医疗活动概念数据模型

1、医疗活动的概念数据模型崔睿 徐勇勇摘 要 ：数据模型是系统能否真实、有效重现现实业务的关键，当前医院信息系统（Hospital Information System, HIS）使用的数据模型还不完善。遵循“以医嘱为驱动、以患者为中心”的HIS设计理念，以HL7（Health Level Seven）参考信息模型（Reference Information Model，RIM）为基础，我们可以构建一个新的医疗活动概念数据模型。新模型将医疗活动定义为针对特定病例Case完成一次相对完整的服务并产生病历记录Record。使用新模型可以有效地将医疗活动统一化、组件化，实现面向服务的体系结构(Servi

2、ce-Oriented Architecture, SOA)。关 键 词 ：数据模型 医疗活动 医嘱 Conceptual data model of medical actAbstract:Data model is the key whether the system can match the real service faithfully or not. Data model used by current Hospital Information System (HIS) is imperfect. Now we can construct a new concept data mo

3、del of medical act, following the HIS design idea that the order is the actuation and the patient is the center, based on the Reference Information Model (RIM) of Health Level Seven (HL7). The new model defines the medical act as an act aims at a specific medical case (Case), to do a relatively comp

4、lete service and to produce medical record (Record). Using the new model can effectively make the medical acts united and component, realize the Service-Oriented Architecture (SOA).Keywords:Data model, Medical act, Order1 背景资料与方法1.1 医疗数据模型的发展对数据模型的研究和分析一直是医疗卫生信息标准化研究的重要组成部分，目前越来越强调宏观的通用抽象模型，而不局限于细节的

5、行业数据协议。发达国家早在上世纪九十年代就对医疗卫生数据模型进行了系统化研究，并且形成了一些不断完善的模型，如美国公共卫生概念数据模型PHCDM1、加拿大Infoway路线图2等，国内也有类似的研究如国家卫生信息概念数据模型与HL7 RIM的映射3，这些研究都参照了HL7 RIM4。RIM是为支持医疗卫生而创建的标准结构的模型集合，其目的是用于共享医疗卫生信息，并为这些模型制定一组标准术语。这些术语具有支持标准命名、共享标准结构/编码、通过标准结构/编码来扩展模型的能力。HL7 RIM和支持字典是HL7标准体系的开发方法消息开发框架（Message Development Framework，

6、MDF）的关键。MDF 是HL7最新的版本3提供的一个高层面的框架标准，它不仅是一组模型符号，而且是从需求分析到消息开发的系统过程，从事标准定义的人们可以基于它开发其他层次的标准或相关制品。它强调互操作性（interoperability），包括多个系统和成份能够交换信息的能力（语法级的互操作性），以及使用已经被交换的信息的能力（语义级的互操作性）。目前HIS的设计理念强调“以医嘱为驱动、以患者为中心”，这里就包含了数据模型的概念。但现有的HIS往往是由某一个具体的科室、业务模块逐步发展而来，它的初衷更多地是为了满足科室、业务的管理需求（最主要是收费、财务、资源调配等），这就注定了现有HIS的

7、医疗相关数据模型先天不足，很难真正实现“以医嘱为驱动、以患者为中心”。主要问题包括对医疗数据的组织是以科室、业务为出发点的（数据结构不合理），对医务人员和患者的需求关注不足（数据操作不合理），对医疗活动的完整性展现不足（完整性约束不合理）。本文在RIM的基础上，主要从概念数据模型层次对医疗活动进行了定义和分析，并适当结合用例从逻辑数据模型层次、物理数据模型层次说明医疗活动模型对“以医嘱为驱动、以患者为中心”理念的实现。1.2 使用的方法1.2.1 概念数据模型模型是对现实世界的抽象。在数据库技术中，表示实体类型及实体类型间联系的模型称为“数据模型”，是用来描述一组数据的概念和定义，包括三个方面

