【北大医信专栏5】医院信息平台互操作能力的实现方式

北大医信产品管理部总监 袁浩

来源：HIT专家网          作者：北大医疗信息技术有限公司产品管理部    袁浩

互操作性，一直以来，是医疗信息化业界广为关注的专业话题。每年一度在美国举行的全球HIT领域的顶级省会——HIMSS年会，都会设立专门的主题展区，供业界厂家开展互操作性测试和方案展示交流。在我国，以CHIMA（中国医院协会信息管理专业委员会）名誉主任委员李包罗教授为代表的一批专家，长期致力于推动互操作性理念在中国的落地。

互操作性，是指不同信息系统和软件程序之间进行数据共享、交换以及信息利用的能力。具有互操作能力，就意味着医院信息系统在医院内部具有协同工作的能力，从而帮助提升医院的医疗服务效率和质量、降低医疗的成本。

根据原国家卫生部于2011年正式发布的《基于电子病历的医院信息平台建设技术解决方案》，“基于电子病历的医院信息平台”的定义为：“以患者电子病历的信息采集、存储和集中管理为基础，连接临床信息系统和管理信息系统的医疗信息共享和业务协作平台，是医院内不同业务系统之间实现统一集成、资源整合和高效运转的基础和载体。医院信息平台也是在区域范围支持实现以患者为中心的跨机构医疗信息共享和业务协同服务的重要环节。”

按照上述定义，医院信息平台功能服务划分为：信息交换层、信息资源层、平台服务层、平台门户层。其中，信息交换层是医院信息平台的基础，其互操作性能力直接制约整个医院信息平台互联互通、信息应用服务能力的发展及未来演变。因此，针对支持信息交换层互操作能力实现以及架构模式进行整理汇总，对于医院信息平台的建设具有一定的参考意义。

1. 互操作能力的实现及挑战

1.1. 互操作能力的集成实现

在医院信息化建设过程中，根据建设过程、建设原则、建设目标以及建设背景不同，互操作能力集成实现的方式也不同。其集成实现方式主要有以下三种：

（1）点对点系统集成

在点对点系统集成方式中，每一个系统都要连接到其他每一个业务相关系统。该方式是信息化建设过程中，最直接、设计最简单的方式，目前在国内医院信息化建设过程中是最重要的实现方式。该方式的优势是很少存在系统运行瓶颈或者单点故障。如果只是连接一对一系统，那么点对点架构在实施方面是高效和简单的。该架构最大的劣势是，在集成多个业务系统时，需要集成的接口数量众多，系统之间依赖程度非常高，系统更新复杂度提高，一个系统发生问题有可能引发有依赖关系的系统也产生问题，也就是产生“错误蔓延”现象，导致系统问题失控，系统问题解决、系统更新成本大幅度增加。

（2）中心集线式系统集成

中心集线式系统集成方式，应用比较广泛的是SOA架构。该方式通过把所有系统都连接到中心集线器上，从而减少了各业务系统需要连接的系统数量。每个需要集成的系统只需要一个连接集线器的适配器，就足以保证能够连接到其他连接到集线器的系统。该集成方式的最大的劣势是，中心集线器可能成为瓶颈，容易形成单点故障。中心集线器本身需要处理连接系统发送数据的路由和转发。当集成系统越来越多时，中心集线器系统需要了解每一个系统相关接口知识，就变得越来越复杂。当增加一个新系统时，就需要修改中心集线器以支持该系统的连接。

（3）混合式系统集成

在实际的医院信息化建设工作中，大多数医院已经建设了信息系统并长期运行，其系统架构可能会缺乏弹性和互操作性；因此，其信息化建设和改造工作，经常会结合点对点和中心集线式两种方式进行系统集成，以确保系统间信息交换的高效率，降低信息化建设成本。另一方面，对于两个系统间需要定期进行大批量数据交换的业务系统，其系统集成建议使用点对点连接方式，避免大数据流量对于中心集成系统的冲击。例如，数据仓库的基础数据抽取，建议以ETL方式，点对点定期抽取，不建议经过中心集成系统的集线器进行数据转发。

