医疗服务质量的提高、医疗服务费用的降低乃至医学的进步和发展越来越依赖于对医疗数据的有效利用,医疗信息的语义互操作是有效利用分散及异构的医疗数据的基础,目前已经成为医疗数据科学的重要问题。传统基于消息或文档标准的语义互操作方法往往只对片段或局部信息进行标准化,完备性差,且不能灵活适应领域需求变化;医疗信息分层模型可扩展性高,适合复杂领域的信息建模,近年来逐渐成为解决该问题的主要方法。医疗信息分层建模方法的关键是模型的分层表达框架与协同建模机制。前者对复杂环境下的医疗信息语义进行分层表达,相对于单层的信息模型,它既保证了信息表达的灵活性,又能一定程度上约束信息的一致性;后者致力于建立多区域跨专业人群开放协作的建模机制,使得既能充分覆盖领域的信息需求,又能确保信息表达获得足够的人群认同。两者分别从模型的表达方法和建模机制两个角度来保障复杂且动态环境下医疗信息模型的一致性和完备性,以支持医疗信息的语义互操作。目前HL7 V3和openEHR等已有的分层模型虽然已在一定范围内得到应用实践,但未能很好地实现模型在灵活性和一致性上的平衡,因而不能既灵活适应领域需求的快速增长,又同时保证发展中模型的一致性。针对上述问题,本论文对医疗信息分层建模方法开展研究和实践。在对现有主流医疗信息分层模型进行剖析和比较的基础上,以openEHR为研究对象,建立了一种领域受控的分层表达框架和一种分级开放的协同建模机制,提出了一种面向语义互操作的医疗信息协同建模方法。并建立了电子病历标准信息模型和急性冠脉综合征专病标准信息模型。1.分析和总结了医疗信息语义互操作需求及其影响因素,建立了医疗信息语义互操作需求模型。以此为准则,对HL7V3、FHIR、openEHR等典型的医疗信息分层模型进行剖析,比较分析了它们在分层表达架构和协同建模机制上的优劣。在此基础上,提出了以openEHR模型为研究对象的医疗信息分层模型设计方案。2.针对openEHR分层表达框架建模自由度大的问题,对原有分层表达框架进行扩展,定义并建立了一套用以约束信息表达形式的原型模式(Pattern)。整合现有本体和模型资源,建立了基于openEHR参考模型的医疗领域本体;研究并建立了一套覆盖临床诊疗各环节概念的原型模式;案例研究证明了基于原型模式进行建模的可行性和有效性。3.针对openEHR协同建模机制中模型知识交流和共享不足的问题,基于知识生态系统理论,提出并建立了一种分级开放的协同建模机制。根据知识生态的分布、互动、竞争和演化(DICE)模式剖析了目前openEHR协同建模机制中存在的问题;设计了一个族群内、族群间、层级间多维度协同的分级开放建模机制,实现了医疗信息协同建模平台;建模实践结果表明该机制能更好地实现多专业人员的协同。.4.提出了一种面向语义互操作的医疗信息协同建模方法,定义了建模所需的迭代式的7个阶段:需求分析、概念设计、原型开发、原型审核、原型发布、原型协同和原型应用;设计了从模型一致性、完备性对模型进行验证的评估方案。5.针对当前电子病历的建模需求,利用论文提出的建模方法,在多机构间进行协同,构建了包含962个数据元素、45个领域概念,64个原型的一套电子病历标准信息模型。标准信息模型已经应用于国家、军队、区域和医院电子病历共享的多个数据中心项目,通过不同机构间的数据互操作案例验证了本论文研究方法的可行性和有效性。6.以急性冠脉综合征为范例,通过项目内多专业人员的协同,以及与新西兰急性冠脉综合征数据库项目组间的协同,定义了 26个急性冠脉综合征原型,构建了一套急性冠脉综合征疾病标准信息模型。标准信息模型已经应用于由16家医疗机构参与的冠脉临床影像大数据平台,可从医院电子病历自动获取相关疾病信息,并可实现与新西兰急性冠脉综合征数据库之间的语义互操作,结果验证了本论文研究方法的可行性和有效性。