A Live Health Information System for Syndicating Heterogeneous Medical Data

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整合異質資料源之即時醫療資訊共享平台
A Live Health Information System for Syndicating Heterogeneous Medical Data
陳志達
邱保欽
南台科技大學資訊管理所
摘要
過去在醫療體系的相關機構為了可以使內部彼此間
相互傳達醫療資訊,針對部門的不同需求,開發不同
的介面與格式來提供特定領域的資料處理,使的資料
儲存格式有著許多不同的版本。相對的,這樣的結果
導致醫院與醫院之間的資料庫在傳輸上無法相互支
援,是目前醫療資訊整合上的主要瓶頸。近年政府極
力推動醫療資訊整合的作業,希望藉由 HL7 的標準,
將各院所間不同的醫療資訊格式整合成一致性的標
準,但醫院間各自運行的系統已有相當長久的時間,
所儲存的資料量相當龐大,如果直接透由 HL7 的標準
重新制定與整合,需要花費相當多的時間與人力成
本,並且另外需要再承當轉換失敗的風險,這使得不
是每家醫療診所可以付諸實行。本研究透過分析台北
榮民總醫院的案例來了解目前醫療院所內部的系統
如何進行溝通與傳輸資料,從中了解到在整合系統上
可能遭遇到的問題,透由這樣的結果來制定可行的方
案,以解決在異質環境下,不同資料庫格式無法溝通
的困境。本研究根據分析的結果提出一個平台,來提
供使用者在不會影響本身院所的系統運作下進行相
關格式的處理與轉換,這樣的過程對於許多醫療院所
在評估資料庫格式的轉換與安全性,排除了許多危險
的因素。這使的醫療機構在評估執行格式轉換時之安
全性時,增加了許多執行的意願。在多方醫療資訊的
交換上,本系統提供一些模組來進行先行的判斷與剖
析,再透過多媒體整合語言(SMIL)技術對 XML 文件的
支援性,將醫療資訊以多媒體網頁畫面的方式呈現給
對方,達到人性化的閱讀與線上即時互動的功能,並
為彼此降低雙方認知落差所帶來的成本支出[12] 。在
醫學上,這樣的平台不僅可以提高醫療院所對於整合
格式的意願,而且經由醫學資訊交換系統的運作,可
以提供許多豐富的臨床案例和未知領域的知識來做
為研究,達到資源共享和加速醫學的研究速度。
關鍵字:醫療資訊、Health Level 7 (HL7)、醫療資訊
交換系統、異質環境、SMIL(Synchronized Multimedia
Integration Language)、認知落差
Abstract
In past years, most hospital medical information in order
to make data can more effective use, so developed much
different interface and the structure of medical
applications for different departments. Because the data
storage format has many different versions between
hospitals and they store database files in many different
standards, leading to the current medical information
encountered many bottlenecks for data integration. In
recent years, the government tried very hard to promote
the integration of medical information by HL7 standards
and trying to format a variety of integration into a
standard of consistency. The hospitals run their system
respectively have very long time and accumulated a
substantial database files, it is necessary to spend
considerable amount of time, human resources and cost
to convert this information into HL7 standards, so that
not all hospitals are willing or able to cover such a plan.
In this study, the medical information intermediate
system that is aimed at dealing with this issue. It is able
to solved in the heterogeneous environment for different
format in databases. The user can make their respective
health care database conversion to the new format and
to maintain continuous operation of the system and
assessing the safety of format conversion and reduction
of a number of uncertain factors. Both sides of the
medical information intermediate through the system
module for processing, the use of SMIL tools for this
medical information to a multimedia approach and to
provide reading of humanization and interaction of the
