《于IHE-XDS架构的跨区域共享医疗信息系统架构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《于IHE-XDS架构的跨区域共享医疗信息系统架构设计（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、青年论文参赛论文基于IHE XDS架构的跨区域共享医疗信息系统架构设计张凯，杨媛媛，朱燕杰，孙健勇，凌彤辉，张建国中科院上海技术物理研究所医学影像实验室 200083摘要：本论文研究设计了一种基于IHE XDS架构的跨区域医疗电子病历文本和影像信息共享系统, 用于解决同一域内不同医疗机构之间的病人医疗信息共享、及不同域之间病人医疗信息共享需求。系统设计遵循IHE XDS.b(Cross-Enterprise Document Sharing, v.b)和XCA(Cross-Community Access)集成模式，采用SOA(Service Oriented Architecture)和ED
2、A(Event-Driving Architecture)技术架构进行实现。系统由四个层次组件组成。采用LoaderRunner技术对设计研发的共享系统数据发布、用户查询和图像提取进行了压力测试评估。测试结果达到设计目标要求。关键词：IHE XDS.b, Electronic Healthcare Record, XACML, ebXML 3.0, ATNA。一、引言截至目前，上海拥有480多家医院，为1800百万人提供不同的医疗服务和健康保健服务。这些医院由20多个健康管理机构和所在区直接管理，在本文中将其定义为局域（Domain or Community）。目前，这些医院独立运行，病人的信
3、息孤立于大多数医院中。迫切需求将每个域中的医院信息整合，提供面向病人的健康服务，并使医疗文档能跨域共享。本文提供了跨多个区域文档共享的影像电子病历系统（i-EHR）的设计和实现。首先，简要介绍系统服务模型和系统基本的需求。其次，介绍i-EHR系统的体系结构和主要模块。第三，分析i-EHR系统的初步测试结果。最后，讨论几种不同的跨域协同模型的优缺点。二、系统体系架构与主要模块本系统基于IHE XDS.b和XCA技术框架，采用SOA和EDA体系结构，来满足共享中的事务灵活性与实现将来的可扩展性。SOA和EDA架构允许i-EHR产生灵活、可配置和基于标准的服务，同时对定期和不定期的输入事件具有灵活的
4、处理特性。为了开发本系统，许多因素需要考虑：首先，设计上要遵循IHE技术架构来实现域内跨医疗机构(Corss-Enterprise)和跨域(Cross-Community)的图像和报告文档的共享机制。其次，系统不仅要集成拥有PACS和RIS的医院，还要包含没有PACS但是有数字图像设备和RIS的医院。第三，克服有限带宽和快速查询、提取响应等问题，采用了基于JPEG2000的图像处理和现实技术。第四，权限访问控制、医疗数据完整性和真实性、日志。同时引入了网格概念使得整个系统对用户来说是一个超级PACS和RIS，简化系统的管理和控制。i-EHR系统架构图如图1所示：图 1. 图像电子病历系统架构图
5、.图1中所示本系统包含SOA，网格并遵循IHE XDS.b技术架构。系统由九个主要模块和通用服务组成：1) XDS 注册中心。主要功能是实现IHE XDS.b中定义的注册中心角色，并采用ebXML3.0中注册中心模型来存储和管理提交的图像和报告文档的元数据。有两种类型的注册中心，一种是部署于局域中的，作为接入端为医院以及相关的医疗机构服务；另外一种是市级中心的，作为整个市级的文档共享服务。2) PIX+管理中心。实现了IHE XCA技术规范中定义的PIX+角色，用来存储跨域病人索引信息。3) PIX管理中心。实现了IHE XDS.b技术规范中定义的PIX角色，用来存储跨医疗机构病人索引信息。4
6、) XDS.b文档存储池。主要实现IHE XDS.b技术规范中定义的文档存储池的角色。用来管理和存储提交的图像和报告文档，以便相应域内的提取。5) PACS/RIS。位于医院内部主要是作为图像和报告文档的提交源角色。6) PACS/EMR工作站。客户端通过i-EHR系统来访问图像和报告文档，主要实现IHE XDS.b技术规范中定义的消费者的角色。7) XDS.b代理和网格代理。用于ebXML3.0和DICOM/HL7消息的转换，将多家医院的PACS和RIS集成进i-EHR系统中。8) 网格服务。主要管理网格节点间的图像的数据流，像数据备份、图像传输、图像消息数据流的跟踪。9) 安全服务。主要提
7、供图像和报告文档的访问控制、医疗数据完整性和真实性、日志。针对域内的跨机构文档共享用例，系统遵循IHE XDS.b技术规范实现。针对第二个跨域文档共享用例，设计了两种共享模型。第一个共享模型是：文档注册池收到提交集然后将元数据注册到本域中的注册中心，然后从PIX+中取得病人的跨域的全局标识符并将相同的元数据注册到市级注册中心。这之后，如果域1中的文档消费者要查询整个上海市的某个病人文档，他可以通过病人标识符直接查询市级注册中心，获取所有来不不同域的共享文档的元数据，然后去相应的文档注册池中提取相应的文档。第二个共享模型是：如果域1中的文档消费者要查询上海市的某个病人的所有共享文档，必须首先查询
8、PIX+获取此病人在存放病人文档的相应域中的局域标识符，然后向相应的域中的注册中心发起查询请求，组合查询请求的响应结果即为所有的共享文档，然后去相应文档池中提取文档。下节中，我们将评估这两种共享模型的测试性能。三、实现i-EHR系统原型由包含三个域，每个域中有一个局域的XDS模块和一个总的市级XDS模块。局域XDS模块由以下部分组成：XDS.b注册中心、XDS.b文档注册池、多个XDS/Grid代理节点和PIX管理中心。市级XDS模块包含XDS.b注册中心和PIX+管理中心。图2展示了i-EHR系统的网络连接和主要模块。通常，XDS代理节点验证来自PACS和RIS的提交文档或图像的元数据，然后
