智慧医院体系架构及关键技术应用

2014-10-24陆晋军丁富强郑荣

中兴通讯技术 2014年4期

陆晋军++丁富强++郑荣

中图分类号：TN915 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 （2014） 04-0016-005

摘要：提出了一种新型的基于信息集成和通信协同的智慧医院体系架构。在该体系架构中，通过信息集成、统一通信、大数据分析及移动终端管理等关键技术的应用，为医院实现移动医疗、协同医疗、医疗知识库、商用智能分析等智能应用。具体的应用实践论证了该智慧医院体系架构的合理性与可行性。

智慧医疗；大数据；Hadoop平台；统一通信；移动终端管理；信息集成

This paper presents a new smart hospital architecture based on integrated information and collaborative communication. In this architecture， the application of information integration，unified communication，big data analysis and mobile terminal management， mobile medical， collaborative health care， medical knowledge base and commercial intelligence analysis can be achieved. The application practice demonstrates the rationality and feasibility of the smart hospital architecture proposed in this paper.

intelligent medical； big data； Hadoop； unified communication； MDM； information integration

中国医院信息化建设经过近20年的飞跃式发展，目前基本完成了以医院信息系统（HIS）为基础，以电子病历为核心的临床信息系统（CIS）建设。这一阶段取得的成果有目共睹，但也存在诸多不容忽视的问题。目前多数医院临床信息系统以医生工作站、护士工作站等面向临床应用为目标，仅处理医护人员日常的医疗文书等工作，而与医院临床业务密切相关的，更为专业化、智能化的信息系统，如护理信息管理、多媒体智能化电子病历、患者生命指征监护、手术室监控、临床实验室检查报告、医学影像诊断报告处理、功能检查信息管理、病理图片及报告、血库管理、营养配餐管理、临床用药咨询等系统的建设应用广度和深度不够。

医疗服务智能化，何为智能？按智慧城市的定义，就是感知、互联、智能、服务，也可以理解为深度资源整合，提供最优化的方案，使得服务接收者有更多的更好的选择。在以前对于病人和医护人员来说几乎是没有选择或者很难做选择，为此，在数字化医院[1-2]建设基础上，进一步帮助医院实现移动医疗、协同医疗、知识库、商用智能（BI）分析智能应用，形成更高级的智慧医院系统，是未来的医院信息化建设目标。

1 智慧医院体系架构

智慧医院通过信息集成及通信协同实现人、物、系统之间的高效沟通协同，解决医院信息孤岛问题。从数字化转向智慧化，采用一体化建设指导思想，从而实现高度感知、互联与智能，使医院成为一个能优化配置医疗资源，持续进行服务创新的高效生态系统。智慧医院的体系架构如图1所示。

智慧医院整体体系架构基于“一门户、两平台、三应用”的理念，面向用户为医院提供统一的移动门户。智慧医院整体体系架构在门户之上集成各方应用，为用户提供单点登陆、统一认证服务、移动终端管理，提高医院医务人员操作、使用的便捷性。智慧医院整体体系架构在安全方面统筹考虑，使用统一的对外接口通道，便于网络安全的控制和管理。

智慧医院体系架构中，以信息集成和通信集成两大能力平台作为应用门户的支撑层。信息集成平台主要用于对医院原有信息系统的数据信息集成，使用统一的接口标准将医院信息集成为标准的数据中心；通信集成平台作为通信能力资源的扩展，向医院用户提供统一的语音、视频、短信以及应用集成服务。

2 关键技术应用

智慧医院体系主要从信息集成和通信协同为主要切入点，由于医院面临海量数据分析需求以及业务应用移动化后的安全性问题，因此智慧医院体系架构中面临的关键技术需要解决医院多业务信息集成、统一通信协同办公、大数据分析以及移动设备安全管理等核心问题。

2.1 信息集成技术

医院信息系统少的有几十个，多则上百个应用，异构平台之间的信息共享困难，很容易产生信息孤岛。医院现有信息基础架构和业务应用系统明显不能适应不断涌现的新需求，在信息集成和数据分析利用方面暴露出明显缺陷，传统的以业务流程为主要驱动的软件开发模式难以满足医院数据规划的新要求。因此，智慧医院的信息集成平台已成为跨越临床信息建设障碍的重要支撑，医疗信息化建设正在进行着从业务流程软件系统为核心逐步转向为以数据规划集成平台为核心的架构模式。典型的智慧医院临床数据集成平台如图2所示。

