医学信息集成测试系统的研究与实现
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摘要
IHE(Integrating Healthcare Enterprise)是北美放射协会(RSNA)和美国医疗卫生
信息与管理系统协会(HIMSS)共同发起成立的组织，目标是促进医疗信息系统的集
成，为不同子系统之间的互操作提供集成方案。IHE 基于现有成熟的标准制定了若
干集成方案和规范的流程，通过 DICOM、HL7 等消息交互实现这些流程，以达成
不同系统间的互操作和信息集成。为了推动和鼓励医疗信息行业的厂商和用户采
用IHE 技术规范，IHE 每年组织集成测试（Connectathons）以验证医疗信息产品
对IHE 集成方案的符合性。在集成测试实践中可能出现部分测试角色不足，需要
已测试通过的系统或符合 IHE 集成规范的角色模拟系统参与测试。
本文首先对课题的背景、国内外研究状况、意义进行了介绍，确定研究内容
为IHE 放射学领域，模拟角色为 ADT、OP、OF、MOD、IM。然后在该范围内对
每个角色分别进行功能分析，研究其涉及的集成模式、事务、HL7/DICOM 消息等。
本文对 HL7 消息的解析构造进行了研究，探讨了目前常用的三种 HL7 消息解
析方法的原理及效率，创新提出使用正则表达式解析 HL7 消息的技术，根据不同
的解析需求，设计了全解析及按需解析两种方式的正则表达式，并对其解析结果
进行了测试及代码实现。最后设计并实现了消息处理类，通过消息模板和树形结
构来展示 HL7 消息的解析结果。
根据角色功能分析结果，设计本测试系统结构为网络通信层，消息层，互操
作层，角色模拟器 4层，并对其进行概要设计以及详细设计。网络通信层设计并
实现了 HL7 基于 MLLP 协议的通信功能，并在 ClearCanvas 开发包基础上扩展
DICOM 的N服务；消息层使用上文实现的 HL7 正则表达式解析模块完成消息的
解析功能；互操作层按 IHE 事务进行设计实现；角色模拟器基于 IHE 角色，根据
测试需求进行设计，在 windows 平台下使用 C#.NET 2008 实现。最后得到一套含
有ADT、OP、OF、MOD、IM 角色的医学信息集成测试系统。为确认其符合 IHE
规范，能进行 IHE 规定的互操作，本文最后对各角色进行了 MESA 测试，通过测
试验证其互操作性和一致性。
关键字：IHE 集成测试 放射学 DICOM HL7
ABSTRACT
IHE is an initiative by healthcare professionals and industry to improve the way
computer systems in healthcare share information. IHE promotes the coordinated use of
established standards such as DICOM and HL7 to address specific clinical need in
support of optimal patient care. Systems developed in accordance with IHE
communicate with one another better, are easier to implement, and enable care
providers to use information more effectively. The Connectathon provides detailed
validation of the participants' interoperability and compliance with IHE profiles. At
present connectathon appeared leak of some IHE Actors. It is expected an integration
testing system complianced with IHE profiles participate in connectathon. In addition,
the system is also can be used as a demo for the course of medical information
integration and that of experimenta.
The paper first introducing the background, domestic and overseas actuality,
meaning of the topic, determing the research content is IHE radiology domain, Actors of
ADT, OP, OF, MOD, IM. Then do the function analysis on each Actor in this range,
analyse the profiles, transactions, HL7/DICOM messages the Actor involves.
The paper analyze the three methods’ theory and efficiency which often used in
parse the HL7 message, presents a innovative method that using regex to parse the HL7
message. According to different analytical requirements, design a WHOLE PARSE and
ON-DEMAND PARSE two ways of regular expressions, tested the parse results and
coding it.Final desing message model to filling the parsed content from message.
According to the analyze results, design the test system model for the Network
layer, Message layer using the HL7 parsing modules realized in regex to do the HL7
message parsing.Interoperate layer designed and implemented according to IHE
Transactions.Actor simulators were develop based on IHE Actors, meets IHE test’s
needs using C#.NET 2008 in Windows platforms.Finally get an integration test system
which have Actors of OF ADT, OP, MOD, IM. To confirm the integration testing
system’s interoperability and compliance with IHE profiles, the paper finally testing
each Actor with MESA tools, verifies the integrated ability.
