基于Web Service技术的医院数据交换集成平台设计与实现

周渝霞 王 东 何 欣 李 源*

随着医院信息化的发展，医院从单个系统到多个系统，最终向区域化和集成化发展，这必然要求多系统之间的协同交互。当前，由于国家医疗改革的要求，集团化医疗和区域化医疗成为发展趋势，使得院际之间、医院集团内部不同院区之间的系统要做到互联互通，成为驱动集成平台建设的必然选择。为此，本研究设计一个基于网络服务(Web Service)技术的医院数据交换集成平台。

1 医院数据交换集成平台

在医院信息系统(hospital information system，HIS)内部，系统与系统之间往往采取点对点的交换方式或开放数据库的方式，各子系统的数据库和子系统之间的连接通常为开放式，子系统之间通过数据库操作实现文件的互联互通。由于HIS内部大量的业务系统交互，点对点的交换或开放数据库的方法连接繁杂且效率低下，其表现为：①各系统的耦合度高，对HIS数据库依赖高，业务的连续性风险高；②接口数量多，冗余多，维护成本高，难以管理；③HIS系统压力大，效率低，易锁表，技术漏点多；④标准化程序低，不适于医院内部和区域化各集团内部互联互通的要求。因此，迫切需要一种新的数据集成交换方法来解决多系统之间的数据交互与访问。

2 医院数据交换集成平台架构及功能

2.1 集成平台

集成平台属于系统服务程序，在操作系统和应用程序之间工作[1]。集成平台连接2个或更多的应用系统，在2个或多个应用系统间提供连接和协同工作的功能。即借助1个平台，使用相同的操作来调用不同的系统提供商生产的各子系统服务的功能。HIS集成平台是分布式、基于消息、遵循国际健康等级7(health level seven，HL7)标准和医学数字成像及通信(digital imaging and communications of medicine， DICOM)等其他技术规范的解决方案，在医院内各种异构应用系统、平台和服务之间进行可靠的通信时提供可用的基础设施。

集成平台的设计利用信息技术的拓展，采用基于面向服务的架构(service oriented architecture，SOA)、HL7 V3、DICOM标准的消息模型和临床文档架构(clinical document architect，CDA)标准规范，主数据在平台上供所有系统调阅，保证了数据的一致性。平台具备许多优势：一次发送消息多系统订阅、降低HIS业务系统的压力、扩展系统快速简便上线、简化接口方式，包括：存储过程、视图、动态链接库、soket应用程序编程接口(application programming interface，API)中间库简化为消息队列(message queue，MQ)和Web Service两种方式[2]。方法是在业务系统之间采用信息交换和传输标准，在数据标准化的基础上，通过消息传输机制，实现业务间的数据传递，达到互联互通的目的，常用的信息交换标准和传输协议有Web Service、Active MQ、HL7 V2和HL7 V3。

2.2 数据交换集成架构

数据共享交换的内容实体是数据信息，需要解决的核心业务问题是数据从各应用系统安全接入到数据中心[3-4]。因此，数据交换集成平台设计的基本理念是以数据为核心，以业务流程为主线，以需求为导向，建立医院集成信息交换平台，采用数据采集标准，进行数据采集、编目及整理，现医院数据分类归档、授权应用；建立数据交换接口和共享机制，解决数据交换和共享的问题；通过基础数据采集与对接，解决信息孤岛问题。通过数据中心数据集成交换平台的接口将业务数据按照标准传输到数据中心；同时将采集到的数据通过数据交换平台接口传输给其他需要的系统。在进行数据共享交换时，各个系统按照HL7标准交互操作接口规范和数据规范，实现各信息系统与数据中心的无缝对接，医院数据交换集成平台架构如图1所示。

图1 数据交换集成平台架构图

医院数据交换集成平台与各系统业务采用星型-总线型交换结构，所有交换服务均为集成平台，只需管理集成平台的服务，各系统之间不进行数据关联。数据中心公开的Web服务主要用于共享数据，业务系统可以通过公开Web消息服务的方式向数据中心提供数据，各系统与数据中心通过Web Service接口进行数据交换，接口采用中立的方式进行定义，其独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，构建在各个系统中的服务可以使用一种统一和通用的方式进行交互，从而实现数据共享[5-6]。

2.3 数据交换流程

数据交换能够满足不同信息系统之间数据资源的共享需要，依据一定的原则，采取相应的技术，实现不同信息系统之间数据资源共享的过程。数据交换集成平台由中心交换节点和端交换节点组成，依托数据中心统一的网络架构，通过采用一致的交换协议，不仅可以实现医院间各系统的信息交换，实现跨地区、跨医疗系统间的数据交换。

数据集成平台提供交换数据的采集、数据处理和分发服务，实现交换节点之间的数据路由功能和传送功能[7-8]。中间库是数据中心提供交换数据的存储库，中间库提供交换数据的存储库、数据写入和读取接口及文件上传和下载接口，业务系统与中间库通过交换桥接交换数据，实现业务数据和交换数据之间的转换。中间库可以是虚拟数据库。数据交换过程可分为数据采集、数据处理和数据分发3个阶段。

(1)数据采集。业务系统包括实验室信息系统(laboratory information system，LIS)、影像归档及传输系统(picture archiving and communication systems，PACS)等，系统产生需要交换数据的转换并传输到中心节点的采集服务中间信息库。对于现有信息系统通过Web Service接口进行数据对接，实现数据的自动同步。