8、： 1、 概念数据模型（Conceptual Data Model）：这是面向数据库用户的现实世界的数据模型，主要用来描述世界的概念化结构，它使数据库的设计人员在设计的初始阶段，摆脱计算机系统及DBMS（Database Management System数据库管理系统）的具体技术问题，集中精力分析数据以及数据之间的联系等，与具体的DBMS无关。概念数据模型必须换成逻辑数据模型，才能在DBMS中实现。 2、 逻辑数据模型（Logical Data Model）：这是用户从数据库所看到的数据模型，是具体的DBMS所支持的数据模型，如网状数据模型、层次数据模型等等。此模型既要面向用户，又要面向系统

9、。 3、 物理数据模型（Physical Data Model）：这是描述数据在储存介质上的组织结构的数据模型，它不但与具体的DBMS有关，而且还与操作系统和硬件有关。每一种逻辑数据模型在实现时都有起对应的物理数据模型。DBMS为了保证其独立性与可移植性，大部分物理数据模型的实现工作由系统自动完成，而设计者只设计索引、聚集等特殊结构。概念数据模型是沟通数据库使用者和设计者的桥梁，对HIS而言，其合理性、通用性对整个HIS的设计、开发、应用都有着指导性意义。本文不涉及具体的程序编码，主要从概念数据模型层次进行分析。1.2.2 业务组件分析分析业务流程是常见的数据建模方法，传统上有两种方式，也常见

10、于目前HIS系统开发，均存在一定的缺陷：1、 分析组织结构：把企业分成了独立的功能性部门，无法看到跨部门的协作以提供客户价值。如现有HIS按科室、业务来划分功能模块（如影像PACS、实验室LIS等），必然会造成医嘱和医疗结果的分离，医嘱处理归医生工作站，而结果报告归医技科室，如果医生工作站和PACS、LIS使用了不同公司的产品，接口问题往往是系统整合的障碍。2、 分析价值链：提供了价值链的运行模型，但看不到关键能力。如现有HIS更关注于财务、收费等问题，忽略了对真正具有“医疗”价值的诊疗结果信息的数据挖掘。对于一些重大的业务，流程将变得非常复杂，在医院集团化、诊疗区域化的趋势之下，这个问题尤为

11、突出，严重制约了HIS开发。IBM公司的“组件化商业模式”（Component Business Model, CBM），提供了一个更优化的业务分析工具。它强调使用可重用的业务组件模型，构建具有面向服务的体系结构(Service-Oriented Architecture, SOA)，业务组件具有以下特点：1、 业务组件是基本的、唯一的、不会重复的构造块，它们构成了业务。2、 业务组件通用它所提供的业务服务及所使用的业务服务进行定义。业务组件的用例包括了提供价值所必须的资源、人员、技术与过程等。3、 业务组件可以单独运行，彼此松散连接。业务组件允许系统以重用的方式进行扩展，而不会像传统的“硬连

12、接”业务模式那样增加组织的复杂性。4、 对于用户而言业务组件是一个黑盒子，用户无需知道它是如何实现的。本文的主要目的就是设计符合SOA特点的医疗活动业务组件模型。1.2.3 基于 RIM的消息建模RIM主题域包括实体（Entity）、角色（Role）、角色链接（Role link）、参与（Participation）、动作（Act）和动作关系（Act Relationship）6个骨架类。其中Act是这个主题域的核心部分，也是RIM的灵魂，通过消息（Message）触发事务（Session）来实现（消息建模）。RIM为开发HL7消息的所有领域提供一致性的数据/概念、可复用的抽象模型。RIM的主

13、题域概念如图1。图1RIM对Act的定义是医疗卫生专业人员的所有有意图的情节，也有翻译作“活动”的，如患者个人信息管理、患者入/出/转院、各类医疗服务、财务管理、检查/化验结果回报、档案管理、病案管理、医疗服务预约管理等。根据MDF建模的过程涉及三类不同信息模型（图2），尽管其信息内容、范围和意图等不同，但每类模型都使用来自RIM的相同类（图1）。图2本文也是基于RIM 进行消息建模，我们可将消息理解为某类业务需求，由此触发的Act是业务组件，与Act相连的实体、角色、参与、角色链接和动作关系等构成了业务组件的概念数据模型。2 医疗活动的基本概念2.1 医疗活动的业务分类与定义从为医患双方提供

