（计算机科学与技术专业论文）多任务高并发数据处理平台的技术研究.pdf

。、 川f f f l f l f f i i f 川f i f j i f f j f f j f f j 删 y 17 8 814 百。 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：瓣日期： 2 0 o 、1 z ! 1 摘要 摘要 随着计算机技术和信息技术的飞速发展，医疗信息系统间的互联互通和信息 共享也变得越来越重要。在医疗卫生服务过程中，大家迫切希望通过建立适用共 享的卫生信息系统，使医疗服务人员能及时获取必要的信息，提供高质量的医疗 服务；使居民能获取自己完整的健康资料，享受持续、跨机构的医疗卫生服务； 使卫生管理者能动态掌握卫生服务资源和利用信息，实现科学管理和决策，达到 提高医疗与服务质量的目的。 为实现这一目标，需要建立以居民健康档案为核心的区域数据处理平台。通 过区域数据处理平台，将分散在不同机构的健康数据整合为一个逻辑完整的信息 整体，满足各种机构和人员需要。同时，对于促进我国医疗机构间的信息共享、 业务协同和医疗体制改革具有重要的意义。 本文基于北京市海淀区的区域医疗信息系统建设工程，对区域数据处理平台 的需求分析、系统的框架结构、建设模式、标准化、多任务高并发处理策略等问 题进行了探讨。首次提出多任务高并发的管理策略与医疗数据处理平台技术相结 合的方案，解决了医疗数据处理平台中大数据量、高并发信息交换和数据共享的 问题。主要包括三个方面的工作：( 1 ) 基于医疗信息的相关标准，完成了h l 7 消 息的构建与解析，实现异构环境下的标准化通信；( 2 ) 结合h l 7 标准及我国卫生 部发布的相关文件，分析和设计基于居民健康档案的区域数据处理平台架构：( 3 ) 研究多任务高并发的动态处理策略，保证数据处理平台间的数据能快速及时地得 到处理和传输。区域数据处理平台是一种全新的卫生信息化建设模式，符合当前 的需要。本课题所作的探讨也为将来深入的研究工作提供借鉴和帮助。 关键词卫生信息化；多任务；高并发；数据处理平台 北京t 业大学t 学硕l ：学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i l l er 印i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra 1 1 di n f b 衄a t i o nt e c l l i l o l o g y ，h e a l m i i l f o 肌a t i o n s y s t e m si n t e r o p 耐b i l i t y a 1 1 di n f o 肌a t i o n s h 嘶n g h a v eb e c 0 m e i 1 1 c r e a s i n 皿yi m p o r t 锄t i nm e d i c a la 1 1 dh e a l t l ls e i c e s ，w ew e r ee a g e rt 0 e s t a b l i s ha s h a r e a b l eh e a l t l li 1 1 f o m a t i o ns y s t e m ss om a tm e d i c a ls e r v i c ep e r s o n n e lc a no b t a i nm e n e c e s s a 巧i i l f o 肌a t i o ni i l t i m et op r 0 访d eh i 曲q u a l i t yh e a l mc a r es e r v i c e ；s om a t r e s i d 钮t sc 趾a c c e s st 1 1 e i rw h o l e h e a l mi n f o n n a t i o n 龇l dg 血c o n t i n u o u s ， c r o s s o 玛a 1 1 i z a t i o nh e a l ms e r 、，i c e ；s om a th e a l t l lm 锄a g e r sc a nd y n 锄i c a l l yc o n t r o l 也e h e a l t l ls e i c er e s o u l - c e sa 1 1 dt l l eu s a g ei n f o m a t i o n ，t 0r c a l i z es c i e n t i f i cm a n a g e m e n t a 1 1 dd e c i s i o nm a l ( i n g ，i m p r o v eh e a l t l lc a r ea i