demand. Through system UI reduces gaps between them
about the negative issues[12]. In medical research, the
exchange of medical information systems can provide a
wealth of clinical cases as the study of medicine for
many unknown areas and speed up the pace of
research.。
Keywords : Medical information 、 Health Level 7
(HL7) 、 Medical information intermediate system 、
Heterogeneous environment 、 SMIL(Synchronized
Multimedia、Gaps between them
1. 前言
近年來國際醫療體系陸續推動著醫療資訊整合的計
劃,讓彼此的醫療資訊可以相互交流,以降低人力成
本和加快醫學研穿的腳步。而近來國內的政府也極力
推動著醫療資訊整合的方案,希望藉由國際制定的
HL7 標準為醫療產業對於電子化醫療資料的格式提供
標準,讓各醫療體系間不同的系統在做資訊整合與交
換時,可以有一個準則參考,進而促使各醫療體系在
未來發展系統介面時,可以趨向一致,讓醫療資訊可
以更方便的流通[1][25]。目前國際所制定的 HL7 標準
並不是可以完全符合國內的醫療環境,需要針對國內
不同的醫療領域進行適當的調整,才可以融入醫療環
境的需求。HL7 雖然讓醫療電子化資料有一個準則可
以參考,但國內積極推動 HL7 的時間過於太晚,錯失
許多關鍵的時期,使得醫療機構已自訂許多不同的介
面協定,導致彼此間交換醫療資訊的困難性提高許
多,而醫療機構對於將固有的資料格式轉換成標準的
HL7 格式,需要花費許多的成本與人力,負擔的風險
也相對的提高許多,使得政府和醫療機構在推動這方
面的整合,面臨了許多的障礙[31]。本研究目的即提
供一個架構,透由此架構建立的平臺,可以降低資料
格式轉換的困難與風險,即是建構一套以 HL7 為基
準,並以 XML 為基礎的醫療資料轉換的系統架構。
XML 本身具有語法簡單、跨平台的特性,對於異質
環境的整合具有相當良好的支援性。在大量的醫療資
訊匯出成 XML 格式後,經由本系統根據 HL7 標準所
制定的 XML Schema 來判斷來源資料的正確性,加上
資訊人員的協助,擷取出關鍵對應的資料,再由 XML
轉換模組進行處理後,儲存在本系統上的 XML 資料
庫,做為之後雙方在不同資料庫上進行資料交換的中
介處理站。醫療資訊交換平台提供雙方儲存與轉換成
符合 HL7 格式的功能,並將這些資料放置在本系統上
的資料庫,讓醫院與醫院間在推動整合的過程,降低
了許多本身需要承擔的風險,讓保險業者更願意對醫
院進行整合的方案提供擔保,也為未來政府在推動整
合各醫院間的格式,減少許多實施的障礙。
2. 相關研究
2.1 研究背景
現今交通快速帶來許多便利,而民眾往往需要在不同
的地點進行往返,使的在不同的醫療診所看診,頻繁
地發生在日常生活中,目前醫療體系的資料沒辦法進
行適當的交換,相同的醫療診斷需要重複的執行,造
成醫療資源的浪費,形成健保局年年面臨入不敷出的
問題,進而提高國民的健保費用,但追根究底,重複
的醫療診斷問題沒有解決,只能提高健保費用來彌補
之間的差距。隨著醫療技術快速的進步,對於許多的
疾病雖能有效的治療,但病毒也隨著不同的藥物產生
相對應的抗藥性。因此,收集來自各方不同的醫療資
訊與診斷經驗,可以提早了解這些突變病毒詳細的資
料以及對人體帶來的影響,針對種種不同的威脅,盡
快做好進一步的預防措施,除了可以減少醫療資源的
使用,還可提供全球更安全的醫療支援。過去國內醫
療體制尚未成熟,缺乏許多軟硬體的設備,各醫療診
所檢驗的結果與詳細記載,大都以書面資料來保存。
隨著時代的進步,許多醫療機構開始投入許多的電腦
設備,來處理這些大量的文件資料,並逐步的將文件
資料歸納到電腦,建立起數位型式的檔案,由於當時
並沒有硬性規定遵照 HL7 標準的格式,許多醫療診所
針對不同的需求,建立起各自的醫療系統,而這些醫
療文件的儲存格式有著許多不同的種類,這讓推動醫
療資訊整合的政策,增加了許多困難度。由於分散的
醫療資源沒辦法有效的進行整合,造成民眾每到一個
不同的醫療診所,因為無法查詢過往的病歷資料,需
要再進行相同的醫療診斷,在病患需要轉換診所時,
病歷資料也需以人工的方式來調閱病患個人的病歷
資料,形成人力上過多的浪費。
而近幾年來,隨著國際醫療快速邁向資訊整合的腳步
前進,國內的醫療資訊也朝著資訊整合及資訊交換的
方向前進,而網路資訊科技的發展使得醫療業 e 化的
重心為電子病歷,加上國家政策實施全民健保,健保
IC 卡的應用已經普及至每一醫療院所[11]。早期許多
醫療系統在開時,易針對部門的需求開發獨自的系
統,造成單一醫療院區就存在著許多獨立的系統及資
料庫,導致未來系統在整合與系統間資料交換的處理
上成為一個困難的議題。國內的醫療院所已逐漸建立
完 善 的 醫 療 資 訊 系 統 (Health Information System ;
HIS)、檢驗系統…等[16]。但各系統間往往是滿足特
定需求的獨立系統,對於資料格式的統一、系統間彼
此的資料交換和外來醫療院所的資料交換格式卻無
法有效支援,使的醫療院所無法迅速得知就診病患的
相關病歷史,如檢驗資料、相關病史等,導致醫療資
源的重複浪費,因此大大的降低醫療服務品質。這些
重複的醫療行為,除了浪費有限的醫療資源外,也可
能導致病情延誤[9]或對身體產生不良的影響,且未能
提供醫護人員進行有效快速且正確的診斷和護理處
置而導致醫療疏失,嚴重的情況下,更可能錯失最佳
救護時機[18]。HL7 臨床文件架構(Clinical Document
Architecture;CDA) 已經成為國際醫療健康資訊交換
的標準格式,在美國已經通過 ANSI 國家標準[23],
國內也由衛生署的「制定及推動電子病歷內容基本格
式」的計畫中,也是以 CDA 為文件基礎架構,作為
病歷資料交換的標準格式。患者在醫療照護過程中,
