智慧醫(yī)院體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

陸晉軍++丁富強(qiáng)++鄭榮

中圖分類號：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-6868 （2014） 04-0016-005

摘要：提出了一種新型的基于信息集成和通信協(xié)同的智慧醫(yī)院體系架構(gòu)。在該體系架構(gòu)中，通過信息集成、統(tǒng)一通信、大數(shù)據(jù)分析及移動(dòng)終端管理等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，為醫(yī)院實(shí)現(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療、協(xié)同醫(yī)療、醫(yī)療知識庫、商用智能分析等智能應(yīng)用。具體的應(yīng)用實(shí)踐論證了該智慧醫(yī)院體系架構(gòu)的合理性與可行性。

智慧醫(yī)療；大數(shù)據(jù)；Hadoop平臺；統(tǒng)一通信；移動(dòng)終端管理；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

中國醫(yī)院信息化建設(shè)經(jīng)過近20年的飛躍式發(fā)展，目前基本完成了以醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）為基礎(chǔ)，以電子病歷為核心的臨床信息系統(tǒng)（CIS）建設(shè)。這一階段取得的成果有目共睹，但也存在諸多不容忽視的問題。目前多數(shù)醫(yī)院臨床信息系統(tǒng)以醫(yī)生工作站、護(hù)士工作站等面向臨床應(yīng)用為目標(biāo)，僅處理醫(yī)護(hù)人員日常的醫(yī)療文書等工作，而與醫(yī)院臨床業(yè)務(wù)密切相關(guān)的，更為專業(yè)化、智能化的信息系統(tǒng)，如護(hù)理信息管理、多媒體智能化電子病歷、患者生命指征監(jiān)護(hù)、手術(shù)室監(jiān)控、臨床實(shí)驗(yàn)室檢查報(bào)告、醫(yī)學(xué)影像診斷報(bào)告處理、功能檢查信息管理、病理圖片及報(bào)告、血庫管理、營養(yǎng)配餐管理、臨床用藥咨詢等系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用廣度和深度不夠。

醫(yī)療服務(wù)智能化，何為智能？按智慧城市的定義，就是感知、互聯(lián)、智能、服務(wù)，也可以理解為深度資源整合，提供最優(yōu)化的方案，使得服務(wù)接收者有更多的更好的選擇。在以前對于病人和醫(yī)護(hù)人員來說幾乎是沒有選擇或者很難做選擇，為此，在數(shù)字化醫(yī)院[1-2]建設(shè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步幫助醫(yī)院實(shí)現(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療、協(xié)同醫(yī)療、知識庫、商用智能（BI）分析智能應(yīng)用，形成更高級的智慧醫(yī)院系統(tǒng)，是未來的醫(yī)院信息化建設(shè)目標(biāo)。

1 智慧醫(yī)院體系架構(gòu)

智慧醫(yī)院通過信息集成及通信協(xié)同實(shí)現(xiàn)人、物、系統(tǒng)之間的高效溝通協(xié)同，解決醫(yī)院信息孤島問題。從數(shù)字化轉(zhuǎn)向智慧化，采用一體化建設(shè)指導(dǎo)思想，從而實(shí)現(xiàn)高度感知、互聯(lián)與智能，使醫(yī)院成為一個(gè)能優(yōu)化配置醫(yī)療資源，持續(xù)進(jìn)行服務(wù)創(chuàng)新的高效生態(tài)系統(tǒng)。智慧醫(yī)院的體系架構(gòu)如圖1所示。

智慧醫(yī)院整體體系架構(gòu)基于“一門戶、兩平臺、三應(yīng)用”的理念，面向用戶為醫(yī)院提供統(tǒng)一的移動(dòng)門戶。智慧醫(yī)院整體體系架構(gòu)在門戶之上集成各方應(yīng)用，為用戶提供單點(diǎn)登陸、統(tǒng)一認(rèn)證服務(wù)、移動(dòng)終端管理，提高醫(yī)院醫(yī)務(wù)人員操作、使用的便捷性。智慧醫(yī)院整體體系架構(gòu)在安全方面統(tǒng)籌考慮，使用統(tǒng)一的對外接口通道，便于網(wǎng)絡(luò)安全的控制和管理。