1.2. 互操作面临的挑战

当前信息化建设中，互操作能力的实现面临着很多挑战，就需要选择、设计合适的架构模式以应对这些挑战。互操作能力实现面临的挑战包括

• 可扩展性

信息技术飞速发展，软硬件产品更新换代日益频繁，各种信息技术主流工具层出不穷。为了适应未来的变化，提高医院信息系统的适应能力，降低未来系统的运维更新成本，支持互操作的系统集成架构，在设计实现时，不仅要考虑系统架构健壮性、可用性，更需要重点关注灵活性、可扩展性。系统架构应该模块化、支持接口机制、实现标准化，提升模块之间的信息封装，提高系统更新效率、降低系统模块更新的影响范围以及实施成本。

• 标准化

互操作能力实现大致分为三个层级：技术互操作、语义互操作、流程互操作。技术互操作涉及的标准应用包括：接口标准化、消息格式标准化、交互技术标准化。语义互操作需要应用的标准包括：术语标准化、文档结构标准化。流程互操作涉及到流程标准化。标准化的推广及应用能够提高互操作的透明度，减少对于具体厂商的依赖；同时，标准化还能降低互操作设计及实现的成本、缩短建设实施周期。

• 系统耦合度

系统耦合度是指，系统的正常运行对于外部条件的依赖程度。系统耦合包括以下几个方面：

• 具体系统耦合  也即是对于厂商依赖程度，任一系统的更新、改造对于整体系统的互操作能力都有很大影响。
• 研发技术耦合  互操作能力的实现依赖于某一研发工具、开发平台或者编码语言。新技术、新工具或者新研发平台的应用难度较大，或者成本过高。
• 网络耦合  系统互操作能力依赖于网络具体的服务器、IP地址或者通讯方式。服务器、IP或者通讯方式的变更将会极大影响系统互操作水平。

以上三类挑战是医院信息系统互操作能力实现以及架构设计工作中所必须考虑的。各级医院应该根据医院信息化建设现状、发展需求以及实施能力，选择适用的互操作架构模式来指导和规范信息化建设工作。

2. 系统架构模式及其属性

模式是用于记录一种通用、可重复解决方案的形式化方法，用于解决特定业务领域中发生的问题。系统架构模式是指为了解决系统互操作、信息共享这一课题，系统架构设计、建设工作中所形成的成熟方案。系统架构模式之间不是互斥关系，实际建设中的解决方案可能会混合利用多种模式。随着信息化建设的发展，在系统中实现的架构模式，从简单模式发展到复杂模式，所实现的能力也越来越成熟。

系统架构模式具有以下属性：

• 系统架构模式关注于在特定应用领域中重复出现的问题，并针对该问题提出一个解决方案。
• 系统架构模式是用文档记录的、经过充分实践确认的系统架构设计经验。
• 系统架构模式基于特定的设计原则，设定了一套通用的概念和词汇，有助于模式的应用和推广。
• 基于系统架构模式的复用，有助于快速、准确地建立一个复杂和异构的系统架构。

3. 互操作架构模式

为了支持医疗信息系统的互操作，高效率地进行数据共享，提高医疗服务效率、提升医疗服务质量、降低医疗服务费用，从而提升患者就医体验的满意度，医院信息系统架构就需要科学、高效地设计和建设。基于以往信息系统架构建设经验，按照互操作应用的目的，把系统架构模式分为三大类：应用程序共享、文档交换、数据共享。各级医疗机构，可以基于自身条件以及信息化建设需求，参考系统架构模式，确定最有效、成本最小的信息系统架构设计。

3.1. 应用程序共享

在医院之间或者医院信息系统之间共享应用程序是实现互操作的最便捷方式。该方式很好地隐藏了互操作的技术细节，降低了系统集成的技术难度。不涉及数据传递，也就意味着语义互操作问题大为减少，因为不需要考虑数据格式的标准化和转换处理。应用程序共享的实现包括两类系统架构模式：单一程序共享模式和界面调用模式。

• 单一程序共享模式

在该模式下，各医院和医疗团队都使用同一厂商生产的、同一个信息系统，拥有同一个共享数据库。针对不同的医院和团队，定制化不同的用户界面或者应用模块，提供给不同的用户使用。该模式要求相关机构都使用同样的系统，不存在异构系统互操作的技术问题。但是，也有可能和生产厂商绑定，使用户失去了自主选择系统产品或者厂商的权利。

