XML技术在电子病历中的应用
XML技术在电子病历中的应用
南京都昌信息科技有限公司
袁永福
2013-03-17
前言
无论是遵照卫生部的电子病历功能规范还是实际开发及应用，电子病历文档必须采用开放格式存储，而只采用封闭二进制格式是不与时俱进的。在各种可选的文档格式中，XML成为最优选择。本文就讨论XML技术在电子病历文档技术中的应用。
此外在业界已经有人使用XML文档描述电子病历文档，不过其XML格式五花八门，本文中笔者提出一种详细的XML规范，希望能抛砖引玉，促进业界形成实用的电子病历文档XML标准。
关键字
电子病历，XML，标准XSD架构
XML的基础地位
XML在电子病历开发和应用中处于基础地位。
开放文档格式
无论是遵照卫生部的电子病历功能规范还是实际开发及应用，电子病历文档必须采用开放格式存储，而只采用封闭二进制格式是不与时俱进的。
从宏观上看，电子病历乃至医疗信息化是整个社会信息化中的一小部分，社会信息化是一个整体目标，而电子病历、医疗信息化不能封闭而自成一体，而是需要和社会信息化的其他部分进行密切的交流，这不仅仅是数据接口的层面，而是核心功能的相互引用。
例如未来医改可能的一个趋势就是商业保险公司深度切入医疗过程。此时商业保险公司需要实时的获得详细的病历数据，可能包含一切数据，此时电子病历系统直接在底层选择开放存储格式显得很必要了。
比如目前的区域平台及公卫很火，各个厂家卖力的争夺各个省和地区公卫单子，各自为政。未来几年后，各个公卫系统会融合，文档存储和交换格式标准化就是融合的基础。
XML文档格式
开放文档格式有很多种，比如HTML、纯文本等等，RTF也勉强算一种，而DOC、ODT等文档格式由于是比较封闭的二进制格式，因此不能算是开放文档格式。在诸多开放文档格式中，谁也比不上XML。其理由有以下：
第一，XML的群众基础好。
XML已经成为最为常用的国际标准，所有的开发平台和技术都能很好的支持XML技术。中国社会信息化中几乎所有领域已经开始普及XML技术。不懂XML，都不好意思说自己是程序猿。XML成为电子病历系统跨业务领域的数据交流的首选技术了。
大家都知道电脑主板上的总线是很重要的，总线虽然未必完全符合CPU/GPU/内存/硬盘等各个专业领域的业务需求，但已经成为计算机系统的基础架构，各模块必须支持。而XML完全有能力成为各个信息化领域的总线，内部未必完全采用，但对外必须支持。
第二，XML得到各个IT巨头的支持。
IT巨头，特别是数据库巨头都投入巨大的精力在进行XML技术的研究，逐渐的将XML技术融合在关系型数据库中。站在这些巨人的肩膀上，使得快速处理海量XML文件成为可能。
反过来，若电子病历文件不是以XML格式存储，这些巨头们不大可能针对电子病历这个“小”领域而定制开发适合电子病历文档格式的数据存储和分析技术。脱离XML技术，电子病历行业也就无法利用巨头们在基础技术研究中获得的成果了。
第三，XML能很好的支持电子病历系统业务需求。
在笔者具体的实践中，采用DOM技术实现了全功能的电子病历文档，尚未遇到不能满足电子病历系统业务需求的情况，预计未来也会很少遇到。而DOM技术的抽象概念和XML技术的抽象概念是高度一致的，因此也就非常容易的实现了电子病历文档以XML格式进行存储。
另外XML技术的向上向下兼容性支持也是其他文件格式所少见的，而且各种特定格式的XML文件之间的转换也是低成本和高效率的。
第四，XML文档很适合文件的长期存储。
病历文档是需要长期存储几十年上百年的。在长期的存储过程中，存储介质不能避免的出现损坏，都有数据存储时间极限。
比如传统机械硬盘盘面上的数据只能存30年，之后由于机械故障及磁场衰减而出现数据丢失。
光盘数据存储的时间更短，毕竟光盘在物理上不是晶体，只是一种非常粘稠的液体，分子结构不稳定，稍微遇热就容易变形，而且材料很容易被空气中的氧气所侵蚀氧化，因此常用的光盘数据只能保存几年而已。高端光盘能保存十几年，但成本比较高。
大批量数据备份可采用磁带存储数据。理想情况下磁带能也只能保存几十年的数据，而且实际上磁带容易遭受空气中氧气、水分和霉菌的侵蚀破坏，因此存储时间也打折扣。
人类曾经制造过号称能保存数据长达亿年的光盘，那就是太空探索飞船旅行者号携带的镀金铜质光盘。由于金和铜都是晶体，分子结构非常稳定，基本上可以说是能永久保存数据，而且这个光盘一直保存在星际空间这种高度真空环境中，没有氧气、水和霉菌的污染，而且不受外界磁场的影响，因此非常稳定。不过这种光盘成本高，无法普及。【参考1】
由于当前普及的数据存储技术不能满足病历数据长期存储的需要，这些数据存储介质历经时间的沧桑，必然出现一些损坏，从而导致数据丢失。此时若采用专用的格式，特别是二进制格式，少数几个字节的损坏就会导致整个文档的不可还原的损坏而丢弃。
而XML文件是自我描述的，存在不小的冗余，当文件数据发生部分损坏时，还是存在很大的可能性进行修复，其内容片段仍然可以读取的。因此当电子病历文档以XML的格式存储，虽然经过很长的时间，部分数据丢失，但其中的信息还是能幸存下很多的。
更进一步的，XML文件在存储文本数据时可以采用实体模式，这样能增加文本数据的修复概率。
例如对于文本“袁永福的电子病历”，若采用UNICODE编码，其16进制编码为“81 88 38 6C 8F 79 84 76 35 75 50 5B C5 75 86 53”，若某些字节数据损坏，比如第一个字节丢失，其可辨认的16进制编码为“88 38 6C 8F 79 84 76 35 75 50 5B C5 75 86 53”，则以UNICDE格式读取的文本就成为“㢈转葹㕶偵앛虵”，这就是不可识别的乱码了。
如果采用XML实体模式存储这几个文字，则保存为“袁永福的电子病历”，若某些字节数据损坏，例如变成“&#x??1;永福的电子病历”，则这段受损的数据仍然可以准确的辨认出文本“永福的电子病历”，这样就能实现数据的最大程度的恢复。
综上所述，电子病历文档XML化是一个趋势。趋势是一个很霸道的东西，体现了众生的意志，某个具体的公司和利益集团无论多么的强大，也无法阻挡趋势，反而会被趋势所践踏。
电子病历的用户，包括医生、医院院长、卫生系统的官员等等不擅长IT技术，未必能理解这个趋势，但作为电子病历系统的软件开发商，必须认识到这个趋势，并顺应这个趋势，好好学习和利用XML技术。
电子病历文档标准功能
