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基于Web的医疗图纸管理系统的设计和实施
Yung-Ching Weng1 ·Sheau-Ling Hsieh2
Received: 13 July 2015 / Revised: 15 January 2017 / Accepted: 15 February 2017 / Published online: 25 February 2017 copy; Springer Science Business Media New York 2017
摘要：本文论述了医学图纸管理系统的体系结构和实现。 该系统使医生能够直接绘制患者图片或身体部位的内置解剖模板。 它包含用于查询患者数据和管理相关图形的模块，包括草图绘制，上传和共享功能。 系统适应将基于Windows的应用程序嵌入到网页中; 基于Web的应用程序包含基于Windows的图形工具，可以将必要的绘图模块无缝地整合到国立台湾大学医院的基于Web的医疗保健信息系统中。 该系统提供基于网络的草图绘制功能，有效地支持从业者的日常操作，以及无纸化，数字化患者记录的使用，并最终将提高医疗保健的整体质量。
关键词：医疗保健信息系统（HIS） 图纸管理 基于Web的应用程序 面向服务的体系结构（SOA）
1简介
台湾的一所教学医院 - 台湾大学医院（NTUH）成立于1895年。平均每家医院服务约9700名门诊病人，300名急诊病例和2200张病床。 NTUH中的医疗保健信息系统（HIS）是在系统网络体系结构（IBM / SNA）环境中使用20多年前的分层信息管理系统数据库构建的。
自2004年以来，NTUH信息系统办公室设计并部署了一种新的HIS，其中包含先进和不断发展的技术（例如，安全性，用户友好的Web浏览功能，无线连接和电子学习环境）。
（Cheng等人2005; Hsieh等人2006）。
新开发的HIS结合了许多系统，包括基于网络的临床信息应用。 这些应用程序完全集成在患者护理，药房，实验室，放射学，行政，财务和资源管理服务中。 HIS的体系结构基于面向服务的体系结构（SOA）Web服务技术，该技术在Microsoft .NET环境及其辅助系统中实现。 最近开发的门诊病人，住院病人和紧急信息系统是使用这种架构设计和实施的，并
分别于2006年1月，2007年1月和2009年2月全面开展业务。
在患者患病期间，临床发现的图纸通常与结果的典型散文描述相比更精确和更精确（HealthFusion 2014; Sevocity 2014）。 许多HIS文件需要图形绘制功能（例如，患者记录，住院患者入院记录和操作程序说明）以描绘和记录结果。 然而，与基于窗口的应用程序相比，基于Web的绘图应用程序的草图绘制功能受到限制。 因此，NTUH HIS不支持在线草图功能。 医务人员必须先将文本部分输入系统，获取文件的硬拷贝，然后手动添加和增强图形部分; 这个过程效率很低，不便于数据共享和保存。 此外，该过程导致了医疗记录的数字化和无纸化医疗保健环境的实现的瓶颈。
2医疗图纸管理系统
为解决上一节提到的问题，本文提出了一种基于Web的解决方案，用于设计和开发医学图纸管理系统。
2.1设计目标和要求
要求是最重要的软件开发元素之一。 良好的要求与成功的项目有关（Robinson 2010）。 要求反映了客户对满足特定目的的系统的需求（Sommerville 2010）。 每周召开一次需求审核会议，以收集用户的系统要求。原型设计方法用于验证用户的确切要求。 我们可以试验原型，看看它是否满足用户的实际需求（Sommerville 2010）。 系统分析和与医生的讨论表明，医疗图纸管理系统需要以下功能：
- 系统必须提供草绘工具和功能（即笔，线，箭头，圆，矩形，文本输入，字体，颜色，橡皮擦，撤消和重做）。 由于新的HIS已经开发并使用基于Web的平台进行部署，因此绘图机制必须支持基于Web的应用程序。
- 医生应该能够直接在他们的部门通用模板或本地图像文件上访问和绘制草图，例如受影响的身体部位的图像或用于糖尿病视网膜病变的屏幕图像（Ganesan等人，2014）。 这可以大大加快绘图时间。
- 随着时间的推移，累积图纸的数量将显着增加。 需要一种用于管理和检索特定患者的图纸的便利机制。 图纸与特定患者的医疗记录相关联，并且有效且有效地访问患者的数据是必要的。 绘图管理系统应提供创建，查询，修改和删除功能。
