基于TOGAF的遠程醫療服務平臺架構研究

賈倉倉，顧 海，胡廣偉，吳 迪，顧淑燕

1南京大學衛生政策與管理研究中心，江蘇南京，210093；2南京大學信息管理學院，江蘇南京，210093

上世紀50年代“遠程醫療”概念在美國提出以來，學術界從基本概念、信息系統、運營體系等方面對遠程醫療進行了研究[1]。遠程醫療是基于醫學知識和通信技術的深度融合而形成的醫療保健模式[2]，它能夠促進優質醫療資源借網絡輻射到醫療服務水平較低的地區，實現醫療資源配置的帕累托改進[3]，提升醫療系統公平性[4]。

遠程醫療服務平臺是推進遠程醫療發展的關鍵技術以及支撐和聯接眾多利益方的重要信息樞紐，它以計算機為載體，綜合運用多媒體、數據壓縮和網絡通信等IT技術[5]，對遠程醫療活動中所產生的音頻、視頻、圖像等資料進行雙向傳輸[6]。遠程醫療服務平臺建設是一項復雜的系統工程[7]，作為一種跨學科集成、多平臺聯動、多主體共用、面向基層和個人提供醫療服務的信息系統，遠程醫療服務平臺需具備良好的可擴展性、開放性、實用性、友好性和安全性。推進遠程醫療服務平臺的建設與應用是我國醫療機構信息化工程的重要內容，目前我國遠程醫療服務平臺建設已經度過了局域性研究適用階段，目前正處于區域性集團化應用階段，并將向跨區域性一體化協同應用階段過渡。然而在當前階段，我國遠程醫療服務平臺建設仍面臨著許多難點，各地區的信息平臺建設存在技術規范不統一、數據交互標準不一致等問題，導致平臺難以與醫院HIS系統(如PACS系統、EMRS系統、LIS系統與RIS系統等)、醫療信息化平臺(如區域衛生信息平臺、醫保平臺等)和相關醫療設備實現數據交互，使得各地區的遠程醫療服務平臺成為“信息孤島”，制約著遠程醫療在我國的深入應用。因此，亟需從頂層設計上構建一個能夠適應環境變化并支持可持續發展的動態模型，以指導我國遠程醫療服務平臺的建設與應用。

架構框架是指導信息系統建設與應用的重要標準，是提高業務能力實現業務遠景的頂層設計。目前許多國際組織都發布了自己的架構框架，但重心更多是放在底層信息平臺設計上，沒有考慮到戰略目標層面的內容[8]。作為一種強調逐步迭代細化的架構開發論， 開放組體系架構框架(the open group architecture framework，TOGAF)在開發架構框架時遵循戰略目標導向、業務流程驅動、信息平臺與技術層實施的解決方案[9]并且在架構開放性與靈活性、流程全面性、支持面向服務的架構能力以及供應商的中立性等方面具有明顯優勢，落地實施成功的案例也比較多，因此本文選擇基于TOGAF探討我國遠程醫療服務平臺功能實現架構，以期為后續的平臺建設與應用提供參考。

1 TOGAF概述

1.1 TOGAF概念與框架

1995年在美國國防部信息管理技術架構的基礎上，開放組架構論壇的300多家會員單位基于任務和項目迭代過程模型驅動，開發出一種支持自頂層而下的架構開發論TOGAF。TOGAF一經推出，就受到了國際主流廠商(IBM、HP、SUN等)的認可與推動，如今已經成為企業信息架構的主流框架標準，國際上的絕大多數企業正在使用或已經使用過TOGAF建模企業架構[10]。近年來國內有文獻從理論方面探討將TOGAF應用于企業信息化[11]、交通運輸數據中心[12]、電子政務[13]、智慧檔案館等領域[14]。作為一個開放和標準化的架構框架，TOGAF主要由架構能力框架、架構開發方法、架構內容框架、企業連續系列和工具等構件組成。圖1展示了TOGAF內部各構件之間的邏輯關系。

①架構能力框架：一方面是自頂層而下基于能力的大小、結構與文化衡量架構開發能力，為架構角色設定目標、關鍵績效指標、計劃與預算；另一方面是自底層而上根據業務能力驅動架構能力成熟，確保業務遠景實現。②架構開發方法：在架構能力框架的基礎上，描述架構框架設計、架構內容開發、過渡與治理架構實現等平臺架構的具體開發方法。③架構內容框架：描述TOGAF的結構化元模型、構建塊和典型可交付物等。④企業連續系列和工具：運用適當的方法和工具存儲架構開發活動的結果。

圖1 TOGAF內部各架構的邏輯關系

1.2 TOGAF的架構領域

按照模型驅動開發理論，TOGAF支持業務架構、應用架構、數據架構與技術架構四層相關的信息平臺架構領域。①業務架構：將抽象的業務遠景通過整理、集合、優化等措施轉換為具體可操作的業務模型；指出業務模型應以何種方式運作才能實現業務遠景。②應用架構：描述各應用平臺的規劃、交互以及與核心業務流程和管理對象的關系。③數據架構：描述邏輯、物理數據資產及管理數據資源的結構，并構建關鍵信息流模型來表達業務的輸入與輸出信息。④技術架構：描述為支撐業務、應用和數據服務部署所需要的邏輯軟件和硬件能力，包括中間件技術、通信網絡、處理與標準等。

