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摘要:提出了一种新型的基于信息集成和通信协同的智慧医院体系架构。在该体系架构中,通过信息集成、统一通信、大数据分析及移动终端管理等关键技术的应用,为医院实现移动医疗、协同医疗、医疗知识库、商用智能分析等智能应用。具体的应用实践论证了该智慧医院体系架构的合理性与可行性。
智慧医疗;大数据;Hadoop平台;统一通信;移动终端管理;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
中国医院信息化建设经过近20年的飞跃式发展,目前基本完成了以医院信息系统(HIS)为基础,以电子病历为核心的临床信息系统(CIS)建设。这一阶段取得的成果有目共睹,但也存在诸多不容忽视的问题。目前多数医院临床信息系统以医生工作站、护士工作站等面向临床应用为目标,仅处理医护人员日常的医疗文书等工作,而与医院临床业务密切相关的,更为专业化、智能化的信息系统,如护理信息管理、多媒体智能化电子病历、患者生命指征监护、手术室监控、临床实验室检查报告、医学影像诊断报告处理、功能检查信息管理、病理图片及报告、血库管理、营养配餐管理、临床用药咨询等系统的建设应用广度和深度不够。
医疗服务智能化,何为智能?按智慧城市的定义,就是感知、互联、智能、服务,也可以理解为深度资源整合,提供最优化的方案,使得服务接收者有更多的更好的选择。在以前对于病人和医护人员来说几乎是没有选择或者很难做选择,为此,在数字化医院[1-2]建设基础上,进一步帮助医院实现移动医疗、协同医疗、知识库、商用智能(BI)分析智能应用,形成更高级的智慧医院系统,是未来的医院信息化建设目标。
1 智慧医院体系架构
智慧医院通过信息集成及通信协同实现人、物、系统之间的高效沟通协同,解决医院信息孤岛问题。从数字化转向智慧化,采用一体化建设指导思想,从而实现高度感知、互联与智能,使医院成为一个能优化配置医疗资源,持续进行服务创新的高效生态系统。智慧医院的体系架构如图1所示。
智慧医院整体体系架构基于“一门户、两平台、三应用”的理念,面向用户为医院提供统一的移动门户。智慧医院整体体系架构在门户之上集成各方应用,为用户提供单点登陆、统一认证服务、移动终端管理,提高医院医务人员操作、使用的便捷性。智慧医院整体体系架构在安全方面统筹考虑,使用统一的对外接口通道,便于网络安全的控制和管理。
智慧医院体系架构中,以信息集成和通信集成两大能力平台作为应用门户的支撑层。信息集成平台主要用于对医院原有信息系统的数据信息集成,使用统一的接口标准将医院信息集成为标准的数据中心;通信集成平台作为通信能力资源的扩展,向医院用户提供统一的语音、视频、短信以及应用集成服务。
2 关键技术应用
智慧医院体系主要从信息集成和通信协同为主要切入点,由于医院面临海量数据分析需求以及业务应用移动化后的安全性问题,因此智慧医院体系架构中面临的关键技术需要解决医院多业务信息集成、统一通信协同办公、大数据分析以及移动设备安全管理等核心问题。
2.1 信息集成技术
医院信息系统少的有几十个,多则上百个应用,异构平台之间的信息共享困难,很容易产生信息孤岛。医院现有信息基础架构和业务应用系统明显不能适应不断涌现的新需求,在信息集成和数据分析利用方面暴露出明显缺陷,传统的以业务流程为主要驱动的软件开发模式难以满足医院数据规划的新要求。因此,智慧医院的信息集成平台已成为跨越临床信息建设障碍的重要支撑,医疗信息化建设正在进行着从业务流程软件系统为核心逐步转向为以数据规划集成平台为核心的架构模式。典型的智慧医院临床数据集成平台如图2所示。
智慧医院信息集成平台以信息总线为基础,采用中间件方式实现。其遵循国际通用的医院信息集成标准,如从数据交换出发的卫生信息交换标准(HL7)以及从流程出发的医疗信息系统集成(IHE)标准。
HL7[3-9]标准是目前医疗数据交换标准中应用最为广泛的一个国际标准(基于文本),是医疗领域不同应用之间电子传输的协议。HL7汇集了不同厂商用来设计应用软件之间接口的标准格式,它将允许各个医疗机构在异构系统之间,进行数据交互。
