I.

진료문서 공유 및 의료정보 네트워크 구축을 위한 CDR(Clinical Document Repository) 프레임워크의 설계

CDR(Clinical Document Repository) Framework for Medical record sharing and medical Information network

IL Kwang Kim*, IL Kon Kim, Ph.D†

* Department of Computer Science, Kyungpook National University, Daegu 702-701, dinosa@datawork.co.kr

†Intelligent Health Information Sharing System Research Center, Kyungpook National University, Daegu 702-701, ikkim@knu.ac.kr

Abstract: Development of system that support Medical Information Sharing and Medical Record Exchange system is essential due to standardization of clinical document such as CDA and increasing importance of electronic medical records. However, to achieve this goal, unification between systems, extensibility, and interoperability are necessary but those are not ready yet in reality. In this paper, we  suggests the solution that can manage a lot of clinical documents from various hospitals from all over the world and guarantee the interoperability among different hospital information system so that simplify the work flow of complicated work in hospital and enhance the quality of service.  In order to do this, the framework, CDR (Clinical Document Repository), has been designed.

Keyword: CDR, EMR, EHR, CDA, electronic medical record sharing system

배 경

오늘날 이동전화 가입자가 2000만을 넘어서고 인터넷 사용자도 그에 못지않게 증가하는 추세다. 사람들은 PC는 기본이고 휴대폰이나 PDA 등의 이동단말기, 심지어는 이동 중인 자동차 안에서도 인터넷을 사용하고 싶어 한다. 최근 불고 있는 웰빙(wellbeing)바람은 사람들이 과거에 비해 자신의 건강에 더 많은 관심을 가지고 있다는 것을 의미하고, 그것은 또한 다양한 사용자의 요구사항을 낳고 있다. 예를 들어, 사람들은 태어나서부터 지금까지 언제 어디서 무슨 병으로 어떤 병원에 입원 했었는지, 그리고 그에 따른 처치와 진단은 어떠했는지를 알고 싶어 한다. 서로 다른 사이트에서 다양하게 제공되는 건강정보/보험/뉴스 등 건강과 관련된 부가 서비스를 하나의 통합된 형태로 받아보길 원한다. 게다가 원격상담이나 원격진료뿐만 아니라 원격시술에 대한 요구사항도 증가하고 있다. IT기술이 발전함에 따라 사람들의 요구사항도 그만큼 다양해지고 있는 것이다.

하지만 한 지역 또는 한 국가 안에는 크고 작은 많은 진료 기관이 존재하고 병원마다 상이한 정보 시스템을 사용하기 때문에 환자의 진료 기록을 국제적으로 공유할 수 있는 환경을 구축하기란 쉽지 않은 것이 사실이다. 병원이 직면한 가장 큰 문제는 시스템의 상호통합과 확장성 그리고 상호운영성(interoperability)을 담보하지 못한다는 것이다. 병원 내외부의 트랜잭션을 처리하고 상호운영성을 지원하기 위해 HL7(Health Level 7)과 같은 메시지 표준이 발표되었으며, 진료문서의 전자적인 기록과 보관을 위해 CDA(Clinical Document Architecture)와 같은 임상문서 표준이 개발되었지만 이질적인 시스템을 하나로 통합하여 상호운영성을 보장하기에는 여전히 해결해야 할 과제가 많다.

특히, 전 세계의 수많은 병원에서 시시각각 발생하는 다양한 진료 기록을 하나로 통합하여 관리할 수 있는 인프라 개발에 대한 연구는 턱 없이 부족한 실정이다. 또한, IT 기술의 급속적인 발전과 더불어 의사나 환자, 연구원 등 사용자 중심의 요구사항도 점점 더 다양해지고 있음에도 불구하고 이를 효과적으로 지원할 수 있는 방법에 대한 연구나 구현 사례는 전무한 상황이다. 따라서, 본 논문에서는 이와 같은 다양한 사용자의 요구사항을 해결하고 진료 문서의 원활한 공유기반을 마련하기 위한 목적으로 진료문서 저장소(CDR: Clinical Document Repository) 프레임워크를 설계하였다.

