的每一组件都对应了IHE跨机构集成规范的一个或多个IHE角色(见表1)。

图1 PHIE与NJHIE项目示意图，基于IHE规范区域医疗影像信息交换应用技术架构

图1是美国PHIE和NJHIE项目的技术架构示意图。该项目中PACS/RIS数据共享遵循IHE XDS规范。使用IHE XDS作为区域医学影像信息交换的基础，从长远角度看，具有两个无可比拟的优点：一是网络平台能支持任意格式医学文档的交换，不但支持XDS-I所描述的DICOM医学影像文件，也支持诸如CDA、CCD及各种实验室结果特殊文档格式文件。二是IHE兼容架构允许与IHE XDS兼容应用程序(PACS、RIS、电子病历系统等等)有机集成，而不论是那个厂商研制开发的。尽管IHE XDS规范推出时间不长，全球已经有100多个IT供应商通过了IHE 联接测试，显示了其作为XDS文档源与XDS调用者的互连能力。随着健康信息对IHE兼容需求的进一步增加，各种应用程序对病人信息跨地区共享，医疗文档交换的费用将大量地花费在应用集成上，兼容IHE XDS的应用系统将具有很大的优势。

2 加拿大医学影像数据共享：Health Infoway

目前，加拿大正在开发全国性的可互操作的电子健康档案平台。通过该平台，可向加全国所有居民提供安全可靠的个人健康关键事件医疗记录，这些记录能在任何时间、任意地点以电子形式通过授权提供给医疗机构或医生，以便使其提供高质量的医疗服务。加拿大HER方案目的是向医疗机构提供跨地域、跨系统的病人连续的健康信息共享基础平台，系统的建设过程中建立了全国性的组织：加拿大Health Infoway，以主导该项目的开发与应用。

病人诊断检查结果包括医学影像、报告、关键影像标注等等，是组成病人健康记录的核心组成部分。加拿大6%的医疗机构位于农村，床位数都少于100张，尽管这些医疗机构提供诊断影像服务，但大部分机构缺少放射医生，一些特殊检查服务及相关医生集中于地区少数几个医疗机构及城市的医疗机构，这限制了放射影像检查咨询的普及应用，导致了医疗成本的居高不下。加拿大卫生健康病人在医院之间的转院并不多见，因为医生难以访问其他医院的影像诊断结果，病人转院往往导致重复进行影像诊断过程，大约这种情况发生的概率是7%-20%。这明显导致了成本上升及医疗资源的浪费，同时也影响了病人的医疗安全。Infoway项目的目标是实现病人所有诊疗数据的“无缝”共享，也就是医疗机构能够发现、检索及显示病人以前任何时间在任意诊疗信息系统的数据信息，对于医学影像诊断，它至少包括了两个关键的业务需求：(1)要求具有从任意联网的PACS系统或其他临床信息系统发现病人完整数据的能力；(2)对病人报告、关键影像等的安全保密访问，要求任意医学文档在请求发出5秒后能得到响应结果，对广域网来说，其网络带宽至少应达到1Mbps。

加拿大医学信息共享技术方案以全国范围内企业级医疗信息系统建设为基础。医学影像信息建立了区域的医学影像诊断共享池(Diagnostic Image Repository:DI-r)，共享池存储了病人的医学影像结果，同时对没有PACS系统的医疗机构提供共享PACS应用服务。实际上，DI-r是一种中心存储集中架构，它支持：(1)病人医学影像的长期存储；(2)通过DICOM、HL7与XDS-I规范实现PACS与RIS系统的集成；(3)借助于IHE XDS-I事务实现EHR 组件之间的互操作；(4)通过IHE XDS-I事务操作、DICOM协议及WADO实现EHR使用者对信息的访问。图2表示了加拿大Infoway项目DI-r的概念架构示意图，全加拿大由19个DI-r组成，其中5个已实现运行，12个正在开发实现中，其余2个正在规划中。这些DI-r中若干由单一的供应商承建，其余一些集成了多厂商的RIS和PACS系统，这种情况下，采用IHE XDS-I标准实现影像无缝共享目的。DI-r之间的数据共享也采用了IHE XDS-I标准。IHE XDS-I用于RIS与PACS之间的数据共享，实际应用中DI-r与其他DI-r之间的角色是变化的，大部分情况下，DI-r作为影像信息源角色。这种场景下，本地PACS系统利用DICOM协议在病人检查完成15分钟后“推送”影像文件到DI-r，该DI-r建立一组目录并向XDS-I存储池发布文件，随后在XDS注册库进行注册。某些情况下，数据文档缓冲池和注册数据库是特定的影像文件库，集成在共享池DI-r中。另外一些情况下，缓冲池与注册库不是特定的影像文档库，独立于DI-r应用之外。