14、的业务服务及所使用的业务服务而言，医院业务可以分为医疗诊疗业务、医疗辅助业务、医疗管理业务3种，其间的主要数据流向关系如图3所示：图3其中医疗诊疗业务是医院基本功能的体现，其他业务都服务于医疗诊疗业务，一次完整的医疗诊疗业务活动（简称为医疗活动）过程可以统一简化如图4。图4医疗活动定义针对特定病例Case完成一次相对完整的服务并产生病历记录Record。一段时间内某个患者称为一个病例Case。在医疗活动中，患者处于一个“中心”的位置，因为患者是所有服务的最终接受者，区分一项发生在医院内的业务是否属于医疗活动，关键在于它的直接服务对象是否是患者。医疗活动相当于现行HIS中的 “医嘱”，但概念的外

15、延和内涵更加广泛，根据各自所需的医疗资源、所产生的医疗结果不同，简单的分类如表1。表1 医疗活动分类医疗活动1级分类医疗活动2级分类医疗活动n级分类诊疗药物、检查化验、治疗、耗材等医疗文书诊断、病情记录等病例管理ID管理、电子病历管理、场景管理、患者账户管理等顾名思义，医嘱就是医务人员嘱咐患者做某事，医嘱地运行过程相当于医护人员针对患者某段时间内的某些病理/生理/心理状态进行的专业诊疗活动。将这种专业诊疗活动的范围扩大，除现有的诊疗医嘱外，诊断（医护人员对患者的病情进行的专业判断）、病情记录（医护人员对患者的病情进行的专业记录）等，包括所有直接发生在医务人员和患者之间的医疗活动，都可以纳入医嘱

16、的范畴。如果考虑到医院业务的电子商务化，其他行业通过医院HIS平台为患者提供服务，如医院食堂为患者提供饮食，银行为患者提供住院押金等，也可以纳入医嘱的范畴。由此可以通过医疗活动将医院为患者提供的各种直接服务统一化，各种医疗活动都具有相似的医疗过程，可作为共用流程加以开发。更复杂的活动可以使用这些基本医疗活动来拼装，如手术过程相当于诊断+手术排班+手术操作+场景转换等，实现医疗活动的业务组件化。2.2 医疗活动记录每一个具体的医疗活动被有效执行时，对于HIS而言相当于生成一个与之对应的医疗活动记录，内容包括：在某一时刻，在某个医疗活动中，某个操作者对某个患者使用了某些医疗资源，做了某些处理，产生

17、了某些结果。如果明确了医疗活动的种类，如诊疗-药物-抗菌素-青霉素族、诊疗-治疗-手术-食管切除术、病历文书-诊断-肺部感染等，根据临床诊疗规范（如合理用药、手术学、诊断学、国家病历文书书写规范等）、临床经验（如权威的临床路径、常用的医嘱套、适应证的选择等），医疗活动记录的绝大多数内容是可以被预期的，这些被预期的内容通常是可以被结构化表达，可称之为医疗活动模板。医疗活动模板对应目前医疗信息结构化的概念是“可控词条”，相当于医疗活动的个性化逻辑数据模型。它的意义在于软件开发人员提供各种物理数据模型；医疗专家提供各种概念数据模型；高级用户使用物理数据模型构建逻辑数据模型（医疗活动模板），再现概念数

18、据模型，实现业务组件的松散连接；操作者使用医疗活动模板生成医疗活动记录，实现业务组件的黑盒子封装。2.3 医疗活动环境电子病历虽然医疗活动记录已经能够比较完整的记录一次医疗活动，但一次完整的诊疗过程从始到终通常具有一定的时间段，期间发生的多种不同的医疗活动通常具有一个比较明确的目的，也就是通常我们所说的一个或一组诊断。据此我们可以将医疗活动环境定义为针对一段时间内某个患者（病例Case）所发生的各种医疗活动记录（病历记录集合列表Records），相当于目前HIS中电子病历（Electronic Medical Record, EMR）的概念。类似的概念有很多，如电子健康记录（Electroni

