大型医院集成平台建设的实践思考

　　传统医院信息化建设模式与现今云计算、大数据时代下的医院信息交互需求之间的矛盾日益突出。医院信息化建设一般是先从个别应用开始，不同系统之间采用点到点的方式交换数据，最终系统之间信息交互与共享的困难日益加重。为了有效推进信息交互和共享，医院不仅面临来自内部的数据共享需求，同时更要兼顾满足区域范围的信息共享需求。

　　随着我院各项业务信息系统建设和应用的迅速发展、院内的信息系统数量和系统用户数量呈指数增加，网络规模也随之扩大。传统的基于HIS底层架构的数据接口集成方式，对现有HIS系统的架构和数据整合能力提出了考验，HIS系统底层技术风险日益增大。因此，迫切需要建设一个遵循国际统一医疗数据交换标准的集成平台，对我院主要的业务信息系统信息交互功能进行整合，统一管理信息交互协议和数据字典等。

　　那么，如何构建全院级的数据集成平台？集成平台具有哪些优势和不足？集成平台构建过程中有哪些可以借鉴的经验？这些都是目前医院信息主管们迫切关注的现实问题。

　　1集成现状

　　随着信息化建设的不断完善，院内业务信息系统越来越多，加之服务器底层OS操作系统、DB数据库、数据字典标准及外部接口种类繁多，使医疗交换和共享的管理工作变得越来越复杂而困难。

　　信息技术的快速发展推动了医疗领域的信息化建设。一方面医疗信息技术的发展给医院、医护人员、患者等带来了极大的方便，另一方面医疗信息系统也面临着信息集成和共享的挑战，诸如“信息孤岛”问题日益突出，以2005年实施第一套HIS系统为例，目前已有大大小小的业务系统80余个，包括HIS、LIS、CIS、NIS、EMR、PACS、RIS等，这些系统分布在不同的部门，形成了相对独立的部门级应用系统，而且系统供应商众多，软件架构多样，通信协议不一致，数据结构也千差万别，数据库系统多样而复杂，从而阻碍了信息的有效共享和交换，制约了信息一体化的发展进程。

　　为了解决以上问题，我院启动了医院数据集成平台建设。医院数据集成平台是通过信息交换和集成等多种技术，把分散的、异构的各个子系统的信息集成在一个信息共享的平台上，解决信息共享和交流问题，有效地实现医院信息系统一体化，方便医院部门内部和不同部门之间的交流和共享。构建医院信息集成平台的关键技术有：统一的术语标准、统一的信息交换标准、统一的业务流标准。

　　2集成方案

　　2.1集成方式目前我院系统众多，系统异构化导致信息交换和共享的维护难度成本高；医院内部没有统一的集成平台和数据中心，不管从应用方面还是从数据方面，目前难以实现以病人为中心的统一视图，给管理和服务带来挑战。

　　针对上述问题，通过建立数据集成平台，采用HL7V3标准接口和WebServices技术建立医院级的ESB总线，利用ESB产品构筑医院面向服务的SOA构架基础服务集成引擎，最终建立全院级的临床科研数据中心CDR，为临床决策提供依据。并将医院新老接口按照集成平台规范化标准(数据交换标准HL7V3/业务体系标准)要求接入平台，通过集成平台的实施，做到服务（接口）可管理、可复用、可监控，见图1。

　　图1系统集成图

　　考虑到我院的主要临床业务，包括挂号、申请单、诊断、药品及费用等医嘱，其数据源为我院HIS系统，由于数据量过大，为最低程度地降低对HIS数据库的影响，通过定时轮询程序从HIS备库中查询数据后将其封装成HL7V3格式消息，发送给数据交互IE集成平台，并通过HIS主库对数据状态进行更新；轮询程序从数据交互平台获取数据后回写HIS主库（包括数据的更新与插入，如术语同步功能），见图2。

