目錄
第一章緒論.........................................······……1
1.1課題背景.............................·················……1
1.2國內外應用現狀........................................……2
1.3目前存在的問題及解決方案..............................……4
1.4研究意義和內容........................................……5
1.5論文內容的組織結構....................................……6
第二章基于XML的電子病歷系統................................……7
2.1電子病歷簡介..................……’..................……7
2.2xML概述......................................··.·····……8
2.3基于XML的電子病歷系.................................……14
第三章電子病歷數據的存儲模型...............................……17
3.1文本存儲...........................................··……17
3.2基于面向對象數據庫的存儲模型.........................……18
3.3基于索引文件的存儲模型...............................……19
3.4基于壓縮文件的存儲模型...............................……23
3.5基于XML與關系數據庫結合的存儲模型...................……27
3.6本章小結.............................................……30
第四章電子病歷數據的映射策略...............................……31
4.1邊表法...............................................……32
4.2屬性法...............................................……33
4.3統一法...............................................……33
4.4數據類型法...........................................……34
4.5結點屬性分離策略.....................................……34
4.5.1查詢速度分析比較...............................……35
4.5.2存儲空間分析...................................……36
4.5.3更新速度分析...................................……37
4.6本章小結.............................················……38
第五章電子病歷系統的設計與實現.............................……_39
5.1電子病歷體系結構.....................................……39
5.2診斷推理子系統...........……’......................……41
5.2.1總體設計........................................……41
5.2.2知識庫的XML設計...............................……42
5.2.3界面設計圖......................................……43
5.3采集存儲子系統.......................................……44
5.3.1病歷數據的采集..............................……，…45
5.3.2XML數據的存儲轉換..............................……47
5.4訪問服務..............................................;.…48
5.4.1病歷的授權訪問.................................……48