l ds e r v i c eq u a l i 批 1 1 0a c h i e v en l i sg o a l ，r e 舀o n a ld a t ap r o c e s s i n gp l a t f o mb 嬲e do nr c s i d c l l t i a l h e a l mr e c o r di sm ek e yt oi n t e 黟a t eh e a l t l ld a t aw l l i c hs c a 仕e r e di nd i f 】f e r e n ta g e i l c i 鹳 i n t oc 0 m p l e t ei n f o 衄a t i o n m e a i l w l l i l e ，t l l e r ei sa 黟e a ts i g n i f i c a i l c ef o rp r o m o t i n g i n f o m a t i o ns h a r i n gi nm e d i c a li n s t i t u t i o n s ，b u s i n e s sc o l la ：b o r a t i o na n dh e a l ms y s t e m r e f - o n n t l l i sp 印e r m a i l l l y s t u d i e sm e r e q u i r 锄e i l t锄a l y s i s ，s y s t e me w o r k ， s t 锄d 砌i z a t i o i l ，觚dm u l t i t 嬲k a n d1 l i g l l - c o n c l l r r e n c ys 仃a t e g yo fr e 西o n a ld a t a p r o c e s s i n gp l a t f o mw l l i c hb a s e do nh a i d i a nd i s t r i c t sr e 酉o n a l lh e a l mi n f o n n a t i o n s y s t e mp r o j e c t m u l t i - t a s k 觚d1 1 i 曲一c o n c u 仃m c ys 廿a t e g yi sm ef i r s tt i m ec o n l b i n e d w i mm o d i c a ld a t ap r o c e s s i n gp l a t f 0 姗，1 鹕ed a t am m l b c ra n dl l i g hc o n c l l ：m m c yd a _ t a e x c h a n g i i l g 趾ds h a r i n gp r o b l e l l li ss o l v e di 1 1m e d i c a ld a t ap r o c e s s i n gp l a t f o m m a i l l l yi i l c l u d i n gn l r e ea s p e c t s 嬲南l l o w s ：( 1 ) b 嬲e do nm ef e l a t e ds t 锄l d a r do f m e d i c a li i l f o m a t i o n ，c o n l p l e t e dt l l eh l 7m e s s a g ep a r s e ra n db u i l d 觚dr c a l i z c d c o m m u i l i c a t i o ni nh e t 啪g e i l c 0 璐e n v 衲r l i l l 锄t s ；( 2 ) c 伽曲i n e dw i mh l 7s t 锄d 矾s a i l dr e l a t c dd o c u m e i l _ t si s s u c db yc h i l l a sm “s 仃yo fh e a l m ，弛a l y z i n g 姐dd e s i 黟曲g t l l er e 西o n a ld a t ap r o c 懿s i i l gp l a t f o 肌凼t o c n 鹏b 鹤e d0 nr e s i d e i l t i a lh e a l m 砌：0 r d ； ( 3 ) s t l l d i e dt 1 1 ed y n a i i l i ci n u l t i t a s k 觚dl l i 曲- c o n c u n 船c ys 缸a t e 职e i l s u r et 1 1 e 拙c 觚 b eq u i c ：i ( 1 ya l l dt i m e l yp m