9、将它们提交到XDS.b文档池中，在这过程中实现了IHE的图像文档源角色。网格代理节点将远程医院的PACS通过DICOM存储通信（Storage Service）或查询提取服务(Query and Retrieval Service)互联起来，将RIS通过HL7或web service进行接口。图像文档消费者角色可以通过PIX+来访问多个域中的注册中心或者直接访问市级注册中心，从本域或其他域的文档注册池中提取文档或图像清单，从而进一步通过网格代理节点从其他医院的PACS中提取图像。图 2. i-EHR 系统网络连接图和系统主要模块.为了在有限带宽下图像提取中获取快速的响应效果，在传输图像过程中采
10、用了JPEG2000渐现技术。 四、测试结果压力测试的主要目标是比较两种共享模型的跨域查询的性能。首先，向每个局域中的XDS系统中提交注册1000万文档，从而市级注册中心中有3000万的文档元数据。其次，设计了两种查询流程来测试两种模型的查询性能。如果共享文档正好在一个域中，就直接查询本域。在局域内的存储查询流程为：首先文档消费者查询PIX管理中心来获取病人在本域中的全局标识符，然后通过ebXML3.0的存储查询来查询本域中的注册中心获取文档元数据，最后从相应的文档池中提取图像或报告。如果文档消费者从文档池中获取图像清单（Manifest），然后解码清单并从本地的网格节点通过DICOM C-M
11、ove来启动网格引擎从远程PACS，把图像数据通过网格文件传输协议(FTP)路由到本地网格代理节点，然后推送给文档消费者相应图像。如果共享的文档存在于多个域中，采用全局跨域查询流程，提供两种查询模型。第一种模型：文档消费者首先从PIX+中获取可能存在的域中的全局标识符，然后向相应域中的注册中心发起查询，然后从相应文档注册池中提取病人的所有共享文档或图像清单，如果是图像清单然后采用上述的方法获取图像。第二个模型是：文档消费者获取本域的全局标识符，然后从PIX+管理中心中获取跨域的病人索引标识符，直接从市级注册中心中查询病人的所有共享文档，然后从相应文档注册池中提取病人文档或图像清单，如果是图像清
12、单然后采用上述的方法获取图像。图3展示了两种查询流程跨两个域的查询的性能。四条曲线分成两组。上面一组的两条曲线是在模型一下用户数从1到100个的查询和提取的相应时间。下面一组的两条曲线是在模型二下用户数从1到100个的查询和提取的相应时间。通过图3，可以看出随着查询和提取用户数目增多，系统的相应时间在下降。但是第二种共享模型在相同的条件下明显优于第一种共享模型。图4展示了相同的测试流程但是是在三个域的条件下进行的。同样可得出相同的结论。图3. 病人文档分布在两个域中的两种查询模型的比较图 4. 病人文档分布在三个域中的两种查询模型的比较在两个网格代理节点之间的图像提取流程中，为了获取更快的传输
13、速度，开发了基于HTTP传输协议的Grid-FTP传输机制并用于XDS-I消费者的图像提取流程中。表1给出了在实验室环境下不同类型的图像的传输测试性能。如表中现象的出现原因是提取图像由两部分，DICOM图像从PACS到网格代理节点的传输和数据从一个网格代理节点到另一个的传输。总之图像数据量越大平均传输时间越短。表 1. 不同类型的图像的传输速度设备类型原始大小(单个图像大小)x(图像数目)网络带宽网格节点间传输时间CR7357K7357K x1100M17SecCR7357K7357K x77100M52 SecCR7357K7357K x68100M35 SecMR135K135K x410
14、0M12 SecMR135K135K x13100M43 SecCT514K514Kx3100M8 SecCT514K514K x20100M26 Sec图5和图6分别展示了文档注册中心和文档存储池中心控制管理界面，有利于管理员进行文档元数据和文档内容的控制和管理。图5.文档注册中心控制台图6文档存储池中心控制台五、结论 本文中，给出了多域下的跨域协同共享医疗影像电子病历系统的设计和实现方法。改进了IHE XCA的跨域的共享模型，并对其模型进行了压力测试。测试结果表明市级注册中心结构的共享模型优于分布式的共享模型，达到了系统设计的目标要求。i-EHR系统作为一个存在于传统程序和跨域健康信息系统
15、之间的中间件，为终端提供集成的病人影像和文档信息。病历信息可以存储在分布的多个文档注册池中，而由中心节点集中管理。基于网格的图像存储与IHE XDS/XCA技术框架结合用于跨域的图像共享能够加强跨域协作的数据流的灵活性。参考文献1. IHE IT Infrastructure Technical Framework, http:/ Jianguo Zhang, Chenghao Zhang, Jianyong Sun, et al. A Grid-Based Implementation of XDS-I as a Part of a Metropolitan EHR in Shanghai, Proc. of SPIE Vol.6516, 2007.3. Zhang Xiaoyan, Zhang Jianguo. Data Grid A Distributed Solution to PACS, Proc. of SPIE Vol. 5371, 2004.4. http:/dev.globus.org/wiki/Incubator/MEDICUS通讯作者：张凯, 博士研究生姓名：张凯单位：中科院上海技术物理研究所医学影像实验室邮箱：200083