5.4.2遠程WEB訪問...................................……49
5.4.3病歷的查詢.....................................……50
5.4.4查詢界面設計圖.................................……51
5.5傳輸服務.............................................……51
5.5.1病歷數據的交換.................................……52
5.5.2病歷數據的安全.................................……52
5.6本章小結.............................................……55
第六章總結與展望...........................................……57
6.1總結...........................................……，..…57
6.2展望.................................................……5S
參考文獻.................................................……59
致謝.......................................................……62
攻讀學位期間主要的研究成果..................................……63
工程碩士學位論文第一章緒論
第一章緒論
1.1課題背景
近年來信息技術在醫療衛生行業得到了廣泛應用。我國醫院信息系統
(H。Spitalrnformati。nsystem，簡稱Hls)的發展已有二十多年歷史。從單機
系統，到部門級的醫院信息系統(DepartmentHospitalInformationSystem，
簡稱DHIS)，直至現在進入了一體化醫院信息系統(IntegratedH。Spital
Informati。nsystem，簡稱zHIs)時代〔‘】〔，l仁3〕。隨著我國醫療衛生事業的發展和改
革的不斷深入，醫療衛生行業供應短缺的矛盾已得到緩解，服務理念在醫院悄
然生根，傳統的“以收費為中心”的醫院信息系統不能適應新的要求，“為病
人服務”的臨床管理信息化將成為醫療衛生行業信息化的主要發展方向。我國
醫療信息化正在經歷從管理信息系統向臨床信息系統過渡的階段〔4〕。而電子病歷
是臨床醫療信息的出發點和醫院信息系統的核心，它構成了業務管理、醫療衛
生決策系統的基礎〔5]。
只有針對病人的臨床信息的數字化，才能真正實現醫學信息的數字化。電
子病歷管理信息系統的研制也是醫院病歷無紙化的要求，它的實現將使浩瀚的
病歷信息的檢索和信息共享成為可能，便于醫院之間、醫院與社區之間共享醫
療信息，便于遠程醫療會診和遠程咨詢，為醫務人員提供及時準確完善的病歷
信息、提高醫療決策的效率，為患者提供更好的服務，同時也更好地服務于臨
床科學研究，降低醫院行政管理成本和提高醫院現代化管理水平。據統計，800k
的臨床科研基礎數據來自住院病歷，今后的電子病歷必需要為臨床教學、科研
提供多種快捷信息檢索方式，如主題詞查詢、疾病記錄檢索、疾病分類統計等，
為大量的臨床經驗總結提供寬敞的信息通道和方便的操作平臺。隨著醫院計算
機管理網絡技術的普及，醫院的醫療活動不再是獨立的單系統運作，而是信息
時代全面的信息互動。電子病歷的發展方向為“全方位”網絡化，其中“全方
位”是指病歷的相關信息內容交換是全院性的、醫院和醫院之間的甚至是國際
性的交流〔6〕。醫生通過內部局域網可隨時檢索住院病人的相關信息;醫院管理者
通過系統隨時了解全院醫療情況和醫療數量、‘質量的動態統計數據;病人在不
同醫療機構就醫，只需手持個人醫療信息卡，醫務人員就可通過卡載信息迅速、
直觀、準確地了解病人的資料，縮短了確診時間，避免不必要的重復檢查，控
制醫療費用，減輕病人的經濟負擔。電子病歷中包含的網絡技術可將醫療也納
入地球村的概念，縮短差距，增進行業內部交流，對快速發展醫療技術有很強
的催化作用〔7〕。隨著醫療行業信息化的逐步深入，電子病歷越來越得到重視和廣
工程碩士學位論文第一章緒論
泛應用。醫療過程的復雜性決定了電子病歷必然是一個層次關系復雜的數據集
合，在數據結構上具有較明顯的多維特性。因此電子病歷數據存儲結構的設計
成為開發者面臨的挑戰〔，0]。
1.2國內外應用現狀
在醫學相關論著中，關于電子病歷的介紹最早出現于1977年的一篇名為
“AeomPuter一basedreeordandeliniealmonitoringsystemforambulatory