II. 방 법

본 연구에서는 세계 각 병원에 존재하는 수많은 진료 문서를 하나로 통합 관리하고 이질적인 병원 시스템 사이의 상호운용성을 보장함으로써 복잡한 병원 업무를 간소화하고 의료서비스의 질적 향상을 도모할 수 있는 방법을 새롭게 제시한다. 이를 위해 CDR 프레임워크를 설계하고 제안한다. 제안하는 CDR 프레임워크는 컴퓨터 시스템과 네트워크(인터넷)를 활용해 진료 문서의 공유와 정보 제공에 필요한 기반 시스템(infrastructure) 구축을 위한 일반적인 틀(framework)을 규정한 것이다.

이상적인 의료정보 네트워크 구축을 위해 네트워크 구조, 데이터 통신구조, 지식관리방법, EHR(Electronic Health Record)서비스 및 보안정책과 같은 주요 이슈에 대한 분석과 HL7, CDA, CCOW등 의료정보 표준화 기술의 활용방안을 연구하여 CDR 프레임워크를 설계하였다.

1.  의료정보 네트워크 구조 연구

그림1과 같이 CDR 프레임워크와 이를 기반으로 한 의료정보 네트워크의 효과적 구축을 위해 4가지 주요 핵심 연구 영역(네트워크 구조, 데이터 통신구조, 지식관리 방법, EHR서비스 및 보안정책)을 도출하고 관련 기술을 분석, 정리하였다. 이 작업은 실제로 본 연구의 CDR 프레임워크의 구성 컴포넌트 설계에 많은 영향을 주었다.

Fig. 1. 의료정보 네트워크 구축을 위한 주요 연구 영역

2.  진료 문서 공유 환경에 대한 연구

의료 정보 표준 기술 HL7, CDA, RIM, CCOW 등 의료정보 표준화 기술에 대한 기술 분석과 표준화 연구 동향을 조사하였다[1][2]. 그 결과로 이들 기술만 가지고서는 앞서 제시한 다양한 사용자의 요구 수용과 원활한 진료문서 공유 환경을 구축하기에 다소 어려움이 많다는 것을 알았다. 따라서, 진료 문서 저장소의 안정성과 신뢰성, 상호운용성을 극대화하기 위해 UDDI와 ebXML Registry/Repository 기술의 도입 가능성을 연구하였으며 그 결과가 본 연구에 많은 영향을 주었다[3][13].

III. 결 과

1.  CDR 프레임워크

CDA를 기반으로 한 진료 문서 공유 환경으로 CDR이라는 개념을 적용하여 글로벌 단일 병원 시스템을 지향한 사례는 본 연구가 최초의 시도이다.

CDR을 위한 네트워크 구조로는 클러스터링을 이용한 계층적 네트워크 구조가 가장 신뢰할 만한 구조로 판단되었다. 데이터 통신구조는 분산객체와 분산 컴포넌트를 거쳐 웹 서비스로 이어지는 서비스 지향적 통신구조가 상호운용성을 위해 가장 좋은 구조였다. 즉, 서비스는 결합도(coupling)을 최대한 떨어뜨려 변경용이성(changeability)을 높이려는 시도로 상이한 클라이언트와 서버플랫폼에서도 시스템 통합 및 연결을 가능하게 한다. 때문에 웹 서비스를 이용한 통신 구조의 지원은 서로 다른 병원 플랫폼을 손쉽게 연동시킬 수 있고 서비스를 제공하는 서버와 클라이언트의 결합도 까지 낮출 수 있으므로 이에 대한 지원을 고려하였다.

그림2는 제안하는 CDR 프레임워크의 빌딩블록이다. 기존의 의료정보 표준 기술(HL7, CDA, CCOW, RIM 등)과 컴퓨터 네트워크 기술을 기반기술로 활용하여 CDR 기반의 의료정보 네트워크를 구축할 수 있다. [그림2]를 통해 알 수 있듯이 제안하는 CDR프레임워크는 크게 진료문서의 등록 및 검색을 위해 레지스트리 서비스(registry service)와 리파지터리 서비스(repository service)가 존재하고, 데이터의 추론과 지식관리를위한 에이전트와 온톨로지 그리고 비즈니스 로직의 정의 및 처리와 관련된 EHR Business Process, 관련 메시지의 필터링 및 라우팅을 위한 메시지 서비스, 클라이언트 어플리케이션을 위한 서비스 인터페이스(service interface)로 구성된다. 물론, 각 구성요소에 대한 보안문제는 필수적으로 고려되어야 할 사항이다.

