目录
第一章绪论.........................................······……1
1.1课题背景.............................·················……1
1.2国内外应用现状........................................……2
1.3目前存在的问题及解决方案..............................……4
1.4研究意义和内容........................................……5
1.5论文内容的组织结构....................................……6
第二章基于XML的电子病历系统................................……7
2.1电子病历简介..................……’..................……7
2.2xML概述......................................··.·····……8
2.3基于XML的电子病历系.................................……14
第三章电子病历数据的存储模型...............................……17
3.1文本存储...........................................··……17
3.2基于面向对象数据库的存储模型.........................……18
3.3基于索引文件的存储模型...............................……19
3.4基于压缩文件的存储模型...............................……23
3.5基于XML与关系数据库结合的存储模型...................……27
3.6本章小结.............................................……30
第四章电子病历数据的映射策略...............................……31
4.1边表法...............................................……32
4.2属性法...............................................……33
4.3统一法...............................................……33
4.4数据类型法...........................................……34
4.5结点属性分离策略.....................................……34
4.5.1查询速度分析比较...............................……35
4.5.2存储空间分析...................................……36
4.5.3更新速度分析...................................……37
4.6本章小结.............................················……38
第五章电子病历系统的设计与实现.............................……_39
5.1电子病历体系结构.....................................……39
5.2诊断推理子系统...........……’......................……41
5.2.1总体设计........................................……41
5.2.2知识库的XML设计...............................……42
5.2.3界面设计图......................................……43
5.3采集存储子系统.......................................……44
5.3.1病历数据的采集..............................……，…45
5.3.2XML数据的存储转换..............................……47
5.4访问服务..............................................;.…48
5.4.1病历的授权访问.................................……48
5.4.2远程WEB访问...................................……49