智慧醫(yī)院體系架構(gòu)中，以信息集成和通信集成兩大能力平臺作為應(yīng)用門戶的支撐層。信息集成平臺主要用于對醫(yī)院原有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息集成，使用統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)將醫(yī)院信息集成為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心；通信集成平臺作為通信能力資源的擴(kuò)展，向醫(yī)院用戶提供統(tǒng)一的語音、視頻、短信以及應(yīng)用集成服務(wù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

智慧醫(yī)院體系主要從信息集成和通信協(xié)同為主要切入點(diǎn)，由于醫(yī)院面臨海量數(shù)據(jù)分析需求以及業(yè)務(wù)應(yīng)用移動(dòng)化后的安全性問題，因此智慧醫(yī)院體系架構(gòu)中面臨的關(guān)鍵技術(shù)需要解決醫(yī)院多業(yè)務(wù)信息集成、統(tǒng)一通信協(xié)同辦公、大數(shù)據(jù)分析以及移動(dòng)設(shè)備安全管理等核心問題。

2.1 信息集成技術(shù)

醫(yī)院信息系統(tǒng)少的有幾十個(gè)，多則上百個(gè)應(yīng)用，異構(gòu)平臺之間的信息共享困難，很容易產(chǎn)生信息孤島。醫(yī)院現(xiàn)有信息基礎(chǔ)架構(gòu)和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)明顯不能適應(yīng)不斷涌現(xiàn)的新需求，在信息集成和數(shù)據(jù)分析利用方面暴露出明顯缺陷，傳統(tǒng)的以業(yè)務(wù)流程為主要驅(qū)動(dòng)的軟件開發(fā)模式難以滿足醫(yī)院數(shù)據(jù)規(guī)劃的新要求。因此，智慧醫(yī)院的信息集成平臺已成為跨越臨床信息建設(shè)障礙的重要支撐，醫(yī)療信息化建設(shè)正在進(jìn)行著從業(yè)務(wù)流程軟件系統(tǒng)為核心逐步轉(zhuǎn)向?yàn)橐詳?shù)據(jù)規(guī)劃集成平臺為核心的架構(gòu)模式。典型的智慧醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)集成平臺如圖2所示。

智慧醫(yī)院信息集成平臺以信息總線為基礎(chǔ)，采用中間件方式實(shí)現(xiàn)。其遵循國際通用的醫(yī)院信息集成標(biāo)準(zhǔn)，如從數(shù)據(jù)交換出發(fā)的衛(wèi)生信息交換標(biāo)準(zhǔn)（HL7）以及從流程出發(fā)的醫(yī)療信息系統(tǒng)集成（IHE）標(biāo)準(zhǔn)。

HL7[3-9]標(biāo)準(zhǔn)是目前醫(yī)療數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用最為廣泛的一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)（基于文本），是醫(yī)療領(lǐng)域不同應(yīng)用之間電子傳輸?shù)膮f(xié)議。HL7匯集了不同廠商用來設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件之間接口的標(biāo)準(zhǔn)格式，它將允許各個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)在異構(gòu)系統(tǒng)之間，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

IHE[10]提供了實(shí)施應(yīng)用多種標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)過程。IHE是由醫(yī)療行業(yè)的廠商和專家共同發(fā)起的活動(dòng)，通過推動(dòng)已有標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同應(yīng)用，來改進(jìn)醫(yī)療信息系統(tǒng)之間分享信息的方式。IHE技術(shù)框架規(guī)定了在某一應(yīng)用場景中，不同系統(tǒng)之間如何基于已有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、狀態(tài)更新等互操作活動(dòng)。信息系統(tǒng)或者程序產(chǎn)生、管理，對信息進(jìn)行操作，這些功能單元被稱為角色（Actor）。一個(gè)特定的信息系統(tǒng)可以包含一個(gè)或者多個(gè)Actor。Actor支持一組特殊的IHE事務(wù)處理。事物處理在Actor之間，采用通用標(biāo)準(zhǔn)，如HL7、醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（DICOM），通過消息（Message）來進(jìn)行信息交換。依據(jù)IHE規(guī)范開發(fā)的系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)通信，從而提高信息的利用效率。endprint

