郑 翔，张寅升，黄震震，贾 峥，段会龙，赵饮虹，李昊旻

（1.浙江大学生物医学工程学系，浙江杭州310027；2.中国生物技术发展中心，北京，100039；3.浙江大学附属儿童医院，浙江杭州310003；4.浙江大学转化医学研究院，浙江杭州310029）

可扩展的临床决策支持应用集成架构

郑 翔1，张寅升1，黄震震1，贾 峥1，段会龙1，赵饮虹2，李昊旻3，4

（1.浙江大学生物医学工程学系，浙江杭州310027；2.中国生物技术发展中心，北京，100039；3.浙江大学附属儿童医院，浙江杭州310003；4.浙江大学转化医学研究院，浙江杭州310029）

设计并实现一种可扩展的临床决策支持应用集成与管理系统架构.通过调用和数据互操作2个层面的临床决策支持应用工具集成规范，将临床评分器、计算器以及决策支持系统等应用工具集成到临床信息系统中，提供一整套的应用工具注册、管理和推送机制，实现对于不同类型和不同功能应用工具的靶向推送.将系统架构在实际临床信息环境下进行评估.结果表明：该方法可以解决临床决策支持应用工具与临床信息系统的基本互操作问题，并能使临床决策应用工具融入到临床工作流程中.

临床决策支持；服务集成；可扩展架构；应用推送服务

临床决策支持应用包括各种提供个性化药物剂量、治疗方案、科学评估方法、相关知识以及警告或提醒［1］的工具和系统，旨在为临床工作人员提供专业知识、病人信息、智能化手段和清晰的展示，从而提高医生的决策效率［2］.通过临床决策支持应用减少医疗过失、提高医疗服务质量是临床信息化建设的主要目标［3］.医疗领域对于高质量临床决策支持应用的需求日益迫切［4］，然而真正能够广泛影响临床实践的临床决策支持应用很少［5］.原因是多方面的［6］，其中重要的一点是虽然现有临床信息系统（如：医生工作站、电子病历系统等）具备一定的临床决策支持功能，但是临床迫切需要针对特定专科的特定问题或临床情景的决策支持应用.那些基本的临床决策支持功能无法满足该需求.

带有专业色彩的服务于特定临床场景的临床决策支持应用需求量大，已被临床所接受［7-8］.其中一些为医生提供了科学的数据支持，如各类计算器（肌酐清除率计算、BMI计算、体表面积计算等）；一些为医生提供了科学客观的决策方法，如各类临床评估模型工具（心内科Grace、TIMI评分和风湿科DAS28评分等）；此外还包括一些面向特定场景的提醒和警告等.这类应用工具的传播、更新与管理缺乏有效的机制［9］，因此常常不能有效地嵌入到当前临床工作流程中.

在临床信息系统上建立一种能够兼容各类来源和不同目的的临床决策支持应用服务机制非常必要.经过一定的研究和临床调研得知，系统的2种能力对于将决策支持服务有效地融合到实际临床工作流程中起到至关重要的作用.第一是系统的兼容能力，特别是数据互操作能力［10］.系统间的数据传输障碍不但导致繁重的重复录入工作，而且使决策支持服务的结果不能直接转化为可执行的动作，难以真正影响临床实践.第二是系统管理和推送各类应用工具的能力.决策支持服务多种多样且常常面向特定的临床情景，系统应该能够管理这些应用工具并将其推送到适合的临床情景，使之能够在正确的时机向正确的人提供正确的临床决策支持应用工具信息［11］.

针对上述2种能力，本文提出一种决策支持应用服务的集成方案，设计并实现一种可扩展的临床决策支持服务机制.该机制通过设计可互操作的数据集成接口，利用可扩展的插件技术，使得将各类临床决策支持应用嵌入到临床信息系统成为可能，并允许临床信息系统与临床决策支持应用交互数据，减少应用工具数据获取障碍的同时将产生的干预完整而准确地反馈到临床信息系统中；同时，通过设计一个临床决策支持应用管理平台，实现对于各类临床决策支持应用的管理、推送和更新服务，使得临床信息系统用户可以方便地发现、获取和更新各类临床决策支持应用.本文介绍该机制的设计与实现，并通过一些真实临床环境下的应用实践来验证其有效性.