Keywords: IHE, Connectathon, RAD, DICOM, HL7
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .................................................................................................................... 1
§1.1 课题的研究背景 .............................................................................................. 1
§1.2 国内外研究状况 ............................................................................................... 2
§1.2.1 MESA ...................................................................................................... 2
§1.2.2 JDicom ..................................................................................................... 2
§1.2.3 DCM4CHEE ............................................................................................ 2
§1.2.4 RISMALL ................................................................................................ 3
§1.2.5 Gazelle ..................................................................................................... 3
§1.2.6 ClearCanvas ............................................................................................. 3
§1.3 课题研究的目的及意义 ................................................................................... 3
§1.3.1 IHE 集成测试 ......................................................................................... 3
§1.3.2 医学信息集成教学、实验 .................................................................... 4
§1.3.3 业界培训 ................................................................................................ 5
§1.4 本课题研究的内容 ........................................................................................... 5
第二章 相关研究背景 .................................................................................................... 7
§2.1 医学信息标准规范 ........................................................................................... 7
§2.1.1 HL7 消息格式规范 ................................................................................. 7
§2.1.2 HL7 数据交换规范 ................................................................................. 8
§2.1.3 DICOM 特征 ......................................................................................... 10
§2.1.4 DICOM 数据交换规范 .......................................................................... 11
§2.2 IHE 规范 ......................................................................................................... 12
§2.2.1 IHE 介绍 ............................................................................................... 12
§2.2.2 IHE 框架机制 ....................................................................................... 13
§2.3 IHE 测试技术 ................................................................................................. 14
§2.3.1 MESA 测试 ........................................................................................... 14
§2.3.2 IHE 测试 ............................................................................................... 15
§2.3.3 测试的基本单元 ................................................................................... 18
§2.4 本章小结 ........................................................................................................ 18
第三章 医学信息集成测试系统的分析与设计 .......................................................... 19
§3.1 角色模拟器功能分析 ..................................................................................... 19
§3.1.1 ADT Patient Registration 登记病人角色 .............................................. 19
§3.1.2 Order Placer 医嘱安排者角色 .............................................................. 21
§3.1.3 Order Filler 医嘱执行者角色 ............................................................... 23
§3.1.4 Acquisition Modality 采集设备角色 .................................................... 24
§3.1.5 Image Manager 图片管理者角色 ......................................................... 24
§3.2 测试系统消息对象分析 ................................................................................ 25
§3.3 测试系统通信服务分析 ................................................................................ 26