5.4.3病历的查询.....................................……50
5.4.4查询界面设计图.................................……51
5.5传输服务.............................................……51
5.5.1病历数据的交换.................................……52
5.5.2病历数据的安全.................................……52
5.6本章小结.............................................……55
第六章总结与展望...........................................……57
6.1总结...........................................……，..…57
6.2展望.................................................……5S
参考文献.................................................……59
致谢.......................................................……62
攻读学位期间主要的研究成果..................................……63
工程硕士学位论文第一章绪论
第一章绪论
1.1课题背景
近年来信息技术在医疗卫生行业得到了广泛应用。我国医院信息系统
(H。Spitalrnformati。nsystem，简称Hls)的发展已有二十多年历史。从单机
系统，到部门级的医院信息系统(DepartmentHospitalInformationSystem，
简称DHIS)，直至现在进入了一体化医院信息系统(IntegratedH。Spital
Informati。nsystem，简称zHIs)时代〔‘】〔，l仁3〕。随着我国医疗卫生事业的发展和改
革的不断深入，医疗卫生行业供应短缺的矛盾已得到缓解，服务理念在医院悄
然生根，传统的“以收费为中心”的医院信息系统不能适应新的要求，“为病
人服务”的临床管理信息化将成为医疗卫生行业信息化的主要发展方向。我国
医疗信息化正在经历从管理信息系统向临床信息系统过渡的阶段〔4〕。而电子病历
是临床医疗信息的出发点和医院信息系统的核心，它构成了业务管理、医疗卫
生决策系统的基础〔5]。
只有针对病人的临床信息的数字化，才能真正实现医学信息的数字化。电
子病历管理信息系统的研制也是医院病历无纸化的要求，它的实现将使浩瀚的
病历信息的检索和信息共享成为可能，便于医院之间、医院与社区之间共享医
疗信息，便于远程医疗会诊和远程咨询，为医务人员提供及时准确完善的病历
信息、提高医疗决策的效率，为患者提供更好的服务，同时也更好地服务于临
床科学研究，降低医院行政管理成本和提高医院现代化管理水平。据统计，800k
的临床科研基础数据来自住院病历，今后的电子病历必需要为临床教学、科研
提供多种快捷信息检索方式，如主题词查询、疾病记录检索、疾病分类统计等，
为大量的临床经验总结提供宽敞的信息通道和方便的操作平台。随着医院计算
机管理网络技术的普及，医院的医疗活动不再是独立的单系统运作，而是信息
时代全面的信息互动。电子病历的发展方向为“全方位”网络化，其中“全方
位”是指病历的相关信息内容交换是全院性的、医院和医院之间的甚至是国际
性的交流〔6〕。医生通过内部局域网可随时检索住院病人的相关信息;医院管理者
通过系统随时了解全院医疗情况和医疗数量、‘质量的动态统计数据;病人在不
同医疗机构就医，只需手持个人医疗信息卡，医务人员就可通过卡载信息迅速、
直观、准确地了解病人的资料，缩短了确诊时间，避免不必要的重复检查，控
制医疗费用，减轻病人的经济负担。电子病历中包含的网络技术可将医疗也纳
入地球村的概念，缩短差距，增进行业内部交流，对快速发展医疗技术有很强
的催化作用〔7〕。随着医疗行业信息化的逐步深入，电子病历越来越得到重视和广
工程硕士学位论文第一章绪论
泛应用。医疗过程的复杂性决定了电子病历必然是一个层次关系复杂的数据集
合，在数据结构上具有较明显的多维特性。因此电子病历数据存储结构的设计
成为开发者面临的挑战〔，0]。
1.2国内外应用现状
在医学相关论著中，关于电子病历的介绍最早出现于1977年的一篇名为
“AeomPuter一basedreeordandeliniealmonitoringsystemforambulatory