IHE[10]提供了实施应用多种标准的标准过程。IHE是由医疗行业的厂商和专家共同发起的活动,通过推动已有标准的协同应用,来改进医疗信息系统之间分享信息的方式。IHE技术框架规定了在某一应用场景中,不同系统之间如何基于已有标准进行数据交互、状态更新等互操作活动。信息系统或者程序产生、管理,对信息进行操作,这些功能单元被称为角色(Actor)。一个特定的信息系统可以包含一个或者多个Actor。Actor支持一组特殊的IHE事务处理。事物处理在Actor之间,采用通用标准,如HL7、医学数字成像和通信(DICOM),通过消息(Message)来进行信息交换。依据IHE规范开发的系统能够更好地实现通信,从而提高信息的利用效率。
2.2 统一通信技术
智慧医院通过通信集成平台为用户提供托管式在线统一通信服务,提升现有医院信息系统的协同工作效率,通过开放式通信能力调用,灵活适应不断发展的各种通信及业务集成需求,为医院的医疗卫生工作提供实时、实地、全方位的通信网络平台支持,进一步帮助提高医院的跨部门协作水平和整体工作效率,从而实现为患者提供更加优质、可靠的医护服务。
统一通信技术是指通过在IP网络上无缝集成语音、视频、即时通信、数据等4种主要通信方式的系统架构,为用户提供一个功能丰富,操作简单的通信环境。其核心是对语音、视频、短信、即时消息(文本)、音视频会议等多种通信方式进行整合,并进一步将通信能力与企业IT应用进行集成。
托管式的统一通信平台是在统一通信平台的基础上,增加了多租户模式,把统一通信(UC)能力作为服务提供给用户。图3是典型的托管式统一通信服务平台架构。
2.3 大数据分析技术
在智慧医疗中,医院业务有很多复杂的数据分析查询,如医疗数据统计(历年慢病趋势和疾病分布)、相似度联接匹配查询(根据CT等影像数据,寻找相似病例,匹配骨髓移植等)以及医疗数据挖掘与预测(疾病与职业、性别、年龄等外界因素的关联及各类药品的需求预测)。
通过临床大数据的挖掘和分析,可建立医疗相关数据运营模式,促进智慧医疗、个体化医疗、医院精细化管理、临床科研、转化医学和基础医学的发展。智慧医院大数据架构如图4所示。
传统关系型数据库难以胜任复杂的数据分析,其原因在于关系数据库本质上采用的是一个二维的模型,通过一系列二维关系的组合来描述复杂实体对象,每个表所代表的所有实体在建模设计时没有差异性,即使只有一个实体拥有某种属性,也必须为其建立一个字段。如果这种个体间的差异性不是仅仅表现在属性上,而且涉及结构和关系,则需要为有差异的实体建立不同的表和对应关系。带来的后果就是一些业务系统往往需要几千张表,甚至数万张表。数据库的结构变得十分复杂,数据库中的信息变得难以理解。而且,在现实数据中,有许多类型是关系数据库不能较好地处理的。
Hadoop[11-14]是一种分布式系统的平台,通过它可以很轻松的搭建一个高效、高质量的分布系统,能够对大量数据进行分布式处理。Hadoop核心系统分为两部分,一是分布式文件系统(HDFS),另一部是分布式计算框架,也就是映射/规约(Map/Reduce)模型。基于Map/Reduce[15]的数据分析工具是目前对大数据进行复杂分析的有效工具之一。Hadoop的HDFS具备高容错性,可部署于低廉的硬件上,并提供高传输率来访问应用程序的数据,适合含超大数据集的应用。Hadoop的Map/Reduce分布式计算模型将应用程序的工作分解成很多小的工作小块。HDFS为了做到可靠性,创建了多份数据块的复制,并将复制副本放置在服务器集群的计算节点中,这样Map/Reduce就可以在其所在的数据存储节点上并行处理这些数据。
2.4 移动终端管理技术
智慧医院中一个比较重要的环节就是通过移动互联网为医生及患者用户提供随时随地的信息服务,但随之而来的就是用户隐私数据的安全性问题。通过移动终端管理(MDM)技术应用,可有效解决移动终端带来的安全隐患,为用户在技术层面提供隐私保护服务。
