大學(xué)、政府和行業(yè)組織使用 XML 進行文檔存儲和數(shù)據(jù)集成已經(jīng)有十年時間了。包括 IBM 在內(nèi)的數(shù)據(jù)庫和軟件廠商很早就認(rèn)識到了 XML 的潛力，因此他們幫助制訂基于 XML 的標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)專用的標(biāo)記語言，同時致力于在他們的數(shù)據(jù)庫平臺中集成 XML 和 SQL。IBM 和 Informix 首先發(fā)布了 IBM DB2 XML Extender、Informix Web DataBlade 和 Informix XSLT DataBlade，然后把 XML 支持更深入地集成到 RDBMS 服務(wù)器中，從而大大推進了 XML 和 SQL 數(shù)據(jù)庫處理的集成。
XML 對于許多行業(yè)都很重要，尤其是那些具有復(fù)雜的集成、存檔和遵從性需求的行業(yè)。醫(yī)療保健行業(yè)可以使用面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu) (SOA) 和支持 SQL/XML 的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建新的應(yīng)用程序，同時解決遵從性和標(biāo)準(zhǔn)問題，支持電子醫(yī)療記錄系統(tǒng)。
XML 在醫(yī)療保健行業(yè)中的興起
XML 在醫(yī)療保健行業(yè)中興起的一部分原因是，Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) 等法律要求保護患者的安全和隱私。美國議會為保護保險覆蓋范圍頒布了 HIPAA，它包含電子事務(wù)標(biāo)準(zhǔn)以及對數(shù)據(jù)私密性和安全性的要求，應(yīng)用于索賠、付款、利益調(diào)查、索賠狀態(tài)和其他事務(wù)。HIPAA 還要求美國衛(wèi)生和福利部為醫(yī)療保健信息的分發(fā)制訂規(guī)則。
把這些法律規(guī)定轉(zhuǎn)換為可應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)常常是標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織的工作;醫(yī)療保健行業(yè)中最重要的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織之一是 Health Level Seven (HL7)。HL7 為醫(yī)療保健領(lǐng)域中管理數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)的交換制訂標(biāo)準(zhǔn)，包括索賠處理、醫(yī)療影像和制藥(見本文底部的邊欄 “HIPAA 和 HL7”)。醫(yī)療保健行業(yè)還為操作性數(shù)據(jù)模型和研究數(shù)據(jù)表格化模型開發(fā)了規(guī)范(Clinical Data Interchange Standards Consortium)。這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于內(nèi)部系統(tǒng)和外部實體(比如美國食品與藥品安全管理局)之間的通信。
包括醫(yī)療保健在內(nèi)的各種行業(yè)中的新標(biāo)準(zhǔn)推進了支持 XML 的應(yīng)用程序的開發(fā)。這種新的技術(shù)潮流意味著，我們可以構(gòu)建應(yīng)用程序(常常是使用 SOA 的復(fù)合應(yīng)用程序)，通過可互操作服務(wù)的組合和豐富的數(shù)據(jù)庫支持訪問醫(yī)療數(shù)據(jù)。
但是，高效地管理大量 XML 數(shù)據(jù)是一種挑戰(zhàn)。IBM 在 DB2 9 中引入了 pureXML 技術(shù)，允許以原生 XML 格式存儲、索引和查詢文檔。一些醫(yī)療機構(gòu)已經(jīng)使用 IBM DB2 的原生 XML 功能構(gòu)建了系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不僅符合醫(yī)療保健行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且改進了數(shù)據(jù)訪問和性能。