c e s s i n g 觚d 溉l s m i t t i i l 吕r e 舀o n a ld a t ap r o c e s s i n gp l a t f o n n i san e wm o d e lo fh e a l mi n f o m a t i o nt e c l l i l o l o g y ，i tm e e t sm ec u r r e 芏l tr e q u i 嗽n 饥t f u r t l l e n n o r e ，m ed i s c u s s i o ni nt 1 1 ep r o j e c tw i l lh e l pf h m l e rr e s e a r c hi nm e 如t i l r e k e y w o r d sh e a l mh l f o m a t i z 撕o n ；m u l t i - t a s k ；h i 曲一c o n c l j r r 翎c y ；d a t ap r o c e s s i n g p l a t f o m 北京t 、i k 人学工学硕上学位论文 i v 只录 目录 摘要i 第1 章绪论1 1 1研究背景及意义l 1 2国内外的研究及发展现状2 1 2 1 数据处理平台在国外的应用与发展一2 1 2 2数据处理平台在国内的研究与发展3 1 2 3课题的研究路线及目的4 1 3本文的组织结构。5 第2 章医疗信息标准概述7 2 1h l 7 标准及内容简介7 2 2 h l 7 标准的原理一8 2 2 1h l 7 中的事件驱动实现8 2 2 2消息的构建9 2 3h l 7 在传输时的两种形式。l l 2 3 1 标准的h l 7 消息的构建与解析l l 2 3 2 x m l 形式的h l 7 消息的构建与解析1 l 2 4d i c o m 标准介绍1 2 2 5i h e 1 3 2 6本章小结1 3 第3 章数据处理平台实现的关键技术研究1 5 3 1h l 7 消息构建与解析技术1 5 3 1 1消息的构建1 5 3 1 2消息的解析l5 3 1 3d o m 用到的a p i 函数1 6 3 2h l 7 消息的传输1 7 3 2 1s o c k e t 介绍1 7 3 2 2消息传输流程1 7 3 3中间件技术1 8 3 3 1中间件技术介绍18 3 3 2中间件模块的作用1 9 3 4本章小结2 0 第4 章基于健康档案的数据处理平台的需求分析2 1 4 1数据处理平台的架构2 1 4 1 1区域数据处理平台架构2 l v 北京丁业大学下学硕十学位论文 4 1 2医院内部数据处理平台架构2 3 4 2区域居民健康档案2 4 4 3数据库结构的实现2 5 4 3 1个人基本信息2 5 4 3 2医疗健康检查信息2 8 4 4本章小结2 9 第5 章数据处理平台的多任务高并发策略研究3 1 5 1数据处理平台特点分析3 1 5 2多任务策略3 2 5 2 1高性能集群结构3 2 5 2 2任务分级策略3 2 5 3高并发策略3 4 5 3 1任务分配策略3 4 5 3 2 节点执行策略3 6 5 4数据操作策略3 8 5 4 1索引控制策略3 8 5 4 2数据存取策略3 9 5 5平台验证4 0 5 5 1平台验证系统4 0 5 5 2任务处理测试4 1 5 6本章小结4 3 结论4 5 参考文献4 7 攻读硕士学位期间发表的学术论文4 9 致 射5 1 v i 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 随着信息化的逐步深入，数据处理平台每天都在帮助我们保存和处理各种数 据信息，如临床、银行、保险、管理、行政及科研等系统。然而随着数据量的不 断增大，各个数据处理系统之间的通讯和标准统一也变得越来越重要。 在2 0 0 6 2 0 2 0 年国家信息化发展战略中，党中央、国务院就将信息化工 作提升到我国现代化建设全局的战略高度，明确提出要加强医疗卫生信息化建设 n 1 。建设并完善覆盖全国、快捷高效的公共卫生信息系统，增强防疫监控、应急 处置和救治能力。推进医疗服务信息化，改进医院管理，开展远程医疗。统筹规 划电子病历，促进医疗、医药和医保机构的信息共享和业务协同，支持医疗体制 改革乜，。在医疗卫生服务过程中，大家迫切希望通过建立适用共享的信息处理平 台，使医疗服务人员在任何时间、任何地点都能及时获取必要的信息。然而对于 每一个医院而言，在住院处、临床实验室、放射科、财务处等部门都会安装使用 各自的信息系统，医院与医院之间的信息管理系统更是存在着较大的差异。因此， 各部门和医院系统之间的交流以及病人数据共享的实现就需要一种大家都懂的 “语言和说话”规则，通过具有一定标准的协议进行数据交换，使他们各自之间 能够“读懂”和“找到 彼此的信息，从而达到系统间数据共享和信息交换的效 果。 