移动终端管理技术主要针对移动设备提供全面的安全保护及监控管理。管理贯穿设备注册、使用及注销各环节,主要实现设备信息管理、资产管理、配置管理,安全管理等功能。MDM管理流程如图5所示。
移动终端在MDM服务平成注册后,MDM服务平台通过推(PUSH)技术唤醒终端,终端通过加密通道至MDM服务平台获取管理指令或配置信息,实现移动终端远程监控、应用管理(APP)及设备配置功能。在MDM管理流程中,通过数字证书服务的方式实现终端的认证和管理的安全性,具体实现可采用简单证书注册协议(SCEP)[6]。SCEP属于公钥构架(PKI)协议体系,可安全、可靠地为网络设备在线提供数字证书,目前被广泛应用于PKI客户端和认证中心(CA)实现。SCEP有终端、CA和审核授权部门(RA)3种实体。终端实体的功能是生成一对非对称的公钥加密算法(RSA)密钥,发起证书申请或者证书查询请求。CA是证书的颁发机构,是PKI的核心,职责是接收终端用户的申请,决定是否为其颁发证书。RA协助CA,并负责为已授权的证书申请者制作、发放和管理证书。
3 应用实践
智慧医院是智慧医疗的实现手段之一,也是“智慧城市”的重要组成部分。2013年,上海市第一人民医院与上海电信合作开展智慧医院示范试点工程建设,通过近一年时间的建设,已初步完成了医院信息集成平台、通信集成平台及统一门户建设,为医院提供医嘱查询、绩效管理、协同办公、即时通信、电子病历讨论、掌上医院等应用,实现对移动终端统一管理,对公众服务、医务工作人员服务、医院管理人员服务及统一对外数据。上海市第一人民医院智慧医院整体架构如图6所示。
通过信息集成平台,医院各应用系统之间初步实现互联互通,做到各应用系统在数据层面可以相互交换,在应用层面可以互相调用,在流程层面可以协同在一起实现全院级的业务协同。通过通信集成平台为医院提供了端到端的网络建设、改造和应用集成,包括语音固定及移动办公解决方案,集成电话、网络视频会议、即时通讯、多媒体通信等多种通信手段。同时把多种通信手段与医院内部的应用管理系统融合,使医院的工作流、信息流可以通过多种通信手段在各个系统间连接,构成一个闭环式的完整通信办公环境。采用统一通信集成平台优化院内信息网络系统之后,为医院在医疗信息化方面带来更简化的运营、更灵活的扩展和应用移植,同时医院则更专注于为患者提供最佳的专业化服务和最佳医护体验。此外,在信息集成平台建设的基础上,已开始智慧医院大数据系统建设,目前即将完成基础架构搭建。
4 结束语
信息聚合、通信协同的“智慧医院”是医疗信息时代又一里程碑式的创举。通过更透彻的感应和度量、更全面的互联互通和更深入的智能洞察能力,实现医院业务的全面发展,提高医院运作效率,实现更高的服务质量,提供协作的个性化的医疗服务。以“高效、高质、协作”的理念摆脱当前的“看病难、看病贵、医患关系紧张”的影响,并将在未来实现持续的繁荣和蓬勃的发展。
参考文献
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顶层设计,规划先行
智慧健康项目是一项长期、复杂的系统工程,事关百姓切身利益,在项目建设伊始,宁波市卫生局便着手智慧健康项目的顶层规划和系统布局,并将其与系统设计、架构设计和制度设计相结合,启动更具前瞻性、科学性和操作性的顶层设计。
与顶层设计相匹配,宁波市同期展开标准规范与项目可行性研究。截至2014年4月,共组织完成《宁波市智慧健康标准规范目录体系》、《宁波市智慧健康保障体系标准建议-电子病历数据标准分册》等9项涵盖了一期建设项目所涉及的标准规范,编制完成《宁波市智慧健康基础设施建设一期项目建议书及可行性研究报告》、《宁波市区域卫生信息平台项目建议书》、《宁波市医卫协作平台项目建议书暨可行性研究报告》等7项项目咨询报告,均已提交审批或实施。2014年5月,宁波市启动开展了智慧健康二期建设规划和三年行动计划调研,为后续建设提供顶层设计支撑。
以人为本,成效显著
