基于通用中间件接口服务器的远程医疗信息系统.pdf

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1、医学信息2 0 0 7年4月第2 0卷第4期M e d i c a l I n f o r m a t i o n.A p r.2 0 0 7.V o l.2 0.N o.4医学信息学基于通用中间件接口服务器的远程医疗信息系统蔡光东1,叶 锋2,潘 林2,余 轮2(1.福建省中医药研究院,福建 福州3 5 0 0 0 3;2.福州大学物理与信息工程学院,福建 福州3 5 0 0 0 2)摘要:在远程医疗信息系统共享平台的设计中,提出一种构建通用中间件接口服务器实现多家医院信息系统H I S与P A C S的无缝连接方案。着重介绍了D I C OM中间件、H L 7消息中间件、生态识别和P K

2、I技术在系统集成中的应用。关键词:中间件;接口服务器;远程医疗;P A C S;D I C OM;H L 7中图法分类号:T P-3 9 1.4 1文献标识码:AT e l e-me d i c i n e I n f o r ma t i o nS y s t e mb a s e do nG e n e r a l Mi d d l e w a r e I n t e r f a c e S e r v e rC A I G u a n g-d o n g1,Y EF e n g2,P A NL i n2,e t a l.(1.F u j i a nA c a d e m y o f T

3、r a d i t i o n a l C h i n e s e M e d i c i n e,F u z h o u3 5 0 0 0 3,C h i n a;2.F u Z h o uU n i v e r s i t y,F u z h o u3 5 0 0 0 2,C h i n a)A b s t r a c t:M e d i c a l i n f o r m a t i o ns h a r i n gc e n t e r a n dm i d d l e w a r ei n t e r f a c es e r v e r w a s a n a l y z e da

4、 n daS c h e m at or e a l i z eH I Sa n dP A C Ss e a m l e s s l i n ka m o n g d i f f e r e n t h o s p i t a l s w a s p r e s e n t e db y d e v e l o p e da g e n e r a l m i d d l e w a r e i n t e r f a c e s e r v e r.T h ea p p l i c a t i o no f D I C O Mm i d d l e w a r e,H L 7i n f o

5、r m a t i o nm i d d l e w a r e,e c o l o g y d i s c e r na n dP K I t e c h n o l o g yw a s i n t r o d u c e de m p h a t i c a l l yi nt h es o f t w a r es y s t e mi n-t e g r a t i o n.K e yw o r d s:m i d d l e w a r e;i n t e r f a c e s e r v e r;T e l e-m e d i c i n e;P A C S;D I C O M

6、;H L 70引言随着医院的信息化建设的飞速发展,H I S系统和P A C S系统在我国医院逐渐普及,大量的医疗信息通过网络实现了资源共享,但是由于国内H I S尚未规范化,缺乏统一的医疗信息标准,医院内部的信息系统之间,不同医院的H I S之间的信息交流成为瓶颈;同时P A C S需要占用大量的存储资源和资金投入,不同P A C S厂家对D I C O M标准理解不同,都在一定程度上阻碍了医院间P A C S等医疗信息的互联互通和信息共享 1。针对以上情况,设计中采用通用的中间件接口服务器方案来实现多家医院信息系统H I S与P A C S的无缝连接。这种方案在所建立的远程医疗信息系统中得

7、到很好的应用。1系统构成方案为了实现多家加盟医院H I S与P A C S的无缝连接,即实现H I S与P A C S之间顺畅的信息交流与共享,系统主要通过在各加盟医院构建一个通用的中间件接口服务器,使得各加盟医院可以在不更动医院原有的H I S和P A C S系统的情况下实现信息的共享。远程医疗信息系统结构拓扑如图1所示,整个信息共享平台由医疗信息共享中心(数据中心)和各加盟医院组成,它们之间通过信息共享平台专网实现连接 2。需要访问数据库中心,必须向设在各家医院的通用接口服务器登记,经认证通过,才能获取数据库中心的信息。从系统构成看,数据中心和通用中间件接口服务器是信息系统平台核心所在。1

8、.1医疗信息共享平台整个信息共享平台主要围绕数据中心建设来进行的,即建立基于H L 7和D I C O M等国际通用的医疗信息标准的电子病历和医学影像两个数据中心。如图1右下方所示:远程医疗信息共享中心主要由C A认证中心、中心服务器群和海量数据存储(备份)中心组成。在信息共享中心,通过配置会诊中心服务器,设立会诊监控软件,可以为多家加盟医院实现远程医疗和会诊服务。从数据存储(备份)中心的使用功能上看,对于大医院而言(大医院指的是数字化程度比较高的医院,该医院本身就建设了一套较完备的P A C S、H I S和R I S系统,全院的医生收稿日期:2 0 0 6-0 2-0 9基金项目:福建省重

