基于TOGAF的远程医疗服务平台架构研究

贾仓仓，顾 海，胡广伟，吴 迪，顾淑燕

1南京大学卫生政策与管理研究中心，江苏南京，210093；2南京大学信息管理学院，江苏南京，210093

上世纪50年代“远程医疗”概念在美国提出以来，学术界从基本概念、信息系统、运营体系等方面对远程医疗进行了研究[1]。远程医疗是基于医学知识和通信技术的深度融合而形成的医疗保健模式[2]，它能够促进优质医疗资源借网络辐射到医疗服务水平较低的地区，实现医疗资源配置的帕累托改进[3]，提升医疗系统公平性[4]。

远程医疗服务平台是推进远程医疗发展的关键技术以及支撑和联接众多利益方的重要信息枢纽，它以计算机为载体，综合运用多媒体、数据压缩和网络通信等IT技术[5]，对远程医疗活动中所产生的音频、视频、图像等资料进行双向传输[6]。远程医疗服务平台建设是一项复杂的系统工程[7]，作为一种跨学科集成、多平台联动、多主体共用、面向基层和个人提供医疗服务的信息系统，远程医疗服务平台需具备良好的可扩展性、开放性、实用性、友好性和安全性。推进远程医疗服务平台的建设与应用是我国医疗机构信息化工程的重要内容，目前我国远程医疗服务平台建设已经度过了局域性研究适用阶段，目前正处于区域性集团化应用阶段，并将向跨区域性一体化协同应用阶段过渡。然而在当前阶段，我国远程医疗服务平台建设仍面临着许多难点，各地区的信息平台建设存在技术规范不统一、数据交互标准不一致等问题，导致平台难以与医院HIS系统(如PACS系统、EMRS系统、LIS系统与RIS系统等)、医疗信息化平台(如区域卫生信息平台、医保平台等)和相关医疗设备实现数据交互，使得各地区的远程医疗服务平台成为“信息孤岛”，制约着远程医疗在我国的深入应用。因此，亟需从顶层设计上构建一个能够适应环境变化并支持可持续发展的动态模型，以指导我国远程医疗服务平台的建设与应用。

架构框架是指导信息系统建设与应用的重要标准，是提高业务能力实现业务远景的顶层设计。目前许多国际组织都发布了自己的架构框架，但重心更多是放在底层信息平台设计上，没有考虑到战略目标层面的内容[8]。作为一种强调逐步迭代细化的架构开发论， 开放组体系架构框架(the open group architecture framework，TOGAF)在开发架构框架时遵循战略目标导向、业务流程驱动、信息平台与技术层实施的解决方案[9]并且在架构开放性与灵活性、流程全面性、支持面向服务的架构能力以及供应商的中立性等方面具有明显优势，落地实施成功的案例也比较多，因此本文选择基于TOGAF探讨我国远程医疗服务平台功能实现架构，以期为后续的平台建设与应用提供参考。

1 TOGAF概述

1.1 TOGAF概念与框架

1995年在美国国防部信息管理技术架构的基础上，开放组架构论坛的300多家会员单位基于任务和项目迭代过程模型驱动，开发出一种支持自顶层而下的架构开发论TOGAF。TOGAF一经推出，就受到了国际主流厂商(IBM、HP、SUN等)的认可与推动，如今已经成为企业信息架构的主流框架标准，国际上的绝大多数企业正在使用或已经使用过TOGAF建模企业架构[10]。近年来国内有文献从理论方面探讨将TOGAF应用于企业信息化[11]、交通运输数据中心[12]、电子政务[13]、智慧档案馆等领域[14]。作为一个开放和标准化的架构框架，TOGAF主要由架构能力框架、架构开发方法、架构内容框架、企业连续系列和工具等构件组成。图1展示了TOGAF内部各构件之间的逻辑关系。

①架构能力框架：一方面是自顶层而下基于能力的大小、结构与文化衡量架构开发能力，为架构角色设定目标、关键绩效指标、计划与预算；另一方面是自底层而上根据业务能力驱动架构能力成熟，确保业务远景实现。②架构开发方法：在架构能力框架的基础上，描述架构框架设计、架构内容开发、过渡与治理架构实现等平台架构的具体开发方法。③架构内容框架：描述TOGAF的结构化元模型、构建块和典型可交付物等。④企业连续系列和工具：运用适当的方法和工具存储架构开发活动的结果。

图1 TOGAF内部各架构的逻辑关系

1.2 TOGAF的架构领域

按照模型驱动开发理论，TOGAF支持业务架构、应用架构、数据架构与技术架构四层相关的信息平台架构领域。①业务架构：将抽象的业务远景通过整理、集合、优化等措施转换为具体可操作的业务模型；指出业务模型应以何种方式运作才能实现业务远景。②应用架构：描述各应用平台的规划、交互以及与核心业务流程和管理对象的关系。③数据架构：描述逻辑、物理数据资产及管理数据资源的结构，并构建关键信息流模型来表达业务的输入与输出信息。④技术架构：描述为支撑业务、应用和数据服务部署所需要的逻辑软件和硬件能力，包括中间件技术、通信网络、处理与标准等。