care”的论著，它介绍了美国的一个1973年开始运行的电子病历系统。按研制
技术，可简单地将电子病历的发展分为两个阶段。从1960年到1990年，电子
病历系统主要以处理文本信息为中心。在80年代后期，电子病历的研究应用开
始转向多媒体信息的处理和网络化、智能化。20多年来，欧、美一些大医院开
始建立医院内部的H工S，随之电子病历(EMR)在美国、日本、英国、荷兰等国家
有了相当程度的研究和应用。
在美国基于EMR概念的医学多媒体信息系统己经出现，并在临床使用:如
在马萨诸塞公立医院使用的计算机存储救护系统(COSTAR)，由印第安那大学开
发的基于逻辑处理的健康评估系统(HELP)，以及由马里兰大学与马里兰保健系
统公司联合研制并在马里兰VA医院使用的电子化病人记录系统(CPRS)大学医学
分校利用EMR预测癌症早期病人的死亡率，匹兹堡大学医学分校用EMR的MESS
系统研究医嘱和处方的准确性，波士顿EMR协会正在研究通过Internet传输急
救病人的EMR问题。有关资料显示美国电子病历系统的市场规模在2000年已达
到15亿美元。另据美国卫生信息和管理系统协会(HIMSS)2002年调查，电子病
历系统部分运转或正在引进的医疗机构占全国近70%。目前美国政府己在全国范
围内大力推广、普及电子病历的应用工作，并计划在2010年建立完整的电子病
历系统。
经过近二十年的发展，目前我国医院信息系统已初具规模，信息系统的发
展经历了从单机系统、局部网络系统到整个医院信息系统的多个阶段。在部分
医院己建有具有一定功能的医院信息管理系统(H工S)，如军队系统统一应用了
“军字1号”医院信息系统软件，主要应用在入、住院预约登记、财务药品管
理和医嘱方面;RIS也有医院使用，但未实现工作流程的管理。PACS更为稀少，
只有几家医院(如上海第一人民医院)购买国外厂商(荷兰Rongan公司)基于NT
计算机平台的以CS系统。国家在1995年推出的“金卫工程”中提出了发展和
建立医院信息管理系统(HIS)和医学影像信息通讯与管理系统(PACS)的要求。国
家自然科学技术基金、国家“863”高科技发展计划、中国科学院“百人计划”
和知识创新工程中也都包含该领域的研究项目。国内也成立了EMR专业委员会，
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对EMR的发展起到了引导作用。国家卫生部监制的金卫卡将向全社会推出，患
者可在医院通过计算机网络直接和银行、医保中心和保险机构连网。金卫卡可
保存持卡人终生的医疗保健信息，使病人的医疗活动变得简单、方便、快捷。
但是这仅仅是EMR研究应用的起步。现在国内研发HIS和RIS的高科技公司虽
然不少，但使用的技术和标准并未与国际潮流接轨，而PACS的研发也都在起步
阶段，很少能在临床方面服务于整个医院。而基于医学影像信息的电子病例系
统几乎没有〔8]。
电子病历数据要求在浏览器和应用程序之间共享，虽然数据库可以实现这
一要求，但是很难适应病历的结构化与半结构化结合的形式，尤其当需要长期
保存这些数据时，数据库的容量及效率都难以保证。在首届HL7(HealthLeve17)
应用研讨交流大会上，提出了基于XML(eXtensibleMarkuPLanguage)语言开
发EMR的观点。XML能够有效的解决对EMR的描述、存储、处理等问题，同时将病
人的信息用XML文档的形式保存下来用于信息处理。基于XML的电子病历将有助
于提高人民的生命质量和生活质量，可以更好地服务于患者:提供及时、准确
的信息既有助于医生诊断，又服务于临床科学研究、医院的现代化管理、远程
医疗会诊系统，达到医院信息化管理目的;真正地实现医院的无纸办公、无胶
片办公，减少医生的工作量。众所周知，HL7(HealthLevelSeven)组织是一
个制作医疗信息传输规则的组织。这个组织从1998年起就一直在开发用XML来
表现HL7message。2000年10月，HL7组织发布了第一个基于XML的医疗行业
的临床文档结构(ClinicalDoCumentArehitecture，CDA)标准—ANSI/HL7CDA
Rl.0一2000。CDA也称为病历结构PRA(PatientReeordArehiteeture)，它是一个
限定的能够包括所有信息对象的文档，不仅能够包括现有的消息，而且可以包
括文本、图片、声音和其它多媒体内容的文档。它提供了临床文件的交换模型，
为电子病历系统的实现提供了标准。2000年，HL7CliniCaldoeumentArCh
iteeture(CDA)release110成为美国规格协会(ANSI)承认的HL7规格。CDA是
用来在信息交换时指定临床文档的结构和语义的规格，CDA文档为XML编码，并
来源于HL7RefereneeInformationMode(RIM)仁‘3〕。
