基于网格的电子病历多域共享机制的研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 6 4 1.69MB 63 页 15积分

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摘要

随着医疗信息化的快速发展，医疗机构使用电子病历代替传统的纸质病历是

必然的趋势。由于电子病历的易更改性导致要证明其原始性、完整性、真实的创

建时间成为一个难题。如何有效地解决可靠时间戳的获取问题关系到电子病历的

有效使用。在实际的医疗环境中，病人的医疗记录是分散存放在各个医院中的。

当病人转诊或异地就医时，难以获得以往的医疗记录。要提高医疗服务的质量，

必须实现电子病历信息的共享。只有消除了信息孤岛，才能实现全民层面上的电

子病历的应用，给病人提供更好的服务。IHE 的XDS 和XCA 集成模式给出了域

内和跨域电子病历共享的规范流程，在深入了解这些技术的基础上进一步研究其

高效实现机制对全面实施电子病历的建设具有重要意义。

本文对电子病历获取可信的时间戳进行了深入研究。对现有的时间戳协议进

行了分析研究，并结合电子病历的实际应用，提出了新颖的分层请求时间戳协议。

给出了协议的分层模型和两个流程：本地时间戳获取流程和公网时间戳获取流程。

该协议可以快速的获取可信时间戳，能较好地支持电子病历对时间戳的要求。同

时，参照 RFC3161 标准，使用 ASN.1 详细定义了该协议中的请求、响应信息格式。

最后，在 Windows 平台上用 C++语言具体实现了该协议，并进行了测试。

本文还对多域电子病历的共享机制进行了深入研究。分析了 IHE 的XDS、XCA

和PIX 集成模式及其用于电子病历多域共享中的两个问题：（1）域与域之间的通

信，即网关间的通信如何确定目标网关的位置；（2）如何匹配不同域中同一个病

人的不同标识符。提出了基于网格的电子病历多域共享模型：将 XCA 和PIX 集成

模式相结合，并以网格技术作为支撑，将底层的实体病人信息数据库接入网格，

形成虚拟层面上的全局数据库，在查询匹配病人信息的同时也解决了目标域的定

位问题。为电子病历的多域共享提供了可行的框架及技术实施路径。

关键词：分层请求时间戳协议，电子病历，多域，共享，网格

ABSTRACT

With the fast development of medical information technology, more and more

electronic health record (EHR) system will be deployed in health enterprises to

replace traditional paper medical record. The EHR is easy to be tampered that leads to

a problem: It is hard to certify the originality, integrity and actual creating date of the

EHR documents. This problem is critical to deploy EHR system widely. In fact,

medical records are distributed data which located in different hospitals. It is too

difficult to get patients’ historical medical records when a patient was transfer to

another hospital or travel to another place. How to share these distributed medical

records is very important to improving quality of medical services. Only if

information silo was eliminated, the patient-centered EHR could come true and

enhance the quality of medical service. IHE’s XDS and XCA integration profiles

present a cross-enterprise and cross-community EHR sharing solution. Research on

sharing mechanism based on the XDS and XCA is important for implementation of

EHR.

In this thesis we focus on the reliable time stamp acquiring for the EHR

documents. A novel hierarchical time stamp protocol (HTSP) is proposed after

analyzing all of the existed time stamp protocols and considering the reality

application of the EHR. Presentation of the protocol includes hierarchy model and two

processes: Local Time Stamp request process and Public request process. This

protocol can acquire reliable time stamp quickly and satisfy requirements of the EHR.

At the same time, the format of requirement and response refer to RFC3161 and the

details are presented by ASN.1. Finally, the HTSP is implemented by Visual C++ on

Windows and the test results for the HTSP are nice.

Besides, the paper also works on the cross community EHR sharing. After

analyzing XDS、XCA and PIX Integration Profiles, two questions are proposed for

EHR sharing: (1) How to ensure the location of the aim gateway. (2) How to identify

the same patient with different identities in different community network. A model of

the cross community EHR sharing mechanism bases on the grid technology is

proposed which comply with the XCA and PIX Integration Profile. Deploying the

databases on the grid provides one virtual global data view for PIX and data source

location for XCA. In this thesis, a feasible framework and a practical technology

roadmap are presented for the implementation of the cross community EHR sharing.