医疗信息系统需要运用一种统一的信息交换标准，使得来自各个系统的信息 都能根据需要顺畅交流，将原来分散的信息孤岛整合成一个完整的信息网络。在 这方面，国际上具有较大影响力的就是h l 7 口4 1 ( h e a l t hl e v e ls e v e n ) 标准。它 是一个专门规范医疗机构临床信息，财务信息和管理信息等电子信息交换的标 准。近年来，随着h l 7 标准越来越广泛的被接受和应用，可以预见未来的医疗信 息系统要进行系统间的信息共享就必须符合h l 7 标准璐1 。目前在一些发达国家， 由于它们对h l 7 标准的应用开始较早，而且医疗信息化程度高，已经在医疗信息 行业全面推行h l 7 标准并建立起了包括医院、福利机构和医疗保险等在内的大型 医疗信息交换系统。而在国内，由于对医疗信息系统的研究起步较晚，对h l 7 的研究更是从近几年才开始，各医院正在使用的医疗信息系统中支持h l 7 标准的 还很少。 但单单支持h l 7 标准只能做到系统双方能够互相读懂彼此的信息。而现在的 医疗系统还存在着许多问题，比如一个区域内如何实现所有医疗机构的信息共 北京t 业人学丁学硕f j 学位论文 享，再比如现在的医疗机构如何对整个区域内的病人信息进行统计和分析等。要 想更好地开展医疗工作，就需要我们设计一套完整的数据处理平台，将分散在各 个医疗机构的信息汇总在一起，通过标准化的形式实现区域医疗机构间的信息交 换和共享。但病人的信息是一个庞大的数据树，各医院和各部门之间每天要处理 成百上千份病人信息。就拿海淀医院为例，海淀区有2 5 0 万常住人口，按每天 1 的比例就诊计算，每天将有2 万多人就诊，而如果每个人的健康档案及基本信 息按1 0 0 m 计算的话，每天要处理和传输的数据量将达到p 级。这些信息如果从 数据处理平台集中处理会导致数据处理平台负载过大从而降低数据处理平台的 性能。这就需要我们研究一套完整的多任务高并发策略来帮助我们高效、快速地 处理大量的病人信息。 因此对多任务高并发数据处理平台研究具有十分重要的意义，通过研究我们 可以了解h l 7 的核心开发技术，分析并研究大数据量处理平台的设计和策略管 理。从而让我们能更好地为病人、为社会服务；缩短我国在该项技术上与发达国 家的差距；还可以加快我国医疗信息系统的标准化步伐，实现与国际医疗信息的 接轨。 1 2 国内外的研究及发展现状 1 2 1 数据处理平台在国外的应用与发展 西方发达国家从8 0 年代初就认识到医疗信息系统互联的重要地位，并开始 了对电子病历等医疗信息的通信与存储格式标准的研究。最早的医疗信息系统互 联的研究与应用出现在美国，1 9 8 5 年全美有2 5 的医院实施了医疗信息系统，已 能够使医院内部的信息按照既定的业务流程在各个部门之间流动，使病人的诊断 数据能够在一家医院内实现共享。 美国卫生信息化的发展根植于美国的医疗体制改革。虽然医院、区域、国家 信息化的出现时间有先后，真正成规模的快速发展却都始于2 0 0 4 年，当时布什 总统提出要在1 0 年内为全体美国公民建立电子健康档案。2 0 0 5 年，美国国家卫 生信息网为实施本计划选择了4 家全球领先的信息技术厂商作为总集成商，在四 大试点区域分别开发全国卫生信息网络架构原型，研究包括电子健康档案在内的 多种医疗应用系统之间互通协作能力和业务模型1 。美国现任总统奥巴马提出投 资5 0 0 亿美元发展电子医疗信息技术系统，以减少医疗差错，挽救生命，节省开 支m 。 英国从1 9 9 8 年开始策划电子健康记录应用，主要目的是提高患者的安全性。 国家卫生署制定了国民卫生服务信息战略项目( n a t i o n a lp r o g r a 硼ef o ri t ) ， 2 第1 章绪论 全面将计算机应用引入卫生服务领域，项目利用七年时间分阶段在全科医生中实 施。项目目标就是保证医疗专业人员，患者和护理人员“在正确的时间和地点， 拥有正确的信息 ，以提高患者的医疗与服务质量，。 2 0 0 4 年，法国通过一项针对国家医疗计划重组的新法律。这项法律确定要 建立个人医疗档案，且该医疗档案由患者所有( 患者同意方能使用) ，其目标是 为患者提供持续的医疗服务，其经济目标是为了更好地控制医疗成本口1 。 从美国、欧洲等发达国家和地区的医疗发展过程来看，建立区域性的乃至全 国范围的多任务高并发医疗数据处理平台是必然的趋势。通过卫生信息共享来提 高医疗服务效率、提高医疗服务质量、提高医疗服务可及性、降低医疗成本、以 及降低医疗风险的作用已经得到充分验证，并被公认是未来卫生信息化建设的发 展方向。目前，越来越多的国家已经认识到开展国家级及地方级的区域卫生信息 共享的核心内容是居民健康档案。 