引进XML另一个好处是可以在xML开放标准的基础上定义统一的医学结构，
这是数据库系统所无法做到的〔“〕。
由于病历信息结构的复杂性和特殊性，常用的数据模型例如关系型数据模
型，用于存储和组织病历数据会出现诸多多问题，需要研究适合病历特殊性的
数据模型。电子病历的一个特点是数据来源的时间跨度大，越是近期的数据，
使用频率越高，数据被修改的可能性也越高，良好的数据存储体系对电子病历
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系统格外重要。电子病历数据存储管理的一个特点是本质上结构不同的数据需
要作为一个整体进行存储和使用。病历信息的特殊性决定在同一标准，不同病
种、不同患者或同一患者不同次住院，其电子病历的实际结构均不相同。例如
住院期间做过手术与没做过手术的患者其电子病历结构本质上是不同的。实际
应用要求这些不同结构的数据必须放在一起，作为一个连续的统一整体加以应
用[‘，〕。
综上所述，国外对EMR己经有了相当程度的研究和应用，国内对EMR的开发
应用起步较晚，尚未得到充分的发展。
1.3目前存在的问题及解决方案
由于病人信息类型的多样性和内容的复杂性，在电子病历的发展中，存在着
一些基础性问题:
(l)病历内容的表示问题。病人信息的表示应当是以单个人为中心的，这
是病历的使用、存储和交换所要求的;对病人信息内容的描述必须是结构化的，
这是电子病历信息后续处理的基本要求。由于病历内容的复杂性和使用上的习
惯，对病历很难设计出一个统一的结构进行描述。
(2)病历的存储问题。电子病历系统要求病人的信息长期保存、随时可以
获得。在传统的医院信息系统中，病人信息以数据库的形式进行存储，这些信
息的存储管理是以支持日常业务管理为目的。出于数据库效率和容量管理方面
的考虑，不可能长期将历史信息联机保存。如何使病人信息在脱离数据库后仍
然能够维持以个人为中心的结构并且随时可以获得，是病历存储要解决的主要
问题。
(3)病历的组织问题。为了提供标准统一的病历阅读工具，实现远程网上
病历阅读，可以实用Internet的WWW技术，提供病历阅读手段。该工具能将数
据库以及文件中存放的各类病人信息转换为HTML格式。以一体化的形式供用户
查阅，这方面的技术己经具备，难点是如何将各种信息组织到一起。
(4)病历数据的交换问题。电子病历的目标在于实现病历信息交换，需要
制订病历信息交换的格式，提供转换手段，将病历信息转换为标准的交换格式
在网络上传输或存入可移动媒体。为了解决电子病历的相关问题，必须制订一
系列的标准和规范。
在首届HL7(HealthLeve17)应用研讨交流大会上，提出了基于XML
工程硕士学位论文第一章绪论
(eXtensibleMarkupLanguage)语言开发EMR的观点。XML能够有效的解决对
EMR的描述、存储、处理等问题，同时将病人的信息用XML文档的形式保存下来
用于信息处理。基于xML的电子病历将有助于提高人民的生命质量和生活质量，
可以更好地服务于患者:提供及时、准确的信息既有助于医生诊断，又服务于
临床科学研究、医院的现代化管理、远程医疗会诊系统，达到医院信息化管理
目的;真正地实现医院的无纸办公、无胶片办公，减少医生的工作量。为此，
为了提高电子病历系统的整体效率，本文在设计并实现基于XML的电子病历系
统的同时，着重研究了基于XML的病历数据的显示、存储、组织和交换问题。
1.4研究意义和内容
随着医疗行业信息化的逐步深入，电子病历越来越得到重视和广泛应用。
医疗过程的复杂性决定了电子病历必然是一个层次关系复杂的数据集合，在数
据结构上具有较明显的多维特性。因此电子病历数据存储结构的设计成为开发
者面临的挑战。
基于边表的存储策略所建立的表非常庞大，大大增加了存储的空间;由于
电子病历的属性较多，基于属性的存储所建立的表的数量较大，影响查询速度;
基于数据类型的策略建立的表中具有大量的空值，浪费了存储的空间，该策略
的改进方法又不利于查询。
本文提出一种新的存储策略—结点属性分离策略，该策略建立两个表，第
一个表用于存储电子病历的所有属性值对，即属性所有的可能值，这个表可用
于所有同一格式的电子病历，也就是说，同一类型的电子病历只需要一个这样
的表即可，表的字段为:vazueTable(Attribute，Value，Data)，其中Attribute
为电子病历的叶属性，Value为属性值，Data为属性值所对应的真正内容。第
二个表为电子病历的树结构表，用于记录一份电子病历的结构和内容，一份电
子病历对应一个表，表中的每一项对应一个结点，所有的结点编有一个唯一的
ID号。
(1)从查询的角度看，结点属性分离策略可以在任何属性上建立查询，也
可在任何属性值上建立查询，查询速度远比其他策略要快;