19、c Health Record, EHR）、电子个人记录（Electronic Personal Record, EPR）、纵向医疗服务LRS（Longitudinal Record Services, LRS）2、时间线Timeline5等，但或多或少的偏重于病例Case或病历Record，没有具体的医疗活动列表的信息组织形式。电子病历EMR相当于医疗活动运行的临床环境，在这个环境里，医疗活动具有一定上下文关系，比如说因为发现患者喀血（病情记录）进而决定行胸片检察，通过胸片检察发现肺癌（诊断），最终决定手术治疗。这种上下文关系不同于RIM中的动作关系，它存在于医疗活动用例与用例之间，包括并列

20、、因果、从属等关系。如青霉素皮试检查结果阳性（检查化验类）导致禁用青霉素类药物医嘱（药物类）、签订了特定的手术知情同意书（病历文书类）才能执行某项手术医嘱（治疗类）等。这种上下文关系具有很强的医学专业性，是临床路径、循证医学等的数据基础；同时它又具有很强的临时性和个性化特征，不适合与医疗活动记录紧密绑定，但通过标记医疗活动记录列表可以灵活实现。根据电子病历EMR的定义，患者是主索引，时间（纵向）和诊断（横向）是两个最重要也是最常用的索引。将医疗活动记录定位到电子病历，再以电子病历为组织形式进行数据挖掘符合临床工作对医疗信息的处理原则。3 医疗活动与RIM Act对比医疗活动与RIM可以进行对应

21、，如医疗活动分类动作，医疗资源实体、角色等，医疗过程参与、角色链接和动作关系等。但RIM Act对服务对象没有明确规定（不一定是患者），对服务结果也没有明确对应，这影响到Act作为业务组件的颗粒度及完整性。由于医疗活动与Act间的概念差别，导致与之相连的实体、角色、参与、角色链接和动作关系等也不同，但确定医疗活动种类后的消息建模过程沿用RIM的原则和方法，医疗活动触发消息的主要种类包括合法性检查、资源申请、执行申请、结果记录、终结控制等5种。篇幅所限，仅分析患者个人信息管理、患者入/出/转院、各类医疗服务、财务管理、检查/化验结果回报等几个常见的Act。3.1 患者个人信息管理通过本地HIS系

22、统与患者进行人机交流（医患关系），系统检索得到的患者个人信息（医疗过程），为该患者在某个病例标识系统内（医疗资源，不一定局限于本地HIS系统），分配一个标识当前病例Case的病例ID（医疗结果），另外，还可以将患者的当前个人信息汇总形成一个与病例ID对应的结构化或非结构化患者个人信息记录（医疗结果）。这个用例模型是一个医疗活动（病例管理-ID管理类）。而Act的患者个人信息管理范围过大，用例角色复杂，包括了人口、户籍、流行病等不同颗粒度的医疗或非医疗活动。对于一个具体的医疗活动用例而言，患者是一个特殊的角色，主要是作为一个具体病例Case承受一系列的医疗结果，通常可以用一个病例ID来标识；而服

23、务提供者（如医护人员）实际上不需要得到完整的患者个人信息，只需要明确当前操作确实是针对一个具体病例ID即可，这个过程就是医疗活动中医患关系合法性检查的主要步骤。患者个人信息并不等同与一个具体病例ID，不同时间段内的同一患者对临床而言实际上是不同的病例Case，易变属性如年龄、病情、诊断、家庭住址、联系方式等，即使是姓名、性别、血型、身份证号等较稳定的属性也可能因为更名、变性手术、骨髓移植、身份变更等特殊因素发生改变，所以，把患者个人信息管理与医疗活动绑定是不合适的。更为特殊的情况，对于一个妊娠病例，卵子受精代表着一个新生命的开始，直至与母体分离（无论是否正常发育），期间母体从医学上同时对应着两