Key words: Hierarchical Time Stamp Protocol (HTSP), Electronic

Health Record (EHR), multi-community, sharing, grid

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ................................................................................................................. 1

§1.1 电子病历概述 ................................................................................................ 1

§1.1.1 电子病历的定义 .................................................................................. 1

§1.1.2 电子病历的意义 .................................................................................. 2

§1.1.3 电子病历的应用现状 .......................................................................... 2

§1.2 IHE ..................................................................................................................3

§1.2.1 IHE 概述 ...............................................................................................3

§1.2.2 IHE 相关概念 .......................................................................................3

§1.2.3 IHE 集成模式及依赖关系 ...................................................................4

§1.3 课题的来源及意义 ....................................................................................... 6

§1.4 本文的主要内容结构 .................................................................................... 7

第二章电子病历的多域共享及网格概述 ................................................................. 9

§2.1 电子病历的多域共享 ................................................................................... 9

§2.1.1 XDS ...................................................................................................... 9

§2.1.2 XDS 的应用现状 ............................................................................... 11

§2.1.3 XCA 集成模式 ...................................................................................12

§2.2 网格概述 ...................................................................................................... 14

§2.2.1 网格简介 ........................................................................................... 14

§2.2.2 网格的体系结构 ............................................................................... 14

§2.2.3 网格的特性及优势 ............................................................................ 19

§2.2.4 相关技术 ............................................................................................ 19

§2.2.5 网格的应用现状 ................................................................................ 22

第三章电子病历的时间戳研究 ............................................................................... 23

§3.1 时间戳的重要性 .......................................................................................... 23

§3.2 现有的时间戳协议 ...................................................................................... 23

§3.3 问题的提出 .................................................................................................. 25

§3.4 分层请求时间戳协议 .................................................................................. 26

§3.4.1 整体结构 ............................................................................................ 26

§3.4.2 工作流程 ............................................................................................ 26

§3.5 协议实现 ...................................................................................................... 28

§3.5.1 抽象语法符号 .................................................................................... 28

§3.5.2 BER 编码和 DER 编码 ......................................................................30

§3.5.3 时间戳封装结构 ................................................................................ 31

§3.5.4 程序设计 ............................................................................................ 33

§3.5.5 测试结果 ............................................................................................ 36

第四章基于网格的多域电子病历的共享机制 ....................................................... 38

§4.1 问题的提出 .................................................................................................. 38

§4.2 XCA 和PIX 集成模式协作 ........................................................................ 38

§4.2.1 PIX ......................................................................................................38

§4.2.2 XCA 和PIX 协作 .............................................................................. 40

§4.3 为什么选用网格 ......................................................................................... 41

§4.4 基于网格的多域共享机制 .......................................................................... 42

§4.4.1 总体模型 ............................................................................................ 42

§4.4.2 病人标识数据网格 ............................................................................ 43

§4.4.3 定位与查询流程 ................................................................................ 44

§4.5 部署 .............................................................................................................. 49

§4.5.1 软件包 ................................................................................................ 49

§4.5.2 部署 .................................................................................................... 49

第五章总结与展望 ................................................................................................... 53

§5.1 主要研究成果 .............................................................................................. 53

§5.2 进一步的研究展望 ...................................................................................... 53

参考文献 ..................................................................................................................... 55