醫護人員因無法即時掌握病患相關病歷資料及檢驗
結果,而容易錯失最佳的救護時間。但由於政府在推
動電子化病歷的時間過晚,以致於各醫療院所對於醫
療 e 化有各自的一套資料交換模式,而且來至各個不
同系統的醫療資訊擁有各自的介面標準,導致系統間
沒有單一標準的介面,來提供統一的資料交換與分享
機制。近年來,運用資訊科技協助登錄病歷紀錄及診
斷資料,來達到資料流通的技術已日趨成熟,資訊科
技亦協助複雜護理文件及護理紀錄,以提升照護品質
[3],因此電子病歷的發展便逐漸受到重視,衛生署也
於民國 91 年開始積極推動「病歷電子化」
,電子病歷
具有縮短病人等候掛號、看診、領藥時間,提供連續
性照護及避免醫療疏失發生等多項優點,我國業於 93
年 4 月 28 日完成「醫療法」第 69 條修正,賦予電子
病歷合法地位,許多醫院也漸漸在原有的系統下,增
加臨床資訊系統,將患者的一些基本資料和病歷資料
如檢驗數據資料、病理檢查報告及醫學影像等資料,
儲存於電腦系統中,形成部分的電子病歷,基前述中
各部分電子病歷資料來至各獨立醫療資訊系統及資
料庫,單一系統無法給予醫療相關人員患者整合性訊
息,造成醫護人員無法快速進行對病患的診斷,如何
讓各系統能快速的建立資料交換機制且大幅降低成
本,目前國內醫療院所各獨立系統資料交換並無統一
模式,並且系統如要與醫療核心系統(HIS)進行溝
通必須自行與 HIS 該功能的負責人協調系統溝通方式
集資料交換格式,典型模式為雙方共同協議溝通方式
集資料交換格式,因此對每一獨立系統而言都需花費
更多開發及維護成本來進行系統間的資料交換,並且
需要承當轉換失敗的風險,以致於不是每家醫院都願
意或有能力來支應這一個計劃[31],導致降低對患者
的醫療品質及整體服務。因此改善醫療品質及提供完
整即時的醫療服務及醫療資訊來提升醫護人員對患
者提供更正確有效率的醫療照護[10]。而在整合單一
醫療機構後,本研究欲開發另一個平台,來整合並提
供給各醫院間的醫療資訊系統,可以進行資訊的溝通
和資料的共享,達到解決異質環境下,不同系統體系
下無法溝通的困境,這對於醫療機構在評估格式轉換
的安全性時,減少了許多不確定的因素。另外,當丕
同醫院間在進行醫療資訊的查詢上,本系統提供另一
個模組來處理雙方線上溝通的問題,利用同步多媒體
整合語言(SMIL)的技術可以將轉換成 XML 的醫療資
訊以多媒體的方式呈現給雙方,並可以進行線上的即
時溝通[4][5],提供了人性化閱讀與互動的功能,降低
彼此間認知落差所帶來的負面問題[12]。在醫學上,
藉由醫學資訊交換系統,可以提供豐富的臨床案例做
為研究,對於許多未知的醫學領域上,加快研究的速
度。
進行資料互享的交流。在系統資料庫累積之各醫學領
域資料,可以提供醫學研究人員在樣本上更豐富詳盡
的記載、分析成果與實驗數據,對於新發現的醫學疾
病,可以擁有更可靠和正確的診斷參考[33]。本研究
的重點項目有三類:1.根據 HL7 標準制作一致性的
XML Schema 格式。2.將來源資料進行剖析與核對處
理,並整合進系統資料庫。3.使用 SMIL 技術來提供
使用者線上互動的多媒體呈現。
使用 HL7 標準制定的格式,可以讓系統與政府正在推
動的醫療資訊整合計劃相互支援,在轉換的過程中,
系統不需要更動來源資料庫的環境與資料格式,確保
系統可以持續的運作下去,對於醫療機構關於擔心轉
換過程中,需要停機或轉換失敗所承擔的損失和風
險,排除了許多不確定性的問題。SMIL 的技術提供
雙方醫療診所互動式的多媒體呈現,使用者在進行資
料傳輸的過程中,彼此不了解的問題可以即時性的提
出與討論,降低雙方認知落差所帶來的負面損失,對
於未來政府推動醫療資訊整合上,增加許多正面的協
助。本地資料庫在轉換成 HL7 標準的儲存格式後,與
異地資料庫的格式達成了一致性,有助於各醫療機構
所累積的大量醫療資料,進行快速且正確的分享與交
換。此平台提供異地資料庫之間快速的傳輸資料,減
少民眾重複性的醫療診斷,解決國民健保費用不斷攀
升的問題。
2.2 研究動機
在醫療體系邁入資訊電子化後,高效率的處理大幅降
低人事成本且醫療品質有顯著的提升[18],各醫療機
構開始建構專屬的醫療系統。隨著資訊系統快速的發
展,當初缺乏積極推動格式標準化的配套措施,使得
各醫院間要進行醫療資訊交換時,在沒有一致化儲存
格式之基礎下,無法進行資訊交換,雙方需要額外開
發專屬的溝通介面,對於不同的系統需求又需要再另
外開發不一樣的溝通介面,長久下來,彼此之間的溝
通介面愈趨複雜,導致醫療資源整合化的開銷永無止
境的增加,許多醫療機構負擔不起龐大的建置費用,
而逐漸停擺。醫療資訊系統是一個龐大的資料體系,
彼此間的關聯相當緊密與複雜,系統除了基本可以與
其他系統、儀器相容外,需另外具有擴充性和抽取性
的更換模式,對於各醫院內部行之有年的系統,要更
改其建置架構,是具有相當大的阻礙,如何建置一個
系統,做為傳統體系與標準體系之間的橋樑,即是本
研究的核心系統。
2.3 研究目的
本研究計劃開發出一個系統平台,讓不同醫療診所的
獨立系統可以在 XML 的基礎下,根據 HL7 標準所制
定的 XML Schema 來判斷資料來源是否符合規定的格
式,XML 具有跨平台的特性,可以讓異質環境下的
資料庫系統,輸出成彼此相容的格式[21],透由系統
對輸出的資料進行剖析與擷取,將資料的關鍵資訊匯
整在網頁上,再經由資訊人員的協助,將對應的欄位
選取出來,匯整後轉換進系統提供的資料庫,而這些
資料庫儲存的醫療資訊在未來可以提供不同醫院間
3. 文獻探討
3.1 XML
XML(Extensible Markup Language)是一種可擴展的標
示語言,在 1998 年 2 月推出了 1.0 版的規格,目前
XML 的相關技術仍持續的發展和制定。XML 的語法
和 HTML 類似,只不過其目的不是編排資料的內容,
而是用來描述資料,它沒有 HTML 語言的預設標籤,
通常都是使用者自行定義要描述資料的各種標籤。
XML 的文件具有二項特點,第一,具有良好格式
(Well-Formed),相對於 HTML 文件,XML 文件的標
籤一定需要擁有結尾標籤(End-Tag)。第二,XML 文
件需要驗證(Validity),XML 本身無預設的標籤和架
構,所以需要使用 DTD 或 XML Schema 來檢查 XML