2.2 統(tǒng)一通信技術(shù)

智慧醫(yī)院通過通信集成平臺為用戶提供托管式在線統(tǒng)一通信服務(wù)，提升現(xiàn)有醫(yī)院信息系統(tǒng)的協(xié)同工作效率，通過開放式通信能力調(diào)用，靈活適應(yīng)不斷發(fā)展的各種通信及業(yè)務(wù)集成需求，為醫(yī)院的醫(yī)療衛(wèi)生工作提供實(shí)時(shí)、實(shí)地、全方位的通信網(wǎng)絡(luò)平臺支持，進(jìn)一步幫助提高醫(yī)院的跨部門協(xié)作水平和整體工作效率，從而實(shí)現(xiàn)為患者提供更加優(yōu)質(zhì)、可靠的醫(yī)護(hù)服務(wù)。

統(tǒng)一通信技術(shù)是指通過在IP網(wǎng)絡(luò)上無縫集成語音、視頻、即時(shí)通信、數(shù)據(jù)等4種主要通信方式的系統(tǒng)架構(gòu)，為用戶提供一個(gè)功能豐富，操作簡單的通信環(huán)境。其核心是對語音、視頻、短信、即時(shí)消息（文本）、音視頻會(huì)議等多種通信方式進(jìn)行整合，并進(jìn)一步將通信能力與企業(yè)IT應(yīng)用進(jìn)行集成。

托管式的統(tǒng)一通信平臺是在統(tǒng)一通信平臺的基礎(chǔ)上，增加了多租戶模式，把統(tǒng)一通信（UC）能力作為服務(wù)提供給用戶。圖3是典型的托管式統(tǒng)一通信服務(wù)平臺架構(gòu)。

2.3 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

在智慧醫(yī)療中，醫(yī)院業(yè)務(wù)有很多復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析查詢，如醫(yī)療數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（歷年慢病趨勢和疾病分布）、相似度聯(lián)接匹配查詢（根據(jù)CT等影像數(shù)據(jù)，尋找相似病例，匹配骨髓移植等）以及醫(yī)療數(shù)據(jù)挖掘與預(yù)測（疾病與職業(yè)、性別、年齡等外界因素的關(guān)聯(lián)及各類藥品的需求預(yù)測）。

通過臨床大數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可建立醫(yī)療相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)營模式，促進(jìn)智慧醫(yī)療、個(gè)體化醫(yī)療、醫(yī)院精細(xì)化管理、臨床科研、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。智慧醫(yī)院大數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖4所示。

傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫難以勝任復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，其原因在于關(guān)系數(shù)據(jù)庫本質(zhì)上采用的是一個(gè)二維的模型，通過一系列二維關(guān)系的組合來描述復(fù)雜實(shí)體對象，每個(gè)表所代表的所有實(shí)體在建模設(shè)計(jì)時(shí)沒有差異性，即使只有一個(gè)實(shí)體擁有某種屬性，也必須為其建立一個(gè)字段。如果這種個(gè)體間的差異性不是僅僅表現(xiàn)在屬性上，而且涉及結(jié)構(gòu)和關(guān)系，則需要為有差異的實(shí)體建立不同的表和對應(yīng)關(guān)系。帶來的后果就是一些業(yè)務(wù)系統(tǒng)往往需要幾千張表，甚至數(shù)萬張表。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)變得十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)庫中的信息變得難以理解。而且，在現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)中，有許多類型是關(guān)系數(shù)據(jù)庫不能較好地處理的。