智慧医院信息集成平台以信息总线为基础，采用中间件方式实现。其遵循国际通用的医院信息集成标准，如从数据交换出发的卫生信息交换标准（HL7）以及从流程出发的医疗信息系统集成（IHE）标准。

HL7[3-9]标准是目前医疗数据交换标准中应用最为广泛的一个国际标准（基于文本），是医疗领域不同应用之间电子传输的协议。HL7汇集了不同厂商用来设计应用软件之间接口的标准格式，它将允许各个医疗机构在异构系统之间，进行数据交互。

IHE[10]提供了实施应用多种标准的标准过程。IHE是由医疗行业的厂商和专家共同发起的活动，通过推动已有标准的协同应用，来改进医疗信息系统之间分享信息的方式。IHE技术框架规定了在某一应用场景中，不同系统之间如何基于已有标准进行数据交互、状态更新等互操作活动。信息系统或者程序产生、管理，对信息进行操作，这些功能单元被称为角色（Actor）。一个特定的信息系统可以包含一个或者多个Actor。Actor支持一组特殊的IHE事务处理。事物处理在Actor之间，采用通用标准，如HL7、医学数字成像和通信（DICOM），通过消息（Message）来进行信息交换。依据IHE规范开发的系统能够更好地实现通信，从而提高信息的利用效率。endprint

2.2 统一通信技术

智慧医院通过通信集成平台为用户提供托管式在线统一通信服务，提升现有医院信息系统的协同工作效率，通过开放式通信能力调用，灵活适应不断发展的各种通信及业务集成需求，为医院的医疗卫生工作提供实时、实地、全方位的通信网络平台支持，进一步帮助提高医院的跨部门协作水平和整体工作效率，从而实现为患者提供更加优质、可靠的医护服务。

统一通信技术是指通过在IP网络上无缝集成语音、视频、即时通信、数据等4种主要通信方式的系统架构，为用户提供一个功能丰富，操作简单的通信环境。其核心是对语音、视频、短信、即时消息（文本）、音视频会议等多种通信方式进行整合，并进一步将通信能力与企业IT应用进行集成。

托管式的统一通信平台是在统一通信平台的基础上，增加了多租户模式，把统一通信（UC）能力作为服务提供给用户。图3是典型的托管式统一通信服务平台架构。

2.3 大数据分析技术

在智慧医疗中，医院业务有很多复杂的数据分析查询，如医疗数据统计（历年慢病趋势和疾病分布）、相似度联接匹配查询（根据CT等影像数据，寻找相似病例，匹配骨髓移植等）以及医疗数据挖掘与预测（疾病与职业、性别、年龄等外界因素的关联及各类药品的需求预测）。

通过临床大数据的挖掘和分析，可建立医疗相关数据运营模式，促进智慧医疗、个体化医疗、医院精细化管理、临床科研、转化医学和基础医学的发展。智慧医院大数据架构如图4所示。

传统关系型数据库难以胜任复杂的数据分析，其原因在于关系数据库本质上采用的是一个二维的模型，通过一系列二维关系的组合来描述复杂实体对象，每个表所代表的所有实体在建模设计时没有差异性，即使只有一个实体拥有某种属性，也必须为其建立一个字段。如果这种个体间的差异性不是仅仅表现在属性上，而且涉及结构和关系，则需要为有差异的实体建立不同的表和对应关系。带来的后果就是一些业务系统往往需要几千张表，甚至数万张表。数据库的结构变得十分复杂，数据库中的信息变得难以理解。而且，在现实数据中，有许多类型是关系数据库不能较好地处理的。