笔者认为，电子病历文档不仅仅用于医生书写病历，还可以应用于护理文书、检查检验报告等多种医疗文书的编辑、显示和打印中，甚至可以说将报表功能也包含在其中，凡是可以打印的都可以说是广义上的电子病历文档。从这个方面上延伸，笔者认为电子病历系统和数字化医院系统的界限不必清晰。
由于电子病历文档需要满足很多种情况下的功能需求，功能范围比较广，因此实用的电子病历文档具有两个层次：一，样式文档；二，电子病历业务数据。结合卫生部的电子病历系统功能规范，电子病历文档应当实现如下的标准功能：
样式文档
- 文字编辑：可自由输入文字，可设置文字的字体名称、大小、粗体、斜体、下划线、删除线样式。可设置文字的颜色和背景色。
- 图片：可插入图片，图片和文字混排，能手动拖拽设置图片的宽度和高度，能保持图片的宽度高度比例。图片的图像数据可保持在文档中，也可链接引用其他地方的图像数据。能设置文字围绕模式。支持替换文字。
- 段落：可设置段落的行间距、段前间距、段后间距。可设置段落的首行缩进和整体缩进量。可设置多种段落列表头显示样式。
- 表格：支持单元格的横向合并和纵向合并。支持表格单元格内部的图文混排，支持表格套嵌表格。支持鼠标拖拽表格线来设置表格列的宽度和表格行的高度。支持设置每页都显示的标题行。支持表格单元格边框线的设置和背景颜色的设置。支持单元格斜线。
- 页眉页脚：支持设置页眉页脚，其内容和正文一样编辑和排版。能插入页码元素。
- 排版：支持文档，能设置文档节的边框和背景。支持使用分页符进行强制分页。
- 操作：支持OLE拖拽插入数据，支持和其他程序的复制、粘贴，支持重做和撤销操作。支持鼠标和键盘拖拽选择文档的部分内容。
- 打印：支持页面设置，支持文档的打印，支持打印预览。支持多个文档在一个界面中预览和打印。
- 开发：支持B/S和C/S开发。这不是规范所规定的，但却是实际应用必须满足的条件。特别的对于B/S开发，要求相关的客户端软件组件文件短小精悍，建议不超过10MB。
- 痕迹保留：支持痕迹保留，用户对文档中的内容的新增、修改和删除都能产生痕迹信息并保留在文档中，痕迹信息包括操作员的名称、时间、操作类型和操作的文档内容。痕迹信息能在用户界面上展现出来。
- 权限控制：支持多级权限控制，每个用户可以分配不同的权限等级。高权限等级的用户能修改和删除低权限等级的文档内容；低权限等级的用户无法修改和删除高权限等级的文档内容，只能看，不能改。
- 半结构化：支持半结构化文档的录入和存储。文档中关键区域被标记出来，而且对用户的文本自由录入的影响很小。
- 输入域：支持在文档中插入输入域，输入域可以设置背景文本、固定宽度、数据录入方式、数据校验格式等信息。
- 知识库：支持加载知识库，知识库中以树状结构组织了多个知识库节点，节点可以采用可选内容列表，也可以链接引用到模板中。知识库的内容可以动态的来自其他程序模块或数据库。
- 数据源绑定：文本输入域能绑定数据源。应用程序能传递数据源来批量的修改文档中输入域中的内容。
- 级联模板：通过设置输入域的动作表达式就能实现级联模板的功能。
- 医学表达式：支持各种常用的医学表达式。
- 图片标注：能在位图或矢量图上添加标注。标注信息可以再次编辑，可以删除。
- 网格线：支持整个文档的网格线。对于护理记录，需要支持单元格中设置网格线。
- 继续打印：支持断点继续打印。同时支持手动及自动设置继续打印的位置。
- 整洁打印：支持不带有痕迹信息的整洁打印。
- 文件格式：必须支持XML格式，建议可导出HTML/PDF等开放格式。
电子病历业务数据
在实际开发中，完全实现上述标准功能还是不容易的，不过这也是各个电子病历厂家努力的方向。
电子病历文档标准XML架构
业界有些人开始采用XML格式存储电子病历文档数据，不过具体的XML格式五花八门，HL7和CDA格式的XML很适合用于病历数据的交换，但主要用于描述数据，在描述文档样式、用户痕迹等信息还是有些麻烦。因此在实践中，应用系统本地存储中采用特定的XML格式，执行数据交换时采用通用的XML格式。
针对电子病历文档业务，笔者提出一种详细的XML规范，希望能抛砖引玉，促进业界形成实用的电子病历文档XML标准。其XSD代码可参看本文档的附录。以下是符合这种架构的XML文档范例：
在这个XML文档中，XML结构大致可以分为四个部分：
第一部分：正文部分，这个部分保存了文档中所有的病历数据部分，比如文本、图片、输入域、表格、段落符号等等。在这里每一个表示文档内容的XML元素都具有一个StyleIndex的属性值，这是一个整数数值，表示该元素引用的文档样式编号。
第二部分，文档信息部分，这部分包含了电子病历文档的一些基本信息。
第三部分，用户历史记录部分，这部分包含文档操作历史记录信息。列出了历史上修改并保存了该文档的用户名、姓名、权限等级、时间、相关说明文字等信息。这里有一个PermissionLevel元素指明了用户的权限等级，它是一个从0开始的 整数。数值越大，权限等级越大。高权限的用户能修改低权限的用户输入的内容，低权限的用户对高权限用户输入的内容只能看不能改。
第四部分，文档样式列表，列出了文档内容元素所使用的文档样式信息。比如字体样式、对齐样式、颜色等等。
可以看出对于这种XML架构，具有2个最显著的特点：
第一．样式信息集中管理。将文档中所有用到的样式信息编组，然后统一保存在样式列表中，而且文档内容元素使用SytleIndex属性值对样式组进行引用。这样做能大幅降低XML文档的大小。
例如对于文档中的“腹痛。”，理论上可以采用“<TextElement Underline="true" CreatorIndex="1">腹痛。</TextElement>”方式进行存储，实际上无论是存储还是编程实现上这样做都比较浪费存储资源。
第二．用户痕迹信息被视作一种文档样式设置。文档样式设置中包含了CreateIndex子元素，其数值表示文档内容的创建者历史信息编号；包含了DeleterIndex子元素，其数值表示文档内容的逻辑删除者历史信息编号。
例如对于XML片段“<TextElement StyleIndex="2">腹痛。</TextElement>”，它的StyleIndex属性值为2，据此可以在ContentStyles/Styles列表中找到XML片段“<Style Index="2"> <CreatorIndex>1</CreatorIndex> <Underline>true</Underline> </Style>”，可以获得UnderLine元素值为true，说明在用户界面上显示或打印这段文本时是具有下划线的；CreatorIndex元素值为1，系统可以进而在UserHistories元素下查找，可以获得XML片段