Fig. 2. CDR 프레임워크 빌딩블록

RR: Registry / Repository Service

레지스트리/리파지토리 서비스는 CDR의 가장 핵심적인 기능으로 각 병원에서 전송되는 CDA 진료문서의 등록 및 저장, 검색의 지원이 주된 기능이다.

Fig. 3. 분산 레지스트리/리파지토리 서비스

어떤 병원에서 어떤 문서를 보냈는지에 대한 정보와 함께 해당 문서를 영구적인 기억장치에 안전하게 보관하는 역할을 한다. 더불어, 병원이나 의료 관련 기업의 정보와 그들이 제공하는 부가적인 서비스도 등록하고 탐색할 수 있다.

CDR에서 레지스트리와 리파지토리 서비스를 가장 중요한 것으로 보는 이유는 CDR이 글로벌 단일 병원정보 시스템 및 의료정보 네트워크를 구축할 수 있는 핵심이기 때문이다. 때문에, CDR 프레임워크는 기술적으로 그림3과 같이 분산 레지스터리와 분산 리파지터리를 지원해야 한다. 이를 위해 UDDI의 레지스트리나 ebXML의 레지스트리/리파지터리와 같은 형태를 고려했다. 단, UDDI[8] 아키텍처의 경우 UDDI 레지스트리에는 일반사항(white page), 산업분류(yellow page), 기술적사항(green page)으로 구분되어 있고 전화번호부와 같은 디렉토리 서비스를 하고 있으나 병원이나 기업의 정보를 보다 상세하게 저장(리파지터리)하고 관리하는 부분은 빠져 있다. 때문에 사용자 중심의 서비스 지향적 구조와 진료 문서의 공유라는 두 가지 측면을 생각해 본다면 ebXML의 레지스트리/리파지터리 개념과 UDDI의 상호 협력방안을 고려하였다.

AO: Agent 와 Ontology

사람에 의해 수행되어온 많은 작업들을 자동화하기 위해서는 에이전트 소프트웨어가 해석할 수 있는 방식으로 content와 process를 표현해야 한다[15]. 온톨로지는 semantic interoperability를 가능하도록 하는데 매우 중요한 역할을 수행한다. CDR 프레임워크의 리파지토리에는 실로 엄청난 양의 진료 문서가 기록 보관되는데 이를 DAML+OIL[16]을 활용해 재구성하고 에이전트에 의해 자동추론을 할 수 있게 한다면 CDR은 방대한 양의 의료지식을 보관하고 있는 지식베이스로서의 역할도 할 수 있게 된다. 다른 분야에 비해 의료분야의 경우는 의학용어와 코드체계가 복잡하고 사용되는 용어에 대한 의료진들의 합의 도출이 힘들기 때문에 온톨로지의 구축은 더욱 절실하다. 물론, 이것이 생각만큼 그리 단순하고 쉬운 작업은 결코 아니다. 온톨로지의 구성은 여러 사람에 의해 공동으로 구축되어야 하며 이럴 경우 발생할 수 있는inconsistency 문제를 자동으로 해결하는 것은 대단히 어려운 작업이기 때문이다.

EBP: EHR Business Process & Transaction

환자의 입원에서부터 퇴원까지의 절차 혹은 협진의뢰 등 병원 도메인에서 요구되는 공통적인 업무 프로세스를 도출하고 그 절차를 문서화, 규정화하는 작업을 EBP(EHR Business Process)라고 정의한다. 이 것은 ebXML의 비즈니스 프로세스의 정의와 유사한 개념으로 병원 도메인에서의 다양한 거래 절차를 표준화한 형식에 맞게 누가 보더라도 동일하게 이해할 수 있도록 하자는 것이다. 일반적으로 생각해볼 수 있는 EBP의 정의 단계는 그림4와 같다.