区域卫生信息化和电子健康档案建设是一项十分复杂、难度较大的系统工 程，在实施过程中，仍然面临诸多挑战，各国的各种探讨和建设实践，为我国基 于健康档案的区域卫生信息化建设提供了可供借鉴的经验。 1 2 2 数据处理平台在国内的研究与发展 在信息技术飞速发展的过程中，我国卫生信息化建设经历了从无到有，从局 部到全局，从医院向其他各个业务领域不断渗透的过程，卫生信息化逐渐成为医 疗卫生服务体系不可或缺的部分n 们。但与其他行业相比，总体水平还很落后。虽 然现在有一些医疗机构已经开始研究和使用h l 7 进行标准化信息交换，但对于医 疗数据处理平台技术的研究，国内鲜有涉及1 。 我国卫生信息化建设具有明显的阶段性，可以将其分为三个阶段，目前整体 上处于第二阶段。第一个阶段是在2 1 世纪前的计算机技术应用阶段，如医院财 务管理、收费管理、药品管理等，将传统业务管理模式计算机化，实现计算机技 术在医疗卫生系统的广泛应用；第二个阶段是进入2 l 世纪后，依托计算机网络 技术加快业务领域的信息系统建设阶段，如公共卫生、卫生监督、妇幼保健、新 型农村合作医疗等信息系统建设。由于医疗卫生行业的特殊性，卫生信息化建设 发展速度目前还落后于其他行业，其中存在着许多问题n 别： 1 信息无法共享：由于长期以来各个医院的医疗信息系统都是由医院、公 司等实体开发研制的，没有统一的标准或者规范可以参考，造成了不同 医院、不同公司的医疗信息系统各自为政，系统间无法交换和共享数据。 对以后的医疗系统联网、远程医疗等会造成很大的障碍。 2 病历无法统一：大多数病人都在多家医院进行过就渗，这也就造成了自 己的病历或检查化验信息比较分散，这既不便于病人了解自己的详细情 北京t 业大学t 学硕十学位论文 况，也不便于医疗工作者掌握病人的信息。 3 数据无法统计：由于医院之间信息无法共享导致医疗信息都是独立地存 储在各个医院中的，要想实现区域医疗信息统计就不得不做大量的信息 收集和处理工作，繁琐的工作将不利于医疗管理者更好地掌握和分析整 个区域的医疗卫生情况。 这些问题的解决，需要统一标准，统一规划，建立起机构之间的共享机制规 范临床医学和管理信息格式，降低医院信息系统互连成本，提高医院信息系统之 间信息共享的程度。随着医院信息系统由管理为中心向以病人为中心的临床信息 系统转变，随着数据量的增大和专业化细分的发展，基于居民健康档案的数据处 理平台将成为必然趋势。 1 2 3 课题的研究路线及目的 本课题依托于“海淀区域镇医疗卫生系统信息化建设工程 。其研究目的旨 在通过建立面向居民个人健康档案的医疗卫生信息服务体系，服务于医疗卫生改 革，为区域医疗卫生体系由以医院为中心推进到以居民健康为中心的新阶段提供 信息化保障。 基于上述考虑，结合国内外的最新研究成果和数据处理平台的建设经验，本 文首先分析了当前医疗系统设计中涉及到的医学信息标准，然后结合卫生部发布 的相关文件，设计出符合通用标准的居民健康档案数据结构。新的数据处理平台 可以按照居民健康档案对本身保存的信息标准化，这些标准化的数据可以在数据 处理平台间进行有效的数据共享和传输。并通过多任务高并发的动态策略管理实 现基于居民健康档案的多任务高并发数据处理平台。 本文提出用于医学海量数据处理的策略和合理的存储结构，解决医疗卫生体 系之中接口复杂、非标准化的问题。并对多任务高并发数据处理平台的实际应用 进行了尝试，为建立较大规模的医学影像数据系统提供理论及技术依据，主要的 工作包括： h l 7 传输及转换中间件：分析h l 7 标准，设计h l 7 构建、解析和传输中 间件。在不改变原先医疗信息系统数据结构和框架的情况下，实现医疗 信息系统间的数据传输和共享。 区域数据处理中心的需求分析：设计一种符合当前实际情况的区域医疗 数据处理平台，通过设计好的h l 7 中间件，将区域数据处理中心与各医 疗机构连接起来；建立区域居民健康档案数据库，实现整个区域居民的 信息存储。 分析区域数据处理平台的特点，通过集群、多任务、高并发的动态控制 策略以及数据存储策略确保数据在数据处理平台和区域数据处理中心之 4 第1 章绪论 间快速、高效地处理。 平台验证系统：构建一套数据处理平台验证系统，通过发送大量不同级 别的任务请求，验证多任务高并发动态策略的可行性和有效性。 1 3 本文的组织结构 本文结构如下： 第一章：介绍本课题的研究背景、相关研究现状以及本文的研究目的，并对 本文的组织情况进行了描述。 第二章：对医疗信息标准进行了全面分析。包括h l 7 标准及其实现形式、 d i c 0 m 标准和i h e 框架。 第三章：介绍数据处理平台实现的关键技术，并对h l 7 构建、解析和传输 中间件的设计进行探讨。 第四章：介绍基于居民健康档案的区域和医院内部数据处理平台的设计过 程，并对居民健康档案数据库的设计进行讨论。 