電子醫(yī)療記錄的難點
由于醫(yī)療數(shù)據(jù)常常進行頻繁的修改，大型醫(yī)療保健組織非常依賴于 XML。UCLA Health System 就是這樣的組織：它是一個包含多家醫(yī)院的醫(yī)療保健供應(yīng)商，提供各種臨床和醫(yī)療保健服務(wù)。它包含 Ronald Reagan UCLA Medical Center、Santa Monica UCLA Medical Center and Orthopaedic Hospital、Mattel Children's Hospital UCLA、Resnick Neuropsychiatric Hospital at UCLA 以及 UCLA Medical Group(包括初級護理和特別護理部門)。2,000 多位醫(yī)生每年處理超過 1 百萬次門診和 80,000 個住院病例。
這種規(guī)模的醫(yī)療保健系統(tǒng)每天必須處理大量數(shù)據(jù)，包括醫(yī)療記錄更新、化驗結(jié)果、MRI/CT/電子束 CT 血管造影圖像、入院/出院/轉(zhuǎn)院數(shù)據(jù)和藥房訂單。所有數(shù)據(jù)必須安全可靠地存儲(以及最終適當(dāng)?shù)卮鏅n)，同時必須能夠根據(jù)需要訪問它們。另外，多個地點的各類職員必須可以輕松地搜索、傳輸和組織這些數(shù)據(jù)。還需要輕松快速地輸入和更新信息，因此所需的 IT 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
UCLA Health System 用面向患者的文檔系統(tǒng) (PODS) 滿足這些需求，這是一個電子醫(yī)療記錄 (EMR) 存儲庫，能夠存儲和檢索超過 2000 萬份文檔。PODS 是 UCLA 文檔管理系統(tǒng) extended SOA (xSOA) 的患者信息源。通過與 PODS 協(xié)作，xSOA 為 GE BDM 藥品信息系統(tǒng)、CliniComp Essentris 急診系統(tǒng)、Orion Soprano 門診數(shù)據(jù)系統(tǒng)和表單門戶提供查看界面。xSOA Central Document Bus 連接到 GE 圖像存檔和通信系統(tǒng) (PACS)、門診應(yīng)用程序和圖像以及 PODS 存儲庫。Image Bus 支持訪問患者診斷圖像，F(xiàn)orms Bus 處理 UCLA Health Services 使用的各種電子表單。HL7 Message Bus 提供符合 HL7 要求的通信。
通過結(jié)合使用 SOA 和 DB2 數(shù)據(jù)庫，PODS 支持 2,000 名醫(yī)生和 3,000 名護士訪問患者記錄。這個系統(tǒng)支持超過 400 種電子表單;這些表單替代以前使用的 1,000 頁紙制表格，有助于消除手寫導(dǎo)致的誤解和遺漏。數(shù)據(jù)庫存儲大約 200 萬位患者的信息，每天增加 12,000 份文檔，包括新的化驗結(jié)果、醫(yī)生處方和與患者相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。PODS 包含一個文檔存儲庫和元數(shù)據(jù)存儲庫，可以把醫(yī)療記錄文件與 DB2 數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)起來。PODS 在文件服務(wù)器上存儲醫(yī)療記錄圖像文件;它使用 IBM DB2 數(shù)據(jù)庫存儲相應(yīng)的元數(shù)據(jù)，用網(wǎng)絡(luò)附屬存儲陣列存儲圖像文件，包括 PDF 和文本。
當(dāng)一個文檔進入系統(tǒng)時，它存儲在文件服務(wù)器上并在 DB2 數(shù)據(jù)庫中編制索引。文檔并不會被刪除，因為 PODS 存儲庫還作為患者數(shù)據(jù)的存檔。為了確?？煞?wù)性和 24x7 高可用性，PODS 體系結(jié)構(gòu)包含冗余服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)復(fù)制在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間進行同步。