2 基于TOGAF的远程医疗服务平台构建

2.1 远程医疗服务平台架构设计思路

具体的设计思路是：基于目标驱动法，首先构建远程医疗服务平台的功能实现架构，然后再具体规划与深入分析各架构领域的结构与功能，并探讨各架构领域的软件与硬件支撑以及相应的IT基础设施等。

2.2 远程医疗服务平台的功能实现架构

功能实现架构旨在从整体上把握系统的业务、应用、数据与技术等服务部署的关键内容，以及厘清系统涉及的终端、通信、模型与接口等要素的逻辑关系。作为一种目标导向的架构开发论，在构建基于TOGAF的信息系统架构框架时，需要首先明确系统建设目标。我国远程医疗服务平台的建设目标是依托全国各大医疗机构的先进医学技术和通信运营商提供的物联网、云计算、人工智能等技术，建立涵盖远程医疗业务的服务技术体系、运行维护(以下简称“运维”)服务体系和监管体系的一体化网络信息平台，为组织开展相应领域的远程医疗活动提供全面、可靠和及时的数据支持。据此构建如图2所示的我国远程医疗服务平台功能实现架构，主要包含八层结构和两大体系。

各层结构分析。①用户层：平台使用对象，包括患者、医学专家、服务运营人员、运维管理人员和行政监管人员。②接入层：平台接入方式，如Web、手机客户端、交互式网络电视和电话拨入系统。③业务应用层：在业务中间层的基础上，平台向用户提供各种应用和服务，包括服务技术平台、运维管理平台和监管平台。④业务中间层：一方面提供报表、搜索引擎和工作流等各种服务来满足平台的基本业务功能；另一方面提供应用构件的开发、部署、运行和管理功能。⑤技术支撑层：基于J2EE开发平台，利用面向对象的Java语言进行编程来实现业务中间层的各项服务与功能，并且还要保证集成平台本身及其所创建的服务、业务流程应用能够跨平台部署与运行。⑥数据中心层：对平台所产生的数据信息进行存储、调度、备份、长期保存等。⑦操作系统层：能够实现平台与Windows、Android、iOS等操作系统的兼容。⑧基础设施层：是平台功能实现架构的最底层，负责为平台提供软件(如中间件、数据库软件等)、硬件(如统一视讯平台、服务与虚拟化等)、数据中心机房、网络与通信系统等。

各体系功能分析。①标准规范体系：通过建立完善的数据信息交换、业务应用支撑和网络安全技术等标准规范体系，保证数据信息在传输环节中的完整、准确、规范与可靠，从而实现平台的技术规范、数据交互标准统一与独立开放[15]。②安全保障体系：目的是保证平台的物理、网络与数据安全，可以通过访问权限控制、数据库加密、系统审计等技术来实现。

从二者的关系来看，各层结构是平台的必要组成部分；两大体系是用于保证各地区的平台能够实现互联互通与应用安全。下文根据图2纵向演变为对具体的架构领域进行研究，并分析各架构领域的结构与功能。

图2 远程医疗服务平台的功能实现架构

2.3 远程医疗服务平台的业务架构

按照业务功能构建业务架构，可以更加清晰地呈现出平台内部的组织与逻辑关系。根据建设目标，我国远程医疗服务平台的业务功能可以被分解为服务技术、运维管理和监管3种。接下来探讨不同业务功能的内涵及彼此交互的逻辑关系，从而加深用户理解不同业务功能的覆盖情况和相应业务内容的细分。

①服务技术功能：各地区的医疗机构及医学专家利用平台开展远程医疗服务，是平台的核心业务功能。根据业务层次，可以将远程医疗的业务领域划分为基本业务、高端业务和延伸业务3大业务子领域。②运维管理功能：运维管理人员从资源管理、业务支撑、运行维护和安全保障等方面支撑平台的平稳与高效运行，并保障服务技术功能和监管功能的正常开展。③监管功能：远程医疗服务与资源监管中心的人员(行政监管人员)，运用行政权力对平台运行情况进行监督管理，并保障服务技术和运维管理功能的规范开展。

这3种功能相互交织、彼此配合，满足众多利益方的多层次功能需求。根据3大业务功能之间彼此交互的逻辑关系，构建如图3所示的远程医疗服务平台业务架构。

图3 远程医疗服务平台的业务架构

2.4 远程医疗服务平台的应用架构

远程医疗服务平台在实际运营过程中涉及到的众多利益主体，包括就诊者、各级医疗机构服务站点、第三方软件供应商、远程医疗服务与资源监管中心，所以平台用户主要包括患者、医学专家、服务运营人员、运维管理人员和行政监管人员。