　　图2主业务数据交互网络拓扑图

　　2.2高效可靠机制目前我院有挂号、检查、检验、手术、输血、诊疗处置、诊断等医嘱类服务，入院、出院、转区转床、入科等ADT类服务、传染病服务、发药信息服务、术语服务及九大医技系统服务。为最大限度地降低对HIS主服务器压力的影响以及尽可能保障各位服务的及时性，采取了定期轮询与实时服务相结合的集成方式，见图3。

　　考虑到医院业务的特殊性，HIS轮询服务的周期必须满足业务需求，这就要求必须合理设置轮询的时间。以挂号、医嘱、诊断等服务为例，通过现有的数据统计出2014年全年单个服务高峰时段（周二上午07:30-09:30）每分钟的处理消息个数（MPM）,运行软硬件环境见图3，网络环境为100MBps的带宽。

　　图3高峰时段（07:30-09:30）HIS业务量及轮询程序消息发送能力

　　经过压力测试，HIS后台轮询程序每分钟可以处理大约350到400条的HL7V3消息，根据每年业务量增长情况，计算出门急诊住院的业务量大概以10%的速率在增长，根据木桶原理，可计算出高峰时段HIS后台轮询程序处理消息的瓶颈数约为350*60Min*2H=42000个。

　　我院未来业务量估算可根据公式

　　进行估算，其中a为高峰时段业务量最大的服务即用药信息服务每年的业务增量，n为年份，为年份为n时的用药信息服务消息数，m为其他外部因素下用药信息服务消息的增量，包括医院新大楼的运营引起门诊量的指数增长，通过估算2015年之后m大概为当前业务量的30%，即m=30%x。通过计算2006年至2015年高峰时段用药信息服务消息增量的平均值为10%，综上，计算出当n为2020时，y可以达到43100，也就是说HIS后台轮询程序单线程运行可平稳运行5年，符合预期规划。5年之后，可通过启动多线程的方式满足未来业务需求，以保证程序的健壮性及业务的连续性。

　　2.3平台重发机制医院是个特殊的机构，每条业务都要保证其准确、及时地送达接收方。为确保每条医嘱都能准确无误的发给IE集成平台，建立了如下的消息重发预警机制，整个方案的场景及业务流程见图4。

　　2.3.1消息重发机制HIS患者基本信息、HIS临床业务信息通过MQ消息或者实时WebServices方式将HL7V3标准的XML文件发给IE集成平台，并将错误日志记录在远程分布式日志数据库服务器中。如若发生通信链路故障，则将错误日志记录在本地文件夹中。由定时重发计划任务每隔三分钟轮询从日志数据库和文件夹中抽取数据，并重发给IE集成平台。

　　2.3.2预警机制HIS患者基本信息、HIS临床业务信息发给IE平台时，如果产生异常日志，则通过短信的方式将告警信息发送给平台运维人员，待定时重发计划任务发送成功后，由短信平台发送告警清除信息给运维人员，如果定时重发计划任务在重试3次后，还未发送成功，则发送紧急告警通知相关人员进行人工干预，以保障临床业务的顺利进行。

　　通过建立EMPI患者主索引，以患者就诊卡号为主线，建立全院级的医疗影像中心和临床科研数据中心CDR，为将来以CDR为数据源的临床决策支持系统CDS的建立打下坚实的基础。

　　图4数据平台集成流程图

　　2.4集成架构依据物理架构设计的高可靠性、高容错性原则，设计分布式服务器群集架构方案，通过4机故障转移集群，保证1台服务器为活跃状态，其余服务器为Ready状态，并通过防火墙与外部业务系统隔离，以保证数据安全性，见图5。当不同服务器在活跃服务器故障后立刻接管相应的资源。一般故障转移的过程只需要几秒钟的时间，当节点处于活跃状态时，该节点上可以使用所有资源。当服务器故障后，在这台服务器上配置了故障转移群集的资源组就会被其他服务器所接管。当故障服务器重新上线后，群集服务可以配置为允许让原服务器进行故障回复，或者是让当前服务器继续处理新的客户端请求。通过群集架构的建立，可以减少服务器故障率，有效保证临床业务的不间断作业。