標籤定義是否有符合撰寫的語法,所以當網站之間要
提供內容或資料的交換時,就可以透過此驗證機制來
判斷之間的格式是否有符合規定。XML 具有幾項功
能,例如 XML 可以儲存 HTML 顯示出來的內容、可
以作為不同環境下資料交換的格式和作為應用程式
的資料儲存格式等。XML 跟 HTML 不同之處,在於
資料交換和 Web 管理資料時,擁有很高的支援性。
3.2 DTD
DTD(Document Type Definition)是 XML 1.0 版規格的
其中一部分,其功能是擔任 XML 文件的驗證機制,
Schema 屬於 XML 文件的內容驗證機制,主要是定義
XML 文件的元素、屬性和整份文件的架構,包含元
素出現的順序和巢狀架構,所以 DTD 在 XML 裡是扮
演定義 XML 文件的元素架構、標籤和屬性,並提供
應用程式在進行資料交換時的一個標準。
Language)、DCL(DCL : Data Control Language),各支
援不同的工作。
3.3 XML Schema
3.6 XPath
XML Schema 是針對 XML 所設計的驗證機制,主要
是用來取代 DTD,與 DTD 不同的是,它不必擁有自
己的定義語法,本身即為一份良好格式的 XML 文
件,且針對 XML 支援更多的資料型態(Datatypes),可
自行定義各種 XML 元素的資料型態,對於名稱空間
也有支援,所以比起 DTD 擁有更好的擴充性質。
XPath(XML Path Language)是一種查詢語言,其功能
可以讓我們定義想要選取特定部分的 XML 文件資
料。其具有一個剖析器,可以解釋語法並深入 XML
文件,拉出其使用者想要的相關部份內容,例如使用
者想從 XML 文件裡,取出對某藥物具有過敏性症狀
的患者,而撰寫一段 XPath 的敘述,可以完成此目的。
3.4 HL7
3.7 XMLDOM
HL7(Health Level Seven)是一個專門建立國際健康
照護標準的自發性非營利組織,同時也是一個特定的
資訊標準協定。並且獲得了美國國家標準機構
(American National Standards Institute;ANSI) 認可擁
有標準發展組織(Standard Developing Organization;
SDO)資格,目的在推動溝通醫療院所間跨單位之醫療
資訊傳送,提供一資訊交換標準以供依循[20][24]。它
是於 1987 年 3 月在賓州大學醫院由 Dr. Sam Schultz
所主持的會議首次提出,與會廠商及使用者認為需簡
化由不同廠商設計之不同電腦應用系統介面的建置
工作,因而成立委員會,也就是現在的 HL7 工作小
組,主要致力於醫療資訊應用系統間的資訊交換格式
和協定標準化,讓不同廠商在設計軟體時能依據標準
格式,以達到不同應用程式間的一個溝通管道,並保
留一些彈性來針對特定需求的資料提供處理上的相
容性,讓世界各地的醫療訊息能更容易地相互傳遞。
依據行政院衛生署 91 年度「全國醫療院所病歷電子
化現況調查作業」之成果報告[2],第 25 項調查全國
336 家醫療院所「醫療資訊標準應用 HL7 的採用情
況」
,已完成並上線使用的佔 3.0%,建置中與規劃中
的佔 38%。由此可知採用 HL7 標準會日趨普遍,也是
未來的趨勢。在外國目前已將 HL7 標準視為國際醫療
格式的參考標準,像是 CDA 格式也是參照 HL7 標準
所制定出來的格式,所以國內未來如果要與國際接
軌,也是要透由 HL7 標準來制定相關的格式。
XMLDOM(XML Document Object Model)是 XML 文
件的一種程式設計介面,透過 XMLDOM,程式開發
者能夠完成載入、建立、修改和剛除 XML 資料的目
的[6],對於使用 SQL Servre 的人而言,可以將其視為
一個資料集,其內容包含了解析後的 XML 文件,且
儲存在記憶體中。
3.8 SMIL
SMIL(Synchronized Multimedia Integration Language)
是一種同步多媒體整合語言,由 W3C 組織所制定,
在 1997 年 11 月提供,並於 1998 年公佈 SMIL 1.0 的
標準,目前最新為 2008 年 12 月提出 SMIL 3.0 的標
準。在 XML 的基礎上,SMIL 可以讓其內容在 Web
上以多媒體的方式呈現,與 HTML(Hyper-Text Markup
Language)的語法非常相似[5]。HTML 是目前最普遍
的多媒體文件描述語言,但對於多媒體之間時間和空
間的關係卻沒有支援,而 SMIL 語言可以解決這方面
的問題,其本身定義好簡單的標記,提供多媒體資料
可以在特定的時間、空間與方式來播放。SMIL 是 XML
的延伸,其語法與 XML 一樣且每一個標籤都具有意
義,可以用來整合多媒體檔案執行的順序與時間,且
對於使用者在頻寬高低不同的環境下,提供不同的支
援性,對使用者的網路環境,提供更多彈性的選擇。
SMIL 可以將文字、圖片、聲音、影像整合到網頁上,
並提供同步播永目的,對於 XML 的可讀性具有提升
的功用。
3.5 SQL
SQL(Structured Query Language)是一種操作關聯式資
料庫(Relational Data Base),是用來查詢資料庫數值的
語言,在 1986 年 10 月,美國 ANSI 以此作為關聯式
資料庫管理的標準語言,並在 1987 年成為國際標準。
SQL 允許使用者在資料結構上執行工作,它不會要求
使用者要指定數值的存放方法和了解其具體的存放
方式。它能讓底層結構完全不同的資料庫和不同資料
庫使用 SQL 語言而可以進行輸入和管理。因為 SQL
的語句可以嵌套,所以具有強大的靈活性和功能,往
往在其他語言裡需要一大段程式才可以完成的工
作,它只需要一個語句就可以完成。SQL 語言由四個
部分所構成:DDL(Data Definition Language)、
DML(Data Manipulation Language)、DQL(Data Query
3.9 WEB SERVICES
根據 W3C 的定義,Web Services 是一種軟體元件,透
過 Web 通訊協定及資料格式的開放式標準(例如
HTTP(Hypertext Transfer Protocol)