Hadoop[11-14]是一种分布式系统的平台，通过它可以很轻松的搭建一个高效、高质量的分布系统，能够对大量数据进行分布式处理。Hadoop核心系统分为两部分，一是分布式文件系统（HDFS），另一部是分布式计算框架，也就是映射/规约（Map/Reduce）模型。基于Map/Reduce[15]的数据分析工具是目前对大数据进行复杂分析的有效工具之一。Hadoop的HDFS具备高容错性，可部署于低廉的硬件上，并提供高传输率来访问应用程序的数据，适合含超大数据集的应用。Hadoop的Map/Reduce分布式计算模型将应用程序的工作分解成很多小的工作小块。HDFS为了做到可靠性，创建了多份数据块的复制，并将复制副本放置在服务器集群的计算节点中，这样Map/Reduce就可以在其所在的数据存储节点上并行处理这些数据。

2.4 移动终端管理技术

智慧医院中一个比较重要的环节就是通过移动互联网为医生及患者用户提供随时随地的信息服务，但随之而来的就是用户隐私数据的安全性问题。通过移动终端管理（MDM）技术应用，可有效解决移动终端带来的安全隐患，为用户在技术层面提供隐私保护服务。

移动终端管理技术主要针对移动设备提供全面的安全保护及监控管理。管理贯穿设备注册、使用及注销各环节，主要实现设备信息管理、资产管理、配置管理，安全管理等功能。MDM管理流程如图5所示。

移动终端在MDM服务平台完成注册后，MDM服务平台通过推（PUSH）技术唤醒终端，终端通过加密通道至MDM服务平台获取管理指令或配置信息，实现移动终端远程监控、应用管理（APP）及设备配置功能。在MDM管理流程中，通过数字证书服务的方式实现终端的认证和管理的安全性，具体实现可采用简单证书注册协议（SCEP）[6]。SCEP属于公钥构架（PKI）协议体系，可安全、可靠地为网络设备在线提供数字证书，目前被广泛应用于PKI客户端和认证中心（CA）实现。SCEP有终端、CA和审核授权部门（RA）3种实体。终端实体的功能是生成一对非对称的公钥加密算法（RSA）密钥，发起证书申请或者证书查询请求。CA是证书的颁发机构，是PKI的核心，职责是接收终端用户的申请，决定是否为其颁发证书。RA协助CA，并负责为已授权的证书申请者制作、发放和管理证书。

3 应用实践

智慧医院是智慧医疗的实现手段之一，也是“智慧城市”的重要组成部分。2013年，上海市第一人民医院与上海电信合作开展智慧医院示范试点工程建设，通过近一年时间的建设，已初步完成了医院信息集成平台、通信集成平台及统一门户建设，为医院提供医嘱查询、绩效管理、协同办公、即时通信、电子病历讨论、掌上医院等应用，实现对移动终端统一管理，对公众服务、医务工作人员服务、医院管理人员服务及统一对外数据发布。上海市第一人民医院智慧医院整体架构如图6所示。

通过信息集成平台，医院各应用系统之间初步实现互联互通，做到各应用系统在数据层面可以相互交换，在应用层面可以互相调用，在流程层面可以协同在一起实现全院级的业务协同。通过通信集成平台为医院提供了端到端的网络建设、改造和应用集成，包括语音固定及移动办公解决方案，集成电话、网络视频会议、即时通讯、多媒体通信等多种通信手段。同时把多种通信手段与医院内部的应用管理系统融合，使医院的工作流、信息流可以通过多种通信手段在各个系统间连接，构成一个闭环式的完整通信办公环境。采用统一通信集成平台优化院内信息网络系统之后，为医院在医疗信息化方面带来更简化的运营、更灵活的扩展和应用移植，同时医院则更专注于为患者提供最佳的专业化服务和最佳医护体验。此外，在信息集成平台建设的基础上，已开始智慧医院大数据系统建设，目前即将完成基础架构搭建。endprint

4 结束语

信息聚合、通信协同的“智慧医院”是医疗信息时代又一里程碑式的创举。通过更透彻的感应和度量、更全面的互联互通和更深入的智能洞察能力，实现医院业务的全面发展，提高医院运作效率，实现更高的服务质量，提供协作的个性化的医疗服务。以“高效、高质、协作”的理念摆脱当前的“看病难、看病贵、医患关系紧张”的影响，并将在未来实现持续的繁荣和蓬勃的发展。

参考文献

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