Hadoop[11-14]是一種分布式系統(tǒng)的平臺，通過它可以很輕松的搭建一個(gè)高效、高質(zhì)量的分布系統(tǒng)，能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行分布式處理。Hadoop核心系統(tǒng)分為兩部分，一是分布式文件系統(tǒng)（HDFS），另一部是分布式計(jì)算框架，也就是映射/規(guī)約（Map/Reduce）模型。基于Map/Reduce[15]的數(shù)據(jù)分析工具是目前對大數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜分析的有效工具之一。Hadoop的HDFS具備高容錯(cuò)性，可部署于低廉的硬件上，并提供高傳輸率來訪問應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，適合含超大數(shù)據(jù)集的應(yīng)用。Hadoop的Map/Reduce分布式計(jì)算模型將應(yīng)用程序的工作分解成很多小的工作小塊。HDFS為了做到可靠性，創(chuàng)建了多份數(shù)據(jù)塊的復(fù)制，并將復(fù)制副本放置在服務(wù)器集群的計(jì)算節(jié)點(diǎn)中，這樣Map/Reduce就可以在其所在的數(shù)據(jù)存儲節(jié)點(diǎn)上并行處理這些數(shù)據(jù)。

2.4 移動(dòng)終端管理技術(shù)

智慧醫(yī)院中一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)就是通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為醫(yī)生及患者用戶提供隨時(shí)隨地的信息服務(wù)，但隨之而來的就是用戶隱私數(shù)據(jù)的安全性問題。通過移動(dòng)終端管理（MDM）技術(shù)應(yīng)用，可有效解決移動(dòng)終端帶來的安全隱患，為用戶在技術(shù)層面提供隱私保護(hù)服務(wù)。

移動(dòng)終端管理技術(shù)主要針對移動(dòng)設(shè)備提供全面的安全保護(hù)及監(jiān)控管理。管理貫穿設(shè)備注冊、使用及注銷各環(huán)節(jié)，主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息管理、資產(chǎn)管理、配置管理，安全管理等功能。MDM管理流程如圖5所示。

移動(dòng)終端在MDM服務(wù)平臺完成注冊后，MDM服務(wù)平臺通過推（PUSH）技術(shù)喚醒終端，終端通過加密通道至MDM服務(wù)平臺獲取管理指令或配置信息，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控、應(yīng)用管理（APP）及設(shè)備配置功能。在MDM管理流程中，通過數(shù)字證書服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)終端的認(rèn)證和管理的安全性，具體實(shí)現(xiàn)可采用簡單證書注冊協(xié)議（SCEP）[6]。SCEP屬于公鑰構(gòu)架（PKI）協(xié)議體系，可安全、可靠地為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在線提供數(shù)字證書，目前被廣泛應(yīng)用于PKI客戶端和認(rèn)證中心（CA）實(shí)現(xiàn)。SCEP有終端、CA和審核授權(quán)部門（RA）3種實(shí)體。終端實(shí)體的功能是生成一對非對稱的公鑰加密算法（RSA）密鑰，發(fā)起證書申請或者證書查詢請求。CA是證書的頒發(fā)機(jī)構(gòu)，是PKI的核心，職責(zé)是接收終端用戶的申請，決定是否為其頒發(fā)證書。RA協(xié)助CA，并負(fù)責(zé)為已授權(quán)的證書申請者制作、發(fā)放和管理證書。

3 應(yīng)用實(shí)踐

智慧醫(yī)院是智慧醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)手段之一，也是“智慧城市”的重要組成部分。2013年，上海市第一人民醫(yī)院與上海電信合作開展智慧醫(yī)院示范試點(diǎn)工程建設(shè)，通過近一年時(shí)間的建設(shè)，已初步完成了醫(yī)院信息集成平臺、通信集成平臺及統(tǒng)一門戶建設(shè)，為醫(yī)院提供醫(yī)囑查詢、績效管理、協(xié)同辦公、即時(shí)通信、電子病歷討論、掌上醫(yī)院等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)終端統(tǒng)一管理，對公眾服務(wù)、醫(yī)務(wù)工作人員服務(wù)、醫(yī)院管理人員服務(wù)及統(tǒng)一對外數(shù)據(jù)發(fā)布。上海市第一人民醫(yī)院智慧醫(yī)院整體架構(gòu)如圖6所示。