§3.4 测试系统结构设计 ........................................................................................ 27
§3.4.1 消息层设计 .......................................................................................... 28
§3.4.2 互操作层设计 ...................................................................................... 28
§3.4.3 角色模拟器设计 .................................................................................. 30
§3.5 本章小结 ........................................................................................................ 31
第四章 用正则表达式解析构造 HL7 消息 ................................................................. 32
§4.1 HL7 消息编码方式 ......................................................................................... 32
§4.2 HL7 消息的构造、解析 ................................................................................. 32
§4.3 现有 HL7 消息的解析构造方法及优缺点 ................................................... 33
§4.4 正则表达式 .................................................................................................... 35
§4.5 使用正则表达式解析 HL7 消息 ................................................................... 36
§4.5.1 全解析正则表达式设计 ...................................................................... 37
§4.5.2 按需解析的正则表达式设计 .............................................................. 38
§4.5.3 消息解析类 ........................................................................................... 39
§4.5.4 Message_Dealing 消息处理类 ............................................................. 40
§4.6 本章小结 ........................................................................................................ 43
第五章 医学信息集成测试系统的实现与验证 .......................................................... 44
§5.1 消息层实现 .................................................................................................... 44
§5.2 互操作层实现 ................................................................................................ 44
§5.2.1 HL7 消息通信模块实现 ....................................................................... 44
§5.2.2 DICOM 服务扩展 ................................................................................. 50
§5.3 角色模拟器实现 ............................................................................................ 53
§5.4 MESA 测试验证 ............................................................................................. 54
§5.5 本章小结 ........................................................................................................ 58
第六章 论文的总结和展望 .......................................................................................... 59
参考文献 ........................................................................................................................ 60
符号说明 ........................................................................................................................ 63
附录 A OF 事务分析 .................................................................................................. 64
附录 B MOD 事务分析 .............................................................................................. 70
附录 C IM 事务分析 ................................................................................................... 75
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ............................................ 82
致谢 ................................................................................................................................ 83
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 课题的研究背景
随着我国医疗信息化的快速发展，医疗信息系统已经从单一的 HIS发展到 HIS、
PACS、RIS、LIS、EMR 等多种系统在一个医院中共存，并进入到院际互联和区域
医疗信息化的发展阶段。专业化分工也开始明显，用户不再依赖一个厂商提供所
有这些产品，多个供应商产品之间的互操作和信息集成的需求与日俱增。但是我
国由于前些年对医疗信息标准的重视不够，至今大多数产品都没有遵行共同的标
准，不具备相互集成的能力。
IHE 即Integrating the Healthcare Enterprise，是由 RSNA(Radiology Society of
North America 北美放射 协会)和HIMSS（Healthcare Information Management
Systems Society 卫生保健信息管理系统协会)两个组织牵头，由美国的医学专家和
相关管理部门、行业企业的信息技术专家于 1998 年共同发起的，旨在提供一种更
好的方法让医学信息系统之间进行集成。IHE 在既有医疗信息标准（HL7 标准和
DICOM 标准）的基础上，定义多个 IHE 技术框架以解决行业各领域内部（如实验