care”的論著，它介紹了美國的一個1973年開始運行的電子病歷系統。按研制
技術，可簡單地將電子病歷的發展分為兩個階段。從1960年到1990年，電子
病歷系統主要以處理文本信息為中心。在80年代后期，電子病歷的研究應用開
始轉向多媒體信息的處理和網絡化、智能化。20多年來，歐、美一些大醫院開
始建立醫院內部的H工S，隨之電子病歷(EMR)在美國、日本、英國、荷蘭等國家
有了相當程度的研究和應用。
在美國基于EMR概念的醫學多媒體信息系統己經出現，并在臨床使用:如
在馬薩諸塞公立醫院使用的計算機存儲救護系統(COSTAR)，由印第安那大學開
發的基于邏輯處理的健康評估系統(HELP)，以及由馬里蘭大學與馬里蘭保健系
統公司聯合研制并在馬里蘭VA醫院使用的電子化病人記錄系統(CPRS)大學醫學
分校利用EMR預測癌癥早期病人的死亡率，匹茲堡大學醫學分校用EMR的MESS
系統研究醫囑和處方的準確性，波士頓EMR協會正在研究通過Internet傳輸急
救病人的EMR問題。有關資料顯示美國電子病歷系統的市場規模在2000年已達
到15億美元。另據美國衛生信息和管理系統協會(HIMSS)2002年調查，電子病
歷系統部分運轉或正在引進的醫療機構占全國近70%。目前美國政府己在全國范
圍內大力推廣、普及電子病歷的應用工作，并計劃在2010年建立完整的電子病
歷系統。
經過近二十年的發展，目前我國醫院信息系統已初具規模，信息系統的發
展經歷了從單機系統、局部網絡系統到整個醫院信息系統的多個階段。在部分
醫院己建有具有一定功能的醫院信息管理系統(H工S)，如軍隊系統統一應用了
“軍字1號”醫院信息系統軟件，主要應用在入、住院預約登記、財務藥品管
理和醫囑方面;RIS也有醫院使用，但未實現工作流程的管理。PACS更為稀少，
只有幾家醫院(如上海第一人民醫院)購買國外廠商(荷蘭Rongan公司)基于NT
計算機平臺的以CS系統。國家在1995年推出的“金衛工程”中提出了發展和
建立醫院信息管理系統(HIS)和醫學影像信息通訊與管理系統(PACS)的要求。國
家自然科學技術基金、國家“863”高科技發展計劃、中國科學院“百人計劃”
和知識創新工程中也都包含該領域的研究項目。國內也成立了EMR專業委員會，
工程碩士學位論文第一章緒論
對EMR的發展起到了引導作用。國家衛生部監制的金衛卡將向全社會推出，患
者可在醫院通過計算機網絡直接和銀行、醫保中心和保險機構連網。金衛卡可
保存持卡人終生的醫療保健信息，使病人的醫療活動變得簡單、方便、快捷。
但是這僅僅是EMR研究應用的起步。現在國內研發HIS和RIS的高科技公司雖
然不少，但使用的技術和標準并未與國際潮流接軌，而PACS的研發也都在起步
階段，很少能在臨床方面服務于整個醫院。而基于醫學影像信息的電子病例系
統幾乎沒有〔8]。
電子病歷數據要求在瀏覽器和應用程序之間共享，雖然數據庫可以實現這
一要求，但是很難適應病歷的結構化與半結構化結合的形式，尤其當需要長期
保存這些數據時，數據庫的容量及效率都難以保證。在首屆HL7(HealthLeve17)
應用研討交流大會上，提出了基于XML(eXtensibleMarkuPLanguage)語言開
發EMR的觀點。XML能夠有效的解決對EMR的描述、存儲、處理等問題，同時將病
人的信息用XML文檔的形式保存下來用于信息處理。基于XML的電子病歷將有助
于提高人民的生命質量和生活質量，可以更好地服務于患者:提供及時、準確
的信息既有助于醫生診斷，又服務于臨床科學研究、醫院的現代化管理、遠程
醫療會診系統，達到醫院信息化管理目的;真正地實現醫院的無紙辦公、無膠
片辦公，減少醫生的工作量。眾所周知，HL7(HealthLevelSeven)組織是一
個制作醫療信息傳輸規則的組織。這個組織從1998年起就一直在開發用XML來
表現HL7message。2000年10月，HL7組織發布了第一個基于XML的醫療行業
的臨床文檔結構(ClinicalDoCumentArehitecture，CDA)標準—ANSI/HL7CDA
Rl.0一2000。CDA也稱為病歷結構PRA(PatientReeordArehiteeture)，它是一個
限定的能夠包括所有信息對象的文檔，不僅能夠包括現有的消息，而且可以包
括文本、圖片、聲音和其它多媒體內容的文檔。它提供了臨床文件的交換模型，
為電子病歷系統的實現提供了標準。2000年，HL7CliniCaldoeumentArCh
iteeture(CDA)release110成為美國規格協會(ANSI)承認的HL7規格。CDA是
用來在信息交換時指定臨床文檔的結構和語義的規格，CDA文檔為XML編碼，并