1 方 法

1.1 可扩展的临床决策支持应用机制

提供公开可用的标准化交互接口是实现系统可扩展的一种有效形式［12］.医疗信息技术领域目前尚未形成一个使用广泛、已被接受的可扩展接口协议［13］，以致多数现存的临床决策支持应用不能以一种可扩展的方式开发.设计一种方法实现从临床信息系统调用决策支持工具，将决策支持服务融合到临床工作流程中.该集成分为2个层次.

第一层次：感知临床场景.集成机制允许在合适的场景调用临床决策支持应用工具.应用工具可以注册进入临床信息系统（详见1.2节），临床信息系统根据注册信息将应用工具推送到合适的情景并允许调用，把临床决策支持应用工具与临床信息系统在第一层面上集成.这种方式适用于大多数独立运行的临床决策支持应用工具，其所需的数据录入和产生的干预建议通常需要人工转录才能与临床信息系统进行交互.

第二层次：满足数据互操作.决策支持应用工具实现有效融入到临床业务流程中的前提是其与临床信息系统具有良好的数据交互.这既避免了重复录入，又能使产生的干预直接进入临床信息系统.有利于提高临床工作人员的接受程度，并极大地促进该应用工具的传播.然而，不同的临床决策支持应用对于数据的需求不同，支持的决策类型存在差异.因此，被具体定义且固定的数据交互接口往往不能满足不断变化的数据需求.设计一种混合的数据获取机制，一方面通过固定的预定义接口协议为临床决策支持应用提供基础的数据支撑（如：病人基本信息和用户基本信息），同时提供扩展协议开放一些数据查询服务，以满足不断变化的数据需求.不同于输入数据需求的多样性，临床决策支持本身产生的输出干预目前主要有3种类型，即形成新的临床问题、提供临床干预指令（医嘱）或者产生报警与提醒消息.设计如表1所示的临床决策支持应用集成接口规范.其中类型为基本协议的接口为决策支持工具开发必须遵守的协议，而扩展服务的接口是临床信息系统提供的数据服务，为临床决策支持应用灵活获取数据提供了基础.

表1 可扩展的临床决策支持应用集成规范Tab.1 Specification of extensible CDS applications integration

1.2 临床决策支持应用管理、推送和更新机制

随着临床信息化的深入，临床决策支持应用越发广泛和多样.然而多数的临床决策支持应用具有很强的专业性，面向特定的临床科室或者临床情景.因此如何智能地提供面向不同临床场景的具有针对性的临床决策支持工具是本文关注的另外一个问题.此外需要考虑决策支持应用的版本更新问题.

图1 临床决策支持应用的管理推送、触发和订阅机制Fig.1 Mechanism of management，delivery，invocation and subscribing of CDS tools

设计一个与临床信息系统协同的临床决策支持应用管理平台，如图1所示.所有需要集成到临床信息系统的临床决策支持应用需要首先在该管理平台上注册并上传应用程序包；在注册过程中，除设置一些基本属性外（决策支持类型、在临床信息系统中的个性化图标、简短说明等），更重要的是建立决策支持应用与临床概念或事件的关联，比如设定临床决策支持应用适用于特定的临床问题（如诊断疾病、手术、处置等），或服务于特定的医嘱执行过程，还可以记录订阅了该临床决策支持应用的用户.通过在临床信息系统中扩展一个临床决策支持应用的代理服务来实现将特定的临床应用推送到特定的临床问题场景、特定的医嘱执行过程中或者特定用户的应用工具栏.另外，通过注册可以有效地管理临床决策支持应用的版本，使得最新的应用可以推送到各个临床信息系统的客户端，从而提高决策支持工具传播的效率.

1.3 可扩展的临床决策支持应用框架

插件技术是一种广泛应用于网络浏览器、多媒体播放器等领域的可扩展技术，它能够实现一种可扩展的个性化软件架构［14］.集成机制，即通过1.1节订立的集成协议，借助插件机制来实现.如图2所示，在架构方法内满足第二层次调用的临床决策支持工具被开发成遵循集成协议的插件，通过1.2节所述的管理机制注册进入临床信息系统，并从临床信息系统直接调用.