2 基于TOGAF的遠程醫療服務平臺構建

2.1 遠程醫療服務平臺架構設計思路

具體的設計思路是：基于目標驅動法，首先構建遠程醫療服務平臺的功能實現架構，然后再具體規劃與深入分析各架構領域的結構與功能，并探討各架構領域的軟件與硬件支撐以及相應的IT基礎設施等。

2.2 遠程醫療服務平臺的功能實現架構

功能實現架構旨在從整體上把握系統的業務、應用、數據與技術等服務部署的關鍵內容，以及厘清系統涉及的終端、通信、模型與接口等要素的邏輯關系。作為一種目標導向的架構開發論，在構建基于TOGAF的信息系統架構框架時，需要首先明確系統建設目標。我國遠程醫療服務平臺的建設目標是依托全國各大醫療機構的先進醫學技術和通信運營商提供的物聯網、云計算、人工智能等技術，建立涵蓋遠程醫療業務的服務技術體系、運行維護(以下簡稱“運維”)服務體系和監管體系的一體化網絡信息平臺，為組織開展相應領域的遠程醫療活動提供全面、可靠和及時的數據支持。據此構建如圖2所示的我國遠程醫療服務平臺功能實現架構，主要包含八層結構和兩大體系。

各層結構分析。①用戶層：平臺使用對象，包括患者、醫學專家、服務運營人員、運維管理人員和行政監管人員。②接入層：平臺接入方式，如Web、手機客戶端、交互式網絡電視和電話撥入系統。③業務應用層：在業務中間層的基礎上，平臺向用戶提供各種應用和服務，包括服務技術平臺、運維管理平臺和監管平臺。④業務中間層：一方面提供報表、搜索引擎和工作流等各種服務來滿足平臺的基本業務功能；另一方面提供應用構件的開發、部署、運行和管理功能。⑤技術支撐層：基于J2EE開發平臺，利用面向對象的Java語言進行編程來實現業務中間層的各項服務與功能，并且還要保證集成平臺本身及其所創建的服務、業務流程應用能夠跨平臺部署與運行。⑥數據中心層：對平臺所產生的數據信息進行存儲、調度、備份、長期保存等。⑦操作系統層：能夠實現平臺與Windows、Android、iOS等操作系統的兼容。⑧基礎設施層：是平臺功能實現架構的最底層，負責為平臺提供軟件(如中間件、數據庫軟件等)、硬件(如統一視訊平臺、服務與虛擬化等)、數據中心機房、網絡與通信系統等。

各體系功能分析。①標準規范體系：通過建立完善的數據信息交換、業務應用支撐和網絡安全技術等標準規范體系，保證數據信息在傳輸環節中的完整、準確、規范與可靠，從而實現平臺的技術規范、數據交互標準統一與獨立開放[15]。②安全保障體系：目的是保證平臺的物理、網絡與數據安全，可以通過訪問權限控制、數據庫加密、系統審計等技術來實現。

從二者的關系來看，各層結構是平臺的必要組成部分；兩大體系是用于保證各地區的平臺能夠實現互聯互通與應用安全。下文根據圖2縱向演變為對具體的架構領域進行研究，并分析各架構領域的結構與功能。

圖2 遠程醫療服務平臺的功能實現架構

2.3 遠程醫療服務平臺的業務架構

按照業務功能構建業務架構，可以更加清晰地呈現出平臺內部的組織與邏輯關系。根據建設目標，我國遠程醫療服務平臺的業務功能可以被分解為服務技術、運維管理和監管3種。接下來探討不同業務功能的內涵及彼此交互的邏輯關系，從而加深用戶理解不同業務功能的覆蓋情況和相應業務內容的細分。

①服務技術功能：各地區的醫療機構及醫學專家利用平臺開展遠程醫療服務，是平臺的核心業務功能。根據業務層次，可以將遠程醫療的業務領域劃分為基本業務、高端業務和延伸業務3大業務子領域。②運維管理功能：運維管理人員從資源管理、業務支撐、運行維護和安全保障等方面支撐平臺的平穩與高效運行，并保障服務技術功能和監管功能的正常開展。③監管功能：遠程醫療服務與資源監管中心的人員(行政監管人員)，運用行政權力對平臺運行情況進行監督管理，并保障服務技術和運維管理功能的規范開展。

這3種功能相互交織、彼此配合，滿足眾多利益方的多層次功能需求。根據3大業務功能之間彼此交互的邏輯關系，構建如圖3所示的遠程醫療服務平臺業務架構。

圖3 遠程醫療服務平臺的業務架構

2.4 遠程醫療服務平臺的應用架構

遠程醫療服務平臺在實際運營過程中涉及到的眾多利益主體，包括就診者、各級醫療機構服務站點、第三方軟件供應商、遠程醫療服務與資源監管中心，所以平臺用戶主要包括患者、醫學專家、服務運營人員、運維管理人員和行政監管人員。

