醫學資訊系統架構的演進與趨勢

時至今日，醫學資訊系統為結合電腦、網路、軟體與硬體等資通訊技術，目的在於改善與管理各式醫療行政作業流程，並提升作業流程效率、改善病患照護品質與輔助醫事人員做出醫療決策。在過去，實現軟體系統架構的策略會考慮設計與使用單體式架構的作法進行實現；但是，隨著需求變化與系統架構日益複雜，有越來越多的文獻討論使用服務導向架構或是微服務架構，以實現醫學資訊系統。透過前述的系統架構來因應未來醫學資訊系統實作與維運的挑戰。在本文中，會透過國內外的文獻，討論當今各國對於服務導向架構與微服務架構目前應用於醫學資訊領域的發展、演進與趨勢。

單體式架構介紹

所謂的單體式架構，在現今的軟體系統中是很常見的。單體式架構內部會將許多的功能整合在同個架構中，每一項功能在架構中可以視為函式或是functions。功能在實作上，會讓彼此函式之間互相呼叫以達到功能的實作。在單體式架構中，前述的所有功能需要儲存的資料，可能都是共用同個資料庫，實現這樣的架構好處是能夠轉移系統較為方便、資料庫也容易轉移與備份，且易於部署等。但是，此架構的缺點為對於功能或是需求有頻繁改動時，較容易產生連鎖改動反應，甚至會讓各個函式之間會具有互相依賴度提高，導致發生高耦合(High Coupling)的情形。這樣在架構的維護上，會顯得較為困難。

微服務架構介紹

與單體式架構比較，以微服務架構的概念是較為新興的一種軟體系統架構，會依照功能，將同個類型的功能歸類在同個服務中，並具有多個微服務，將這些微服務組合起來的架構，即為微服務架構。舉例來說，當我們需要實現病人管理系統時，可能會有身分驗證、病人清單管理與病人清單批次處理等需求，這時我們能夠考慮將與身分管理與驗證的作為一個服務；新增、查詢、修改與刪除病人清單管理為一個服務；負責批次整批病人資料匯入與匯出為一個服務。我們可以注意的是，我們拆分服務的方式會是以功能類型作為依據，將類似的功能會歸類在一起，並讓這些相似的功能組合成一個服務，最後這些服務會再組合成為微服務架構，為服務架構的另一個特點是，每一個自己的服務只能管理自己的資料庫，每一個服務之間需要溝通的時候，只能夠透過訊息佇列(Message Queue)或是RESTful API的形式進行資料傳遞與交換。

在設計微服務架構時，通常會搭配領域驅動設計(Domain Driven Design)，並透過此設計方法建立特定領域的模型(Domain Driven Model)，這樣好處是設計出來的領域模型即能夠識別出此領域對應的微服務架構雛型，並能夠完整的顯示各服務之間互動的關聯性。微服務架構的好處是在功能調整上與單體式架構更有彈性，並能夠因應未來頻繁的需求變動。但是，此架構的缺點在於系統架構的效能需要特別考慮，例如：特定的服務自動化擴展策略；若服務之間是採取通訊協定進行相互之間的溝通，因此需要考慮傳遞的資料一致性議題。由於資料庫與資料是由架構內，各自的服務自行管理，因此需要花費較多的時間在於資料層面的管理；另外在部署架構時，由於架構較為複雜，因此與部署單體式架構比較，在部署所耗費的成本會較高。關於單體式與微服務架構的比較圖，可參考圖1所示。

圖1：單體式與微服務架構比較圖

圖片來源：https://www.mdpi.com/2076-3417/10/17/5797

醫學資訊系統架構之國際趨勢

醫學資訊為特定的領域，並在國際上有許多文獻討論此領域的軟體系統架構設計與實現議題。Franziska Bathelt, Stephan Lorenz與Jens Weidner等來自德國的德累斯頓工業大學學者發表的論文，其目標是針對醫學資訊系統架構檢視，包含服務導向架構與微服務架構等，並提出醫學資訊系統架構未來能夠研究的主題與方向。在論文中，也提出了三個研究問題，如下所示：

在過去的五年中，醫學資訊領域中服務導向架構或微服務架構的使用率是否有所增加，顯示這些架構在醫療領域中是否越來越受歡迎？

在部署服務導向架構或微服務架構的國家中，有哪些是最佳實踐的案例？

在醫學資訊領域中，實施模組化架構時，有哪些議題需要考慮？

在此論文中，收集了當今知名的期刊網站所收錄論文進行檢視，包含的網站有PubMed與Web Of Science等，搜尋文獻的年份範圍為2017至2022年，透過設計的關鍵字，將醫學資訊領域有關的架構論文檢索出來，並進行分類與比較。最後從PubMed挑選出57篇文章與Web Of Science挑選的293篇文章進行整理與分析，最後從中挑選出59篇文章做檢視。在收集過程中，此論文發現美國使用微服務架構或是模組化架構已經有一段時間了；俄羅斯與義大利等國家則是導入資料標準，實現基於服務導向或微服務架構的資料共享平臺。在第一個問題回答中，整體上，除了2020年之外，各國採用微服務架構數量是呈現下降的趨勢，此論文推測可能的原因是微服務架構仍是很新的技術架構，採用上需要做各方面的考慮，因此在使用上不太可能會有持續上升趨勢，圖2為各年份統計使用系統架構的數量。