用户需求分析。①患者：需求方，存在医疗服务需求，包括寻求专家会诊、在家就诊、看护等，是平台的最终服务对象。②医学专家：提供方，对患者提供诊断、院后随访等服务。另外，医学专家也可以借助平台参加跨地域的医学专业知识交流活动。③服务运营人员：安排方，负责远程医疗业务的日常管理、医疗机构及医学专家的协调工作、医疗资源调配与安排，并及时传达给患者、医疗机构及医学专家。④运维管理人员：运维方，对平台软硬件(如远程医疗服务器、数据中心)及IT基础设施等进行统一的运维和管理。⑤行政监管人员：监管方，对平台日常运行、业务开展、医疗机构的财务状况和医疗资源调配等进行监督管理。

基于业务架构(图3)和用户需求分析，在远程医疗服务平台应用架构的业务应用层构建服务技术平台、运维管理平台和监管平台三个应用子平台(图4)，然后联通各应用子平台，以实现各应用子平台之间的信息集成和数据共享。

应用子平台功能分析。①服务技术平台：与服务技术功能相对应，服务运营人员依托覆盖全国的远程医疗网络实现供需信息匹配、资源与服务调配等功能，确保患者、医疗机构及医学专家及时开展远程医疗。②运维管理平台：与运维管理功能相对应，运维管理人员对平台软硬件和IT基础设施的统一运维和管理，保障平台的正常运行。③监管平台：与监管功能相对应，行政监管人员利用监管机制、制度、绩效考核标准等对平台运行情况进行监管，保障平台建设与应用的规范开展。

2.5 远程医疗服务平台的数据架构

数据架构是指对平台采集、整理、存储、应用的数据信息进行总体架构的过程。应用分层化思想构建数据架构层次模型是一个可行选择[16]。根据数据架构各层次之间的依赖关系，构建如图5所示的远程医疗服务平台数据架构。

图4 远程医疗服务平台的应用架构

各层结构与功能分析。①数据访问层：提供数据访问的接口或方式，如通过JDBC/ODBC直接访问数据库中的数据；通过Web服务、远程过程调用(RPC)和Portal访问数据。②数据服务层：基于数据模型对需要共享的核心数据(主数据)进行集中清洗和整合，在数据分析和挖掘的基础上以服务的形式为众多利益主体提供数据支持服务。③数据存储层：对平台所产生的数据进行存储管理，包括存储环境规划、存储架构设计、存储管理设计、数据备份与恢复策略等内容。④数据安全层：基于数据的敏感性和重要性，对数据划分安全等级，并根据不同的安全等级制定相应的保护原则和安全措施。⑤基础支撑层：包括软硬件环境支撑和数据标准等。在构建数据架构时，应选择支持集群技术的数据库管理软件以及支持横向扩展的硬件架构，保证数据架构的处理能力和扩展能力。

图5 远程医疗服务平台的数据架构

2.6 远程医疗服务平台的技术架构

技术架构是指利用技术手段实现业务、应用和数据服务部署所需要的逻辑软件和硬件能力而构建的底层IT技术基础架构。根据图3-5，构建如图6所示的远程医疗服务平台技术架构。

①用户显示层：采用ASP、PHP、JSP等技术实现动态网页服务端；采用Html、Flash、JavaScript、VBScript等技术实现静态网页客户端。②业务应用层：采用面向对象的Java语言开发基于Web Service的各种服务和功能。③技术支撑层： J2EE体系平台由一整套服务、应用程序接口和协议组成，还有XML、JTA、Security API等13种技术支撑J2EE体系平台，对开发基于Web的多层应用提供了功能与技术支持，实现面向服务的架构开发。④数据访问层：J2EE体系中数据库访问技术有JPA、EJB、Hibernate等。⑤数据库平台：提供业务数据、基础数据和系统数据等数据资源。目前主流的关系型DBMS有Oracle、SQL Server、DB2等，其中Oracle在平台兼容性、可移植性、可连接性等方面具有明显优势，因此平台开发选择Oracle。⑥操作系统：利用有关技术实现Windows、Android、Linux、iOS等操作系统与平台的兼容。⑦物理硬件：提供硬件基础设施，包括统一视讯平台、远程医疗呼叫中心、服务器与虚拟化等。

图6 远程医疗服务平台的技术架构

3 结论

架构规划是指导平台建设与应用的重要标准，也是提高业务能力、实现业务远景的顶层设计。本研究利用目标驱动法，基于TOGAF构建了我国远程医疗服务平台的功能实现架构，并构建了具体的业务、应用、数据和技术架构，探讨了各架构领域的结构、功能以及平台内部的组织与逻辑关系，笔者希望本研究能为我国远程医疗服务平台的建设与应用提供新的方法支持与技术参考。