第五章：对区域数据处理平台进行功能测试和性能测试，并从任务的最长等 待时间来验证本课题设计的数据处理平台的合理性和有效性。 北京t 业大学t 学硕十学位论文 6 第2 章医疗信息标准概述 第2 章医疗信息标准概述 医疗信息的相关标准是本文研究的基础。本章将对h l 7 、d i c o m 以及i h e 进 行简要介绍。并分析h l 7 标准的语法结构及规则在数据处理平台中的应用。 2 1 h l 7 标准及内容简介 h l 7 ( h e a t hl e v e ls e v e n ) 标准是由美国国家标准局批准颁布和实施的医疗 卫生机构及医用仪器、设备数据信息传输标准n3 1 。l e v e l7 就是建立网络i s o 层 次结构第七层( 应用层) 上的信息( m e s s a g e ) 传输标准。它在不同医院信息系 统间，建立一个数据传送和接收的标准。包括病人管理相关数据，收费信息，医 嘱信息等。通过h l 7 消息，不同厂家生产的信息系统可以实现信息交换，并以信 息交换为基础实现流程自动化。它适用于医院内部不同医疗信息系统之间的信息 交换，同时也适用于医院之间、医院与相关机构之间大量的共享和传输。 h l 7 这个名称，并不是仅仅指h l 7 消息。目前，h l 7 是一个组织的名称。h l 7 组织成立于1 9 8 7 年，是由美国国家标准局批准提供医疗信息传输协议及标准的 非营利性机构n 鲥。其目的就是为医疗工作和管理提供标准化的电子健康信息的交 换、整合和共享。到目前为止，h l 7 已经有超过2 3 0 0 名会员，成员中9 0 以上都 是医疗信息设备的主要提供商n 司。h l 7 的影响力已经波及到美洲、欧洲、亚洲、 非洲及全球多个国家和地区，中国也在2 0 0 0 年初成立了h l 7 中国协作中心n 们。 实际上h l 7 标准是一套系列标准，包括概念标准( 例如h l 7r i m ) 、文档标准( 例 如h l 7c d a ) 、应用标准( 例如h l 7c c o w ) 、知识表达的标准( a r d e n 语法) 、) ( m l 文档结构标准、电子病历标准、词汇术语标准等。h l 7 消息标准则是其中最著名 的一个。 h l 7 消息稳定而迅速地发展和普及着，从1 0 到2 0 到2 1 ，2 2 ，再到2 3 。 1 9 9 7 年5 月，h l 72 3 版本成为了a n s i 标准。之后，在1 9 9 9 年成为a n s i 标准 的h l 72 3 1 版。i h e 就是以2 3 1 版本为基础制定的。所以h l 72 3 1 版是一 个里程碑式的版本并成为当时应用最广泛的版本。但自从h l 72 0 发布以来，它 的结构一直没有什么变化。随着信息系统的越来越复杂，集成工作的广泛性和复 杂程度也越来越高。h l 72 x 逐渐暴露出了没有一个数据模型作为基础和没有统 一的流程进行消息的制定等缺点。于是，一个新的h l 7 消息系列： h l 7v 3 开始 被定义。它需要对医疗系统中传递的信息具备更加广泛的覆盖率，对变化的环境 和不同的使用者有更好的适应性n 7 1 。 7 北京t 业大学t 学硕十学位论文 2 2h l 7 标准的原理 本节包括h l 7 的基本概念和消息组成，以及数据元素的相关说明。通过实例 的方式说明h l 7 消息的组成形式。 2 2 1h l 7 中的事件驱动实现 h l 7 信息交换是基于事件驱动实现的。当一个病人需要进行医疗处理时，就 会产生与其他系统之间的信息交换。我们把这种单个事件称之为触发事件 ( t r i g g e re v e n t s ) 。例如，病人需要住院或者需要进行c t 检查都算是一个触发 事件。 为了保证传递信息完整性以及成功处理数据，接收方就需要在接收到信息之 后给出确认，来确保信息传递的正确进行。例如在一个预定病房的触发事件中， 当病房护理系统接收到某个触发事件，该事件请求为某个病人提供了病房的预 约。在病房护理系统成功处理了该病人的预约过后，会向事件发起方发送一个确 认，确认该预约成功执行。在h l 7 标准中，确认模式分为两种：原始确认模式和 增强确认模式。 我们所使用的是原始确认模式，如图2 一l ： 当接收端接收到消息时首先验证消息是否合法。如果不合法，接收端产 生一个拒绝消息发送给发送端。反之，则通过验证。 接收方生成一个响应消息或者错误消息。 发送响应或错误消息到发送方。 ： ： 发避：接收 清皇潮基 系 系 统 统 接收a c l 【发避 c k a 铺息泊息b 网络 图2 一lh l 7 确认模式 f i g u r e2 - lc o n f i 肌c dp a t t e m 第2 章医疗信息标准概述 2 2 2 消息的构建 在h l 7 中，事件由不同的消息构成。在一个系统中，消息是数据传输的最小 单元。