|
<History> <ID>li</ID> <Name>李医师</Name> <SavedTime>2012-11-15 9:30:13</SavedTime> <PermissionLevel>1</PermissionLevel> <Description>查房</Description> </History> |
这样就可以知道这段文本是李医师于2012年11月15日输入的，而且李医师的PermissionLevel为1，一般解释为中级医生权限。
有了这种电子病历文档XSD架构，完整功能的电子文档技术就能落地实现了。而且在开发数据接口时也很容易被转换为HL7或者CDA格式。
小结
本文探讨了在电子病历技术中XML技术的基础地位。包括为什么采用XML技术，如何采用XML技术，此外还提出了一种完整的电子病历文档标准的XSD架构。
参考
参考1. 百度百科，旅行者号探测器http://baike.baidu.com/view/38693.htm?fromId=392306】
附录
以下是完整的电子病历XML架构XSD代码
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!-- 电子病历文档XML架构定义V1.0 袁永福 --> <xs:schema elementFormDefault="qualified" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"> <!-- XML文档根节点 --> <xs:element name="DocumentElement" nillable="false" type="DocumentElement" /> <!-- 文档元素类型 --> <xs:complexType name="DocumentElement"> <xs:complexContent mixed="false"> <!-- 派生自ContainerElement --> <xs:extension base="ContainerElement"> <xs:sequence> <!-- 文档基本信息 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Info" type="DocumentInfo" /> <!-- 患者基本信息 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Patient" type="Patient" /> <!-- 用户操作日志信息列表 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="UserHistories" type="UserHistoryInfoCollection" /> <!-- 文档内容样式列表 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="ContentStyles" type="ContentStyleContainer" /> <!-- 页面设置 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="PageSettings" type="PageSettings" /> <!-- 文档正文纯文本内容 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" 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<xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="false" name="AutoFitPageSize" type="xs:boolean" /> <!-- 从纸张顶端到页眉顶端的距离 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="50" name="HeaderDistance" type="xs:int" /> <!-- 从页脚低端到纸张下边缘的距离 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="50" name="FooterDistance" type="xs:int" /> <!-- 自定义时的纸张宽度 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="827" name="PaperWidth" type="xs:int" /> <!-- 自定义时的纸张高度 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="1169" name="PaperHeight" type="xs:int" /> <!-- 左边距 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="100" name="LeftMargin" type="xs:int" /> <!-- 上边距 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="100" name="TopMargin" type="xs:int" /> <!-- 右边距 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="100" name="RightMargin" type="xs:int" /> <!-- 下边距 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="100" name="BottomMargin" type="xs:int" /> <!