Fig. 4. EBP의 분석과정

MS: Message Service

메시지 서비스는 인터넷 기반의 메시지 전달과 관련된 제반 사항들을 규정한다. 이미 상호운영성을 위해 보건의료정보통신 메시지 표준으로 HL7이 현재 3.x 버전까지 나와 있다. CDR 프레임워크의 메시지 서비스는 이를 지원하면서 한층 더 높은 상호운용성과 글로벌 표준을 중시하여 SOAP의 사용을 권장한다. 이것은 HL7대신 SOAP을 사용하자는 것이 아니라 그림6과 같이 HL7 메시지는 SOAP의 형식에 맞춰 패키징된 후 전송 프로토콜인 HTTP, SMTP, FTP 등을 통해 주고받는 것이 더 넓은 의미의 상호운용성을 지원할 수 있다는 뜻이다. 그림5는 CDR 프레임워크에서 제안하는 메시지 아키텍처이다.

Fig. 5. CDR 메시지 서비스 아키텍처

그림6은 이와 같은 메시지 서비스 아키텍처를 기반으로 한 SOAP헤더와 SOAP 바디로 구성된 메시지 구조의 예이다. 크게 2개의 MIME 부분이 존재하는데 첫 번째 MIME 부분은 SOAP 메시지를 담고, 두 번째 MIME 부분은 어플리케이션 수준에서의 페이로드(payload)를 담기 위해 필요한 것으로 하나 이상존재 할 수 있으며 없어도 무방하다.

Fig. 6. CDR 메시지 구조

이와 같은 메시지 구조는 웹을 통한 HTTP 80번 포트를 사용함으로써 기업이나 병원의 방화벽 문제를 해결할 수 있고 SOAP의 사용으로 보다 유연한 상호운용성을 보장할 수 있다.

SI: Service Interface

클라이언트에게 제공되는 의료 관련 서비스에 대한 정보를 정의하는 부분이다. 대상 병원을 검색한다거나 진료과를 검색하고 담당의사를 검색하는 등에 대한 서비스 인터페이스를 공개함으로써 클라이언트가 이용할 수 있게 한다. CDR 고유의 코어 서비스외에 여러 병원이나 의료기관, 관련 기업들이 제공하는 서비스에 대한 탐색방법도 제공된다. 즉, 어떤 인터페이스가 존재하고 해당 인터페이스가 사용하는 클래스나 데이터 타입에 대한 정보 또는 공개된 서비스에 접근하기 위한 종단점(end point)등에 대한 정보를 기술할 필요가 있는데 웹 서비스의 WSDL을 사용한다. 이와 같은 서비스의 지원은 기존의 컴포넌트 패러다임에서 서비스 패러다임으로의 전환이라는 분산환경의 흐름을 따르고 상호운용성을 높일 수 있다는 데 의의가 있다. 그림7은 이 같은 서비스를 에이전트를 이용해 사용하는 방법을 보여준다.

Fig. 7. 에이전트 기반의 서비스 인터페이스 이용

Security

CDR 프레임워크의 모든 구성단위에 대해 안전한 데이터 전송을 보장하고 데이터의 무결성을 고려한 보안 정책과 필요기술을 정의한다. 기본적으로 PKI를 이용한 전자서명과 인증에 필요한 절차와 정책을 규정한다. 더불어, 이용자의 유형과 이용목적에 따라 조회할 수 있는 정보에 제한이 가해지므로 이를 고려한 체계적인 권한 관리 메커니즘을 규정한다.

Client Application

클라이언트 어플리케이션은 서비스를 이용하는 다양한 응용 프로그램이나 클라이언트 시스템이다. 클라이언트가 CDR을 이용하는 형태는 크게 씬(thin) 클라이언트 형태와 팻(fat) 클라이언트의 두 가지 형태이다. 둘 다 가능하지만 웹 서비스 제공업체에 의한 확장성 있는 서비스를 고려해보면 브라우저만 이용하는 씬(thin) 형태가 보다 적합하다.