学、放射学、心血管病学、IT 基础架构等）具体的兼容性问题，鼓励各厂商根据
技术框架开发系统，并通过 IHE 每年一度的 IHE 集成测试（Connectathons）进行
测试验证，保证卫生保健各个环节及过程都能够具有很好的互联性和互操作性。
IHE 目前已发展到 11 个领域（domain），涉及到病理解剖（Anatomic Pathology）、
心脏学（Cardiology）、眼科（Eyecare）、信息构架（IT Infrastructure）、实验室
（Laboratory）、患者治疗协调（Patient Care Coordination）、患者治疗设备（Patient
Care Devices）、 药房（Pharmacy）、 质量，调查以及公共卫生（Quality, Research and
Public Health）、放射肿瘤学（Radiation Oncology）、放射学（Radiology）等医院信
息化的各个方面。在 IHE 各领域的产品实现中，众厂家在对技术框架的理解和实
现上可能有不同，IHE 协会对于技术框架的实现情况也不掌握，因此 IHE 集成测
试是很有意义的[1]。
集成测试是IHE 组织发起的，邀请卫生组织、HIT（Health information
technology,医疗卫生信息技术）公司参加的年度会议，集成测试提供各厂商互联互
通及互操作测试的机会，厂家们能集中在一个可控环境下测试、模拟交互集成，IHE
委员会也能及时得到 IHE 应用的反馈，会后根据情况会对各技术框架进行评价和
解释。
集成测试中经常遇到部分测试角色不足的问题，为了使测试工作顺利进行，
医学信息集成测试系统的研究与实现
2
需要一个能用于模拟标准角色与其他厂商进行 IHE 测试的系统，该系统必须符合
IHE 规范，在测试中能充当标准角色（Actor），能完成技术框架所规定的各项交互
事务（Transaction）。
本文旨在开发一个 IHE 的标准测试系统，该系统能实现 IHE 放射学领域技术
框架所定义的主要角色，具有完成技术框架所定义事务的功能，能模拟所需角色，
参与测试流程。
此外，医学信息集成教学、实验与培训也需要 IHE 集成模拟系统来演示 IHE
集成流程，提供完整模拟、观看、操作医学信息系统集成流程的工具。
本测试系统不仅对 IHE 测试及医学信息集成具有实际意义，还可作为 IHE 教
学及业界（医院以及厂商）培训的一个模拟流程演示系统，对于 IHE 在业界的推
广、学校教学及业界培训都具有现实意义。
§1.2 国内外研究状况
为了促进业界广泛使用 IHE 标准，IHE 组织研发了针对各领域的各类 IHE 测
试工具，行业企业也将一些工具包免费甚至开源提供给业界使用，以下介绍一些
常用的 IHE 工具。
§1.2.1 MESA
IHE 提供了一个标准的自测工具 MESA，供参测厂商在开发或者参加集成测
试前进行自我测试，也能供医院采购产品时评测产品对 IHE 规范的符合性。MESA
能模拟除了被测角色之外的所有角色，但不能模拟角色。
§1.2.2 JDicom
JDicom 是一个基于 JAVA 平台的 DICOM 工具，可以部分的模拟 IM 角色的
Image Server 以及分别模拟 Modality 的SCU 以及 Storage SCU 功能。但不能完整
展示及模拟 IM 或Modality。
§1.2.3 DCM4CHEE
dcm4che 是一个开源的临床图像和对象管理解决方案，该项目中所包含的
dcm4chee 是遵从 IHE 放射学领域规范中的 Image Manager/Image Archive 角色所开
发的，可以用于模拟 IM/IA 角色。该工具以 web service 方式提供服务。
第一章 绪论
3
§1.2.4 RISMALL
RISMALL 是由圣路易斯华盛顿大学医学院开发的一个工具，全名 Mesa RIS
Mall，是基于 web 的应用。设计用于模拟 Acquisition Modality, Image/Report Manager,
Order Filler, Order Placer 和 Patient Demographics Consumer。现广泛用于 IHE测试，
它主要工作在 IHE 的HL7 领域中，扮演 ADT 的一些功能。但不能处理 DICOM 消
息。
§1.2.5 Gazelle
Gazelle是由 Mallinckrodt技术学院的 Steve Moore和法国国立计算机及自动化
研究院（INRIA）的 Eric Poiseau 负责组织研发。Gazelle 项目旨在开发 IHE 的测
试工具，此工具测试医疗系统的互操作性和所发消息对 IHE 所采用的标准的遵从
性，它将取代第一代 IHE 测试管理系统 Kudo。
Gazelle 架构的核心为 Gazelle 测试引擎，它通过 web service 调用 Gazelle 角
色（模拟器）来实现测试角色模拟，与待测系统进行测试[3]。
他目前完成模拟器有：PDQ Patient Demographic Consumer, PDQ Patient
Demographic Supplier, XCA Initiating Gateway, XCPD Initiating Gateway, XCPD
Responding Gateway, XDR Document Source, XDR Document Recipient, SWF Image
Display, XUA X-Assertion Provider[3]。
Gazelle 当前完成的模拟器并无我们所需的角色，而且架构及环境搭建较为复
杂，不利于教学实验模拟。
§1.2.6 ClearCanvas
ClearCanvas 是加拿大一个 HIT 公司，致力于将具有创新性的开源 HIT 应用，
以供有需要的机构免费使用。ClearCanvas 开源代码中有 DICOM 开发包 SDK，可
在此之上进行重开发和应用扩展。它可以完成 DICOM 消息的解析，但 DICOM 服
务上只提供基本的 DIMSE-C 服务，若要使用 DIMSE-N 服务，可在此基础上进行
扩展。
§1.3 课题研究的目的及意义
§1.3.1 IHE 集成测试
IHE 集成测试(Connectathon)是HIT 产业的大规模互操作性测试，每年一届，
医学信息集成测试系统的研究与实现
4
分别在亚洲，欧洲以及北美各国进行。
在集成测试中，来自各个不同厂商的测试系统与他们互补的系统进行信息交
互，完成他们所选 IHE 角色(IHE Actor)规定实现的所有事务(Transation)，这些事务
用于支持 IHE 集成模式（IHE Profile）所定义的一系列临床实际案例。在集成测试
中每年将有数以千计的厂商进行对测，有数以万计的事务通过测试。集成测试后
测试组织方会在公共网页上公布测试结果。
集成测试提供给参测者互操作性和 IHE 集成模式遵从性最详细的验证。参测
厂商在集成测试前应使用测试软件——MESA 测试工具进行自测。它提供给厂商
一个独一无二的连通性测试机会，使厂商可以事先排查集成问题而不用到了测试
现场处理。参与的公司可以得到关于他们产品 IHE 开发计划的重要反馈意见。
美国从 1999 年开始组织 IHE 集成测试，欧洲开始于 2001 年，日本起始于 2004
年，我国也已开始进行 IHE 测试实践。在 IHE 测试中，经常会碰到一些 IHE 测试
角色不足的问题。随着参测厂商越来越多，测试领域（Domain）和集成模式越来
越广，需要一个能用于模拟标准角色与其他厂商进行 IHE 测试的系统，此测试系
统必须符合 IHE 规范，在测试中能充当标准角色，完成技术框架所规定的事务。
IHE 测试实践中曾经尝试通过人工组合使用各类 IHE 工具来模拟测试角色，期望
完成规定事务，实践中发现该工作存在困难，需要具有良好 IHE 技术背景及经验
的测试员手动逐项填写各项 IHE 指定的 HL7 消息字段或 DICOM 消息项（Item），
按步骤进行通信操作来完成事务，模拟测试流程。致使测试流程的实时性得不到
实现，容易增加人为误差且效率低下，影响测试的效率和质量。因此需要做一个
IHE 的标准测试系统，该系统能实现 IHE 技术框架所定义的主要角色功能，完成
技术框架所定义的事务，模拟所需角色完成测试流程。
§1.3.2 医学信息集成教学、实验
在医疗卫生信息化建设不断发展的今天，院内系统间的互联互通、医院之间
的检查治疗结果的共享直至以病人为中心的电子健康档案建设，都离不开医学信
息集成技术。医学信息集成技术已成为生物医学工程医用信息方向的一个主干课
程。
在现有医学信息集成教学中，开设一个完整模拟、观看、操作整个集成医学
信息系统集成流程的课程还有些困难，医院信息系统怎样集成，集成环境下各系
统怎样进行交互对话以完成一个完整的医学信息集成工作流程对学生来说比较抽
象，造成了医学信息集成教学和培训的困难性。医学信息集成实验是最直接让我
们切身理解医学信息集成的方式，我们希望在医学信息集成实验中能演示 IHE 互
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作者：陈辉
分类：高等教育资料
价格：15积分
属性：86 页
大小：3.92MB
格式：PDF
时间：2025-01-09