　　图5服务器群集方案

　　3结果

　　临床数据中心的建立与数据挖掘应用是医院信息化发展的趋势，也为实现各级卫生部门、各业务系统的信息服务共享及各种服务的整合与响应，实现区域的互联互通奠定了基础。通过医院对现有数字化医疗系统通过集成平台形式实现了数据与业务的全面集成，在业务上优化了门诊流程、改善就医环境，减少患者排队轮候时间，提高就诊效率和诊疗质量，减少诊疗差错率，提高患者就诊满意度。

　　通过建立完整的消息重发与告警机制，保证了医疗业务的连续性，减少了医疗系统故障率，有效地提高了医护人员服务效率，从一定程度上缓解了医护关系。完整的日志体系，也为将来进行系统稳定性分析提供了有力的依据。

　　4讨论

　　针对我院目前实施的医院数据集成平台建设项目中出现的各种问题进行总结，提出了以下的建议与思考，希望可以为同行提供一些参考和帮助：建立完善的消息重发预警机制，可以保证医疗业务的连续性及可靠性；建立有效的物理架构，可以保证软件系统平稳有效地运行；建立完整的应急预案，在故障发生时可以从容对待；建立可配置程序体系，可以快速切换业务系统，减少故障持续时间。

　　平台目前使用的存储设备较为昂贵，随着业务量的增长，存储资源越来越少，可以在数据安全的前提下考虑将数据迁往云存储上，为医院节省宝贵的资源。

　　（来源：中国数字医学摘自《中国数字医学》杂志2016年第10期，作者：张小亮景慎旗朱甬倩缪姝妹郭建军王忠民寇建秋刘云，单位：南京医科大学医学信息学与管理研究所）

　　【延伸阅读】

　　新医疗环境下的医院信息系统集成平台

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　　医院信息交互需求推动集成平台发展

　　由于医疗业务的复杂性和特殊性，医院信息化主要是分类型分阶段逐步建设，如我们经常提到的医院信息系统（HIS）、电子病历系统（EMR）、运营管理系统（HRP）、影像归档和通信系统（PACS）等。而一家医院往往会采购不同厂商的系统实施上线，时间一长就出现了福建某综合性三甲医院现在的状况：作为一家从1993年就开始医疗信息化建设的三甲医院，此院前后共有27家软件厂商为其提供了几十个信息化系统，这些系统遍布在医院的各科室和各种业务上，之间存在各种各样、五花八门、乱七八糟的接口。一些系统更是从项目验收后就再也没有厂商维护过，为医院信息化建设的发展留下了巨大的难题和隐患，而这样的现状在行业中比比皆是。

　　随着医疗信息化的快速发展，医疗业务越来越要求共享、协作和协同。这样一来分步分期不同厂家的信息系统在共享协作方面让医疗机构十分失望。为了解决医院各系统之间的互联互通问题，集成平台概念孕育而生。

　　近一年来，医院在谈集成平台，厂商在谈集成平台，媒体在报道集成平台，“集成平台”俨然成了国内HIT领域最时髦的话题之一。

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　　集成平台到底是什么

　　协和医院信息中心主任李包罗教授的观点是：医院信息系统集成平台是医院各系统间实现信息共享和业务协同的一套服务组件，是一个软件包。为了实现各业务信息系统对集成功能的要求，它将各子系统都要使用的数据和服务尽可能完整地集成在一起，将例如通讯、传输、安全、认证、标准转换引擎、可控医学词表管理、用户管理等封装起来，提供给用户使用。