24、个甚至更多（多胎妊娠）的病例，他们可以产生不同的相对独立的病理/生理/心理变化，而受精卵/胎儿在法律上还不具备完整的个人信息。如何维护一个在较广泛区域内有效的统一病例ID是当前医疗信息化领域内的重要课题。目前常用的ID如住院号、门诊号、放射号、身份证号等，但这些ID偏重于对患者身份的标识，缺乏对时间的标识。3.2 患者入/出/转院这个Act属于一个医疗活动（病例管理-场景管理类）的资源申请流程特例。现有HIS系统提出了“资源”的概念，将人员、物资、设备等都视为可分配的资源，用于支持医嘱的运行，在RIM中的角色、实体都有可能成为资源。资源申请流程具体过程：通过本地HIS系统确定一个病例ID（医患

25、关系，患者不一定在现场），系统接收相关的医疗资源申请信息并检索当前可用资源，为该患者预约所需的医疗资源（不一定局限于本地HIS系统），并赋予患者对某个医疗资源在某个时段的使用权。几乎所有的医疗活动都需要进行资源申请流程，如表2所示。表2 医疗活动资源申请流程具体业务资源需求分配方法住院登记主管医师、病床住院处、主班护士将主管医生分配给患者，适当排序以满足病床条件限制出院登记释放所占用的主管医师、病床等资源转院主管医师、病床（外院）先从本系统出院，再从外系统入院挂号出诊医生挂号员将出诊医生分配给患者分诊出诊医生、诊室分诊护士将出诊医生分配给患者，适当排序以满足诊室条件限制RIS医技科室医生、设备

26、登记室将医技科室医生分配给患者或患者标本，适当排序以满足设备条件限制手术排班手术医师、麻醉医师、巡回护士、器械护士、手术间、设备住院总医师、手术室护士长等将手术医师、麻醉医师、巡回护士、器械护士分配给患者，适当排序以满足手术间、设备条件限制药物医嘱药物、医护人员、给药设备根据业务的不同，从不同药房一次性或分次领取所需的药物，根据药物用法选择不同的给药方式。由此可见，许多不同科室的“不同”业务活动实际上具有相同或类似的程序流程。从程序开发的角度而言，可以就资源申请消息开发通用的类或函数作为业务组件。如果机械的以科室、业务进行划分，缺乏对公用流程的分析，会导致重复开发、业务组件重用性差等问题。3.

27、3 各类医疗服务相当于诊疗类医疗活动，但Act的定义缺乏医疗活动的完整性，没有将医疗结果同医疗活动结合起来，如将检查/化验结果回报定义为单独的活动。每个医疗活动的内容是随着诊疗过程的进行而不断演变、完善的，医疗活动必然会产生一定的医疗结果，医疗数据的多样性主要源于对医疗结果的记录。检查/化验结果回报就是一种典型的医疗结果，是相关检查/化验医嘱（诊疗-检查化验类医疗活动）的一部分。HL7更多的是从信息交换协议上实现标准化，对如何实现医疗结果信息结构化（如结果报告中的病情描述、诊断等）讨论不足，这会影响对医疗信息的使用效率。3.4 财务管理与患者个人信息管理类似，Act的财务管理范围过大，用例角色

28、复杂，包括了收费、账户管理、医疗保险等不同颗粒度的医疗或非医疗活动。对于具有收费属性的医疗活动而言，收费流程可以看作是资源申请流程的延续。但是严格来讲，收费流程是一个独立于医疗活动的医疗辅助业务流程，它直接相关于医疗资源而不直接相关于患者。表现在收费完成与否并不直接影响医疗活动所产生的医疗结果，如抢救时为患者开通绿色通道，先治疗后收费等。考虑到医保限制、商业运营等因素，收费流程还涉及账户管理、医疗保险等，可能需要对多个医疗活动记录所产生的费用相关信息做数据挖掘（医疗管理业务），如体检套餐收费、会员打折优惠、医保/保险的部分报销等。4 医疗活动模拟与用例医疗活动概念数据模型，可以通过广义化医嘱系