DB2 數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)存儲當(dāng)前包含 3000 萬行信息。元數(shù)據(jù)使用 DB2 9 原生 XML 引擎存儲為 XML 格式。UCLA Medical Center Computing Services 體系結(jié)構(gòu)經(jīng)理 Charles Wang 博士指出，PODS 使用超過 400 個模式，這些模式都符合 W3C XML Schema 語言。PODS 軟件把這些模式映射為一個虛擬模式，供整個系統(tǒng)使用。系統(tǒng)使用四個鍵的組合為文檔及相關(guān)元數(shù)據(jù)創(chuàng)建惟一標(biāo)識符。
為了保護患者隱私，PODS 的設(shè)計采用一個多級安全模型。除了 DB2 內(nèi)置的安全功能之外，軟件體系結(jié)構(gòu)還包含文檔和元數(shù)據(jù)處理器，它與安全服務(wù)集成。還提供基于角色的安全性和單點登錄功能。在使用文件系統(tǒng)管理 XML 文檔和模式時，必須專門處理安全性、并發(fā)控制、并行處理和版本化等問題，而使用 DB2 存儲 XML 模式和文檔可以方便地解決這些問題。
UCLA Health System 基于 SOA
PODS 實現(xiàn)展示了 SOA 如何幫助應(yīng)用程序使用基礎(chǔ)服務(wù);在這里，是用于訪問患者信息的服務(wù)。文檔通過文檔服務(wù)接口進入系統(tǒng)并放在隊列中。PODS 體系結(jié)構(gòu)使用 IBM WebSphere MQ 實現(xiàn)異步消息傳遞和隊列。對于 HL7 消息傳遞，UCLA Health System 使用 Sun SeeBeyond eGate Integrator，據(jù) Wang 博士說，這是 “所有應(yīng)用程序接口使用的企業(yè)范圍標(biāo)準(zhǔn)”。
PODS 隊列管理器控制輸入隊列、異常隊列和復(fù)制隊列。管理元數(shù)據(jù)和圖像文件的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)提供用于上傳、下載、查詢和更新文檔的應(yīng)用程序編程接口 (API)。系統(tǒng)支持審計，可以為除上傳之外的所有數(shù)據(jù)庫活動生成報告。
PODS 的演進
UCLA Health System PODS 實現(xiàn)使用 DB2 pureXML 功能支持對患者文檔的訪問，包括裝載、查詢和更新數(shù)據(jù)。它提供一組 Web 服務(wù)接口，支持門診系統(tǒng)上傳和查詢數(shù)據(jù)。
這個系統(tǒng)的最新版本是 PODS3 和 PODS4。這兩個版本都基于 SOA，但是使用不同的 DB2 功能進行 XML 處理。對于以基于 SOAP 的 Web 服務(wù)形式處理 XML 消息，PODS3 和 PODS4 都使用 Systinet 和 IBM WebSphere 軟件的組合。但是，PODS4 實現(xiàn)標(biāo)志著從 DB2 XML Extender 過渡到 DB2 9 的 pureXML 功能。例如，DB2 9 引入了對 SQL:2003 標(biāo)準(zhǔn)定義的一個特性的支持，允許 XML 列類型作為一等數(shù)據(jù)類型?？梢栽?Data Definition Language (DDL) 語句、函數(shù)和存儲過程中使用 XML 類型。
遷移到 DB2 9 的另一個好處是，混合型存儲引擎和查詢優(yōu)化器 “理解” XML，可以把涉及 XML 的查詢映射為關(guān)系語法。遷移到 PODS4 并沒有改變 PODS 的功能性需求，但是 pureXML 技術(shù)簡化了元數(shù)據(jù)處理，有助于滿足系統(tǒng)的響應(yīng)時間和可伸縮性目標(biāo)。
上傳過程展示 PODS3 和 PODS4 之間的差異。例如，在上傳 PDF 文檔時，PODS3 上傳過程把文檔和 XML 元數(shù)據(jù)文件存儲在 EMC 文件服務(wù)器上。它把 DB2 SQL 存儲引擎使用的元數(shù)據(jù)分解為 XCollection，XCollection 是 DB2 XML Extender 實現(xiàn)的一個類型。上傳過程還使用 IBM WebSphere Application Server 解析器檢驗?zāi)Ｊ?，?DB2 數(shù)據(jù)庫中為 PDF 和 XML 文件的路徑編制索引。與上傳相關(guān)聯(lián)的 DB2 事務(wù)包括生成惟一的文檔 ID、在活動歷史表中記錄這次上傳以及對 18 個表執(zhí)行 SQL INSERT。PODS4 上傳過程以另一種方式處理 XML 文檔元數(shù)據(jù)。PODS4 上傳過程并不在 18 個表中存儲元數(shù)據(jù)，而是使用 XML 類型的 DB2 列保存元數(shù)據(jù)，只需對四個表執(zhí)行 INSERT。
