[論文レビュー] Application of HL7 FHIR in a Microservice Architecture for Patient Navigation on Registration and Appointments

Giovani Nícolas Bettoni, Thafarel Camargo Lobo+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2021

Software System Performance and Reliability参考文献 22被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、患者ナビゲーション（PN）システムにおける相互運用可能な患者登録および予約スケジューリングを実現するため、HL7 FHIRを用いたマイクロサービスアーキテクチャを提案する。EHR機能を独立したFHIR準拠のマイクロサービスに分解し、RESTful APIを介して通信することで、このプロトタイプは、レガシなモノリシックEHRでさえも含め、システム間での実現可能でスケーラブルかつ保守可能なデータ交換を示している。

ABSTRACT

Electronic Health Record Systems (EHR-S) are commonly developed in monolithic architectures. This architectural style presents greater complexity and demands more effort when we think of interoperability. A solution proposal is the creation of Microservices that use HL7 FHIR as an interoperability strategy. In this sense, it is presented the development of a prototype, based on a microservices architecture, to act in a real scenario of Patient Navigation (PN). The problem was subdivided into 3 steps: definition of architecture, development and construction of an interface to simulate the role of the navigator. The Patient and Appointment microservices are capable of synchronous communication to query and record information. In general, the implemented architectural style not only isolates information domains but can receive data from multiple sources while maintaining essential functionality. This type of approach plays a crucial role in a hospital environment, specifically in PN, highlighting the importance of the standard and expanding the possibilities for further research to be conducted.

研究の動機と目的

• モノリシックEHRシステムの限界を克服し、スケーラビリティと相互運用性を向上させることで、患者ナビゲーション（PN）を支援する。
• HL7 FHIRをマイクロサービスベースのEHRアーキテクチャ内でのデータ交換標準として使用する実現可能性を評価すること。
• 患者登録および予約スケジューリングをコアコンponentsとして用いたPNワークフローをシミュレートするプロトタイプの設計および実装を行うこと。
• FHIRリソースとREST APIを用いてマイクロサービス間の同期通信を実証すること。
• 将来の非同期イベント駆動型アーキテクチャおよび本格的なEHRシステムとの統合の基盤を築くこと。

提案手法

• システムは、患者および予約管理のための専用サービスを備えたマイクロサービスエコシステムとしてアーキテクチャ設計されている。各サービスはFHIR R4リソースを実装している。
• コアな関心事（ログ記録、Spring MVC、Web、データアクセス、FHIRリソース処理）をモジュール化するために、チャッスパターンが用いられている。
• マイクロサービスおよび外部システム間の同期通信にRESTful HTTP APIが使用されており、HAPI FHIRサンドボックスサーバーも含む。
• PatientおよびAppointmentなどのFHIRリソースが明示的にモデル化され、JSONフォーマットで標準化されたエンドポイントを通じて公開されている。
• フロントエンドインターフェースにより、患者登録、予約スケジューリング、データ取得のためのユーザーインタラクションが可能となり、ナビゲーターの役割をシミュレートしている。
• 標準のHAPI FHIRサーバーとのデータ交換をテストすることで、既存のFHIR準拠システムとの相互運用性が検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HL7 FHIRに基づくマイクロサービスアーキテクチャは、EHRシステムにおける患者ナビゲーションワークフローを効果的に支援できるか？
• RQ2 FHIR準拠のマイクロサービスは、同期的なREST APIを介して、最新のEHRシステムおよびレガシなEHRシステムとどれほど良好に相互運用できるか？
• RQ3 実際の臨床現場におけるEHRデータ交換を目的としたFHIRベースのマイクロサービスの設計および実装において、実務的な課題は何か？
• RQ4 モノリシックEHRと比較して、このアーキテクチャはスケーラビリティ、レジリエンス、保守性をどの程度向上させるか？
• RQ5 マイクロサービス環境において、明示的なFHIRリソースモデル化とREST通信を採用することは、将来のEHRシステム進化にどのような意味を持つのか？

主な発見

• プロトタイプは、FHIR準拠のマイクロサービスとHAPI FHIRサンドボックスサーバーとの間で同期通信を成功裏に実証し、患者登録および予約スケジューリングのためのデータ交換が有効であることを検証した。
• マイクロサービスアーキテクチャにより、各サービスが自らのデータとロジックを管理する明確な責任の分離が実現され、保守性とスケーラビリティが向上した。
• HL7 FHIRを標準データモデルとして採用したことで、既存のFHIR準拠システム（レガシEHRを含む）とのシームレスな統合が可能になった。
• 実際のPNワークフローのシミュレーションにおいて実現可能であることが実証され、患者および予約レコードの作成（201 Created）および取得（200 OK）が正常に実行された。
• マイクロサービスの境界の理解や、実務的で実用的な学術的資料の不足が顕在化し、教育リソースの充実が強く求められるとされた。
• セキュリティ対策は実装されていなかったが、著者らは生産環境における必要性を認識しており、ISO/IEC 27000およびISO 27799:2016などの標準準拠を推奨している。