它包含一组按定义的序列排列的段。每个消息都有一个消息类型来说明它 的目的。包含在每个消息内的一个三字符的代码标识它的类型n 引。如a d t 消息便 是用来传送病人的入院( a d m i s s i o n ) 、出院( d i s c h a r g e ) 和转院( t r a n s f e r ) 信息。 对于消息，h l 7 标准给出详细的定义。现有的h l 7 消息是由片段、字段、组 分以及子组分组成，以下为它们的定义“引： 1 ) 消息段( s e g m e n t ) ：一是数据字段的一个逻辑组合，每个段都用一个唯 一的三字符代码所标识，这个代码称为段标识。以a d t 消息为例，它可 以由多个消息段共同组成：如消息头m s h 、事件类型e v n 、病人基本信息 p i d 、病人就诊信息p v l 、保险i n l 。 2 ) 字段( f i e l d ) ：字段是消息段的基本组成成分，字段之间通过字段分隔 符分隔。在消息段中，每个字段都有它自己的性质，如：位置、i d 号、 字段名以及可选性。 3 ) 组分( c o m p o n e n t ) ：组分是字段的基本组成成分，一个字段可以是一个 组分，也可由多个组分组成。组分之间通过组分分隔符分隔。有的组分 可分隔为多个子组分，子组分之间通过子组分分隔符分隔 4 ) 消息分隔符( m e s s a g ed e l i m i t e r ) ：在构建消息时，某些特殊的字符将 被使用。它们是片段终止符，字段分割符、组分隔符、子组分分隔符、 重复分隔符和换码符舢。 h l 7 消息的具体结构图如图2 2 ： 图2 2h l 7 消息结构图 f i g u r e2 2h l 7m e s s a g es n c t i l r ec h a r t 9 北京t 业大学下学硕j 二学位论文 下面是一个完整的h l 7 消息示例： m s h | & lm h sm h s t e x t l p a c sp a c s t e x t l2 0 1 0 0 3 1 2 l1 4 3 4 4 i o r m 4 0 0 lj d l 2 4 p i d i1 2 3 4 5 6 m r ii 张三三i 1 9 8 5 0 1 0 1l 男 p v l 内科m 1 6 o r c i n w o b r | | 2 0 1 0 0 3 1 2 0 0 7j b 超il | ii | i 霾为右下腹疼痛5 天，现在怀疑是 慢性阑尾炎。右腹疼痛ll 右腹i 李四 ” 这个消息表示的是一个b 超检查的申请信息：病人张三、男性、2 5 岁，住 院病房：内科1 6 床，住院号是1 2 3 4 5 6 ；因为右下腹疼痛5 天，现在怀疑慢性阑 尾炎，由李四医师申请进行b 超检查。 其中有5 个消息段： m s h ：表示消息头，包含的是删s 系统的m h s t e x t l 结点生成的这个 消息，发往p a c s 系统的p a c s t e x t l 结点；生成消息的时间是 2 0 1 0 0 3 1 21 1 ：4 3 ：4 4 ；消息的类型是0 r m “0 0 1 ，遵循的是h l 7v 2 4 标准。 p i d ：病人的基本信息，住院号、姓名、性别、年龄等信息。 p v l ：病人的就诊信息，包含了科室和床号。 o r c ：消息控制，包含了o r d e r 的控制符，表示一个新建的申请。 o b r ：观察请求，包含了申请的原因、内容、申请医师、申请方编号 等内容。其中一些符号的意义如下表2 1 ： 表2 1肌7 符号介绍 t a b l e2 - 1h l 7s 蛐o lh 炯d u c t i o n 缓鳓宇 耱辚榜 簇荐穰 嬲浚 梅傀鬟 镪棼甜遴十六避翱 嬲戳貉缴个浓您段，缓缓誉貔羧 溺愁鼹辫斑祷 敬 执耢髯改褒 窥桶窟羧l ：l 搦娃分黼两个掴铝豹譬 譬段纷黼褥l 履。耱笼溺勉瑷蝣釉籍一拿字羧 分黼辩袋。 嫒纷纷瀚梅 l 嘲以分獭弘段t l l 翱档的虢铮 掰缓分隧唆多 巾栩铝的f 成分。翔 警绞分分凝耱 纛 象，爹嫒势举存程。瓣谶分黼符醇汉 裙旗 藏疑投分黼挎 慧内议多 鞲鬃簸搦瑷豹字段 燃以粕选s t ，t x 镶教弦鬟唆4 毅 辏踅宇褥 墨 t l t 瓣转炙 笋糊。 1 0 第2 章医疗信息标准概述 2 3h l 7 在传输时的两种形式 在本文中h l 7 标准主要应用于信息传输，也是实现数据处理平台间各模块标 准化传输的关键。基于h l 7 标准的医疗信息交换将病人数据首先转换为标准的 h l 7 消息格式发送至接收方，接收方通过对收到的消息进行解析，再转化为应用 程序数据，从而实现系统间的数据交换。h l 7 消息的传输分为两种形式，一种是 标准的h l 7 消息，一种是) ( m l 形式的h l 7 消息。