硕士论文-基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究

上海交通大学硕士学位论文基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究姓名：梁淑英申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：饶若楠20090101基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究摘要第I页基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究摘要在临床医疗信息化早期，医疗信息系统HIS(HospitalInformationSystem)侧重于临床诊疗流程、计费、物流等信息管理，数据主要来自人工录入，没有医疗设备整合的需求，设备本身也不在传统HIS的视野之内。随着临床医疗数字化需求的变化，整个医疗行业信息化的不断深入，信息共享需求的增长，医疗设备和HIS的整合成为数字化医院建设的一个亟待解决的问题。但是，医疗设备种类繁多、标准庞杂、很多老的设备不具备、或仅仅提供厂家独有的接口规范，而一个典型的医院往往有几十到成百台（套）设备，目前医院所应用的HIS系统，大都不具备将医学影像的存档与通信纳入其系统中的功能，占医院全部医疗信息量80%以上的影像信息没有得到充分的利用，尤其是各种（病）床边设备、移动检查设备、特别科室的诊疗设备仍然游离在传统信息系统框架之外。由于技术支撑能力及系统架构理念的局限，目前通常的解决方案是根据医疗服务企业的具体需求，由系统集成商或信息系统提供商提供一对一的设备接入或小规模的互操作整合，但这种方式使得设备之间及其与外部系统的整合代价高，并且难以维护、数据难以共享、可扩展性差，将进一步增加以后规模互联的难度，恶化信息孤岛问题。针对上述问题，本文在OSGi平台提供的即插即用的架构和机制基础上，设计并实现了一个基于SOA的医疗设备集成框架。该框架将传统上医疗设备与应用软件的紧耦合解耦，通过虚拟设备驱动机制，将一类在功能、性能、输入输出数据和控制机制上相同的物理设备抽象为一个虚基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究摘要第II页拟设备，简化设备资源利用的复杂性，并把设备作为SOA的服务发布供应用软件调用与其他系统互联互通，集成进基于SOA的数字化医院中。同时，设备在运行中产生的数据，统一到国际医疗标准上(主要是DICOM和HL7标准)，在数据层面上进行整合，减轻信息孤岛的问题。此外，本文还深入分析了DICOM通讯标准，进一步详细地介绍了DICOM网关功能中DICOM虚拟设备的设计与实现。最后，本文还从系统部署以及应用方面的角度，介绍了基于DICOM标准的PACS影像工作站测试系统的设计与实现，以及几种典型医疗设备在本集成框架下与PACS影像工作站系统、EMR以及CIS系统集成的应用场景，证明了本集成框架系统的可行性以及与传统的解决方案相比具有的优势之处。该集成框架已在上海市科委科技攻关专项项目（项目编号：06DZ15010）与上海坦瑞信息技术有限公司支持的数字化医院核心平台实验系统中应用，实现了数字化医院中的医疗设备与其他医疗信息系统的无缝集成，具有以下4个特点：(1)可重用、可扩展的应用接口；(2)与客户端互联的平台、语言无关性；(3)即插即用的可靠稳定运行平台；(4)基于标准数据格式的数据共享。关键词：医疗设备，集成框架，SOA，OSGi,DICOM,HL7基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究ABSTRACT第III页RESEARCHONMEDICALDEVICEINTEGRATIONFORDIGITALHOSPITALBASEDONSERVICE-ORIENTEDARCHITECTUREABSTRACTModernhealthcareismovingtowardsdigitalera.Apartfromconventionaladministrativeandtherapeuticdata,objectivediagnosticdatafromelectronicmedicaldevicesconstitutesoneofthemostimportantandvaluabledatasourcesacrossmultipledepartmentsorevenorganizationalboundaries.However,interoperabilityproblemischallenging.Themainreasonisthatmostmedicaldevicesaremanufacturedusingvendorspecific,proprietaryinterfacesandprotocols,theycanhardlycommunicatewithothermedicaldevicesandotherheterogeneousmedicalinformationsystemsuchasHospitalInformationSystems(HISs),ClinicalInformationSystems(CISs),LaboratoryInformationSystem(LISs),andetc.Themostpopularsolutiontotheproblemispoint-to-point,ad-hocstrategy,whichcustominterfacesformedicaldevicesofaspecificvendoraredevelopedtoenablecommunicationwithotherexistedmedicalinformationsystems.Clearly,thesead-hocapproachesarenotdifficulttoimplementinthebeginning.However,thecomplexityandcostwillbeaddedupexplosivelywhenthenumbersofsystemsincreased.Anychangeinupgradingforanyconnectedmembersystemcouldbeanightmare.Anotherseriousdrawbackofad-hocinterconnectionisthatitonlymakesasmallportionofdatabeingsharable.Deepdataminingandutilizationfordailydecisionsupportforclinicalpracticeorforoperationmanagementisgreatlylimited.Althoughtherearesomeworksdescribingprototypingofserviceorientedcomputingofinterconnectingmedicaldevicesandmedicalinformationsystems,manyofthemlimitinsomespecifictypesofmedical基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究ABSTRACT第IV页devices,systemsoracommunicationlanguage,andthereislimitedworktakingintoaccounttheapplicabilityoftheapproachforhealthcareapplicationsinagenericmanner.Thispaperwillseektobridgethegapbydescribingthesubtledesign,implementationanddeploymentissuesfromhardwareandsoftwareperspectiveofserviceorientedarchitecturetoprovidesupportforintegrationofmedicaldevicesandhealthcareapplications.Inourwork,weproposedaService-OrientedMedicalDeviceIntegrationFrameworkbuiltuponOSGi,whereVirtualDevices(VDs)aredesignednotonlytomaskcomplexityoflowlevercommunicationofphysicalmedicaldevices,butalsotoabstractcommonreusableapplicationinterfacesbetweenphysicalworldofmedicaldevicesandsoftwareworldofhealthcareinformationsystems,basedonfunctionalitiesofmedicaldevices.ThoseVDsarefurtherencapsulatedandpublishedasservicestobesharedacrossdistributedhealthcaresystemsandadaptedintoService-OrientedArchitecturebased(SOA)DigitalHospital.What'smore,inordertofacilitateinformationsharing,HL7andDICOMstandardwereutilizedtoprovidethestandarddataformatforallkindsofinformationfromvariouskindsofmedicaldevices,providingfoundationofdatalevelintegration.TheintegrationframeworkhasbeenpreliminarilyprovedintheprojectofDigitialHospitalPlatformandApplication,whichissupportedbyScienceandTechnologyCommissionofShanghaiMunicipalityandTanruiInformationTechnologyCo,Ltd,underGrantNo.06DZ15010.Ithasrealizedtheintegrationbetweenmedicaldevicesandmedicalinformationsystems,supportingthefollowingfeatures:(1)commonsharableapplicationinterfaces;(2)independentofcommunicatingsystems,platformsorprogramminglanguages;(3)Plug-and-Playfunctionality;(4)Standardcompatibleandsharabledatainformation.KEYWORDS:MedicalDevice,Integrationframework,SOA,OSGi,DICOM,HL7基于SOA的数字化医院医疗设备集成技术研究插图目录第VIII页插图目录图1-1HL7中间件体系结构图........................................................................................................4Fig.1-1HL7middlewarearchitecture................................................................................................4图2-1中间件（摘自[19]）..............................................................................................................9Fig.2-1Mid