9、大科技项目资助(编号:2 0 0 2 H 0 0 3)5 1 2医学信息2 0 0 7年4月第2 0卷第4期M e d i c a l I n f o r m a t i o n.A p r.2 0 0 7.V o l.2 0.N o.4医学信息学(护士)工作站对影像和病历信息得到共享。如图1医院甲),数据中心也可以作为医院的异地备份中心。对于中小医院而言(中小医院指的是该医院由于技术或者资金上的欠缺,没有能力建设P A C S,影像系统只配备小容量的存储设备和少量的影像工作站,如图1医院乙),可以把平台数据中心作为它们的存储中心,它们和数据中心的数据进行交换。对于其他医疗机构(如政府、医政部

10、门),它们只需要信息浏览功能,可以通过We b直接调阅数据中心的病历和影像数据。基于H L 7和D I C O M标准的数据中心的建立,有以下几个好处:统一存储和管理各家医院的医学影像数据,可以省去各家医院在存储和管理上的大量费用。数据存储中心可为各家医院的重要数据做异地备份。有利于各家医院共享医学影像信息。为政府部门、保健机构建立群众的电子健康档案,减少病人检查次数,从而降低病人的医疗成本 3。为医院的科研工作,提供丰富的可供长期储存的医学影像数据。作为远程医疗的一个枢纽平台,为远程会诊提供病人的数字化医学影像,加上H I S的集成功能,可实现真正意义上的远程诊断和远程医学教育。有助于卫生管

11、理部门对突发公共卫生的流行病(如禽流感)调查和指挥,日常数据汇总和上报。1.2通用中间件接口服务器中间件接口服务器是连接医院内部局域网与数据中心网络的桥梁。为了满足医院内部网络安全保护与管理方面的需求,必须尽量确保医院内部网络特别是服务器不会受到外部网络的恶意攻击或病毒感染等安全问题的影响。而作为远程医疗信息共享平台的加盟单位,医院需要通过内部医生工作站把H I S、P A C S服务器或者其他医疗设备中指定的医疗信息上传到平台中心服务器。同时,医院内部指定终端设备也需要访问、浏览数据中心的医疗信息。所以在医疗信息共享平台专网中实现医院内部网络和数据中心网络安全隔离的情况下,需要访问平台数据中

12、心的医生工作站等终端设备,只能在接口服务器系统授权下,通过信息的缓存与转发来实现与数据中心的通信与数据传送,实现医院终端设备对中心数据的访问。由于目前国内不同医院对病人的信息数据格式定义不一,遵循的H L 7和D I C O M标准也不一致,所以必须通过接口服务器系统软件对其进行标准化,实现在中心端病人影像病历文档的统一管理。基于以上需求,接口服务器系统在共享平台的具体功能。网络的安全隔离。实现医院内部网络与平台专网的安全隔离,保证医院内网与数据传输的安全。网络访问权限设定。各加盟医院所有工作站均需经过接口服务器允许才能访问共享中心专网。通过接口服务器系统设定医院内网中可以访问共享平台专网的内

13、部终端,从而实现对医院以及平台数据交换的管理。网关功能。网关(G A T E WA Y)原指连接各种不同网络结构,进行各种网络协议转换的设备,其主要涉及O S I高层部分的工作。接口服务器具备类似的功能,通过接口服务器系统完成非格式数据与标准格式数据的转换。包括D I C O M网关、H L 7网关及信息编码标准化等功能。a.D I C O M网关功能。能够与标准D I C O M网络中的医学影像设备及应用软件进行通讯,并为影像设备提供网络服务功能,在对影像完成数据处理与转换后按照D I C O M协议发送到数据中心影像服务器,从而起到D I C O M网关的作用。b.H L 7网关功能。H

14、L 7网关起了连接标准H L 7网络与非H L 7网络的作用。通过它,非H L 7网络的数据可以重构成为标准消息,通过网关传入标准网络,标准消息也可以通过网关解释处理后,传图1远程医疗信息共享平台系统框图5 1 3医学信息2 0 0 7年4月第2 0卷第4期M e d i c a l I n f o r m a t i o n.A p r.2 0 0 7.V o l.2 0.N o.4医学信息学入非H L 7网络,由此实现医院非标准H I S中病历信息通过H L 7网关传送到数据中心的病历服务器。H L 7网关还必须具有严格的信息流向管理功能,确保只有必要的消息传出子网外。C.信息编码标准化功