下面将分别介绍两种消息的构造 及解析的方法。 2 3 1 标准的h l 7 消息的构建与解析 标准h l 7 消息的构建与解析方法的基本原理是：根据h l 7 的规范创建消息数 据结构，并按照消息的结构为消息添加消息段和字段等子数据结构，例如消息头 m s h 对象，每一个消息段对应h l 7 规范中的属性，例如消息类型或版本号。根据 消息类型及所包含的消息段类型进行不同的处理，具体还要根据消息段所包含字 段来具体处理。根据h l 7 标准的特点，一般把要用到的每个消息段编写成一个具 体的函数，再根据消息的类型，用相应的消息段函数来写成消息函数。这样可以 通过不同情况调用不同的函数来完成数据格式转换功能，从而完成h l 7 消息的解 析与构造嘲。 h l 7 消息构建是将应用程序数据转换为标准消息的过程。构建h l 7 消息数据 结构时，将病人信息与消息对象的属性一一对应。通过s e t v a l u e 方法将属性传 入消息对象。然后根据数据在消息对象中的层次结构，添加相应的分隔符，最后 以字符串形式输出符合标准格式的h l 7 消息。 h l 7 消息解析是将标准消息转换为应用程序数据的过程。接收方接收到h l 7 消息字符串，首先解析消息字符串，以消息分隔符“i ”和回车符 为标志， 界定消息中的消息段、字段、重复字段、成分和子成分，构造消息的h l 7 消息数 据结构。将消息字符串解析并通过s e t v a l u e 方法传入消息数据结构，其他系统 就可以通过g e t v a l u e 方法获取消息中所需要的属性值。 2 3 2x 】l 形式的h l 7 消息的构建与解析 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是i n t e r n e t 环境中跨平台的，依赖于 内容的技术乜3 i 。是当前处理结构化文档信息的有力工具。和h t m l 一样，x m l 同 样来源于s g m l ，但x m l 是一种能定义其他语言的语言。x m l 最初设计的目的是弥 补h t m l 的不足，以强大的扩展性满足网络信息发布的需要，后来逐渐用于网络 数据的转换和描述。虽然) ( m l 比二进制数据占用更多的空间，但) ( m l 极其简单易 北京t 业大学t 学硕士学位论文 于掌握和使用心引。 在h l 7 标准中我们只需要利用h l 7 提供的d t d ( 文本类型定义) 规定h l 7 消 息格式，就可以生成标准的h l 7x m l 消息乜5 1 。下文将给出一条h l 7 消息，并通过 d t d 规范将其转化成) ( m l 形式。转化成x m l 形式后，消息中增加对结构的定义和 说明会导致消息的大小增大，但这些结构和说明可以帮助用户理解和识别消息的 内容。比如一条h l 7 消息中的病人信息如下： p i d i1 1 1 1 2 2 2 2 il j o r d a n l e l l e n i1 9 8 5 0 1 1 1i m i 转化成) ( m l 形式的消息如下： 1l11 2 2 2 2 j o r d a n e l l e n 1 9 8 5 0 1l1 m 从上面的代码可以看出，使用) ( m l 方式表示病人信息有许多好处。首先信息 方便机器和人阅读及处理；通过d t d 的检查可以保证每一个】( m l 之后都是符合规 范的；再加上) ( m l 是一种与平台无关的文档文件，可以通过网络协议在异构的环 境下进行传输，从而实现了数据平台间标准化的传输啪1 。 h l 7 组织提供的标准d t d 文档定义了h l 7 标准的消息、消息段、字段和数据 结构。构建和解析h l 7 消息的过程就是构建和解析) ( m l 文档的过程，我们只需要 在建立x m l 文档的前部声明h l 7 标准的d t d ，然后按照d t d 规定的h l 7 消息的格 式建立) ( m l 文档，便可以保证) ( m l 格式的h l 7 消息的有效性口瑚3 。我们可以使用 h l 7 自带的d t d ，通过) ( m l 解析器( 如s a x 或d o m 等) 来完成消息的解析和构建。 2 4d i c o m 标准介绍 d i c o m 是医学数字成像和通讯的标准。美国放射学会( a c r ) 和国家电子制 造商协会( n e m a ) 认识到了由于不同的制造商制造的设备产生不同的数字图象格 式，需要建立一个在这些设备之间传输图像和相关信息的标准化方法。于是联 手推出了d i c o m 。 d i c o m 标准作为影像设备的数据和交换标准使区域间的数据传输有标准可 循。d i c o m 标准的出现大大简化了医学影像信息交换的实现，推动了图像管理和 通信系统的研究与发展。再