自2011年项目启动建设以来,宁波市围绕“五个统一、六项任务”,加快推进智慧健康区域卫生信息平台、基础设施建设项目、医卫协作平台、综合卫生管理平台等具体项目建设,智慧健康试点项目取得了显著的成果,示范效应凸显,逐步成为浙江省智慧城市建设的“排头兵”。
区域卫生信息实现数据交换和共享。宁波市以实现“统一数字化集成平台”和“统一居民健康档案和电子病历”为目标,加快智慧健康区域卫生信息平台一期建设,为智慧健康从医院走向社会、从医疗服务走向健康服务迈出了关键一步。截至2014年4月底,基本实现9个县(市)区与市区域卫生信息平台的数据交换和共享、8家市级医院等公共卫生机构与市平台系统的对接。据统计,该区域卫生信息平台已集中了1200万条健康信息和5.3亿条健康档案数据。
智慧健康基础设施率先取得进展。宁波市以实现“统一医疗卫生专网”和“统一的数据中心”为目标,率先开展智慧健康基础设施项目建设。目前,医疗卫生专网已连接到11个县(市)区,覆盖了所有市级医疗卫生机构。智慧健康数据中心为市级医疗卫生机构和海曙、江东、江北提供基础平台、服务托管和异地灾备等服务。超前的智慧健康基础设施为优质医疗资源下沉提供了稳定、高效的传输网络。以鄞州区为例,2013年,鄞州区区域影像中心约服务30万人次,其中纠错约3000人次。
数字化社区卫生服务中心全面推广。目前,以全科门诊、中医药门诊、免疫接种门诊、妇保门诊、儿保门诊和健康体检中心“五门诊一中心”为基本建设内容的数字化社区卫生服务中心(乡镇卫生院)在宁波市全面推广,全科医生工作站、电子健康档案管理系统和社区医生随访系统已在10个县(市)区广泛应用,居民电子健康档案建档率达到80%以上,极大地提高了基层卫生服务能力和管理水平。
预约挂号、医疗信息查询系统等惠及民生。数据显示,提供预约挂号、诊疗信息和医疗资源查询等服务的宁波市公众健康服务平台日均服务量超过8000人次,累计服务人次超过400万,年服务人次达150万。根据测算,应用预约服务的患者至少能减少一小时左右的在院时间。2014年4月,中英优质数字医疗展示中心建成并落户于宁波市第二医院,通过远程医疗实现了国内外优质资源整合,为市民提供 “家门口”的数字医疗服务。2014年7月上线运行的“智慧健康―医院通” 手机和电视客户端,更是极大地提高了居民和医疗机构的社会效益。
智慧医疗以人为中心
医疗卫生事业的发展程度,是一个国家人民幸福指数最直接的体现。医疗体系的方方面面无不影响着我们每个人的生活。 然而我们也正面临着诸多问题,比如对昂贵的医疗卫生体系的价值期望越来越高、全球范围内医疗质量以及患者安全问题、市民对医疗保健可选择性需求的不断增长、日益严峻的资源短缺、用于改进医疗保健事业的新途径所带来的挑战等。
智慧医疗可以为这些问题提供有效的解决方案。智慧医疗是一个新兴起的专有医疗名词,通过打造健康档案区域医疗信息平台,利用最先进的物联网技术,实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动,逐步达到医疗领域的信息化。高效、高质量和可负担的智慧医疗不但可以有效地提高医疗质量,更可以有效地阻止医疗费用的攀升。
目前,全球有1亿多人每年的个人医疗支出处在贫困线以下,21世纪的医疗保障体系必须以病人为中心组织服务,可以从以下几个方面为病人提供帮助,使病人有能力为自己负责。第一,向病人提供相关的信息资源;第二,让病人参与医疗卫生服务的计划和管理;第三,建立信息服务体系,让病人能够在需要的时间和地点得到所需要的信息;第四,根据病人的就医经历,评价和运转医疗卫生服务;第五,帮助医生提高支持服务能力。要做到这些方面,智慧医疗在其中可以发挥更大的价值。
智慧医疗由三部分组成,分别为智慧医院系统、区域卫生系统以及家庭健康系统。智慧的医疗体系可以建立协同的合作伙伴关系,以提供更好的医疗保健服务,并有效地预测和预防疾病,同时,还能让每个人作出更明智的选择。智慧医疗是为转型的临床举措建立更有效的IT基础,通过自动追踪和记录患者、医疗设备和资产的状态,帮助医生定位患者,并确定医疗活动的优先级;通过优化对临床信息的管理而实现儿科研究中基因的潜在优势;能够通过单个可靠的视图访问患者全面的医疗历史记录;主动地推动组织内的技术、流程和人员整合。