圖2：各年份採用系統架構數量論文文獻統計圖

圖片來源：https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-025-02158-3

此論文在整理59篇文獻中，統計出發表論文的國家，並展示出如圖3的分佈圖並回答前述的第二項問題。此論文讓我們得知中國與巴西發表為服務架構最為活躍；緊接在後的才是美國、西班牙、義大利與羅馬尼亞等國家。令人意外的是，醫療也相對發達的歐洲國家，例如：愛沙尼亞、丹麥、瑞士、法國與德國，不在前述的排名內。在服務導向架構與微服務架構的使用程度中，分為概念性、概念性驗證、成熟(Routine)與研究等階段；透過圖4得知，概念性與概念性驗證的論文較多，成熟與研究等階段較少。

圖3：各國採用微服務與服務導向架構統計圖

圖片來源：https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-025-02158-3

圖4：各國發表論文之類型統計圖

圖片來源：https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-025-02158-3

同時，此論文回答前述的第三項研究問題，在設計微服務架構時，需要考慮的議題如下：

資料的互操作性與交換議題：在醫學資訊領域中，各個系統之間時常需要有資料交換的需求，因此使用同樣的標準去做資料的交換與互操作性是很重要的。例如：依據此論文所檢視採用服務導向架構的文獻中，會使用WSDL (Web 服務說明語言)定義RESTful API介面，定義網路服務的行為方式。在微服務架構中，則會採用基於本體(Ontology)的資料庫或是ISO/IEC 10746-1:1998 (資訊技術--開放分散式處理--參考模型)作為服務的行為與資料交換的格式。

安全與隱私：在醫學資訊領域中，資料的安全與隱私是很重要的。例如：美國提出的「美國健康保險流通與責任法案」，簡稱：HIPAA，需要設計身分驗證與資料授權等議題，以確保資料的隱私性。針對身分驗證與授權，可以考慮使用OAuth2與Smart on FHIR等；針對訊息隱私，則可使用AES對稱式加密，並能夠作為安全與隱私議題的解決方案。

擴展、彈性與重用性：若我們要讓系統架構支援這些特性，則需要將單體式架構拆分成小的元件，則每一個元件可以視為服務，這些服務聚合後則成為微服務架構，拆分的服務能夠獨立運作，避免因為系統故障導致連鎖反應；同時單一服務能夠自行調整擴展數量，服務能夠與其他的微服務架構進行組合，以達到重用性的特性。

此論文發現出近五年，大部分的文獻僅對於微服務架構的概念與概念性驗證。最後，此論文整理出未來可研究的重點：

能夠考慮將微服務架構部署至公有雲技術，應能夠解決微服務架構效能的議題。

由於醫學資訊領域相當重視資料安全性，可以考慮導入研究用的安全測試平臺(沙盒，Sandbox)架構，並能夠解決資料隱私與機密性等議題。

微服務架構之國外案例介紹

由Ilia Semenov、Georgy Kopanitsa與Dmitry Denisov等來自俄羅斯的Medlinx公司、Helix Laboratory Service公司與托木斯克理工大學等學者，於2018年發表的病患決策輔助系統(IRIS)研究論文，主要目的是要提出一個系統架構，並扮演針對病患對於臨床診斷輔助的關鍵角色，此輔助系統能夠加入醫生建議規則與自動產生各式建議到產生的報告中；同時為了支援資料互操作性，此病患輔助系統能夠透過其設計的FHIR Engine去做到資料交換；此論文的作業流程圖如圖5所示。

圖5：Helix實驗室檢測服務作業流程

圖片來源：本文繪製與整理

從圖5中的作業流程得知，此論文分成兩部分，第一部份為IRIS系統與醫事檢驗系統互相搭配，產生檢驗檢查資料；第二部份為IRIS將檢驗檢查資料轉換成符合FHIR格式的資料後，傳送FHIR格式的資料至公司內部系統。在第一部份中，除了收集檢驗檢查資料外，IRIS還能夠透過實作的知識圖(Knowledge Graph)去針對檢驗檢查資料產生出決策結果，能夠將決策結果資料與轉換後符合FHIR標準的資料一併提供。知識圖範例、知識圖管理頁面與IRIS系統架構分別如圖6、7與8所示。

圖6：病患決策支援的知識圖範例

圖片來源：https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-018-1016-4

圖7：IRIS知識圖管理頁面示意圖

圖片來源：https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-018-1016-4

圖8：IRIS之微服務架構示意圖

圖片來源：https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-018-1016-4

透過此論文的案例，可以得知俄羅斯的Medlinx公司針對病人的檢驗檢查決策系統，並透過特定的作業流程，以微服務架構的方式設計出具有決策結果的檢驗報告與採用FHIR醫學資訊標準進行資料互操作性，設計這樣的優點有幾項好處：