　　又有观点说信息集成（集成平台），是指系统中各子系统和用户的信息采用统一的标准，规范和编码，实现全系统信息共享，进而可实现相关用户软件间的交互和有序工作。

　　在我看来，这些观点都是对的，而在实践工作中，我们更是发现“无标准，不集成”。标准化是信息集成的基础，主要包含通信协议标准化，产品数据标准化（如STEP，产品模型数据交换标准等），以及调节网络标准化，电子文档标准化，交互图形标准化等。

　　在HIT行业中，集成平台由一系列的集成核心组件和基础数据交换标准组成外，还加入HIT行业的一些特色标准与组件，核心组件包括EMPI、XDS、消息引擎IE、主数据管理、CDR等，数据交换标准包括IHE、CDA、HL7等，采用SOA的架构，将这些基础组件和标准进行集成后，实现医疗信息系统的“互连互通互认”。

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　　集成平台的进化史

　　在集成平台的推动建设上集成平台大致发生过如下的进化。

　　初级阶段：点对点集成

　　其思想就是在任意两个需要进行数据交换的系统之间，开发建立相应的接口对象。由这些接口对象针对性地从数据源系统中提取相应数据，提供作为目标应用系统使用。优点：接口对象针对性强，从单一接口角度来看，投入少、见效快，相对简单，传输性高。缺点：各应用系统之间耦合太紧，重复投资严重，成本不可控，同时可维护性差，需要大量的资源支持。交叉点对点集成，接口数量呈几何数量递增，对医院运营维护是一个很大的挑战。而且这种集成模式的方法和技术已趋于老化。

　　中级阶段：基于中间件集成

　　中间件集成是指利用中间件技术建立业务逻辑服务组件层，对各系统之间的消息交换和数据流程进行调度和管理，支持异步消息交换。优点：该集成方式可以在不同层次采用不同种类、不同技术的中间件产品进行集成，适用于集团医院或区域医疗集成项目。缺点：由于各种技术方式都基于特定的系统平台、语言、通讯协议，在远程协同调用时难以通过防火墙和代理服务器，在技术上实现相互调相当复杂。

　　高级阶段：服务总线集成

　　服务总线集成是基于面向服务的技术架构（SOA）将医院业务服务颗粒化、组件化。该集成方式能实现异构信息系统之间高效互通共享的同时还支持流程编排，支持流程引擎重置重装。优势：可靠、安全、易扩展、适应性强。缺点：各异构信息系统需要将总线服务颗粒嵌入系统中以达到数据共用共享，业务联动协同统一的处理效果。

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　　集成平台目前存活环境

　　“土壤”环境：国家卫计委信息化管理部门牵头发布众多关于集成平台的标准要求。在电子病历评级指导上也明确指出必须包含集成平台。在部厅级层面，集成平台建设的作用与意义已经越来越被重视。

　　“种子”因数：有企业应用集成（EAI）作为有力榜样。各医疗软件企业纷纷把集成平台当作自己企业的拳头产品，重点培育细心养护。

　　“生长”环境：虽然软件厂家在推动集成平台“进化”“生长”道路上呕心沥血，市场响应也很热烈。但是真正实施集成平台的时候情况却很令人沮丧。医疗机构对集成平台的认识千奇百怪，管中窥豹。对集成平台在医院的具体作用和目的显得很迷茫。更多医疗机构对集成平台是一种观望的态度，坐等其他医院实践出成熟产品后再计划如何覆盖实施。

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　　集成平台的目标

　　集成平台是以医院信息化建设实效性为己任，一切以推动医疗信息化建设发展为根本的立足点。在未来的集成发展道路上，集成平台主要向以下几个方面努力：

　　①、提供可靠、安全、易扩展、适应性强的集成技术，实现各异构信息系统之间数据共享，业务互联互通。以实效性建设全面优化医疗机构业务流程，帮助医疗机构实现信息智能化。

　　②、全面帮助医疗机构唤醒沉睡的历史数据，帮助它们实现统一的基础数据框架，建成标准互通共享的数据中心。为医疗机构中的每个系统提供业务数据支撑。

　　③、帮助医疗机构建立信息化建设规范。