-- 是否横向打印 --> <xs:element minOccurs="0" 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<!-- 提示文本 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="ToolTip" type="xs:string" /> <!-- 数据源绑定信息 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="ValueBinding" type="DataBinding" /> <!-- 用户能否删除 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="false" name="Deleteable" type="xs:boolean" /> <!-- 组名 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="GroupName" type="xs:string" /> <!-- 复选框样式 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="CheckBox" name="ControlStyle" type="ButtonControlStyle" /> <!-- 勾选状态 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="false" name="Checked" type="xs:boolean" /> <!-- 按钮数据 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Value" type="xs:string" /> <!-- 动作表达式列表 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="EventExpressions" type="EventExpressionInfoCollection" /> <!-- 文本值 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Text" type="xs:string" /> </xs:sequence> </xs:extension> </xs:complexContent> </xs:complexType> <!-- 数据源绑定设置 --> <xs:complexType name="DataBinding"> <xs:sequence> <!-- 数据源名称 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="DataSource" type="xs:string" /> <!-- 格式化字符串 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="FormatString" type="xs:string" /> <!-- 绑定路径 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="BindingPath" type="xs:string" /> <!-- 自动更新数据源 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="false" name="AutoUpdate" type="xs:boolean" /> <!-- 数据源只读 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="true" name="Readonly" type="xs:boolean" /> </xs:sequence> </xs:complexType> <!-- 复选框样式 --> <xs:simpleType name="ButtonControlStyle"> <xs:restriction base="xs:string"> <!-- 复选框样式 --> <xs:enumeration value="CheckBox" /> <!-- 单选框样式 --> <xs:enumeration value="RadioBox" /> <!-- 按钮样式 --> <xs:enumeration value="Button" /> </xs:restriction> </xs:simpleType> <!-- 动作表达式列表 --> <xs:complexType name="EventExpressionInfoCollection"> <xs:sequence> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="unbounded" 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<!-- 表格元素 --> <xs:complexType name="TableElement"> <xs:complexContent mixed="false"> <xs:extension base="Element"> <xs:sequence> <!-- 表格列元素列表 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Columns" > <xs:complexType> <xs:sequence > <!-- 只能接受表格列元素 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="unbounded" name="Column" type="TableColumnElement" /> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> <!-- 表格行元素列表 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Rows" > <xs:complexType> <xs:sequence > <!