15、能。对于不同医院定制的不同标准的数据字段进行重新编码,形成统一编码格式,以实现对数据的快速存储,检索,以适用大范围的医政病理统计、远程病理信息调阅等需求。消息解析、构建、转发功能。接口服务器可以解析,构建符合H L 7标准的X M L电子病历数据和符合D I C O M标准的病人影像信息,从而获得从医院工作站发送过来的有效医疗信息,并往数据中心转发医疗信息。接口服务器需要转发从医院工作站发过来的医疗信息,目前提供了两种方式,一种是直接发送,即当接口服务器的网络由医院内网切换到数据中心网络时直接转发待发送的全部医疗信息,另一种是定时发送,即当接口服务器的网络由医院内网切换到数据中心网络且到定时的

16、时间时,转发待发送的全部医疗信息。数字签名加密功能。由于接口服务器处于医院内部网络和数据中心网络之间,而数据中心网络又属于外部网络,安全性没保证,在接口服务器上需要使用加密手段来防止电子病历被人窃取。接口服务器系统采用P K I技术对数据进行加密运算,能有效地进行身份认证。对医院医生数字签名,电子印章进行统一管理,使其可以灵活应用于平台的远程医疗会诊系统。系统扩展功能。在平台中的接口服务器系统必须具有很好的可扩展性,能够方便地与其它医疗信息系统集成。系统对于多家国外成熟的P A C S系统预留了软件接口(如:G EC E N-T R I C I T Y和K o d a k的C A R E S

17、T R E A M),可以方便快速的实现多个系统的联接。2系统平台关键技术远程医疗信息系统的数据流通模式是基于三层B r o w s e r/We b/S e v e r模式和两层C l i e n t/S e r v e r模式相结合的网络计算体系结构。医院端由医院内部服务器,工作站,以及接口服务器组成。平台的主要软件功能模块如图2所示:各加盟医院将原始数据服务器上的P A C S、H I S信息镜像导入接口服务器,通过接口服务器的D I C O M中间件软件和H L 7消息中间件软件转化为标准数据格式导入到数据中心。而各家医院工作站可以由B/S模式的浏览器查询、获取共享中心数据库中的P A

18、 C S、H I S信息。构造D I C O M中间件和H L 7消息中间件实现医院间H I S与H I S、H I S与P A C S等各种异构数据源的连接与信息共享是接口服务器系统软件核心所在。2.1D I C O M中间件在接口服务器上构建D I C O M标准的中间层软件,目的是在客户端(各个医院端P A C S工作站)和数据中心的影像数据服务器之间搭建一个桥梁,帮助实现D I C O M服务功能。它一方面与各种医学影像设备及P A C S按照D I C O M 3.0标准进行通信,实现D I C O M服务功能,另一方面对汇总到影像中心服务器的医学图像数据进行适当的预处理,以满足兼容

19、性,可靠性和安全性上的需要。D I C O M中间件的工作流程如图3所示:图3 D I C O M中间件的工作流程图像缓存模块根据病人的I D号和出入院时间(在多家医院就诊的病人,一般去其身份证号作为主索引),从医院端P A C S服务器中查找符合条件的病人记录,将其图像文件按照/S t u d yU I D/S e r i e s U I D/I m a g eU I D的三层目录结构加载到本地图像缓冲区,同时提取图像相关信息和存储路径写入图像信息数据库。图像数据预处理模块对图像数据进行兼容性修正,压缩,加密等预处理操作,然后向接口服务器发送连接请求。接口服务器监听到网络上的D I C O

20、M连接消息后根据预先颁发的数字证书对发送方进行身份鉴别,如果对方是可信任的则建立连接,这时图像发送模块根据图像信息数据库中相关记录的存储路径,在图像缓冲区搜索对应的图图2平台主要软件功能模块5 1 4医学信息2 0 0 7年4月第2 0卷第4期M e d i c a l I n f o r m a t i o n.A p r.2 0 0 7.V o l.2 0.N o.4医学信息学像文件,启动数据发送,中心端将接收到的图像数据解密后导入数据中心影像服务器,如果对方身份不可信任,则拒绝连接。其他医院工作站向设在本医院端的接口服务器登记,待认证通过,由接口服务器向数据中心的影像数据服务器申请,便可