、XML 及 SOAP
(Simple Object Access Protocol)等)來為其他的應用
程式提供服務[7][26][36],用以支援網路間不同機器
的互動操作[22][29],進行資料交換與溝通[13]、降低
開發成本[15]。網路服務通常是由許多應用程式介面
(API)所組成的,它們透過網路來執行客戶所提交
服務的請求。作為提供服務的元件,它可用來建構分
散式架構系統,實現分散式架構動態整合、平衡負
擔、單元升級等優點。儘管 W3C 的定義涵蓋諸多相
異且無法界分的系統,不過通常我們指有關於主從式
架構(Client-server)之間根據 SOAP 協議進行傳遞
XML 格式消息[38]。Web Services 過程中會由伺服器
提供一個機器可讀的描述通常基於 WSDL(Web
Services Description Language)來辨識伺服器所提供
的服務[17][35]。另外,雖然 WSDL 不是 SOAP 服務
端點的必要條件,但目前基於 Java 的主流 Web
Services 開發框架往往需要 WSDL 實現客戶端的原始
碼生成。以 Web 的開放標準為基礎在被廣泛使用的
Web 網路架構上來運作,採用開放式標準讓 Web
Services 具有良好互通性,在不同平台上用不同程式
語言建置的系統也可以輕易整合,克服分散式系統各
自使用不同機制造成整合困難的情形[30],而未來如
果有更好的服務或服務提供者時,也可以輕易的將服
務更換或更新。對系統開發者來說,可以更便利的將
系統建構完成;對服務的提供者而言,只要能設計出
一個好的服務,它的潛在使用者市場將不再受到平台
的限制而有無限的可能性。Web Services 具有以下特
點[8]:
一、跨程式語言平台:所有 Web Services 底層的運作
(包括資料的傳輸與服務的呼叫),皆是以 XML 作
為遠端與近端溝通及互動的表達語言。XML 的原
始訴求之一就是希望能達成可攜性的資料表達
(portable data)。Web Services 之所以能夠跨各種不
同的程式語言平台[37],主要就是藉由「簡單物件
存取通訊協定(Simple Object Access Protocol,
SOAP)的使用才得以實現,XML 在 Web Services
的傳輸協定中,SOAP 扮演極為重要的角色,Mike
Rosen & Jim Boak 在其研究中提出兩個原因說明
XML 的重要性[28]:
二、 鬆偶合式的架構:為了實現鬆偶合式的(loosely
coupling)架構,Client 端程式必須在事後才知道如
何存取伺服端所提供的各項服務;為解決此項困
擾,Web Services 提供了「網路服務描述語言(Web
Services Description Language, WSDL)的機制。
三、 動態取得服務:Web Services 藉由 Web Services
Discovery(又稱為 Disco)機制的使用,達到動態取
得服務的目的[19]。服務建置者可以將設計開發好
的 Web Services 在網際網路上公佈(publish),使用
者便可以事先完全不知道服務提供者所在位置的
情況下,藉由查詢的方式,得知確切的位置。Web
Services 乃經由「通用描述、發現與整合(Universal
Description, Discovery and Integration, UDDI)」機
制以提供動態服務的取得。
四、 提供同步及非同步的運算模式:Web Services 能
夠輕易地與各種訊息伺服器整合,如此要完成企業
級的同步與非同步的分散式運算系統,便十分輕
鬆。Web Services 架構下的運作流程主要是由
Service Provider、Service Register 及 Service
Requester 三個角色所串起,如圖一所示:
圖 1. Web Services 運作流程圖
a.由 Service Provider 提供服務,並將服務資訊註冊到
Service Register(UDDI)中。
b.Service Requester 向 Service Register 尋找所需的
Service。
c.Service Register 將 查 詢 Service 的 結 果 回 傳 給
Service Requester,並取得 WSDL。
d.Service Requester 在找到所需的 Service 後,Service
Provider 會 提 供 一 組 Interface 來 提 供 Service
Requester 呼叫。
e.Service Requester 使用(遠端物件呼叫 RPC)Service
Provider 所提供的服務。
3.10 SOAP
SOAP[15][38]是一種以 XML 為基礎、並架構在 HTTP
通訊協定之上(亦可以架構在 SMTP、FTP 協定等)的
物件存取協定,主要用於 Web 服務(web service)中。
在分散式運算的過程,都將透過 HTTP 協定來傳遞訊
息,而訊息的內容則是以 SOAP 所規範的格式來詳加
描述。當 Client 端程式呼叫一個由遠端所提供的 Web
Services 時,便可以把這項服務請求(service request)
封裝在 SOAP 訊息之中,傳遞給遠端的 Web Services
程式。當 Web Services 收到請求後,執行該服務後將
執行結果封裝在 SOAP 訊息中回傳給客戶端程式。
SOAP 是屬於輕量級的協定,應用於分散式電腦環境
中交換資訊。不同平台之間可以利用 XML 的方式,
使得應用系統可以相互溝通,亦即是利用現存的網際
網路架構應用程式之間可以彼此溝通,而不會被
Firewall 阻礙。在分散式的架構之下,搭配使用 XML,
SOAP 提供兩個電腦系統之間交換的架構與資料型
別,SOAP 主要由以下四個部份所組成:
1. 封套:(envelop)
,封裝定義了一個描述訊息中的
內容是什麼,是誰發送的,誰應當接受並處理它以及
如何處理它們的框架。
2. 編碼規則:
(encoding rules),用於表示應用程式
需要使用的資料類型的實例。
3. 協定:(RPC representation),表示遠端程序呼叫
及回應協定。
4.