-- 只能接受表格行元素 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="unbounded" name="Row" type="TableRowElement" /> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> </xs:sequence> <!-- 行数 --> <xs:attribute name="NumOfRows" type="xs:int" use="required" /> <!-- 列数 --> <xs:attribute name="NumOfColumns" type="xs:int" use="required" /> </xs:extension> </xs:complexContent> </xs:complexType> <!-- 表格列元素 --> <xs:complexType name="TableColumnElement"> <xs:complexContent mixed="false"> <xs:extension base="Element"> <xs:sequence> <!-- 宽度 --> <xs:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="Width" type="xs:float" /> </xs:sequence> </xs:extension> </xs:complexContent> </xs:complexType> <!-- 表格行元素 --> <xs:complexType name="TableRowElement"> <xs:complexContent mixed="false"> <xs:extension base="Element"> <xs:sequence> <!-- 指定的高度 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="0" name="SpecifyHeight" type="xs:float" /> <!-- 标题行样式 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="false" name="HeaderStyle" type="xs:boolean" /> <!-- 表格列信息列表 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Cells" > <xs:complexType> <xs:sequence > <!-- 只能接受表格单元格元素 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="unbounded" name="Cell" type="TableCellElement" /> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> </xs:sequence> </xs:extension> </xs:complexContent> </xs:complexType> <!-- 表格单元格元素 --> <xs:complexType name="TableCellElement"> <xs:complexContent mixed="false"> <xs:extension base="ContainerElement"> <xs:sequence> <!-- 标题 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Title" type="xs:string" /> <!-- 跨行数 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="1" name="RowSpan" type="xs:int" /> <!-- 跨列数 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="1" name="ColSpan" type="xs:int" /> </xs:sequence> </xs:extension> </xs:complexContent> </xs:complexType> <!-- 文档域对象 --> <xs:complexType name="FieldElement"> <xs:complexContent mixed="false"> <xs:extension base="ContainerElement"> <xs:sequence> <!-- 文本值 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="TextValue" type="xs:string" /> </xs:sequence> </xs:extension> </xs:complexContent> </xs:complexType> <!-- 输入域基础对象 --> <xs:complexType name="InputFieldBaseElement"> <xs:complexContent mixed="false"> <xs:extension base="FieldElement"> <xs:sequence> <!-- 指定宽度 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="0" name="SpecifyWidth" type="xs:float" /> <!-- 内容只读 --> <xs:element minOccurs="0" maxOccurs="1" default="false" name="Readonly" type="xs:boolean" /> 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posted on 2013-04-14 23:01 袁永福 电子病历，医疗信息化 阅读(3244) 评论(3) 编辑 收藏 举报