第一章绪论

§1.1 电子病历概述

电子病历（EHR: Electronic Health Records）[1, 2]，是信息技术和网络技术在医

疗领域应用的必然产物，是医院计算机网络化管理的必然趋势。在北美、欧洲、

日本等国家电子病历已有了相当程度的研究和应用[3-7]，目前我国的电子病历研究

也已跨越了初级研究和应用阶段，开始步入了加速发展和全面应用阶段[8-15]。

§1.1.1 电子病历的定义

EHR 并不只是简单的将纸质病历电子化存储，它实质上是医疗过程的全面信

息化。从存储上来说，电子病历包含纸质病历的所有信息，是病历信息的一种记

录方式和存储媒介。从信息传输上来说，电子病历代替纸质病历实现了病历信息

的电子交换和电子采集。电子病历提供电子存储、查询、统计、数据交换等操作

管理模式。它将就诊患者的所有基本情况、整个医疗过程，以及其他有关的医疗

信息，包括病史、各种检验检查和影像资料等建立一个数字化的电子病历系统。

电子病历已不不仅仅指静态病历信息，还包括提供的相关服务，是一个动态的智

能的信息源。

电子病历是一个随着时代发展和技术进步不断丰富和完善的概念。早期人们把

纸质病历电子化(Computer-based Patient Record, CPR)称为电子病历,基本上是将

纸张的记录用电子形式替代。实际上，一些医疗机构就是将病历文档通过扫描成

为数字图像进行存储。随着临床医学信息化的不断发展信息利用效率不高的 CPR

不能满足医生和医疗管理部门的需求，以满足临床需求为目的的电子医疗记录

（Electronic Medical Record，EMR）应运而生。EMR 是以数字形式获取病人的各

种医疗信息并加以管理和应用。数字化信息便于管理可以以不同的形式表示和显

示，并进行各种数据操作、查询和统计等。电子健康档案（Electronic Health Record，

EHR）是以个人健康、保健和治疗为中心的数字记录是以人为本的电子病历。EMR

存储了病人在就诊过程中的大量医疗数据，是 EHR 的重要组成部分和医疗信息来

源。EHR 将跨越不同的机构和系统实现医疗信息交换和共享，为提高医疗质量、

改善健康护理、推进病人康复和降低医疗费用而做出贡献。

Gartner Group 的研究报告中将医疗信息系统和电子病历的发展分为五个阶段：

第一代是以临床数据集成库（Clinical Data Repository）为代表的收集者（Collector），

第二代是以电子病案为代表的记录者（Documentor），第三代是基本的临床决策支

基于网格的电子病历多域共享机制的研究

持加 CPOE 为代表的帮助者（Helper），第四代是成熟的临床决策支持加临床管理

协议（Protocol）为代表的合作者（Partner），第五代是高级临床决策支持加循证医

学支持为代表的辅导者(Mentor)。

§1.1.2 电子病历的意义

电子病历系统为医生护士的日常工作提供了有力的支持。通过便捷的编辑工

具，可以极大地提高病历书写的效率；计算机自动处理医嘱，可以减少不必要的

转抄工作，降低差错概率；检查申请及结果的无纸化传递，可以加快结果的回报

速度；医生可以通过网络随时访问病人信息，提高了医疗工作的效率和质量。

电子病历系统充分发挥了计算机和网络的优势，主动智能地提供有效信息，辅

助医生作出判断；同类疾病的病历查阅，帮助医生选择最佳医疗方案；智能知识

库，辅助医生作出判断；医疗违规警告，避免医疗错误；联机专业数据库，提供

丰富的数据供医生查询。而且，电子病历有助于规范医疗行为。通过病历模板，

提示医生进行必要的检查，避免遗漏；医嘱模板可以规范医疗操作。

电子病历最终提供两种服务：个人卫生服务和公共卫生服务。对个人而言，医

生根据个人情况帮助解决健康问题；对群体而言，可以跟踪整个社会人群的健康

变化。电子病历为国家医疗宏观管理提供了丰富的原始数据。通过提取分析数据，

可进一步进行病理建模、流行病预警等计算密集型医疗应用研究。而且当前正在

实施的社会医疗保险制度也需要病历信息的实施对供需双方的制约。

§1.1.3 电子病历的应用现状

在北美、欧洲、日本等发达地区和国家，电子病历已呈大力推广和普及的趋势。

美国是研究电子病历最早的国家，并居世界领先水平。美国政府大力推广、普及

EHR 的应用，2002 年的调查表明，电子病历系统部分运转或正在引进的医疗机构

占全美近 70%。日本从九十年代初开始电子病历的研究应用，目前已有许多家医

院使用了电子病历系统。且日本国会已立法承认电子病历的合法性。荷兰普及了

家庭医生对电子病历的使用，据统计已有 60%以上的家庭医生使用了电子病历。

这些国家和地区成立了专门的研究机构，把电子病历作为一个重大的研究课题，

组织医疗单位实施和普及[16]。根据 Gartner 的五代模型，美国等西方发达国家已经

从第二代向第三代迈进。我国还处于普及第一代，并逐步向第二代转变的过程中。

在我国，电子病历正处于加速发展阶段。以往主要以面向医院经济管理的 HIS

系统应用为主。随着国家金卫工程的实施，特别是 SARS 突发公共卫生事件以后，

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摘要：

摘要随着医疗信息化的快速发展，医疗机构使用电子病历代替传统的纸质病历是必然的趋势。由于电子病历的易更改性导致要证明其原始性、完整性、真实的创建时间成为一个难题。如何有效地解决可靠时间戳的获取问题关系到电子病历的有效使用。在实际的医疗环境中，病人的医疗记录是分散存放在各个医院中的。当病人转诊或异地就医时，难以获得以往的医疗记录。要提高医疗服务的质量，必须实现电子病历信息的共享。只有消除了信息孤岛，才能实现全民层面上的电子病历的应用，给病人提供更好的服务。IHE的XDS和XCA集成模式给出了域内和跨域电子病历共享的规范流程，在深入了解这些技术的基础上进一步研究其高效实现机制对全面实施电子病历的建设...

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