2.  CDR 프레임워크의 활용 시나리오

제안하는 CDR 프레임워크를 활용할 수 있는 두 가지 시나리오를 간략히 소개하면 다음과 같다. 아래의 두 시나리오는 앞으로의 연구과제로서 CDR 프레임워크를 실험할 수 있는 좋은 예가 된다.

CDR기반의 평생 전자의무기록환경의 구축

"요람에서 무덤까지" 태어나서부터 현재까지의 평생 의무기록을 CDR에 보관하고 검색할 수 있는 평생건강정보 시스템을 구축할 수 있다. 환자의 퇴원요약지(discharge summary)를 임상문서 표준인 CDA에 맞춰 작성한 다음 CDR에 등록 보관함으로써 환자가 언제 어느 병원에서 진료를 받게 되더라도 의사는 해당 환자의 과거 병력을 모두 조회할 수 있다.

현재의 병원시스템은 환자가 입원할 경우 다른 병원에서 진료를 받았던 환자의 과거 병력을 전자적으로 조회할 수 있는 기반이 마련되어 있지 않다. 그림 8은 이와 같은 기반시스템을 CDR 프레임워크를 활용하여 개발할 수 있음을 보여준다. 환자가 다른 병원에서 진료를 받게 될 경우 담당의사가 환자의 과거 병력을 전자적으로 조회함으로써 보다 정확한 진단과 처치를 할 수 있도록 도와준다.

Fig. 8. CDR기반의 평생의무기록환경 시나리오

CDR기반의 협진의뢰시스템

병원 1에서 진료를 받던 환자를 병원 2로 협진 의뢰하고자 하는 경우 다음과 같은 시나리오에 따라 전자적으로 처리할 수 있다. 현행 오프라인 시스템의 경우 대부분이 전자우편. 팩스 송수신 등으로 진료협력센터를 통해 의뢰하고 그 결과를 같은 방법으로 회신하는 것이 일반적이다. CDR 프레임워크를 활용하여 그림9와 같은 기반 시스템을 구축한다면 이 같은 업무를 대단히 효율적으로 자동화할 수 있다.

Fig. 9. CDR기반의 협진의뢰 시스템 시나리오

IV. 결 론

진료 정보의 전자적 교환은 더 이상 피할 수 없는 시대적 과제가 되었다. HL7과 같은 의료정보 교환을 위한 메시지 표준과 임상 문서를 전자적인 방법으로 기술하고 저장하기 위한 표준적인 구조로 CDA가 개발 되었으며 이를 활용하기 위한 여러 가지 연구와 노력이 전 세계적으로 진행되고 있다. 이와 같은 시대적 흐름에 맞추어 본 연구는 진료문서를 효과적으로 공유할 수 있는 새로운 방법을 제시함으로써 이질적인 병원 정보 시스템을 하나로 통합하여 글로벌 단일 전자 병원을 구성할 수 있는 새로운 시도를 했다는데 의의가 있다.

특히, 제안한 CDR 프레임워크는 평생 진료 정보 보관의 어려움을 극복함으로써 평생 건강 정보 시스템 개발을 용이하게 할 뿐 아니라 병원 간 협진업무 등 다양한 의료분야 비즈니스 프로세스를 쉽게 정의하고 해결할 수 있도록 도와준다. CDR에 모여진 진료 문서는 대용량의 의료정보로 가득 찬 지식 저장소와 같다. 때문에, 이를 활용할 경우 각종 질병에 대한 클리닉 자료 및 학술자료로의 이용이 가능하므로 전문 의료진들이 환자에 대한 보다 정확한 진단과 처치를 할 수 있도록 도와준다. 더불어 상병 명에 의한 사망률 등 질병과 관련된 다양한 통계정보를 손쉽게 도출할 수 있는 기반 인프라를 구축할 수 있으므로 국가차원에서도 대단히 중요한 시스템이라 할 수 있다.

병원이나 의료기관, 의료 관련 메디컬 기업들의 입장에서는 CDR 프레임워크를 활용한 각종 의료 서비스를 개발하여 제공할 수 있으므로 의료분야의 새로운 유통구조를 확립하고 신규 시장을 창출할 수 있는 시너지 효과까지 있다.