來源于HL7RefereneeInformationMode(RIM)仁‘3〕。
引進XML另一個好處是可以在xML開放標準的基礎上定義統一的醫學結構，
這是數據庫系統所無法做到的〔“〕。
由于病歷信息結構的復雜性和特殊性，常用的數據模型例如關系型數據模
型，用于存儲和組織病歷數據會出現諸多多問題，需要研究適合病歷特殊性的
數據模型。電子病歷的一個特點是數據來源的時間跨度大，越是近期的數據，
使用頻率越高，數據被修改的可能性也越高，良好的數據存儲體系對電子病歷
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系統格外重要。電子病歷數據存儲管理的一個特點是本質上結構不同的數據需
要作為一個整體進行存儲和使用。病歷信息的特殊性決定在同一標準，不同病
種、不同患者或同一患者不同次住院，其電子病歷的實際結構均不相同。例如
住院期間做過手術與沒做過手術的患者其電子病歷結構本質上是不同的。實際
應用要求這些不同結構的數據必須放在一起，作為一個連續的統一整體加以應
用[‘，〕。
綜上所述，國外對EMR己經有了相當程度的研究和應用，國內對EMR的開發
應用起步較晚，尚未得到充分的發展。
1.3目前存在的問題及解決方案
由于病人信息類型的多樣性和內容的復雜性，在電子病歷的發展中，存在著
一些基礎性問題:
(l)病歷內容的表示問題。病人信息的表示應當是以單個人為中心的，這
是病歷的使用、存儲和交換所要求的;對病人信息內容的描述必須是結構化的，
這是電子病歷信息后續處理的基本要求。由于病歷內容的復雜性和使用上的習
慣，對病歷很難設計出一個統一的結構進行描述。
(2)病歷的存儲問題。電子病歷系統要求病人的信息長期保存、隨時可以
獲得。在傳統的醫院信息系統中，病人信息以數據庫的形式進行存儲，這些信
息的存儲管理是以支持日常業務管理為目的。出于數據庫效率和容量管理方面
的考慮，不可能長期將歷史信息聯機保存。如何使病人信息在脫離數據庫后仍
然能夠維持以個人為中心的結構并且隨時可以獲得，是病歷存儲要解決的主要
問題。
(3)病歷的組織問題。為了提供標準統一的病歷閱讀工具，實現遠程網上
病歷閱讀，可以實用Internet的WWW技術，提供病歷閱讀手段。該工具能將數
據庫以及文件中存放的各類病人信息轉換為HTML格式。以一體化的形式供用戶
查閱，這方面的技術己經具備，難點是如何將各種信息組織到一起。
(4)病歷數據的交換問題。電子病歷的目標在于實現病歷信息交換，需要
制訂病歷信息交換的格式，提供轉換手段，將病歷信息轉換為標準的交換格式
在網絡上傳輸或存入可移動媒體。為了解決電子病歷的相關問題，必須制訂一
系列的標準和規范。
在首屆HL7(HealthLeve17)應用研討交流大會上，提出了基于XML
工程碩士學位論文第一章緒論
(eXtensibleMarkupLanguage)語言開發EMR的觀點。XML能夠有效的解決對
EMR的描述、存儲、處理等問題，同時將病人的信息用XML文檔的形式保存下來
用于信息處理。基于xML的電子病歷將有助于提高人民的生命質量和生活質量，
可以更好地服務于患者:提供及時、準確的信息既有助于醫生診斷，又服務于
臨床科學研究、醫院的現代化管理、遠程醫療會診系統，達到醫院信息化管理
目的;真正地實現醫院的無紙辦公、無膠片辦公，減少醫生的工作量。為此，
為了提高電子病歷系統的整體效率，本文在設計并實現基于XML的電子病歷系
統的同時，著重研究了基于XML的病歷數據的顯示、存儲、組織和交換問題。
1.4研究意義和內容
隨著醫療行業信息化的逐步深入，電子病歷越來越得到重視和廣泛應用。
醫療過程的復雜性決定了電子病歷必然是一個層次關系復雜的數據集合，在數
據結構上具有較明顯的多維特性。因此電子病歷數據存儲結構的設計成為開發
者面臨的挑戰。
基于邊表的存儲策略所建立的表非常龐大，大大增加了存儲的空間;由于
電子病歷的屬性較多，基于屬性的存儲所建立的表的數量較大，影響查詢速度;
基于數據類型的策略建立的表中具有大量的空值，浪費了存儲的空間，該策略
的改進方法又不利于查詢。
本文提出一種新的存儲策略—結點屬性分離策略，該策略建立兩個表，第
一個表用于存儲電子病歷的所有屬性值對，即屬性所有的可能值，這個表可用
于所有同一格式的電子病歷，也就是說，同一類型的電子病歷只需要一個這樣
的表即可，表的字段為:vazueTable(Attribute，Value，Data)，其中Attribute
為電子病歷的葉屬性，Value為屬性值，Data為屬性值所對應的真正內容。第
二個表為電子病歷的樹結構表，用于記錄一份電子病歷的結構和內容，一份電
子病歷對應一個表，表中的每一項對應一個結點，所有的結點編有一個唯一的
ID號。
(1)從查詢的角度看，結點屬性分離策略可以在任何屬性上建立查詢，也