簡化的處理和標(biāo)準(zhǔn)遵從性
從 PODS3 遷移到 PODS4 和 DB2 9 大大簡化了 UCLA Health System 的數(shù)據(jù)庫管理和復(fù)制任務(wù)。PODS3 體系結(jié)構(gòu)使用 DB2 8 和 XML Extender，數(shù)據(jù)庫包含 28 個表。PODS4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計使用 XML 列，只需要 10 個表并取消了 PODS3 使用的 20 個存儲過程。
因為 UCLA Health System 使用 XML 存儲患者元數(shù)據(jù)，所以在 PODS 集合中支持新的電子表單需要為表單內(nèi)容創(chuàng)建數(shù)據(jù)定義或模式。經(jīng)常處理新表單的 DBA 希望能夠高效地定義新的數(shù)據(jù)類型，比如化驗結(jié)果。遷移到 DB2 9 可以減少在系統(tǒng)中添加新表單和模式所需的時間：在 PODS4 中支持一個新表單通常只需要兩小時，而在 PODS3 中需要兩周。
在任何行業(yè)中，標(biāo)準(zhǔn)對于互操作性和高效數(shù)據(jù)交換都非常重要。 XML 是一種有效的標(biāo)記工具，可以定義數(shù)據(jù)交換和存檔所需的詞匯表，因此 XML 已經(jīng)成為醫(yī)療保健供應(yīng)商的重要工具。但是，健壯的應(yīng)用程序需要可靠的數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。PODS 展示了醫(yī)療保健供應(yīng)商如何解決創(chuàng)建、存儲和交換電子醫(yī)療記錄的難題。通過 PODS，UCLA Health System 和其他醫(yī)療保健機構(gòu)已經(jīng)開始利用 XML 技術(shù)處理復(fù)雜的電子醫(yī)療記錄，滿足 HIPAA 和 HL7 標(biāo)準(zhǔn)的要求并提高生產(chǎn)力。
HIPAA 和 HL7
1996 年，HL7 成立了 Claims Attachment 工作組，它的任務(wù)是對處理保險索賠所需的信息進行標(biāo)準(zhǔn)化，此后開發(fā)了用來滿足 HIPAA 要求的一系列標(biāo)準(zhǔn)。在同一年，HL7 開始通過它的 SGML/XML 特別興趣小組積極研究 XML。最初的成果是用于索賠處理的六個推薦附件。
在此之后，HL7 開發(fā)了消息傳遞規(guī)范 Clinical Document Architecture (CDA) 和 Reference Information Model (RIM)。HL7 還為向州和地方公共醫(yī)療部門提交 CDA Public Health Case Reporting (PHCR) 制訂了電子提交標(biāo)準(zhǔn)。隨著標(biāo)準(zhǔn)的成熟，XML 已經(jīng)成為越來越重要的技術(shù)。例如，CDA 的第一版定義了一個 XML 體系結(jié)構(gòu)，它用于交換基于規(guī)范中包含的 XML Document Type Definition (DTD) 的門診文檔，使用 HL7 RIM 和 HL7 注冊的編碼詞匯表定義其語義。即將發(fā)布的 CDA 第三版只使用 XML 編碼。
IBM 負(fù)責(zé)軟件標(biāo)準(zhǔn)的副總裁 Karla Norsworthy 說，“IBM DB2 對 XML 的原生支持允許以醫(yī)療保健行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) HL7 CDA 格式存儲內(nèi)容。IBM 承諾通過開放標(biāo)準(zhǔn)促進醫(yī)療保健行業(yè)的互操作性和創(chuàng)新。我們已經(jīng)看到了廣泛采用開放標(biāo)準(zhǔn)(比如 Java 和 XML)和 HL7 等組織開發(fā)的醫(yī)療保健標(biāo)準(zhǔn)對靈活性、投入市場的時間和創(chuàng)新的積極影響。”