繫結協定:繫結(binding) 交換的訊息。SOAP 可
以與其它的協定結合使用。
3.11 UDDI
UDDI 是由 Ariba、IBM、Microsoft 等三家公司聯合提
出。UDDI[34]是以 XML 技往為基礎,基設計目標是
建構網際網路服務的標準協定,網路服務提供者以及
網路服務需求者可以分別建構組織資源以及取得組
織資源。它是一個基於 XML 的跨平台的描述規範,
可以使世界範圍內的企業在網際網路上發布自己所
提供的 Web Services 資訊;當 Client 端程式想要查詢
有那些服務可供使用時,便可至 UDDI 伺服器中查
詢。UDDI 中包含三個主要的註冊實體[27]:
1.公司的聯絡資訊:一般都將此資訊放在「白頁」
(White Pages)中。
Information System;檢驗管理資訊系統)和
PACS(Picture Archiving and Communication System;醫
學影像系統)也是透由另一個相連接的 Database 來取
得所需資料,之間並沒有通道可以直接取得對方資料
庫的資料,需透過一個 Gateway 來完成這個步驟,然
而要經過 Gateway 的方式進行資料的傳遞,雙方系統
的 IT 人員需要先對之間傳輸的資料格式做客製化的
處理,也就是定義出有哪些欄位要進行傳送與欄位的
排列順序,在處理完這些流程後,為了避免之間持續
傳輸的負荷太重,需要設定一個排程來控管資料傳輸
的流量,避免過度占用資源而造成系統運作的效能。
這些因素造成彼此之間的資料無法即時的更新,要彼
此取得對方系統的資料,需要付出龐大的人力成本來
確保流程的運作。
2.公司的標準分類資訊(例如公司產業的代碼、圖形
索引等)
:一般都此將資訊放在「黃頁」(Yellow Pages)
中。
3.有關「服務」的技術性資訊:
(例如 e-Business 的描
述、服務的位址)
:一般都將此資訊放在「綠頁」
(Green Pages)中。
在現在的醫學領域上,電子簽章透過 Web Services、
SOAP、WSDL、UDDI 的結合,實現在醫療體系上,
降低作業流程上的時間與責任的確認性。
4. 系統設計
本研究將提出一個平臺,透由平臺的處理與支援的格
式,讓各醫療院所下的異質環境資料庫在經由 Web
Service 的處理下所產生的 XML 文件,可以進行資訊
交換,XML 本身具有跨平台的特性,非常適合用在
異質環境下系統之間的溝通,系統一開始依照 HL7 標
準建構 XML Schema,對來源資料庫匯出的 XML 文
件進行初步的檢查,判斷文件是否符合 XML Schema
規範[32],依判斷的結果來進行後續是否調整來源文
件的格式處理,由於醫療結構本身的複雜度很高,加
上早期開發階段沒有標準的規範可以遵從,完全依賴
系統的判斷容易產生錯誤,為了提供系統之間轉換或
溝通的準確性,資訊人員的加入可以降低初期系統處
理的風險,資訊人員在此步驟的角色扮演來源與系統
之 XML 元素名稱對應的工作,將系統處理後的資料
經過整合,轉換成符合本系統資料庫的格式,並進行
存取,做為之後系統對來源資料庫提供格式轉換與雙
方查詢功能的文件來源。而本研究以台北榮民總醫院
的醫療系統架構為參考核心,從分析該院所的系統運
作流程來了解現行一般大型醫院所面臨的問題。
4.1 系統概觀
研究一開始經由台北榮總的醫療系統運作流程來分
析異質環境下會遭遇的問題,在圖 2 中 HIS(Health
Information System;醫療資訊系統)透由相連接的
Database 來取得所需的資料;相對的,LIS(Laboratory
圖 2. 台北榮民總醫院醫療系統架構圖
從台北榮總的例子可以了解到彼此的系統在當初建
置時,甚少考慮到未來與其他醫療系統之整合性,導
致雙方需要經過 Gateway 的方式來進行溝通,不僅浪
費龐大的人力成本,還需要額外負擔系統突發事件的
處理。
本研究針對此一問題,將介紹系統在雙方異地環境
下,進行醫療資訊交換的流程,說明 Server 端與 Client
端之間資料的傳輸過程。在圖 3 中,hospital(A 方)儲
存的醫療資訊為 client 端,其採用關聯式資料庫,透
過本系統提供的 UI 介面,接收 Client 端的訊息,並
進行雙方身份的認證。當 Server 端,也就是 XML
Storage module,確認 client 端的身份後,便會傳送訊
息給 UI 介面,告知使用者可以使用的功能權限。本
系統規劃一般使用者擁有三種功能可以進行選擇,這
些功能包括資料庫新格式的儲存與轉換,以及提供使
用者可以查詢異地資料庫的資料。使用者選擇新格式
的儲存或轉換功能後,資訊人員將本身資料庫的資料
匯出成 XML 之資料形式,經由 Data Integration
Module 的模組,對 client 端匯出的 XML 文件進行二
大階段的檢驗與調整,轉換成符合 Server 端的儲存格
式。
圖 4. Client 端與系統之連線建立圖
圖 3. 中介異質資料庫與 XML 之即時醫療資訊架構圖
4.2.2 Client 端匯出 XML 格式的處理流程
上述的二大階段裡,在第一階段分為三個步驟進行處
理,第一步驟,透過 HL7 標準制定 XML Schema 來判
斷 Client 端匯出的 XML 格式是否與 Server 端要求的
格式相同,當 Client 端的資料格式與 Server 端不相符
合時。進行第二步驟的處理,透由系統本身的判斷和
醫方的資訊人員,將 Server 端所提供的 XML 元素名
稱進行配對,使本地資料庫的欄位名稱可以對應到
Server 端的元素名稱。第三步驟,經由 Data integration
的模組,將第二步驟整合後的處理,併成一個檔案,
並進入第二階段,此階段系統將 Data integration 整合
好的檔案,透過轉換程式的處理,將輸出的檔案儲存
在 XML Storage module 裡,完成最後階段的工作。執
行過轉換處理的醫院,未來在進行本身資料庫 HL7 格
式的更換時,可以經由本身已儲存在 XML Storage
module 的資料,透過 UI 介面,取回轉換好的檔案文
件,達到格式更換的目的。在提供使用者查詢的功能
裡,我們將查詢的對象稱之為乙方,而使用者稱之為
甲方。甲方透過本系統傳送查詢的需求給乙方,乙方
將甲方欲查詢的資料透過本系統的轉換,存取到 XML
Storage module 裡,透過 Presentation Module 的處理,
將 XML Storage module 關於乙方的資料從中取出,藉