此外，1.1节所述的与数据集成相关的扩展服务可以采用Web Service技术实现.一方面方便维护，另一方面由于获取的信息来源于多个数据库（实验室信息系统、药房信息系统、医生工作站系统等），Web Service技术可以减少对临床信息系统的改造，具有更好的扩展性［15］.

图2 可扩展的临床决策支持应用框架Fig.2 Extensible framework of CDSapplications integration

要使临床信息系统具有能够集成决策支持服务的能力，必须对其进行一定的改造.集成架构通过在临床信息系统中嵌入一个临床决策支持服务代理模块解决这个问题.服务代理模块与临床信息系统之间通过系统内部的属性和消息机制实现交互.该模块通过规范临床信息系统与决策支持应用的交互，为临床信息系统扩展各类临床决策支持应用提供基础.

2 系统实现与评估

2.1 临床决策支持应用管理平台与集成服务代理模块

临床决策支持应用管理平台（详见1.2部分）基于现有的一个临床信息系统的知识管理网站平台实现.在如图3所示页面中可以注册、编辑和管理各种临床决策支持应用，上传临床决策支持应用程序包，实现版本管理，并通过知识管理平台其他相关的页面将决策支持工具关联到“临床问题”或者临床协议（标准医嘱集或临床路径）的“医嘱”上.

在一个目前正在国内某三甲医院实施的临床系统中，1.3节所述的服务代理被开发成一个嵌入临床信息系统的控件，该控件可在主流“.Net Framework”技术平台下复用.如图4虚线框部分所示，该代理控件以“临床问题”为核心，维护一个当前病人的临床问题列表，同时给出面向临床问题的治疗协议.通过开放2个接口和2个消息，该服务代理可以从临床信息系统中获得当前病人以及用户的基本信息，并将可执行的诊疗协议或警告和消息发送给临床信息系统.根据管理网站的关联信息，应用工具被推送到下方工具栏，或临床问题列表中特定的临床问题，或临床问题列表下标准化诊疗协议的特定“医嘱”.同时对于某些需要日常使用的应用工具，该模块还提供了桌面停靠功能，允许其始终显示在用户界面上.

图3 临床决策支持应用工具管理平台Fig.3 Management platform for CDS tools

2.2 集成机制实现

插件机制依靠“接口（Interface）”和“.Net框架反射技术（Reflection of.Net Framework）”来实现.“接口”被用来定义1.1节设计的可扩展的临床决策支持应用集成规范中的插件接口以及消息接口.接口允许程序依赖抽象的说明而非具体实现，解除了系统对于接口具体实现的耦合.临床决策支持应用中需要完成具体的接口实现来实现与临床信息系统的交互.临床决策支持服务代理模块对于插件消息进行了妥善处理，由插件传回的医嘱信息在经过合法性验证之后可以直接进入医生工作站的医嘱录入流程，由插件传回的临床问题也会实时添加到临床问题列表中.“.Net框架反射技术”具有从已经编译好的程序中获得元数据并实例化该类型的能力.因此可以借助它在程序运行时动态地创建临床决策支持应用实例.同时可以利用该技术判断用户注册的各种临床决策支持应用是否实现了规范所要求的插件接口.如果应用中不包含互操作的接口，将按照集成规范第一层次的互操作性来实现即通过命令行来调用临床决策支持应用.

图4 临床信息系统运行界面Fig.4 UI for clinical information system

2.3 服务于特定临床问题的临床决策支持应用

为评估该机制以及系统实现是否满足各类临床决策支持应用集成的需求，收集和开发了不同类型的临床决策支持应用工具，在实际系统中进行集成验证.图5-A展示了各种决策支持应用通过代理模块推送到临床信息系统.不同功能的应用分别被推送到目标医嘱、目标临床问题及用户工具栏上.