21、以通过数据中心P A C S的WE B功能,查询和浏览医学影像存储中心数据库中的图像信息,从而实现了医学影像资源的异地共享。2.2H L 7消息中间件H L 7(H e a l t hL e v e l S e v e n)是医疗领域不同应用之间电子信息交换、传输的协议,是由H L 7组织制定并由A N S I批准实施的一个行业标准。在接口服务器上构建H L 7消息中间件软件,主要为了规范各加盟医院不同H I S及相关信息主体间的数据交换,实现本系统平台的电子病历的标准化传输。如图4所示,医院甲通过消息构建模块构建一个字符串形式的消息(字符串形式的消息可以是标准的H L 7格式消息,也可以是非

22、标准格式消息),然后通过消息中间件软件将该字符串形式的消息转化成一个标准消息包,然后再把该消息包缓存到堆栈中(消息中含有接口服务器端程序的应用代码和服务代码)。接口服务器首先要在消息中间件中进行应用代码和服务代码注册(只有通过注册验证的服务才允许转接),然后根据其注册的应用代码和服务代码去堆栈中订阅相应的消息包,获得消息后,消息中间件把该消息包转换为字符串形式的消息。消息解析模块就开始将非标准格式H L 7消息转换为标准的H L 7消息,将其消息值插入到消息数据库中,消息构建模块再将H L 7消息转换为被中心端系统所能接收的消息格式转发出去(过程中使用加密技术)。数据中心接收到符合格式的消息,

23、使用其消息解析模块对它进行解析,将相关的消息存在数据库中。图4H L 7中间件软件消息传递流程在发送电子病历时,有时必须同时发送病人相关的电子影像资料,因此在消息中间件软件中引入了S t r c p y D i c o m I m-a g e线程,用来触发D I C O M中间件软件,发送相应病人的影像信息。由于病人影像资料数据量往往较大,所以病人影像资料和文字资料采用多线程方式在后台传输。2.3生态识别和P K I技术在基于医疗信息共享平台的会诊系统应用中,医生提出会诊或书写诊断结果必须对所写会诊单负责。在提出会诊申请和提交会诊诊断前必须对会诊申请单和诊断报告单进行数字签名盖章(通过指纹识别

24、系统)以防冒名。建立一套安全的认证系统,使用生态识别和公开密钥基础设施(P K I技术),让医生在会诊时通过指纹签章器验证指纹的方式登入来完全替代以前用户输入用户名和密码的方式登入。在共享平台的接口服务器上构建印章服务中心,负责医院内印章信息的管理。医生需通过以下步骤使用会诊印章权限。医生在印章服务中心注册并提交制印申请。印章服务中心根据用户资料和要求制作印章。印章服务中心使用用户证书的公钥对印章数据进行加密。印章服务中心将客户端安装程序、加密后的电子印章以及其他信息存储在指纹仪中,并发放给用户。并将上述信息记录,以备日后查询。用户得到U S B指纹仪后,安装系统。医生使用电子印章签章时,必须

25、在机器上接驳指纹仪。客户端应用程序通过调用上述接口进行盖章。文档盖过章后就可以流转给其他用户。医生打开接收到的盖章的会诊单后,应用程序同样通过调用相应功能接口,可以对文档的有效性和完整性进行验证,这一点与现行系统没有区别。这种方式有效地解决系统的身份识别问题,让医生用户在系统登录、签名等各种应用过程中,无法修改和否认。通过指纹识别作为身份识别,P K I技术对数据进行加密运算,有效地进行身份认证。3结束语系统中设计和构建中间件接口服务器及其相关应用中间件软件实现多家医院医疗数据与影像数据中心的无缝连接,创建了一种基于数据中心的远程医疗信息系统、信息共享与管理的新模式。该医疗信息系统可广泛用于远

26、程会诊、远程医疗信息查询、电子健康档案建立、流行病学调查与监控、医政管理等方面的工作,对提高医疗质量、避免重复检查、提高医疗科研水平以及卫生管理和决策水平等方面都具有非常重要的意义。参考文献:1 余轮,刘雄飞,蔡光东,等.基于P A C S和宽带网的远程医疗信息共享平台研究 J .中国图象图形学报,2 0 0 3,8(1):8 3 9-8 4 2.2 潘林,余轮,陈金雄.远程医疗信息共享平台网络架构的研究 J .中国医疗器械杂志,2 0 0 6,3 0(4):2 9 3-2 9 5.3 陈金雄,刘雄飞,余轮,等.构建基于标准化和中间件平台的区域医疗信息系统 J .中国医疗器械杂志,2 0 0 6,3 0(4):2 5 0-2 5 2.编辑/任鸿兰5 1 5