29、统统一各种医疗活动，保证每条医疗活动记录对医疗活动全过程的完整模拟，构建以医疗活动记录列表/电子病历为核心的HIS基础数据库。对医疗活动的合理分类使得医疗活动记录与现实业务实现组件化对应，同时便于实现记录内容可预期、可定制的结构化，每条医疗活动记录相当于一个用例实例，它具有以下特点：4.1 对系统操作的有效性每一个实体或角色介入一个医疗活动，系统都需要对预定操作进行有效性检验（通过合法性检查消息触发），如主治医师以上级医师可以审核毒麻药医嘱、禁开药房库存耗尽的药物等，同样，操作有效性检验往往具有很大的临时性、个性化特征。但是，通过对选定的医疗活动模板相关结构化属性内容进行权限控制，当前操作者在

30、使用医疗活动模板生成医疗活动记录时，自然就实现了操作有效性检验规则的定制。考虑到针对电子商务所产生的服务提供者范围扩大，操作者还可以是企业、法人、部门、系统，甚至程序模块、虚拟账号等。非人员属性的物质资源，也可能需要经过操作有效性检验，如产品质量是否合格、是否过期、是否经过审批等。4.2 对患者操作的正确性对系统有效的操作不一定是对患者正确的操作，如一次误诊操作、一次存在药物配伍禁忌的处方操作等，每个医疗活动都存在进行正确性评价的潜在需求（医疗结果的一部分）。对医疗活动的有效性、正确性判断关系到诊疗决策的制定。仅考虑临床诊疗活动，操作的正确性在于是否对患者造成了不利影响。但临床诊疗活动本身就是

31、一个不断试错的过程，自身的理论也远没有达到完善的阶段，所以有些时候很难一次性判定操作的正确性与否。如不同医护人员可能对同一个检查、化验结果做出不同报告，如患者肺部手术后对同一病变部位进行病理检查，术中冰冻报告“肺结核”，术后石蜡报告“肺鳞癌”，外院会诊报告“肺小细胞癌”，结果不同的原因可能包括染色对显像效果的影响、个人临床经验对诊断的影响等。实际的业务规则也可能会影响到操作的正确性，如医保患者的用药限制，有创操作前的患者及家属知情同意签字等。4.3 对数据记录的完整性医疗活动记录应该完整记录用例相关的参与人员、资源、时间、地点、结果等属性。但不完整的医疗活动流程是合法同时也是合理的，因为医疗活

32、动过程本身存在许多的不确定性，许多情况可能暂时或永久的终止一次尚不完整的服务过程，所以，完整性的概念是针对医疗活动的生命周期而言的，它不一定等同于所属病例Case。完整性并不代表医疗活动必须被“彻底完成”或每一个相关属性必须被“明确记录”，而是代表医疗活动的必需步骤已经被明确的、不可逆的结束或取消了。如医务人员为某个门诊患者在HIS系统中开立了胸片检查医嘱，这个医疗活动的必需步骤是得到一个患者胸部的影像资料（而不是缴费与否或出报告与否）。如果患者因为个人原因放弃立即检查（已缴费或未缴费），系统可设定一个等待期限，期间患者可以随时返院完成检查（正常结束）或退费（正常取消），也可因患者逾期系统强行

33、停止该医疗活动（异常取消）。通过记录对问题步骤的分析和对问题步骤的处理意见，可以保证该医疗活动记录的完整性。再如临床上常见的化疗疗程安排、出院指导、随诊等都属于预约医嘱，可以有明确或不明确的预约时间表，也许需要多次就诊过程才能逐步完成。理论上任何医疗活动都可以被预约。对系统来说，可以有不完整的医疗活动，但必须有完整的医疗活动记录。因为只有具有完整性的医疗活动记录，才能确保其中数据对客观世界中某一具体医疗活动的唯一、有效和正确的记录，才能确保系统对其进行永久存档、数据挖掘等进一步操作的合理性。医疗活动的生命周期是通过终结控制消息（人工录入或系统提供）触发相关流程来实现的。4.4 对用例实现的多样性同一个用例可能有多种实现过程。