[논문 리뷰] Application of HL7 FHIR in a Microservice Architecture for Patient Navigation on Registration and Appointments

Giovani Nícolas Bettoni, Thafarel Camargo Lobo외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 12.

Software System Performance and Reliability참고 문헌 22인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 환자 내비게이션(PN) 시스템에서 상호운용성 있는 환자 등록 및 예약 스케줄링을 가능하게 하기 위해 HL7 FHIR를 사용하는 마이크로서비스 아키텍처를 제안한다. 전자 의무기록(EHR) 기능을 독립적이고 FHIR 기반의 마이크로서비스로 분해하고, RESTful API를 통해 통신함으로써, 기존의 레거시 단일 애플리케이션 기반 EHR 시스템과도 상호운용 가능한 확장성 있고 유지보수 용이한 데이터 교환을 구현한 프로토타입을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 단일 애플리케이션 기반 EHR 시스템의 한계를 극복하여 환자 내비게이션(PN)을 지원하는 데 있어 확장성과 상호운용성을 향상시키기 위해.
• HL7 FHIR를 마이크로서비스 기반 EHR 아키텍처 내에서 데이터 교환 표준으로 사용할 수 있는지의 타당성을 평가하기 위해.
• 환자 등록 및 예약 스케줄링을 핵심 구성 요소로 삼아 PN 워크플로우를 시뮬레이션하는 프로토타입을 설계하고 구현하기 위해.
• FHIR 자원과 REST API를 사용하여 마이크로서비스 간의 동기식 통신을 구현하기 위해.
• 향후 비동기 이벤트 기반 아키텍처 및 프로덕션 수준의 EHR 시스템과의 통합을 위한 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 환자 및 예약 관리 전용 서비스를 포함하는 마이크로서비스 생태계로 아키텍처화되었으며, 각 서비스는 FHIR R4 자원을 구현한다.
• 핵심 문제를 모듈화하기 위해 차체 패턴(Chassis Pattern)을 사용하여 로깅, 스프링 MVC, 웹, 데이터 액세스, FHIR 자원 처리를 포함한다.
• 마이크로서비스 간 및 외부 시스템 간의 동기식 통신을 위해 RESTful HTTP API를 사용하였으며, HAPI FHIR 샌드박스 서버를 포함한다.
• Patient 및 Appointment와 같은 FHIR 자원을 명시적으로 모델링하고, 표준화된 엔드포인트를 통해 JSON 형식으로 노출한다.
• 프론트엔드 인터페이스를 통해 환자 등록, 예약 스케줄링, 데이터 검색에 대한 사용자 상호작용을 가능하게 하여 내비게이터의 역할을 시뮬레이션한다.
• 기존의 FHIR 호환 시스템과의 상호운용성을 검증하기 위해 표준 HAPI FHIR 서버와의 데이터 교환을 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HL7 FHIR 기반 마이크로서비스 아키텍처가 EHR 시스템 내에서 환자 내비게이션 워크플로우를 효과적으로 지원할 수 있는가?
• RQ2 FHIR 호환 마이크로서비스는 동기식 REST API를 통해 현대적 및 레거시 EHR 시스템과 얼마나 잘 상호운용되는가?
• RQ3 실제 임상 환경에서 EHR 데이터 교환을 위한 FHIR 기반 마이크로서비스를 설계하고 구현할 때 발생하는 실용적 과제는 무엇인가?
• RQ4 단일 애플리케이션 기반 EHR에 비해 이 아키텍처가 확장성, 내성성, 유지보수성 측면에서 얼마나 향상되는가?
• RQ5 마이크로서비스 환경에서 명시적 FHIR 자원 모델링과 REST 통신을 사용할 경우 향후 EHR 시스템의 진화에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 프로토타입은 FHIR 호환 마이크로서비스와 HAPI FHIR 샌드박스 서버 간의 동기식 통신을 성공적으로 시연하여, 환자 등록 및 예약 스케줄링을 위한 데이터 교환의 타당성을 입증하였다.
• 마이크로서비스 아키텍처는 각 서비스가 자체 데이터와 로직을 관리함으로써 명확한 책임 분리가 가능하게 하여 유지보수성과 확장성 향상을 이룩하였다.
• HL7 FHIR를 표준 데이터 모델로 사용함으로써 기존의 FHIR 호환 시스템, 레거시 EHR 포함하여 원활한 통합이 가능했다.
• 실제 PN 워크플로우를 시뮬레이션하는 데 있어 실현 가능성이 입증되었으며, 환자 및 예약 레코드의 성공적 생성(201 Created) 및 조회(200 OK)가 이루어졌다.
• 마이크로서비스 경계의 이해 어려움과 실용적인 학술 자료 부족 문제를 식별하였으며, 이는 향후 교육 자료의 확대 필요성을 시사한다.
• 보안 조치는 구현되지 않았지만, 저자들은 생산 환경에서의 필요성을 인정하고, ISO/IEC 27000 및 ISO 27799:2016와 같은 표준 준수를 권장한다.