• 界面调用模式

该模式关注点是不同系统间的界面集成，通过界面集成能够提供一种简单、快捷的方式来查看异构信息系统中存储的信息。通过界面集成，一般只能提供信息的浏览查看功能。在架构模式下，需要重点考虑系统的单点登录机制、信息共享以及更新机制。

3.2. 文档交换

相比于应用程序共享，标准格式化的文档交换，是更为灵活的系统集成方案，同时技术实现需要考虑的问题更多，也更为复杂。为了实现文档的正确交换和正确读取，就必须了解文档类型、文档的结构等更为细节的内容。因此，在交互系统之间就必须共享文档描述的元数据以及文档结构描述标准。目前文档结构标准应用比较广泛的是临床文档架构（CDA）。

实现文档交换所涉及的系统架构模式包括：消息代理模式、订阅和发布模式、共享库模式、注册库模式。

• 消息代理模式

该模式是基于中心集线式系统集成方式实现。能够在不同系统、异构平台上实现接口映射和集成，实现稳定、可靠的消息交换机制。该模式架构松散、灵活，可扩展性强，降低了未来系统更新的技术难度和建设成本。但是该模式可能存在单点故障风险，需要完善的系统监控机制和专业的系统维护技能。

• 订阅和发布模式

该模式属于主动推送型，在文档发生更新、替换时，订阅系统能够及时收到通知，并根据自身需要进行查找和更新。文档共享规则比较复杂，需要建立一整套订阅发布规则，并且要求相关系统必须遵守。

• 共享库模式

共享库模式把单一共享库作为共享文档库，提供给各类业务系统使用。该文档库为共享文档提供注册和存储功能。该系统架构模式，减少了存储文档的冗余，降低了文档更新冲突和不一致的几率。但是，该系统架构模式的文档存储、查询和访问效率需要特别关注。文档共享规则和策略需要明确，所有相关者必须严格遵守，否则会影响共享库的工作效率和文档完整性。

• 注册库模式

注册库模式是共享库模式的演变形式。为了解决远程访问的效率问题，把共享库的注册和存储功能分离。通过注册库的注册机制，实现跨系统、跨文档库的信息、文档索引和查询。

3.3. 数据共享

数据共享和文档交换所涉及的系统架构模式非常相似。由于数据共享涉及到最底层的数据处理，在技术和语义上的处理机制就更为复杂。实现数据共享就需要了解每个系统中数据元素使用和业务意义方面的知识。而要实现数据语义上的共享，就必须实现术语、数据结构的标准化。

数据共享所涉及到的系统架构模式包括：集成视图模式、数据抽取模式、消息代理模式、共享库模式。其中的消息代理模式和共享库模式介绍参见文档交换内容。

（1）集成视图模式

该模式以数据一致性方式来统一展示信息，同时提供单一应用入口界面来查找相关信息，而不需要用户关心数据所在的系统。该模式中展示的数据只能是浏览查看，用户无权更新和修改数据，数据修改只能在源系统中进行。

（2）数据抽取模式

该模式针对那些在交互系统之间需要进行定期、大批量数据传送的数据共享模式。其实现主流工具是ETL工具，按照设置要求，把所需要数据从源系统抽取、转换、加载到目的系统中。该模式重点关注数据的质量问题，确保数据的正确性、完整性、一致性、时效性、可获取。

4. 结语

医院信息平台互操作能力的提升将会是现在以及未来中国医院信息化建设的核心目标。设计实现医院信息平台互操作，就必须优先规划信息平台架构，同时必须分析其面临的挑战。根据当前客户需求、技术应用水平、信息系统建设现状以及建设资源投入情况，医院信息平台互操作能力的实现方式多种多样，系统架构模式也各有不同。

基于目前医院信息系统建设现状，基于互操作应用的目的不同，把系统架构划分为三大类、八个模式。平台架构的梳理和模式化规范，为医院信息平台互操作建设提供了可参考的方法、经验和模式，将会在一定程度上提升医院信息平台的建设效率，规避以往遇到过的问题和风险。

【作者简介】

袁浩，北大医信产品管理部总监。从事软件产品设计、研发工作，先后主导过多个超大型软件产品研发、实施交付项目；对于软件系统架构以及相关技术、方案具有落地实施经验。在医疗信息化方面，对于医疗信息软件产品、信息标准有一定了解。