由 SMIL (Synchronized Multimedia Integration
Language)的處理,呈現出多媒體互動的樣式給甲方瀏
覽,讓雙方可以進行即時性的討論。在 Presentation
Module 裡,有二個步驟需進行處理。首先,在 XML
Transformation 裡,負責將 XML Storage module 提供
的資料轉換成符合 SMIL 需求的 XML 檔,利用 SMIL
來呈現的 XML 文件,可以讓使用者更容易了解 XML
資料所要表達的文件訊息,加上雙方可以進行即時性
的互動與討論,降低彼此認知落差的發生,進而提高
醫療資訊交換的附加價值。
本系統參考過去醫療的相關研究與文獻[1][4][5],了
解到各醫院具有不同格式的資料庫,為了確認來源資
料庫是否登記在系統資料庫下,我們制做一個 UI 介
面來處理彼此間的認證工作。如圖 5 所示,UI 利用
ASP 的工具,撰寫使用者身份認證的機制,在通過認
證後,系統根據使用者的權限,傳回三項預設的功能
供使用者選擇。
圖 5. 使用者登入驗證與功能接收
當使用者選擇儲存新格式至系統資料庫時,UI 介面將
傳送訊息給本地資料庫,要求其內部的資料經由 Web
Service 處理後的文件[14],以 XML 的格式匯出。本
系統規劃以 SQL 的環境來支援本地資料庫各種功能
的執行,如圖 6 所示,資訊人員藉由 Web Service 對
於 SQL 語法的支援,將本地資料庫的檔案匯出成
XML 格式的資料形態,再傳送到系統端。
圖 6. Client 端執行 SQL 指令
4.2.3 系統處理來源端 XML 資料的流程
4.2 系統架構
4.2.1 Client 端的系統環境
Client 端來自全國各地不同的醫療資料庫,包含各種
建置的環境,例如 SQL、MySQL 與 Oracle。本研究
利用 XML 具有跨平台、文件結構化與開放的特性,
做為 Client 端與 Server 端之間相互傳送的資料格式,
本系統建置的 UI 介面,主要提供雙方進行訊息的傳
遞,在傳輸過程中,使用 HTTPS 的技術來提高彼此
之間資料的隱密性與安全性,如圖 4 所示。在後續的
功能處理上,XML 文件本身保存了資料原先的結構
性,對於未來彼此資料的使用提供良好的的支援性。
系統接收本地資料庫傳送的 XML 文件後,經由 Data
Integration component 的 XML Schema 來驗證此文件
是否符合正確的格式,而此 XML Schema 是根據 HL7
標準所制定,當來源端的 XML 文件不符合 XML
Schema 所制定的標準時,系統會使用 XPath(XML
Path Language)來對當前的 XML 文件進行剖析,解釋
其語法並擷取出系統需求的內容,並藉助
XMLDOM(XML Document Object Model)程式設計介
面,讓系統進行載入、建立、修改或刪除 XML 資訊
的功能,以取得系統需求的 XML 之關鍵資料,如圖
7 所示,系統處理來源端的 XML 文件後,取得了 XML
的關鍵資料。
資料的存在與持續的運作,另一方面也降低轉換失敗
所需承擔的風險,如圖 10 所示,本地資料庫建置的
新系統,將原本儲存在系統資料庫的 XML 文件取
回,並放入新系統裡。
圖 7. 系統處理 XML 文件架構圖
4.2.4 雙方 XML 元素名稱的核對與轉換
遵照 HL7 標準所制定的 XML Schema 格式,讓 Client
端的 XML 文件可以進行格式的核對,在系統取得來
源 XML 文件的關鍵資料後,藉由網頁的方式,將 XML
Schema 定義的元素名稱與取得的關鍵資料並列一
起,並透過下拉式選單的方式,讓資訊人員可以將本
地資料庫匯出之 XML 元素名稱配對到 XML Schema
定義的元素名稱,使本地資料庫的元素名稱可以進行
一致性的調整,如圖 8 所示,資訊人員在這個工作扮
演重要的角色,所以對於本地資料庫的相關架構與內
容需具備相當程度的了解。
圖 10. 系統進行 HL7 標準的過程
4.2.6 Presentation Module 的功能
Presentation Module 在系統裡擔任的工作,是將 XML
文件的內容以多媒體互動的方式傳送給使用者,並提
供彼此間相互討論的管道。一開始,甲方透過 UI 介
面告知 Request/Response Dispatcher 模組,欲查詢哪筆
乙方資料庫的資料,乙方資料庫經由 Data Integration
Module 的處理,將此筆資料轉換並儲存進 XML
Storage module,透過 Presentation Module 的處理,利
用 SMIL 的工具將畫面以多媒體互動的方式呈現給甲
方瀏覽與討論,達到醫療資訊交換與互動的目的,如
圖 7 所示。
圖 8. 資訊人員配對元素名稱架構圖
藉由資訊人員將雙方的元素名稱進行配對後,系統透
過 Data Integration component 處理配對後的元素名
稱,將其整合成一個檔案,並傳送到 transform 進行檔
案的轉換,最後再儲存進 XML Storage module 裡,進
行資料的保存。如下圖所示,醫護人員透過本身院所
的 Web Service 服務,將可以取得該院的資料庫文件,
經由本系統的 Data Integration Module 處理,將最後的
結果儲存到 XML Storage module。
圖 11. 查詢異地資料庫之流程架構圖
4.2.7 系統整體架構流程
圖 9. 系統處理 Client 端資料之流程圖表
4.2.5 XML Storage module 的功能
XML Storage module 負責儲存轉換成 HL7 標準格式的
XML 文件,這些文件提供轉換資料庫格式與查詢異
地資料庫資料的功能。在 Client 端進行本地資料庫全
面更換成 HL7 標準格式的動作時,需先完成「儲存新
格式至系統資料庫」的動作,再藉由先前儲存在 Server
端的資料,將其取回並放進 Client 端另一個符合 HL7
環境的新系統,這樣的流程,確保本地資料庫原系統
圖 12 說明本研究開發的系統如何與其他醫院進行資
料的交換與溝通,從甲方醫院的醫護人員可以得知,
透過該院所提供的 Web Service 架構,可以與各系統
(ASP.NET、HIS、LIS、PACE)的醫護人員進行溝通,
經由 Web Service 與本系統的 User Interface 進行連
結,這之間的連線基礎建置在 HTTPS 的基礎上,以
提高雙方的安全性與隱密性,最後經由本系統提供的