图2 加拿大Health Infoway项目 DI-r概念技术架构示意图

为了实现5秒内信息访问显示的要求，该项目采用了多项技术方案，包括：(1)流文件技术。项目中每一DI-r都具有分布式存储医学影像的能力，为方便共享，采用了广域网Internet影像访问协议及流文件传输技术。允许任何用户按需直接访问集中存储在文件共享池中的医学影像，这种解决方案目前局限是允许私有程序访问，对多厂商应用程序访问有局限性。目前加拿大正在考虑使用DICOM JPEG 2000 广域网传输协议(JPIP)作为解决这一问题的方案。(2)内容传输技术。网络带宽的限制使Internet多影像大数据对象信息传输存在较大问题，随着医学成像技术越来越精密，影像传输数据量巨增，为了解决这一矛盾，在项目平台中封装了应用服务及基于内容数据传输，目的是需要共享的数据能够离需要共享的应用更“近”。主要技术方案是在应用端建立数据缓冲区，由工作流引擎管理相关数据的传输触发时机以及数据的传输阶段，例如在病人入院登记、出院结算或者转科时提前将该病人的信息传输到缓冲区。(3)安全保密架构。加拿大开发了信息安全保密网络架构，允许组成病人电子健康档案EHR的RIS/PACS/HIS系统数据访问，确保了跨域系统数据服务的一致性，降低了不同厂商信息系统开发和应用的成本。实际使用中该架构正在实施中，考虑兼容IHE信息集成规范，如：ATNA及XUA作为信息分发的标准。加拿大计划到2010年底通过EHR能实现95%的诊断影像无缝集成共享。由于其诊断影像文档共享池的开发实现、共享PACS系统的进展以及IHE XDS-I集成规范的应用，授权医生跨医疗机构在广域网共享病人医学诊断影像技术上式可以实现的。

3 讨论

个人健康档案(PHR: Personal Health Records)是区域医疗信息共享的重要手段。个人健康档案是用户管理和保存自己健康信息的手段，近年来受到重视，它提供了健康信息交换共享的理想方法，能为病人带来许多好处并直接受到病人自己的控制。理想情况下，病人可建立自己PHR的保护密码，在就诊过程中，可通过授权将自己的PHR导入到本地的电子健康档案EHR中，在不同医院的就诊医疗中，借助于Internet广域网，病人的PHR信息应当是容易获得的，并且受病人自己的控制，医学影像是PHR信息组成的重要部分。无论病人的心理还是技术方面PHR都有许多工作要做，目前国内许多电子健康档案工程比较关注病人的文本信息，内容包括门诊处方、医疗检验等信息，一般以上传方式存储在数据中心，尽管医学影像是病人健康档案的重要部分，但目前几乎没有成功实现医学影像共享的相关案例。目前需要对PHRs进行拓展，使其内容包括医学影像部分。由于医学影像涉及用户授权，使用者之间需要建立复杂的信任关系，其管理机制比文本信息管理更加困难，更具挑战性。基于互联网WEB技术的信息共享交换正在改变着我们周围的世界，医学影像信息共享特别是XDS-I技术规范的出现使广域网Internet影像信息传递变为可能。与此同时，医学信息者需要从目前比较混乱的环境中开发适宜的基于先进技术的健康信息交换共享解决方案，在方案的技术架构建设上，需要重点考虑：(1)应当从“逻辑”架构上而不是“物理”架构上理解XDS技术规范；(2)基于XDS-I规范的医学影像共享交换，XDS-I描述了DICOM影像对象文件在点对点的连接申请传输方式，从技术上解决了特定PACS系统之间影像交换的方法，并不能解决影像文档的备份、保密验证等一系列问题，仍需要辅助其他技术予以实现；(3)虚拟化存储是影像信息共享交换项目常用的存储技术。