系統架構：採用微服務架構設計，讓IRIS系統所需要的功能分類，並拆分成多個服務，讓服務之間的溝通達成低耦合。

此作業流程為在地化案例，同時能夠產生符合FHIR標準的醫學資料，透過FHIR標準的資料，能夠在HIS與其他公司內部系統之間資料交換時，達成資料互操作性。

微服務架構之國內案例介紹

目前在國內，公開的案例也為數不多，其中較具有知名案例為中國醫藥大學附設醫院所展示內部醫院資訊系統(HIS)再改造策略，內文揭露透過10支微服務架構，打造出「一站式智抗菌平臺」，架構圖如圖9所示，打造的平臺有幾項好處：

即時性與主動通知機制：透過訊息佇列和事件驅動設計，當檢驗系統產出新資料時，會主動通知AI系統來存取，不需要像傳統架構以工作排程方式每隔一段時間主動查詢資料庫。這樣的設計不僅讓服務更即時獲取新資料，也大幅降低了HIS資料庫的工作負載。

系統解耦與獨立運作：將平臺切分為約10支微服務，實現功能解耦。各服務利用訊息佇列作為溝通管道，可以各自獨立運作，避免傳統架構中系統間互相牽制的問題。即便其中一個系統故障，其他系統仍可透過非同步機制繼續運作。

責任歸屬清晰與維護便利：訊息佇列會記錄各微服務的行為，當有微服務故障時，維運人員能夠清楚找出問題並快速修復。相較於傳統架構，微服務架構讓問題追蹤和責任歸屬變得更加明確，同時大幅提升系統維護效率。

圖9：一站式智抗菌平臺架構示意圖

圖片來源：https://www.ithome.com.tw/news/150335

在學術上，由海大資工系的馬尚彬老師團隊於2025 Second International Conference on Artificial Intelligence for Medicine, Health, and Care (AIxMHC)會議中所發表的「FMSA: A Universal Microservice Architecture Based on FHIR Medical Informatics Standard」論文，是基於FHIR醫學資訊標準的特性所打造的微服務架構，以下列出此架構的優勢：

高度通用性與標準整合：FMSA架構成功整合FHIR醫學資訊標準與微服務架構，實現標準內定義的各種實作指引應用情境。同時透過醫療保險理賠、醫查、身體活動量測等多個情境案例驗證，證明不僅能處理實作指引所定義的情境，也能夠針對非實作指引定義的資料轉換和生理數據收集分析等通用性需求。

優異的擴充性與模組化設計：FMSA架構是由10個獨立的微服務(例如：API Gateway、FHIR Data Manager與IoHT Data Collector等)所建構出來，並且每個服務皆具有獨立的生命週期，以及遵守單一職責準則。這樣的系統設計能夠輕易加入新功能至架構中，例如：當FHIR標準更新或是出現新應用需求時，可直接開發新的微服務加入至架構，而不影響現有服務的運作。

FIND觀點

在本文章中，依據前述國內外微服務架構的各式案例，綜合整理出以下的重點：

時至今日，目前微服務架構在醫學資訊領域中，成熟度仍不算高，在不同的層面能夠發展與研究的機會，例如：對於微服務架構中的存取資料權限與身分授權與驗證；以及基於沙盒模式的資料交換架構都是值得研究的方向。

基於FHIR醫學資訊標準的微服務架構：若是基於醫學資訊標準設計的架構，則能夠較容易符合FHIR醫學資訊所需要的功能，這樣與特定作業流程所設計出的微服務架構相比較之下，能夠更容易達成通用性的目標。

封面圖片來源：https://itnext.io/94957206abc6

參考資料來源：

1. From Monolithic Systems to Microservices: A Comparative Study of Performance，https://www.mdpi.com/2076-3417/10/17/5797。

2. Application of Modular Architectures in the Medical Domain - a Scoping Review，https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-025-02158-3。

3. Patients Decision Aid System Based on FHIR Profiles，https://link.springer.com/article/10.1007/s10916-018-1016-4。

4. Medlinx LLC，https://www.linkedin.com/company/medlinxonline。

5. Helix Laboratory Service，https://helix.ru/。

6. 【中國附醫HIS再造：應用實例】10支微服務，如何串聯5部門實現一站式智抗菌平臺，https://www.ithome.com.tw/news/150335。

7. 2025 Second International Conference on Artificial Intelligence for Medicine, Health, and Care (AIxMHC)，https://chaoneng.github.io/aixmhc2025.github.io。

8. 「人工智慧 × 醫療、健康暨照護」研討會，最佳論文獎揭曉，https://www.asia.edu.tw/p/406-1000-1071,r27.php。

9. Domain-Driven Design Reference: Definitions and Pattern Summaries，https://www.tenlong.com.tw/products/9781457501197。