通過信息集成平臺，醫(yī)院各應(yīng)用系統(tǒng)之間初步實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，做到各應(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層面可以相互交換，在應(yīng)用層面可以互相調(diào)用，在流程層面可以協(xié)同在一起實(shí)現(xiàn)全院級的業(yè)務(wù)協(xié)同。通過通信集成平臺為醫(yī)院提供了端到端的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、改造和應(yīng)用集成，包括語音固定及移動(dòng)辦公解決方案，集成電話、網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議、即時(shí)通訊、多媒體通信等多種通信手段。同時(shí)把多種通信手段與醫(yī)院內(nèi)部的應(yīng)用管理系統(tǒng)融合，使醫(yī)院的工作流、信息流可以通過多種通信手段在各個(gè)系統(tǒng)間連接，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)式的完整通信辦公環(huán)境。采用統(tǒng)一通信集成平臺優(yōu)化院內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之后，為醫(yī)院在醫(yī)療信息化方面帶來更簡化的運(yùn)營、更靈活的擴(kuò)展和應(yīng)用移植，同時(shí)醫(yī)院則更專注于為患者提供最佳的專業(yè)化服務(wù)和最佳醫(yī)護(hù)體驗(yàn)。此外，在信息集成平臺建設(shè)的基礎(chǔ)上，已開始智慧醫(yī)院大數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)，目前即將完成基礎(chǔ)架構(gòu)搭建。endprint

4 結(jié)束語

信息聚合、通信協(xié)同的“智慧醫(yī)院”是醫(yī)療信息時(shí)代又一里程碑式的創(chuàng)舉。通過更透徹的感應(yīng)和度量、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能洞察能力，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院業(yè)務(wù)的全面發(fā)展，提高醫(yī)院運(yùn)作效率，實(shí)現(xiàn)更高的服務(wù)質(zhì)量，提供協(xié)作的個(gè)性化的醫(yī)療服務(wù)。以“高效、高質(zhì)、協(xié)作”的理念擺脫當(dāng)前的“看病難、看病貴、醫(yī)患關(guān)系緊張”的影響，并將在未來實(shí)現(xiàn)持續(xù)的繁榮和蓬勃的發(fā)展。

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4 結(jié)束語

信息聚合、通信協(xié)同的“智慧醫(yī)院”是醫(yī)療信息時(shí)代又一里程碑式的創(chuàng)舉。通過更透徹的感應(yīng)和度量、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能洞察能力，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院業(yè)務(wù)的全面發(fā)展，提高醫(yī)院運(yùn)作效率，實(shí)現(xiàn)更高的服務(wù)質(zhì)量，提供協(xié)作的個(gè)性化的醫(yī)療服務(wù)。以“高效、高質(zhì)、協(xié)作”的理念擺脫當(dāng)前的“看病難、看病貴、醫(yī)患關(guān)系緊張”的影響，并將在未來實(shí)現(xiàn)持續(xù)的繁榮和蓬勃的發(fā)展。

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4 結(jié)束語

信息聚合、通信協(xié)同的“智慧醫(yī)院”是醫(yī)療信息時(shí)代又一里程碑式的創(chuàng)舉。通過更透徹的感應(yīng)和度量、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能洞察能力，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院業(yè)務(wù)的全面發(fā)展，提高醫(yī)院運(yùn)作效率，實(shí)現(xiàn)更高的服務(wù)質(zhì)量，提供協(xié)作的個(gè)性化的醫(yī)療服務(wù)。以“高效、高質(zhì)、協(xié)作”的理念擺脫當(dāng)前的“看病難、看病貴、醫(yī)患關(guān)系緊張”的影響，并將在未來實(shí)現(xiàn)持續(xù)的繁榮和蓬勃的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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