기술적인 측면에서 아직 해결하기 힘든 많은 연구과제들이 있다. 온톨로지와 에이전트에 의한 자동추론과 머신러닝(machine learning)등은 기술적인 많은 진전이 있었지만 여전히 어려운 과제 중의 하나이다.

사회적, 국가적인 측면에서는 의료인들의 협조와 정부를 비롯한 공인된 기관의 적극적인 인프라 형성 노력도 절실히 요구된다. 특히, CDR 프레임워크의 레지스트리는 국가와 같은 공인 기관이 직접 책임을 지고 운영하여야 하며 업무프로세스의 정의와 문서 스키마의 표준적 도출을 위해서는 정부를 비롯하여 분야별 책임 있는 사람들의 합의 도출이 필요하기 때문이다.

향후에는 앞서 제안한 시나리오를 바탕으로 CDR 기반의 평생전자의무기록 환경과 협진 업무시스템을 위한 프로토타입을 제시하고 실질적인 구현을 통해 그 가능성을 실험해 보이고자 한다. 특히, CDR 기반의 평생전자의무 기록 환경은 정부나 국가 또는 대국민 의료서비스의 질적 향상을 위해서도 반드시 구축되어야 할 중요한 시스템이다. 이를 위해, 퇴원요약지의 표준적 데이터 항목을 도출하여 국내 표준으로 만들고 더 나아가 국제표준을 이끌어 내는 작업도 대단히 중요한 작업 중의 하나다.

본 연구를 통하여 평생진료정보의 안전한 보관과 공유, 병원 간 협업 프로세스의 정의 등 글로벌 단일 전자 병원 구축에 필요한 일련의 구성요소들을 분석하고 연구하였으며 그 결과로 진료문서 저장소라는 새로운 개념의 CDR 프레임워크를 제안하였다. CDR 프레임워크는 향후 의료정보 공유를 위한 기반 인프라 구축에 대단히 많은 영향을 미칠 것으로 기대한다.

참고문헌

1. HL7 Standards, http://www.hl7.org/Library/standards_non1.htm#HL7 Standards

2. CDA Final Release 1, http://www.hl7.org/Memonly/downloads/Standards_CDA/R1/HL7_CDA_R1_FINAL.zip

3. Web Services Architecture, W3C Working Group Note 11 February 2004, http://www.w3.org/TR/ws-arch/

4. SOAP 1.1 Specification,  http://www.w3.org/TR/2000/NOTE-SOAP-20000508/

5. Latest version of SOAP Version 1.2 specification, http://www.w3.org/TR/soap12

6. W3C Recommendation "XML Schema Part 1: Structures", Henry S. Thompson, David Beech, Murray Maloney, Noah Mendelsohn, 2 May 2001. http://www.w3.org/TR/2001/REC-xmlschema-1-20010502/

7. W3C Recommendation "XML Schema Part 2: Datatypes", Paul V. Biron, Ashok Malhotra, 2 May 2001. http://www.w3.org/TR/2001/REC-xmlschema-2-20010502/

8. UDDI Specification, http://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=uddi-spec

9. Web Services Description Language (WSDL) 1.1, http://www.w3.org/TR/wsdl

10. http://www.ebxml.org

11. http://www.oasis-open.org(OASIS)

12. KIEC ebXML 중앙등록저장소, http://www.remko.or.kr/

13. ebXML Specifications, http://www.ebxml.org/specs/index.htm

14. http://www.ksl.stanford.edu/software/JTP/

15. 강민구,박영택, "시멘틱 웹에서의 자동 추론", 정보과학회지, 2003년 3월

16. F. van harmelen et al., "A Model-Theoretic Semantics for DAML+OIL(March 2001)," W3C Note 18, World Wide Web Consortium, Dec. 2001; www.w3.org/TR/2001/NOTE-daml+oil-model-20011218

17. Message Service Specification Version 2.0 OASIS ebXML Messaging Services Technical Committee 1 April 2002