卫生信息标准开发建模技术研究*

赵 霞 周 毅 李 琳 李小华

(南部战区总医院 广州 510010) (中山大学 广州 510275) (南部战区总医院 广州 510010)

1 引言

卫生信息标准是“互联网+”、大数据、人工智能等新一代信息技术应用于健康医疗领域及实现卫生信息互联互通、协同共享的基础。《中华人民共和国基本医疗卫生与健康促进法》第49条指出：国家推进全民健康信息化，推动健康医疗大数据、人工智能等的应用发展，加快医疗卫生信息基础设施建设，制定健康医疗数据采集、存储、分析和应用的技术标准，运用信息技术促进优质医疗卫生资源的普及与共享。卫生信息标准开发需要理论与技术支撑。本文阐述面向对象建模技术在卫生信息标准开发中的应用，探讨国内卫生信息标准开发的关键问题。

2 方法

2.1 概述

面向对象建模(Object-Oriented Modeling, OOM)技术在国际公认的卫生信息交换标准(Health Level 7，HL7)，国际医学规范术语全集(Systemized Nomenclation of Human and Veterinary Medicine，SNOMED)，观测指标标识符逻辑命名与编码系统(Logical Observation Identifiers Names and Codes，LOINC(R))等卫生信息标准的研发中得到成功应用，我国在应用OOM技术开发卫生信息标准方面进行了有益探索和实践[1]。

2.2 面向对象建模

2.2.1 面向对象方法学 认为真实世界是由各种各样的对象构成的，对象包括真实世界中的事物、知识、概念等。每种对象都有各自的内在状态和活动规律，不同对象间相互作用和关系构成真实世界。

2.2.2 OOM 通过对所研究事物进行分析并概括与抽象为对象，发现对象的特性和对象间关系，将真实世界中的问题映射到数字(虚拟)世界中并构造对象的模型，实现对真实世界的抽象和描述，进而寻求研究答案和方法[2]。

2.2.3 采用OOM技术建立卫生信息模型 在卫生信息收集、记录、传输、分析、利用各环节上，使参与者或设备形成统一概念、恪守统一格式规则,从而实现信息互操作性。标准化信息模型为所有系统建立统一信息基础框架,为术语编码、数据交换等提供统一语义,为实现系统间语义互操作奠定基础[3]。信息建模包括用例、对象和动态建模3个主要步骤，见图1。

图1 卫生信息建模步骤

2.3 数据元模型框架体系

OOM技术采用统一建模语言(Unified Modeling Language, UML)，UML已经被国际标准化组织采用并作为OOM建模标准[4]。UML数据元模型框架体系上层模型对下层模型是定义与约束关系，下层模型对上层模型是继承与包含关系。从卫生信息标准角度来看，元模型框架体系的底端信息层表示健康医疗基本数据单位，即通过对象、属性和表示来描述的卫生信息数据元；模型层表示描述数据元的元数据，即元数据是数据元的模型；元模型层为描述元数据的模型，如HL7 RIM的数据类型；顶层的元-元模型层为抽象级别更高的模型，见图2。

图2 数据元模型框架体系

2.4 信息标准建模

2.4.1 用例建模 主要用于捕捉和定义应用需求和场景，从所研究系统外的视角描述系统行为，包括建立卫生信息应用场景、识别主要参与者和用例、编写参与者描述和用例描述的过程。参与者是指使用、管理、维护、交互的用户或部件，用例是指需要完成的任务、处理的数据、实现的目标。参与者描述包括各个参与者的任务与职能表述，用例描述包括各个参与者相关的用例以及用例说明。在参与者描述和用例描述的基础上使用ULM用例图编制用例模型。

2.4.2 对象建模 又称静态建模，主要用于识别和定义对象类、描述静态信息(如属性、关系等)。对象建模通常分为两个步骤：第1步，收集和分析应用问题与需求并整理为文本化问题陈述；第2步，基于问题陈述识别对象和类并建立对象模型。对象指应用所涉及的事物，包括参与者、外部组织和系统、实物和概念等，要对这些候选对象进行确认和分类。对选出的对象类，描述其范围、定义、属性和操作，定义对象类之间关联关系，使用UML类图编制对象模型。用例建模和对象建模不能一蹴而就，需要经历由浅入深、由粗到细的迭代过程，相互参考、交织进行、逐步完善。

2.4.3 动态建模 主要用于描述系统内部行为与状态，包括实现用例对象之间交互、参与者与用例之间实现通信以及对象在生命周期内的状态变化。动态建模通常分为状态、交互和活动建模。状态建模描述对象内部行为(事件)的发生、响应、转换和控制迁移。交互建模描述对象之间动态交互关系，着重体现对象间消息传递的时间顺序。活动建模描述对象内部行为或操作的发生和执行过程，类似流程图。状态、交互、活动模型分别使用UML状态图、顺序图和活动图编制。实际建模中根据系统复杂程度也可使用其中部分模型。