(2)数据处理。经过中心节点的各种异构数据，通过各类技术手段进行清洗、格式转换、数据含义转换、重新编目等整理后，形成符合标准的数据存入到临床数据库(clinical data repository，CDR)，需要交换时再从中心节点传输到分发服务数据库。

(3)数据分发。数据从中心节点的分发服务数据库传输并转换到接收方的业务系统，平台统一采用基于Web Service的Web共享服务方式提供消息服务的调用接口，通过建立规范的数据接口标准和交换协议标准，方便相关业务系统进行数据交换。行业内已建系统采用应用程序接口(application programming interface，API)进行对接，数据中心作为服务器端提供相关接口，由其他系统开发商生成对应的客户端，进行对应开发后，实现数据的交换。新建系统采用Web Service技术进行功能嵌入。

3 医院数据交换集成平台Web Service技术

3.1 Web Service接口技术

Web Service是一种面向服务的架构技术，通过标准的Web协议提供服务，保证不同平台的应用服务可以互操作[9]。Web Service是一个模块化的API，其可以通过网络进行调用，执行远程系统的请求任务，用于异构环境业务系统的通信与协作。Web Service技术可使运行在不同服务器上的应用中，无须借助第三方软件或硬件进行交换数据或集成。Web Service技术是一种跨语言和平台的远程调用技术，服务端可以将自己的系统服务以Web Service方式发布，客户端通过超文本传输协议(hyper text transfer protocol，HTTP)进行调用，而无需明白所请求的服务如何实现。Web Service体系架构如图2所示。

图2 Web Service体系架构图

3.2 Web Service相关技术

简单对象访问协议(simple object access protocol，SOAP)，其主要用于执行与调用服务间的通信[10-11]。SOAP是一种简单、轻量级的基于可扩展标记语言(extensible markup language，XML)标准的机制，其主要作用是在分散的或分布式环境中，实现信息的交换。SOAP可实现不同系统间的互操作，能够克服平台与防火墙之间的限制，使通信各方能够在Internet上，实现良好的信息交换。该标准是基于XML的标淮，因此可使不同计算机体系结构、语言和操作系统间正常通信。SOAP协议规范了消息处理过程，并涉及性能与安全性问题。SOAP自身不定义任何应用语义，只定义简单的机制，通过模块化的模型以及对模块中已有的数据进行重新编码来表示应用语义。SOAP协议是在XML标准的基础上定义，继承XML的开放性与可扩展性。SOAP使用基于传输控制协议/Internet协议(transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP)的应用层协议，包括HTTP、SMTP、文件传输程序(file transfer program，FTP)等，获得与现有通信技术的最大兼容性。

3.3 应用效果

(1)消息平台监控。数据集成平台的建设，实现了异构系统之间数据的高度共享，以及医院内各信息系统之间数据的互联互通。集成平台的建设，实现了各个不同信息系统之间数据的传递和交换，使这些数据不再受到接口的限制，统一的监控平台，减少了故障运维的时间，提高了医院业务的在线率。医院集成平台的高效和平稳运行对整个临床业务的持续运作起到了至关重要的作用。通过从MQ消息总量、消息平时耗时、错误消息量和消息积压量4个指标，对2016年集成平台的多个MQ服务的监控数据进行统计，其结果显示，MQ的消息总量始终保持在每月百万数量级，消息从接收到转发的平均耗时都保持在毫秒级，除个别时段消息有积压，其余时段消息几乎是全部转发给业务系统，集成平台始终保持在高效运行的水准。系统消息集成传输监控界面如图3所示。

图3 系统消息集成传输监控界面图

(2)患者统一视图。基于数据中心进行数据的整合是患者统一视图展现性应用，视图均基于B/S架构开发，可以嵌入到任何业务系统中，如医生站、医技系统及手术麻醉系统等。依赖于数据中心全量数据整合的优势，临床医生通过患者统一视图，不但可查看当次就诊记录，而且可对患者历次就诊记录进行回顾性查看，包括门诊和住院全部的就诊记录。将患者历次就诊信息按照时间序列以及每次就诊的详细医嘱、诊断、病历、手术等信息按照临床逻辑进行展现，方便医生对患者的既往病史的完整了解，极大提高了临床医生的诊疗效率。患者统一视图的检查报告如图4所示。

图4 患者统一视图的检查报告界面图

4 结论

医院数据集成平台建设重点解决了医院来自不同厂家异构系统集成、数据共享以及数据交换传输标准等关键技术问题。集成平台能够实现医院与其他医院及机构的平滑连接、减少系统间的相互影响，增加系统的稳定性和系统升级的方便性，Web Service技术及其相关技术无疑是最好的选择。面向服务的Web Service，以XML标准作为标准化信息载体，并结合数据交换服务总线技术等辅助，通过统一的业务交换服务平台标准，实现医院信息资源整合与利用。其优势在于将系统之间的点对点的接口方式改变为通过消息引擎统一管理，使业务交互和数据利用与前端应用系统分离，极大减少对业务前端系统的频繁查询与调阅。此外，集成平台可实现业务流程智能化管控，通过使用工作流引擎等技术实现业务流程的控制和管理，保证业务数据交换的完整性、核心应用系统的安全性与稳定性，轻松实现业务数据的连续性，为构建医院临床和科研数据中心打下基础。

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