可在任何屬性值上建立查詢，查詢速度遠比其他策略要快;
(2)從存儲空間的角度看，結點屬性分離策略把屬性內容統一到一個屬性
值對表中，在電子病歷的內容表中只需使用很少的存儲空間存儲屬性值，大大
減少了存儲空間;
(3)從更新的角度看，結點屬性分離策略在表中的Sequence字段記錄相
對位置，更新電子病歷的結點時只需修改該結點及其弟弟的Sequence值，需要
工程碩士學位論文第一章緒論
更新的結點少，效率高;
本文總結和分析了當前的XML技術與現有的電子病歷系統，并對其文檔結
構與核心技術進行了詳細的闡述。接著詳細的闡述了基于XML的電子病歷系統
以及它與現有的數據庫技術的結合，通過詳細的分析了基于XML的電子病歷系
統，提煉出病歷數據的采集、存儲、顯示、描述、交換和安全等六個方面的功
能和性能需求，提出了基于XML的電子病歷系統的三層體系結構，并對各主要
子系統進行了分析、設計和實現。最后對XML數據現有的存儲模型與映射策略
進行了總結與分析，提出了一種新的映射策略—結點屬性分離策略，該策略
在查詢、存儲、更新等方面都比其他策略更有優勢。
基于XML的電子病歷的存儲研究有助于提高醫療質量，可以降低醫療成本，
可減輕醫生繁重的書寫工作，提高診治水平。使遠程會診成為可能，在醫學上
中對群體健康及其研究有著重要的作用。
1.5論文內容的組織結構
本文將分六章對基于XML的電子病歷數據存取策略問題進行了研究探討，論
文的組織結構如下:
第一章闡述了本課題的研究背景及其意義，并對當前國內外的研究發展狀況
進行了深入的分析和研究。
第二章對電子病歷及XML語言的相關問題進行了詳細的闡述和深入的研究，
詳細的描述了基于XML的電子病歷的優缺點以及目前在存取策略等方面存在的
問題，為電子病歷數據存取策略的進一步探究奠定了基礎。
第三章詳盡的介紹了電子病歷數據常見的幾種存儲模型，并分析了各自的優
缺點。
第四章介紹了目前常見的幾種電子病歷數據映射策略，并對他們的優缺點進
行了深入的分析和研究，提出了一種基于XML的結點屬性分離的映射策略。
第五章提出了基于XML的電子病歷的總統設計框架，并對各個模塊進行了詳
盡的闡述、分析和設計。
第六章對全文作了總結，并分析了課題中的不足之處，指出今后研究的方
向。
工程碩士學位論文第二章基于XML的電子病歷系統
第二章基于XML的電子病歷系統
2.1電子病歷簡介
電子病歷是指計算機化的病歷〔引〔明，它的內容包括紙張病歷的所有信息，不
僅指靜態病歷信息，還包括提供的相關服務。電子病歷系統是支持電子病歷的一
套軟硬件系統〔“〕〔l2j，能實現病人信息的采集、加工、存儲、傳輸、服務等〔‘3〕。EMR
并不是將現有紙質病歷簡單的計算機化，還包括患者病歷的原有內容，并且反映
了患者醫療就診的整個過程，儲存了患者全部的醫療信息，包括病史、各種檢驗
檢查和影像資料，是對個人醫療信息及其相關處理過程綜合化的體現。既有結構
化信息，也有非結構化的自由文本，還有圖形圖像信息。美國國立醫學研究所將
電子病歷定義為:基于一個特定系統的電子化病人記錄，該系統提供用戶訪問完
整準確的數據、警告、提示和臨床決策支持系統的能力。
一電子病歷的種類
EMR大致可分為門急診電子病歷、住院電子病歷、個人電子病歷、社區電子
病歷和遠程醫療電子病歷等。
(1)門急診電子病歷:該病歷主要滿足門急診需要，是病人復診和醫師隨
訪的重要依據。它的內容包含門急診就診的全部內容，即病程記錄、化驗及檢查
等。
(2)住院電子病歷:該病歷包含完整病歷的全部內容，包括病史首頁、入
院記錄、病程記錄、化驗和檢查資料等。主要方便醫師調用，進行統計分析。
(3)個人電子病歷:該病歷是每個人從出生到死亡的病歷資料的一記載，
包括不同醫院就診，不同診所就醫的個體內容。其內容包括健康資料、預防資料、
「〕急診就診資料和住院出院小結(附重要檢查資料)等。此種病例能在各醫院間通
迅，方便遠程就醫。
(4)社區電子病歷:該病歷是在社區范圍內，社區醫療機構對每個人的預
防、保健、醫療資料的集成。既可以竹為一個醫療機構的形式，儲存自己的電子
病歷，又可以作為社區范圍內個人電子病例的綜合儲存機構。
(5)遠程醫療電子病歷:該病歷為遠程醫療會珍或咨詢需要所用，包括病史
資料、影像資料、會診意見等，能通過各種途徑傳輸。
二.電子病歷的功能特點:
(l)信息記錄多媒體化
電子病歷不僅可記錄紙病歷的全部內容，還可記錄CT、MRI、X線、超聲等
影像圖片、聲像動態等，使醫護人員在閱讀病歷時更加直觀和全面，保證了醫療
信息的完整性。同時在電子病歷未正式得到法律承認前，機載病歷和文字(打印)
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資源大小：3.69 MB 