3 结果

3.1 概述

本文以“家庭医生签约服务基本数据集标准”为例阐述卫生信息标准开发建模方法的具体应用。家庭医生签约服务信息系统具有签约、续约、变更与解除申请，签约服务记录查询与推送，签约服务管理等主要功能[5]。

3.2 家庭医生签约服务信息模型

3.2.1 用例模型示例 根据家庭医生签约服务信息系统功能，主要参与者包括申请人、家庭医生、申请审核机构、居民健康档案平台，用例包括签约申请、续约申请、变更申请、解约申请、生成协议、审核，见图3。

图3 家庭医生签约服务用例模型示例

3.2.2 对象模型示例 确定参与者与用例的对象模型，定义对象类的属性、操作和对象类之间关联，见图4。

图4 家庭医生签约服务对象模型示例

3.2.3 交互模型示例 描述对象类之间消息传递的时间顺序等动态交互关系，见图5。

图5 家庭医生签约服务交互模型示例(签约申请部分)

3.2.4 顺序模型示例 描述家庭医生签约服务系统内部行为或操作发生和执行过程，见图6。

图6 家庭医生签约服务顺序模型示例

3.3 家庭医生签约服务基本数据集标准

3.3.1 数据汇总表 根据家庭医生签约服务信息模型整理出对象类之间需要交换的数据，见表1。

表1 家庭医生签约服务数据汇总

3.3.2 定义数据元 家庭医生签约服务数据如果在国家发布的数据元标准内应采用国家标准，以保证系统在卫生信息领域中的互联互通。相应的国内数据元标准包括：WS363《卫生信息数据元目录》、WS365《城乡居民健康档案基本数据集》、WS445《电子病历基本数据集》等。申请人、申请人健康、签约医生、签约医生所在医疗机构基本信息中的数据元绝大部分都可在国家标准中找到对应数据元。需要自定义的主要是签约服务协议基本信息。

3.3.3 基本数据集标准 家庭医生签约服务基本数据集是在定义数据元的基础上整理而成的家庭医生签约服务基本数据集，由50个数据元组成，见表2。

表2 家庭医生签约服务基本数据集

4 讨论

4.1 不同信息标准类型建模过程中关注的重点不同

OOM技术适用于健康医疗领域中各类信息建模和标准开发，但对于不同信息标准类型建模过程中关注的重点不同[6]。例如基本数据集标准开发在建模过程中以对象建模为关注重点，对象建模关键点包括识别对象和类、定义对象类属性、分析对象类关联。在对象初步选择和分类中，要筛除冗余、无关和模糊的类别。对象类属性应能表示其共同特性。对象类关联则重点考察对象类之间需要交换的信息。

4.2 邀请健康医疗业务领域专家参与

信息标准建模是一个逐步改进和完善的迭代过程，突出体现在用例模型参与者与用例的选定、对象模型中对象类属性定义等方面。其建模过程应邀请健康医疗业务领域专家共同参与，以求客观反映和实际满足应用要求。

4.3 充分利用现有信息标准资源

卫生信息标准开发要充分利用现有资源，特别是国际公认或国内发布的信息标准资源，并非解决所有问题都要从初始建模开始。在卫生信息模型方面，HL7 V3是OOM技术用于健康医疗领域信息建设的典范[7]。HL7 V3的精细模型RMIM和快捷医疗保健互操作资源FHIR为健康医疗领域信息化应用提供大量标准模型和资源模块，获得良好效果。例如国内基于HL7 V3 CDA开发的电子病历共享文档规范已作为医疗行业标准发布，有效提高医疗信息语义互操作性[8]。FHIR已用于国内信息标准开发和应用。在卫生信息数据方面，标准开发必须遵循国内系列卫生信息数据元目录和值域代码、基本数据集标准，否则无法实现与其他系统的语义互操作性[9]。例如家庭医生签约服务基本数据集90%的数据元采用国家已有标准，其余10%按照国家卫生信息数据元标准进行定义，保障系统语义互操作性。

4.4 开发家庭医生签约服务共享文档规范需采用HL7 CDA

如果需要在家庭医生签约服务基本数据集基础上开发共享文档规范，则需要采用HL7 CDA[10]。由于家庭医生签约服务相关数据元并不是基于HL7 V3 RIM框架开发的，两者标识方法、数据类型等均不同，需进行不同标准体系之间的映射和约束。

5 结语

医疗卫生信息标准制定结合医疗卫生信息领域特点，采用科学、规范、适宜的方法学，充分应用现有资源，特别是国际公认或国内发布的信息标准资源，针对不同种类标准建立不同类型模型。对于数据标准来说，为实现系统间的互操作性，要着重考虑术语编码和数据交换等语义互操作性因素。依据标准开发建模技术建立的标准在适应性、共用性和稳定性方面才能满足物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术应用需求，达到国家对医疗健康信息互联互通标准化的要求。