医疗信息互操作是实现医疗信息共享和利用的重要基础。HL7 RIM、openEHR和CEM等分层医疗信息模型能够适应不断发展的医疗信息互操作需求,是目前国际上解决医疗信息互操作问题的主要方向。其中,openEHR模型基于临床诊疗 OEIA 循环(Oberservation、Evaluation、Instruction、Act)来抽象医疗信息的基本结构,相对于其它模型在信息抽象水平和复杂程度之间取得了更好的平衡,因而在很多国家得到了广泛应用,也是欧洲推荐的医疗信息语义互操作标准。以openEHR模型为底层架构的新一代医疗信息系统将颠覆传统的信息系统构建模式,营造一个由技术工程师实现系统框架、领域专家定义系统内容、终端用户调整系统形式的多方共同参与的信息系统构建生态,从而既能保证系统基于统一而稳定的信息基础结构,实现高度的信息共享和互联互通,又能充分体现信息内容的动态性以及应用形式的个性化,实现高可用环境下的语义互操作。虽然近年来已有一些openEHR模型的系统实现方法研究,但都仅从需求出发使用分层信息模型的部分特征进行系统构建,尚缺乏一个通用的完全基于分层信息模型的医疗信息系统构建方法和实现框架,未能有效指导新一代医疗信息系统的开发实践。基于openEHR模型实现医疗信息系统的关键技术是建立领域专家或终端用户可操控的逻辑模型与技术工程师负责的物理实现之间的映射机制和方法,包括两个主要方面:(1)建立能动态关联所有openEHR原型/模板的高效且稳定的数据物理存储机制;(2)建立以openEHR原型/模板为对象的信息访问方法的物理实现机制。虽然模型驱动的系统开发方法已发展多年,但考虑到医疗环境所具备的高度复杂性和动态性,如何在openEHR模型系统实现时兼顾灵活性和高性能,是目前很多研究不能克服的难题和挑战。为此,本论文研究openEHR模型及系统实现方法,对openEHR分层建模方法进行剖析,在此基础上提出基于分层语义约束的系统实现框架,并就基于分层模型的数据存储和数据访问关键技术开展研究。具体内容包括:1.剖析openEHR模型的建模方法、抽象程度、概念表达等,通过与HL7V3和CEM等主流模型的对比分析,提出了医疗信息系统语义互操作的基本需求模型,涵盖医疗信息表达的一致性、灵活性和开放性等功能性需求,以及数据存储和访问组件的可修改性、自动化和标准化等非功能性需求。2.针对基于openEHR模型的系统构建问题,结合通用组件模型从信息表达、应用领域和系统开发等三个维度提出了一个基于分层语义约束的系统实现框架。通过参考模型和原型/模板表达医疗信息,面向临床诊疗、患者信息和管理等领域,从业务、信息、计算、工程、技术等视角描述系统开发过程。该框架可以使医疗专家和技术人员明确自身角色的相关职责、信息的表达形式和方法、系统架构及组件功能,有助于提高系统语义互操作水平。3.针对基于分层模型的数据存储问题,提出了一种基于关系数据存储的原型关系映射方法,根据参考模型和原型/模板的基本结构,以及实体和关系的范式特点,建立了一组约束机制和映射规则,实现openEHR模型与关系数据模型之间的映射。结果表明原型关系映射方法具备与现有研究相同水平的灵活性,而且具有良好的范式,克服现有研究中未能兼顾灵活性和高性能的难题,达到与传统医疗信息系统开发方法相近的性能。4.针对基于分层模型的数据访问问题,提供了原型数据访问语言,支持以参考模型基类、原型/模板以及属性等多种粒度灵活访问所有数据,并且数据访问对象的粒度与数据存储的粒度相匹配,能够直接操作所需部分原型数据,避免了现有研究中存在的性能问题。5.综合上述方法,提出并设计了一个基于openEHR模型的医疗数据平台系统。系统基于原型关系映射机制实现了数据存储、数据访问、系统管理、系统集成和应用服务等组件,可通过原型的调整灵活适应不同的语义互操作需求,最大程度地提供临床数据的集成、整合、管理和访问;同时实现了原型/模板编辑,数据访问接口配置,可视化数据应用界面设置等系统扩展工具集,提供了一个可由领域专家、技术人员、终端用户共同参与的高可用的开放式数据整合应用平台。面向医院和专科应用场景分别开展了系统实践,结果表明,基于本论文提出的方法和系统,领域专家、技术人员和终端用户可根据需求和知识的变化通过分工协作来完成原型/模板的修订,从而在保证系统具备高可扩展性的同时实现高可用的语义互操作目标。