智慧医疗是智慧城市的主线
智慧城市是信息技术高度集成、信息应用深度整合的网络化、信息化、智能化的城市,是信息化向更高阶段发展的重要表现。
智慧城市是人的智慧与信息通信技术紧密结合的产物,具有透彻感知、泛在互联、高效协同、精准管控、创新应用等主要特征。智慧城市面向未来构建全新的城市形态,最终构建城市发展的智能环境。伴随着智慧城市在我国的迅速发展,智慧医疗成为智慧城市建设的重要组成部分,正在逐渐走进寻常百姓的生活。
智慧医疗首先要解决区域卫生问题,把区域内的医院、卫生机构、卫生管理单位、社区医院、妇幼医院等与卫生相关的机构,它们的信息系统、数据、流程要整合起来。
智慧医疗在我国刚刚起步,上海电信和第五医院联手推出的远程诊断“智慧医疗”; 浙江富阳“智慧医疗”:通州首批健康“一卡通”发放,已经率先开启了“智慧医疗”。
智慧医疗的成果即是医疗消费者和服务提供者的满意度均得到提升,每个人将享受到一个协同、协调的医疗系统所提供的服务。目前,国内的CHAS临床与科研信息整合平台(简称CHAS)可以帮助医院内部以及医院集团各个分院之间实现复杂临床信息的整合,提高临床信息的再利用能力。 此解决方案的核心是标准化的临床信息模型和IBM医疗集成框架,能在医院的各个系统之间实现紧密的信息共享,最终将与医院外部的其他医疗机构实现信息共享。
我国智慧医疗建设的建议
推动智慧医疗发展的机遇无处不在。匹兹堡大学医疗中心,这一著名的学院医疗中心表示,8年来智慧医疗降低了3000万美元的资金和运营成本,使他们能够实现锐意进取的临床计划。位于宾夕凡尼亚州的这个领先的、完全集成的提供商通过先进的HER系统,利用其10年的丰富经验,建立了一个全面的临床信息仓库,帮助医生提供最佳实践病人护理,并支持医疗研究;SES部署了一个地理区域集成的医疗系统,可以管理所有的医疗记录,使该地区的任意一家医疗中心都能够访问超过100万人的记录。该系统完全实施完成时,将有超过5000名医生能够可以同时使用。
而我国的医疗卫生信息化信息化建设总体水平比较落后,智慧医疗建设起步较晚。基于这一现状,现阶段我国的智慧医疗建设应充分利用智慧城市建设已有成果和资源。纵观我国医疗卫生领域信息化建设历程,标准化和规范化工作滞后,成为信息化发展的瓶颈。在智慧医疗建设过程中应汲取教训,加强标准和规范领域的法制建设。
加强组织机构建设,出台相关的法规和配套政策。建议成立智慧医疗建设工作领导小组,全面地负责总体规划、协调相关部门的职能、统筹建设资金的使用等,牵头制定《智医疗实施方案》,明确发展目标、建设规划、公共技术服务平台建设计划。
确保信息安全。在智慧医疗建设的过程中,一是要严格遵守国家有关信息安全的法律法规,确保网络、信息的安全。二是要做到技术防范和制度防范并重。三是要重视数据安全,保证数据的原始性和完整性。
加强顶层设计。统筹规划智慧医疗建设是医疗卫生领域全局性的规划和管理问题,需要加强顶层设计,统筹规划,合理布局。
智慧城市的发展离不开智慧医疗,但是智慧医疗只是智慧城市建设的一个方面,要想实现真正的智慧城市,需要实现城市信息一体化,共享城市的各个方面信息,整合城市内各种资源。
相关链接
智慧医疗缓解温州市民就医难
近日,温州医科大学附属第一医院率先在国内推出“智慧医疗”手机门诊系统,温州公众实现了复诊病人“足不出户、在家看病”的就医新模式,这在全国尚属首创。
目前,温州“智慧医疗”由“智慧医疗・客户端医生版”、“智慧医疗・客户端大众版”、“智慧医疗・手机门诊热线”这三部分组成,能为医生看病、市民就医同时提供极大的方便。
现在,市民只需登录“智慧医疗”大众版,就能在手机上进行预约挂号、取报告单、智能分诊、医院导航等;符合一定条件的病人(具体条件见本文最下面),还能拨打手机门诊热线15988711580,在电话里就可以请医生开出化验单、特检单。
另外,温州医科大学附属第一医院医生通过登录“智慧医疗”医生版,在手机上就能给病人开诊断单、化验特检、复诊挂号,非常智能和便捷。