- 当打印印刷文件时，例如打印操作程序说明，住院病人入院和出院记录以及医疗咨询记录时，印刷文件必须包括任何必要的相关图纸信息。
- 绘图功能必须无缝嵌入并集成到其他HIS系统中。 操作系统时，必须直接激活和实施绘图模块。
- 笔平板电脑和触摸屏应该能够作为外部外围设备连接，以便直观地绘制草图和绘图。
2.2系统设计和架构
2.2.1 NTUH HIS整体架构
NTUH HIS是在中间件多层基础设施的基础上开发和部署的，包括使用Microsoft .NET技术的SOA Web服务（Papazoglou2003; Krafzig等人2005; Papazoglou和van den Heuvel 2007）。 SOA提供了一种分层体系结构，用于将软件资源组织为服务，使其能够被部署，发现和组合以生成新服务（Alodib和Bordbar 2012）。 SOA代表了当前互通性的顶峰，在这种架构中，通过网络分配的HIS资源可以作为单独的，松散耦合的和独立的服务提供（Freudenstein等人2007; Bunge等人2008; Lewis等人2007; Murray2003）。 此外，SOA是一种理想且有价值的解决方案，用于集成各种平台，数据库和服务或系统合并或扩展到NTUH HIS。 整个NTUH HIS框架如图1所示。图中的各个组件描述如下。
图1显示了三个主要组件：前端模块，中间件模块和后端服务，包括数据库服务器。 前端模块通过浏览器管理所有用户交互。 身份验证和授权Web服务服务器（Auth-WS）负责用户验证。 它们建立用户会话并提供验证用户身份验证和授权的服务。 Portal Server通过单点登录服务（SSOS）功能支持登录过程（Cheng et al.2005）。 Auth WS和SSOS组件验证所有HIS操作。 该体系结构中的Web用户界面服务器（Web UI服务器）为用户交互活动生成基于Web的页面，包括使用医学绘图管理系统用户界面。
中间件模块包括辅助子系统，例如图1中所示的健康级别七（HL7）中间件框架（Li-Fan等人，2006），组合了前端和后端设施。 它支持消息管理，路由，制图和数据库访问。 HL7 v2.5嵌入式可扩展标记语言（XML）格式化数据在用于通过简单对象访问协议（SOAP）在模块之间进行数据交换的框架中实现，（Yang等人，2006; International 2003; Phan，2007）。 后端设施支持服务和数据库存储。
为了实现数据一致性，引入了数据交换服务器（Yang et al.2006）来集成遗留系统和外包系统数据库服务器在这些数据库之间同步数据，以确保NTUH HIS架构中的数据一致性和完整性，如 后端设施（Hsieh et al.2006,2007; Yung-Ching et al.2007）。
图1 NTUH HIS整体架构
为了提高NTUH HIS的性能，通过引入第4层和第2层交换机，动态部署和分派了一组相同的服务器。 所有服务器都配置为在负载平衡和故障转移模式下运行，以确保系统的可用性和并发性。 此外，还安装了防火墙以增强体系结构的安全性。
NTUH HIS，包括医学图纸管理系统基础设施协议栈，如图2所示。该堆栈基于采用Microsoft .NET Web Services技术的四层架构。 它在逻辑上将基础架构中的前端客户端，媒体传输协议，中间件层和服务层（包括后端数据库）分开。 它使NTUH HIS服务提供商能够通过在每一层独立设计解决方案来满足各个模块的需求。 四层分布式HIS框架使组件可互操作且集成可行。 因此，绘图功能可以嵌入并无缝集成到其他HIS系统中，例如住院病人信息系统（IIS），门诊信息系统（OIS）和紧急信息系统（EIS）。 当操作这些系统时，可以根据需要实现绘图功能
2.2.2医学图纸管理系统的体系结构和流程控制
医学图纸管理系统的总体结构及其基本流程控制如图3所示。该体系结构中存在四个主要模块：绘图管理模块，患者病历查询模块，绘图查询模块和绘图编辑上传模块。
图纸管理模块主要管理用户界面。在该图中，模块将患者的识别（患者ID）递送到患者医疗记录查询模块以获得患者的医疗记录，如红色箭头（患者数据查询流程）所示。接下来，可以通过先前患者的医疗记录检索与附图相关联的数据和物理文件。绘图查询模块exe通过以下方式执行任务：1）通过数据库服务器检索与绘图相关的数据; 2）通过FTP服务器检索图纸; 3）将图纸与数据集成，如蓝色箭头所示（图纸查询流程）。当用户必须创建或修改图形时，图形编辑和上传模块执行图形创建和编辑，这需要：1）在本地或远程导入草图或模板; 2）将完成的图纸信息（包括图纸及其相关数据）传送到Web服务服务器; 3）将与绘图相关的数据存储在数据库服务器中; 4）将图形存储在FTP服务器中，如橙色箭头所示（图纸上载流程）。以下各节将详细讨论这些模块。