(2)从存储空间的角度看，结点属性分离策略把属性内容统一到一个属性
值对表中，在电子病历的内容表中只需使用很少的存储空间存储属性值，大大
减少了存储空间;
(3)从更新的角度看，结点属性分离策略在表中的Sequence字段记录相
对位置，更新电子病历的结点时只需修改该结点及其弟弟的Sequence值，需要
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更新的结点少，效率高;
本文总结和分析了当前的XML技术与现有的电子病历系统，并对其文档结
构与核心技术进行了详细的阐述。接着详细的阐述了基于XML的电子病历系统
以及它与现有的数据库技术的结合，通过详细的分析了基于XML的电子病历系
统，提炼出病历数据的采集、存储、显示、描述、交换和安全等六个方面的功
能和性能需求，提出了基于XML的电子病历系统的三层体系结构，并对各主要
子系统进行了分析、设计和实现。最后对XML数据现有的存储模型与映射策略
进行了总结与分析，提出了一种新的映射策略—结点属性分离策略，该策略
在查询、存储、更新等方面都比其他策略更有优势。
基于XML的电子病历的存储研究有助于提高医疗质量，可以降低医疗成本，
可减轻医生繁重的书写工作，提高诊治水平。使远程会诊成为可能，在医学上
中对群体健康及其研究有着重要的作用。
1.5论文内容的组织结构
本文将分六章对基于XML的电子病历数据存取策略问题进行了研究探讨，论
文的组织结构如下:
第一章阐述了本课题的研究背景及其意义，并对当前国内外的研究发展状况
进行了深入的分析和研究。
第二章对电子病历及XML语言的相关问题进行了详细的阐述和深入的研究，
详细的描述了基于XML的电子病历的优缺点以及目前在存取策略等方面存在的
问题，为电子病历数据存取策略的进一步探究奠定了基础。
第三章详尽的介绍了电子病历数据常见的几种存储模型，并分析了各自的优
缺点。
第四章介绍了目前常见的几种电子病历数据映射策略，并对他们的优缺点进
行了深入的分析和研究，提出了一种基于XML的结点属性分离的映射策略。
第五章提出了基于XML的电子病历的总统设计框架，并对各个模块进行了详
尽的阐述、分析和设计。
第六章对全文作了总结，并分析了课题中的不足之处，指出今后研究的方
向。
工程硕士学位论文第二章基于XML的电子病历系统
第二章基于XML的电子病历系统
2.1电子病历简介
电子病历是指计算机化的病历〔引〔明，它的内容包括纸张病历的所有信息，不
仅指静态病历信息，还包括提供的相关服务。电子病历系统是支持电子病历的一
套软硬件系统〔“〕〔l2j，能实现病人信息的采集、加工、存储、传输、服务等〔‘3〕。EMR
并不是将现有纸质病历简单的计算机化，还包括患者病历的原有内容，并且反映
了患者医疗就诊的整个过程，储存了患者全部的医疗信息，包括病史、各种检验
检查和影像资料，是对个人医疗信息及其相关处理过程综合化的体现。既有结构
化信息，也有非结构化的自由文本，还有图形图像信息。美国国立医学研究所将
电子病历定义为:基于一个特定系统的电子化病人记录，该系统提供用户访问完
整准确的数据、警告、提示和临床决策支持系统的能力。
一电子病历的种类
EMR大致可分为门急诊电子病历、住院电子病历、个人电子病历、社区电子
病历和远程医疗电子病历等。
(1)门急诊电子病历:该病历主要满足门急诊需要，是病人复诊和医师随
访的重要依据。它的内容包含门急诊就诊的全部内容，即病程记录、化验及检查
等。
(2)住院电子病历:该病历包含完整病历的全部内容，包括病史首页、入
院记录、病程记录、化验和检查资料等。主要方便医师调用，进行统计分析。
(3)个人电子病历:该病历是每个人从出生到死亡的病历资料的一记载，
包括不同医院就诊，不同诊所就医的个体内容。其内容包括健康资料、预防资料、
「〕急诊就诊资料和住院出院小结(附重要检查资料)等。此种病例能在各医院间通
迅，方便远程就医。
(4)社区电子病历:该病历是在社区范围内，社区医疗机构对每个人的预
防、保健、医疗资料的集成。既可以竹为一个医疗机构的形式，储存自己的电子
病历，又可以作为社区范围内个人电子病例的综合储存机构。
(5)远程医疗电子病历:该病历为远程医疗会珍或咨询需要所用，包括病史
资料、影像资料、会诊意见等，能通过各种途径传输。
二.电子病历的功能特点:
(l)信息记录多媒体化
电子病历不仅可记录纸病历的全部内容，还可记录CT、MRI、X线、超声等
影像图片、声像动态等，使医护人员在阅读病历时更加直观和全面，保证了医疗
信息的完整性。同时在电子病历未正式得到法律承认前，机载病历和文字(打印)
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资源大小：3.69 MB 