Data Integration Module 、 XML Storage DB 與
Presentation Module 來完成後續資料的處理與呈現。
透過 XML Schema 的驗證,當系統判斷來源格式不相
符合時,透過 XPath 與 XMLDOM 對匯出的 XML 文
件進行剖件和擷取,找出關鍵的元素名稱,並將這些
元素呈現在瀏覽器上,透過熟悉該醫院資料庫的資訊
人員,將相對應的元素名稱對應到系統所列出的元素
名稱上,進行資料的整合,最後透過轉換程式,將此
文件儲存進系統資料庫裡。
圖 15. XMLDOM 剖析 XML 文件語法
圖 12. 系統與醫院間的運作流程
如圖 16 所示,經由資訊人員將對應的元素名稱進行
核選,並傳送給系統進行處理。
4.3 系統實作
在 UI 介面部分,本系統製作的 UI 介面,提供使用者
身份驗證、功能表單與查詢異地資料庫的功能。透過
ASP 的工具,進行使用者帳號密碼的確認,並提供可
以使用的功能,如圖 13 所示,使用者通過初步認證
後,系統會傳送三種功能表單供使用者選取。
圖 16. 欄位配對畫面
圖 13. UI 介面和提供的功能畫面
在系統判斷與轉換來源資料部分,當 Client 端執行儲
存新格式至系統資料庫時,系統會發出訊息,要求醫
院將資料庫的資料以 XML 的格式匯出,資訊人員透
過資料庫操作語言的執行,進行大量 XML 格式的匯
出,從圖 14 中,可以了解到 XML 資料呈現的方式以
及 XML Schema 驗證的格式。
圖 14. 系統的 XML Schema 格式
在轉換本地資料庫格式部分,此功能提供醫院進行本
地資料庫格式的更換,使用者進行更換格式的動作
時,需將本地資料庫的文件轉換並儲存進系統資料
庫,此時系統資料庫將擁有一份與本地資料庫相符合
的資料,透過 UI 介面向系統資料庫發出取出文件的
訊息,利用 Web Service 來取得 XML Storage module
裡本地醫院的資料,並存放到本地醫院新建置符合
HL7 環境的資料庫,完成更換的工作。
在查詢異地資料庫資訊部分,藉由醫療資訊交換平台
的協助,可以提供醫院進行異地資料庫的查詢,當甲
方資料庫欲查詢乙方資料庫,藉由系統擔任彼此之間
溝通的橋樑,並提供 SMIL 的工具呈現雙方溝通的訊
息與文件,達到查詢異地資料庫與多媒體互動的功
能。而 SMIL 提供十個主要的功能模組:時間、時間
控制、動畫、內容控制、版面配置、連結、媒體物件、
中介資料、結構和轉換模組,用來支援各式的文件、
圖片[39]、聲音、影像和視訊的呈現,且可以進行空
間與時間的排版,呈現出多媒體互動的效果,讓雙方
可以進行即時的討論,如圖 17 所示:
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圖 17. SMIL 呈現的畫面
5.
結論與未來工作
5.1 結論
本研究透由台北榮民總醫院的例子,來分析現行大型
醫療院所的系統如何運作,以及部門間的系統如何進
行溝通與轉換,藉由這樣分析的結果來提出一個可行
的方案供醫療院所建置系統。本研究提供一個平台,
做為異地環境下醫療系統之間的溝通與轉換,讓在該
系統下的醫療系統可以透過此平台來建構一個符合
HL7 標準的檔案格式與共享彼此的醫療資源,達到未
來可以與國際醫療趨勢一致的步調和降低國內入不
敷出的醫療成本。而系統提供用戶端可以查詢對方資
料庫的醫療資料,讓雙方的資訊可以進行交換,對於
急切需要病人資料的黃金時刻,提供了一個關鍵性的
技術支援。國內政府目前極力的推動 HL7 標準的整
合,但礙於一般傳統的中小型醫院資金有限,而大型
醫院又面臨龐大資訊與系統間獨立的客製化介面問
題,使的在資料的整合上沒辦法順利進行,但透過
XML 跨平台的特性與院所本身 Web Service 的支援,
可以讓不同平台下的系統資料,輸出成相同檔案格式
的 XML 文件,再經由本研究的系統,將 XML 文件的
關鍵醫療資訊擷取出來,並將其呈現在瀏覽器上,加
上醫方本身資訊人員對系統判斷的結果進行微型調
整,提高資料處理後的正確性,此方式除了可以降低
系統在轉換時所需承擔的風險,又可以增加醫方對於
系統的建置意願。
5.2 未來工作
在未來的規劃裡,我們預計開發更多可以應用在醫療
資訊交換平台上的技術,來提高系統對於資料轉換的
正確性和安全性,例如如何建置一個需要更嚴密之認
證憑證的交換平台,來確保雙方傳遞的訊息可以更加
隱密和安;更自動化的格式轉換技術;更尊重病人隱
私性的認證流程,使病人可以自主是否提供就診醫院
去查詢其他醫院關於自己的門診資料。或者透過 RSS
的應用,來發送客製化的醫療資訊給需要的病人及照
顧的家人,提供病人在健康上擁有更多的保障和隱私
權,最終達成更多的醫療診所願意參與 HL7 標準轉換
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院所間不同的醫療資訊格式整合成一致性的標準,但醫院間各自運行的系統已有相當長久的時
間,所儲存的資料量相當龐大,如果直接透由 HL7 的標準重新制定與整合,需要花費相當多
的時間與人力成本,並且另外需要再承當轉換失敗的風險,這使得不是每家醫療診所可以付諸
實行。本研究透過分析台北榮民總醫院的案例來了解目前醫療院所內部的系統如何進行溝通與
傳輸資料,從中了解到在整合系統上可能遭遇到的問題,透由這樣的結果來制定可行的方案,
以解決在異質環境下,不同資料庫格式無法溝通的困境。本研究根據分析的結果提出一個平
台,來提供使用者在不會影響本身院所的系統運作下進行相關格式的處理與轉換,這樣的過程
對於許多醫療院所在評估資料庫格式的轉換與安全性,排除了許多危險的因素。這使的醫療機
構在評估執行格式轉換時之安全性時,增加了許多執行的意願。在多方醫療資訊的交換上,本
系統提供一些模組來進行先行的判斷與剖析,再透過多媒體整合語言(SMIL)技術對 XML 文件
的支援性,將醫療資訊以多媒體網頁畫面的方式呈現給對方,達到人性化的閱讀與線上即時互
動的功能,並為彼此降低雙方認知落差所帶來的成本支出[12]。在醫學上,這樣的平台不僅可
以提高醫療院所對於整合格式的意願,而且經由醫學資訊交換系統的運作,可以提供許多豐富
的臨床案例和未知領域的知識來做為研究,達到資源共享和加速醫學的研究速度。
關鍵字:醫療資訊、Health Level 7 (HL7)、醫療資訊交換系統、異質環境、SMIL(Synchronized
Multimedia Integration Language)、認知落差
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