图2 HIS /医疗图纸管理系统协议栈
图3医学图纸管理系统总体结构及其流程控制
2.2.3图纸管理模块
该模块主要负责促进用户交互。 用户界面可以分为两个块，即用于图形编辑和上载的块以及用于查询目的的块。
当用户想要创建新图纸时，他们首先必须选择患者ID或患者的医疗记录。 选择医疗记录需要连接到患者医疗记录查询模块。 选择后，用户可以触发绘图创建操作并进入绘图编辑和上传模块。
当用户必须查询现有患者的图纸时，模块连接到绘图查询模块以执行和提交任务。 图纸查询模块详见2.2.5节
2.2.4患者病历查询模块
每个上传的图纸必须与患者ID或编辑记录相关联。 该模块负责通过使用患者ID快速准确地查询患者医疗记录。 可以使用两个pproaches通过查询获取患者ID：1）用户手动将患者ID输入绘图管理模块; 2）用户从其他正在执行的HIS系统接收患者ID。 当在其他系统中引入患者的工作时，例如，在住院病房系统（IIS的一部分）中，系统可以提供患者ID并根据需要直接切换到绘图管理模块。
患者医疗记录查询模块通过使用从图纸管理模块检索的患者ID来查询患者的医疗记录。 查询结果显示在图纸管理模块上。 医疗记录分为患者，住院病人和紧急记录。 然后，用户可以选择特定记录来执行绘图活动，例如显示或修改绘图。
2.2.5绘图查询模块
从FTP服务器和HIS数据库检索模块，图纸和相关数据（即文件名，绘图医师和访问权限）。 每个图纸都有一个驻留在数据库中的唯一标识序列号（IDSE）。 为了保留图纸的修改历史，应用源识别序列号（SIDSE）来跟踪原始图纸。
当用户必须修改当前图形时，模块会触发图形编辑和上载模块来执行任务。 在此过程中，模块会创建一个包含当前图形的新模板; 为模板分配新的IDSE，模板继承当前图形的SIDSE。 任何其他修改都将应用于新模板。 因此，医学图纸管理系统保留所有图纸（即，它永远不会删除任何图纸。）
2.2.6绘图编辑和上传模块
绘图编辑和上传模块负责编辑和上传图纸。图4说明了模块的概念。 当用户必须创建新图纸或修改现有图纸时，图纸管理模块会触发图纸编辑和上传模块来执行任务。 绘图编辑和上传模块提供两个功能：绘图编辑和绘图上传。 此外，图纸的授权也包含在模块中。 创建新图形时，可以使用三个授权级别（即所有者，部门和所有）。 如果级别是所有者，则只能由创建者访问该绘图。 如果级别是部门，则可以由创建者部门的成员访问和共享绘图。 如果水平为全部，那么所有授权的医生都可以访问和修改图纸。 该模块的特征详细描述如下。
图4绘图编辑和上传模块的概念图
- 绘图编辑功能
绘图功能在Windows应用程序中高度开发。由于此功能必须在浏览器中执行，因此基于Web的应用程序开发通常比基于Windows的开发具有更多限制。为了解决这个问题，提出了一种托管机制。该机制允许使用Windows控件（在Windows应用程序中使用）来开发绘图编辑功能，然后通过在页面中嵌入lt;Objectgt;元素来托管网页上的控件（Street 2008; Group 2014）。当用户导航到该页面时，托管的Windows控制在本地计算机上下载并执行。目前，该机制适用于Microsoft Internet Explorer浏览器。图4左上角的橙色块表示lt;Objectgt;元素操作方案.classid属性存储动态链接库（DLL）文件名和Windows控件的执行类名称。这些名称由字符#39;＃#39;连接。lt;paramgt;元素可以保存控件的输入参数。例如：帐户值（即，患者医疗帐号）是08T0xxxxxx，并且Emply？eeID值（即，员工ID号）是030xxx。当用户的浏览器读取时lt;Objectgt;元素，它从Web服务器下载DLL（即PaintLibrary.dll）并使用默认类（即PaintLibrary.Painter）调用Windows控件。该机制用于开发绘图编辑功能。
- 绘图上传功能
图形编辑完成后，图形编辑和上载模块将验证相关数据，生成图形及其缩略图，并将这些文件上载到FTP服务器。 在此过程中，绘图编辑应用程序在用户的本地
资料编号：[5521]
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