DICOM在广域网影像共享交换中将逐步淘汰，尽管DICOM使用标准的internet机制，理论上适用于内部网络和广域网，但在广域网开发中仍有许多独有的特点，广域网中点对点关系的建立显得特别重要。在应用XDS的广域网应用域内借助于DICOM实现医学影像共享，每一个影像文档源或消耗者必须具有唯一的名字，必须知道对应的文档源(提供者)和文档消费者的唯一地址。这样增加了文档提供者和消耗者管理的管理工作量，人们期望通过应用XDS技术架构来实现。DICOM应用在Internet环境下要求Internet网络地址是静态可直接访问的，而现代Internet网络中动态地址分配技术使DICOM的应用存在新问题。DICOM协议作为企业内部影像传输标准难以适应企业之间的影像传输，广域网之间的影像传输与共享采用分布式XDS-I技术架构，WADO作为DICOM标准在Internet的实现提供了临床医生直接多点访问分布式医学影像的技术手段。它是一个广域网环境下相对成熟的影像信息共享传输技术方案。

需要注意的是，美国及加拿大等国所提的健康档案(EHR)内容与目前我国健康档案内容不同，这些国家所提健康档案，更多的是指临床医疗信息，而我国则包括了大量公共卫生信息。虽然各自对电子健康档案的界定和理解上有所差异，但都以提高人群整体健康水平为目的，提高个人卫生保健为目标，通过整合各类卫生服务信息，提高信息的服务和利用水平，服务公共卫生和医疗服务活动。在医学影像信息共享交换上，都面临同样的挑战，这些国家区域医疗信息交换平台的建设在技术架构上提供了可以借鉴的经验。

4 结论

随着国家医疗体制改革的不断深化，我国各级政府不断加大区域医疗卫生信息系统的投入，推动区域性医疗协同服务，创新协同医疗服务模式。医学影像信息交换的关键是解决不同医疗信息系统广域网大数据对象信息共享交换问题，基于 IHE XDS/XDS-I的区域影像信息共享交换以医疗文档为核心，实现了区域医疗文档的注册、发布和浏览使用，解决了医学影像在区域内的共享交换问题，同时能够实现电子健康档案的信息集成，国外区域医学影像共享技术架构为我国建设区域性电子健康档案记录交换共享系统提供了有益的借鉴和指导。由于XDS/XDS-I技术框架采用分布式存储和集中式文档索引架构，能够优化网络带宽的使用，节省存储空间，缓解系统应用瓶颈。从技术架构上，基于XDS/XDS-I的区域医疗影像信息共享方案明显优于集中数据中心的PACS共享方案，中心化的PACS采用集中存储和发布影像方式达到共享交换目的，需要各医疗机构信息系统把医学影像发送到数据中心，数据中心提供整个区域影像注册、发布和提取服务，要求数据中心具有超大容量、高性能的存储设备，和高数据吞吐量的网络带宽和服务器设备，而且中心化的PACS架构自我封闭，扩展困难，与电子健康档案信息集成也存在较大问题。

我国区域医疗水平差异和医疗资源分布极不平衡，医疗机构信息化建设时缺乏统一的规划和没有数字医疗(影像网络) 系统支持,各医疗机构就医病人的诊治资料信息不能共享并进行交换,往往重复检查,增加了病人就医负担和身体伤害,并造成医疗资源的浪费。因此,有必要建设电子健康档案的医疗信息共享交换项目,解决关键技术难题。在项目规划建设中，也要注意防止相关公司出于商业考虑，大包大揽，以企业级医疗机构内部影像信息系统建设来解决区域医学影像交换共享交换以及由此带来的新问题。

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Several International Medical Image Sharing Projects and Construction of Regional Medical information Exchange Platform

ZHENG Xi-chuan1HU Bin2WU Yun-zhen1HU Shun-dong1
1 Shanghai 6th people’s Hospital ,Shanghai JiaoTong University (Shanghai 200233)
2 Medical College of Shanghai Jiaotong University (Shanghai 200083)

1006-6586(2010)03-0028-06

TP391

A

2010-01-23

郑西川，高级工程师，硕士生导师