[论文解读] 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 9

一句话总结

本文提出了一种基于HL7 FHIR的微服务架构，以在患者导航（PN）系统中实现可互操作的患者注册和预约调度。通过将电子健康记录（EHR）功能分解为独立的、符合FHIR标准的微服务，并通过RESTful API进行通信，该原型展示了即使在与传统单体式EHR系统互操作时，系统间也可实现可行、可扩展且可维护的数据交换。

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.

研究动机与目标

• 为解决单体式EHR系统在支持患者导航（PN）方面存在的可扩展性与互操作性局限。
• 评估在基于微服务的EHR架构中使用HL7 FHIR作为数据交换标准的可行性。
• 设计并实现一个原型，以患者注册和预约调度为核心组件，模拟患者导航工作流程。
• 展示通过FHIR资源和REST API实现微服务之间的同步通信。
• 为未来与异步事件驱动架构及生产级EHR系统的集成奠定基础。

提出的方法

• 系统被设计为一个微服务生态系统，包含专门用于患者和预约管理的服务，每个服务均实现FHIR R4资源。
• 采用机架模式（chassis pattern）来模块化处理核心关注点：日志记录、Spring MVC、Web、数据访问和FHIR资源处理。
• 使用RESTful HTTP API实现微服务与外部系统之间的同步通信，包括一个HAPI FHIR沙箱服务器。
• 明确地对FHIR资源（如Patient和Appointment）进行建模，并通过标准化端点以JSON格式暴露。
• 前端界面支持用户交互，用于患者注册、预约调度和数据检索，模拟导航员的角色。
• 通过与标准HAPI FHIR服务器进行数据交换测试，验证了与现有FHIR兼容系统的互操作性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于HL7 FHIR的微服务架构是否能有效支持EHR系统中的患者导航工作流程？
• RQ2 FHIR兼容的微服务通过同步REST API与现代及传统EHR系统之间的互操作性如何？
• RQ3 在真实临床场景中，设计和实现基于FHIR的微服务以实现EHR数据交换时面临哪些实际挑战？
• RQ4 与单体式EHR相比，该架构在可扩展性、弹性与可维护性方面提升了多少？
• RQ5 在微服务环境中，显式地使用FHIR资源建模和REST通信对EHR系统未来演进有何影响？

主要发现

• 原型成功展示了FHIR兼容微服务与HAPI FHIR沙箱服务器之间的同步通信，验证了患者注册和预约调度的数据交换能力。
• 微服务架构实现了清晰的关注点分离，每个服务独立管理其数据和逻辑，提升了可维护性与可扩展性。
• 使用HL7 FHIR作为标准数据模型，使得与现有FHIR兼容系统（包括传统EHR）的集成变得无缝。
• 实现证明了在模拟真实PN工作流程方面具有可行性，成功创建（201 Created）和检索（200 OK）了患者和预约记录。
• 本研究识别出在理解微服务边界方面存在显著挑战，且缺乏实用的学术资料，凸显了对更多教育性资源的需求。
• 尽管未实现安全措施，作者承认其在生产环境中的必要性，并建议遵循ISO/IEC 27000和ISO 27799:2016等标准。