DAS-28是荷兰拉德伯德大学内梅亨医学中心提出的一种用于评价类风湿性关节炎的方法［16］，用于帮助临床医生判断疾病的活动情况，从而调整治疗方案.这一评估方法被风湿免疫专科的医生所广泛接受，同时已有在线的临床决策支持工具提供给临床人员.但是缺乏嵌入临床信息系统的应用.为此，根据制定的临床决策支持应用集成规范，开发并实现如图5-B所示的“DAS-28评分”应用.该应用在注册时同临床问题“类风湿性关节炎”建立关联，因此在临床信息系统中当病人的临床问题列表中出现“类风湿性关节炎”问题时，相应的“DAS-28评分”应用图标就出现在该问题上供用户调用.当前病人和用户的基本信息会传递给“DAS-28评分”应用，而该应用可以自动地根据病人信息从Web Service接口GetFact中查询获得所需的病人检验值“红细胞沉降率（ESR）”或“超敏C反应蛋白（CRP）”，无须临床人员转抄相关数据.此外，可视化关节评价服务帮助临床人员快速准确地完成相关评价，其评分结果通过Web Service接口Set Fact提交给临床信息系统，结论通过集成规范中AddClinicalProblem接口直接导入到临床信息系统的临床问题列表中.

2.4 服务于特定医嘱执行的临床决策支持应用

临床中某些药品需要根据病人的体重或者体表面积个性化地设定剂量和用药速度，临床人员通常需要人工计算相关结果才能得出执行过程中的具体参数（如药品剂量、微量泵速度等）.这个过程可能存在计算错误，而更普遍的情况则是临床人员为了方便而采取经验值，以致病人得不到个性化的治疗.一个如图5-D所示的“微量泵助手”工具在注册时和需要计算的药物医嘱相关联，比如“多巴胺”.当临床诊疗协议中遇到“多巴胺”时，“微量泵助手”就被触发，在填写和通过Get Fact接口自动获取信息（体重等）后就能根据科学公式计算出所需的泵速，由集成规范的Send Orders接口直接开出个性化医嘱.

图5 CDS应用工具示例Fig.5 Examples for CDS tools

2.5 临床决策支持工具栏

某些临床应用工具在日常临床工作中使用频繁，为此代理服务控件提供了一个工具栏（图5-A下方）用于停靠此类与临床情景无关的临床决策支持应用，用户可以根据自身科室特色设置该工具栏.

对于内分泌科的医生在接收每一位病人时都需要为这位病人计算BMI.为此基于集成规范实现如图5-A停靠于最下方的“BMI计算器”.该工具可直接停靠在工具栏以下，自动读取电子病历中的病人信息并直接显示BMI值，同时支持人工录入.停靠模式省略了每次的调用，可以提高工作效率.

2.6 外部决策支持工具

目前存在很多决策支持工具.这些由第三方开发的以“可执行文件（.exe）”形式存在的独立应用对于现有的临床信息系统是一个很好的补充.本文设计的集成机制可满足对于这类系统的注册和调用，为这类应用工具提供了有效的管理方法.与基于集成规范开发的临床决策支持应用一样，对于这类应用，支持它们以关联到特定“医嘱”、“临床问题”和“工具栏”中的任何一种形式集成进来.从互联网上收集了几个由第三方开发的临床小工具，包括“糖尿病饮食计算器”、“补液计算器”、“体表面积计算”和“肌酐清除率测定”等.图5-C中的“补钠计算”是其中之一，它由用户注册在工具栏中并出现调用图标，用户在需要时可调用该工具，根据设定的血钠指标和实测的血钠值以及病人体重生成补钠方案.但是其结果无法直接生成临床信息系统中的医嘱，需要临床人员转录相关内容到临床信息系统.

3 讨 论

现阶段临床层出不穷的新需求要求临床信息系统不断地作出更新.而软件更新常常涉及到临床业务流程，成本大且实施困难；而新形成的临床决策支持应用与原系统并存，又会带来数据集成和系统冗余等新问题，不利于长期发展.这些矛盾成为困扰临床机构的顽疾.因此需要设计一个可扩展的架构，根据陆续出现的需求在原有系统上逐步扩展新功能，促进医院信息系统和各种临床决策支持应用“一体化”.