用戶需求分析。①患者：需求方，存在醫療服務需求，包括尋求專家會診、在家就診、看護等，是平臺的最終服務對象。②醫學專家：提供方，對患者提供診斷、院后隨訪等服務。另外，醫學專家也可以借助平臺參加跨地域的醫學專業知識交流活動。③服務運營人員：安排方，負責遠程醫療業務的日常管理、醫療機構及醫學專家的協調工作、醫療資源調配與安排，并及時傳達給患者、醫療機構及醫學專家。④運維管理人員：運維方，對平臺軟硬件(如遠程醫療服務器、數據中心)及IT基礎設施等進行統一的運維和管理。⑤行政監管人員：監管方，對平臺日常運行、業務開展、醫療機構的財務狀況和醫療資源調配等進行監督管理。

基于業務架構(圖3)和用戶需求分析，在遠程醫療服務平臺應用架構的業務應用層構建服務技術平臺、運維管理平臺和監管平臺三個應用子平臺(圖4)，然后聯通各應用子平臺，以實現各應用子平臺之間的信息集成和數據共享。

應用子平臺功能分析。①服務技術平臺：與服務技術功能相對應，服務運營人員依托覆蓋全國的遠程醫療網絡實現供需信息匹配、資源與服務調配等功能，確?；颊?、醫療機構及醫學專家及時開展遠程醫療。②運維管理平臺：與運維管理功能相對應，運維管理人員對平臺軟硬件和IT基礎設施的統一運維和管理，保障平臺的正常運行。③監管平臺：與監管功能相對應，行政監管人員利用監管機制、制度、績效考核標準等對平臺運行情況進行監管，保障平臺建設與應用的規范開展。

2.5 遠程醫療服務平臺的數據架構

數據架構是指對平臺采集、整理、存儲、應用的數據信息進行總體架構的過程。應用分層化思想構建數據架構層次模型是一個可行選擇[16]。根據數據架構各層次之間的依賴關系，構建如圖5所示的遠程醫療服務平臺數據架構。

圖4 遠程醫療服務平臺的應用架構

各層結構與功能分析。①數據訪問層：提供數據訪問的接口或方式，如通過JDBC/ODBC直接訪問數據庫中的數據；通過Web服務、遠程過程調用(RPC)和Portal訪問數據。②數據服務層：基于數據模型對需要共享的核心數據(主數據)進行集中清洗和整合，在數據分析和挖掘的基礎上以服務的形式為眾多利益主體提供數據支持服務。③數據存儲層：對平臺所產生的數據進行存儲管理，包括存儲環境規劃、存儲架構設計、存儲管理設計、數據備份與恢復策略等內容。④數據安全層：基于數據的敏感性和重要性，對數據劃分安全等級，并根據不同的安全等級制定相應的保護原則和安全措施。⑤基礎支撐層：包括軟硬件環境支撐和數據標準等。在構建數據架構時，應選擇支持集群技術的數據庫管理軟件以及支持橫向擴展的硬件架構，保證數據架構的處理能力和擴展能力。

圖5 遠程醫療服務平臺的數據架構

2.6 遠程醫療服務平臺的技術架構

技術架構是指利用技術手段實現業務、應用和數據服務部署所需要的邏輯軟件和硬件能力而構建的底層IT技術基礎架構。根據圖3-5，構建如圖6所示的遠程醫療服務平臺技術架構。

①用戶顯示層：采用ASP、PHP、JSP等技術實現動態網頁服務端；采用Html、Flash、JavaScript、VBScript等技術實現靜態網頁客戶端。②業務應用層：采用面向對象的Java語言開發基于Web Service的各種服務和功能。③技術支撐層： J2EE體系平臺由一整套服務、應用程序接口和協議組成，還有XML、JTA、Security API等13種技術支撐J2EE體系平臺，對開發基于Web的多層應用提供了功能與技術支持，實現面向服務的架構開發。④數據訪問層：J2EE體系中數據庫訪問技術有JPA、EJB、Hibernate等。⑤數據庫平臺：提供業務數據、基礎數據和系統數據等數據資源。目前主流的關系型DBMS有Oracle、SQL Server、DB2等，其中Oracle在平臺兼容性、可移植性、可連接性等方面具有明顯優勢，因此平臺開發選擇Oracle。⑥操作系統：利用有關技術實現Windows、Android、Linux、iOS等操作系統與平臺的兼容。⑦物理硬件：提供硬件基礎設施，包括統一視訊平臺、遠程醫療呼叫中心、服務器與虛擬化等。

圖6 遠程醫療服務平臺的技術架構

3 結論

架構規劃是指導平臺建設與應用的重要標準，也是提高業務能力、實現業務遠景的頂層設計。本研究利用目標驅動法，基于TOGAF構建了我國遠程醫療服務平臺的功能實現架構，并構建了具體的業務、應用、數據和技術架構，探討了各架構領域的結構、功能以及平臺內部的組織與邏輯關系，筆者希望本研究能為我國遠程醫療服務平臺的建設與應用提供新的方法支持與技術參考。