在临床信息系统中实现具有可扩展功能的临床决策支持服务框架，使得已有或者将来出现的各类临床决策支持应用可以集成到现有的临床信息系统工作流程中.通过有效的集成和直接形成可执行的医嘱大大节省原本所需的数据重复录入带来的时间消耗.效率的提高将会使得工作繁忙的临床人员更乐于尝试和接受各类临床决策支持应用，临床需求反过来会刺激临床决策支持应用的发展，从而推动知识转化［4］.因此，该方法不仅能够有效提升临床信息系统的应用意义，同时有助于提升临床医生对于临床决策支持应用的接受程度.

该方法具有一定的局限性.临床数据存在多样性且具有复杂的上下文关系，通常这些信息对于某些临床决策支持应用非常重要.但是现有的数据集成接口仅能提供孤立的数据元查询，解决该问题需要建立更复杂的临床数据描述模型.HL7的Virtual Medical Record（v MR）［17］的工作是在这方面一个很好的尝试，但是该技术依赖于数据元、数据结构和临床文档的标准化，在现有的临床信息化水平下很难实现.

目前，随着可扩展可共享的临床决策支持服务概念的发展，越来越多的临床决策支持通过基于网络的服务来实现.通过规范的方式来访问这些在线的临床决策支持服务，是未来的发展方向.目前HL7提供的InfoButton相关标准为临床信息系统上下文相关地访问一些在线知识库提供了标准化接口［18］，然而该标准仅能服务于基于URL的知识库访问.建立更深入的临床决策支持集成标准也成为一些研究团队的目标［19］，但是考虑到临床数据本身的复杂性，该标准的发展将是一个漫长的过程.

4 结 语

本文为临床信息系统提供了一种可扩展的临床决策支持服务框架解决方案，满足从调用到互操作2个层面的临床决策支持应用的集成，使得各类临床决策支持应用可以嵌入到现有的临床信息系统工作流程中；同时通过一个临床决策支持应用管理平台来注册、管理、推送和更新各类临床决策支持工具，使得这些工具可以出现在合适的临床场景，并自动提供最新的版本.该解决方案通过了在现有临床环境中的各种类型临床决策支持应用集成的验证，能够在现有标准化条件下实现特定水平的可扩展性和互操作性.具有这种特性的临床信息系统将大大提升临床用户对于各类临床决策支持应用的接受程度.

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Extensible framework of integration for CDS applications

ZHENG Xiang1，ZHANG Yin-sheng1，HUANG Zhen-zhen1，JIA Zheng1，DUAN Hui-long1，ZHAO Yin-hong2，LI Hao-min3，4
（1.Department of Biomedical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China；2.China National Center for Biotechnology Development，Beijing 100039，China；3.Children's Hospital of Zhejiang University，Hangzhou 310003，China；4.Institute of Translational Medicine，Zhejiang University，Hangzhou 310029，China）

An extensible framework with clinical decision support（CDS）applications integration and management system was developed.Invocation and data interoperation are the two levels for CDS applications integration specification.Applications such as clinical evaluator，calculator and CDS system are integrated into clinical information system（CIS），providing a complete mechanism of applications registration，management and delivery.CDS applications that are different in types and functions can be targeted delivered.This framework was implemented and evaluated in a real clinical information environment.It is proved to be effective in solving the basic interoperability problems of CDS applications and CIS，and it also integrates CDS applications into clinical workflow.

clinical decision support（CDS）；service integration；extensible framework；service for application delivery

10.3785／j.issn.1008-973X.2015.09.007

R 318

A

1008- 973X（2015）09- 1658- 07

2014- 03- 15. 浙江大学学报（工学版）网址：www.journals.zju.edu.cn／eng

国家“863”高技术研究发展计划资助项目（2012AA02A601）；国家自然科学基金资助项目（30900329）.

郑翔（1989－），男，硕士生，从事临床决策支持研究.ORCID：0000-0002-1387-3156.E-mail：zhengx＠vico-lab.com

李昊旻，男，讲师.ORCID：0000-0002-6420-7719.E-mail：hmli＠zju.edu.cn