A Methodology for Automated Interoperability Testing of Healthcare Information Systems based on an Actor Emulation Approach
Vega, Diana-Elena
In den letzten zwei Dekaden hat sich die Anzahl von medizinischen Diensten in Ergänzung der traditionellen medizinischen Versorgung erhöht. Die auf eHealth-Infrastrukturen bezogenen Dienste wie Telemedizin, Telehealth, Electronic Health Record (EHR) sind allgegenwärtig und gehören mittlerweile zum medizinischen Alltag. Eine Hauptcharakteristik der Healthcare Information Systems (HIS) ist, dass sie datenintensive Systeme sind. Eines der größten Probleme bei HIS Lösungen ist die fehlende Interoperabilität der Produkte. Viele Hersteller liefern Lösungen, die eher anbieterzentrierte Ansätze verfolgen (z.B. proprietäre Nachrichtenformate) und damit wenig herstellerübergreifend bzw. interoperabel sind. Die Interoperabilität kann durch Interoperabilitätstesten überprüft werden. Dabei ist für die Interoperabilität von HISs die Etablierung und Einhaltung von Standards wie z.B. der Health Level Seven (HL7) Standard, der die Nachrichtenstruktur für den Austausch von Nachrichten zwischen medizinischen Informationssystemen festlegt, oder von sogenannten IHE Profilen (Integration Healthcare Enterprise) für die Spezifikation von Anwendungsfällen, wichtig. Diese Standards und darauf aufbauende Empfehlungen werden als Basis für das Testen der Interoperabilität herangezogen. Diese Dissertation führt eine Interoperabilitätstest-Methodologie ein und präsentiert die Konzepte für deren technische Realisierung unter Beachtung der Besonderheiten von HIS Systemen. Eine wesentliche Herausforderung dieser Dissertation bestand in einem flexiblen und skalierbaren Entwurf eines Test-Systems, welches auf der einen Seite mit den sehr datenintensiven Systemen umgehen kann und auf der anderen Seite fähig ist, die interagierenden Komponenten zu simulieren. Eine weitere Herausforderung bestand in der automatisierten Anbindung und Konfiguration des Test-Systems bzgl. der Verschiedenartigkeit der Anwendungsszenarien, so dass das Test System in der Lage ist, Interoperabilitätsszenarien durch die Instanziierung der im Voraus programmierten Testkomponenten zu simulieren. Die Methodologie besteht aus drei Teilen: 1) ein Prozess für den Testentwurf, 2) Muster für den Austausch der Nachrichten, die für die Ableitung des Verhaltens der Tests verwendet werden und 3) ein Konzept für eine Testarchitektur eines Test Frameworks. Die entwickelte Interoperabilitätstest-Methodologie wird in einem auf der TTCN-3 Test Technologie basierten Test-System realisiert. Ein wichtiges Element der Realisierung ist das semantische Mapping der HL7 Version 2.x Nachrichtstrukturen nach TTCN-3 Typen, das die Struktur und Semantik der Nachrichten bewahrt. Eine Sammlung von Ableitungsalgorithmen, die passendes TTCN-3 Test-Verhalten erzeugen, vervollständigen die Definition der Testskripts. Das Framework unterstützt auch die Kommunikation mit dem System unter Test und ist in der Lage, sich dynamisch an beliebige Testkonfigurationen, die die Test-Szenarien erfordern, anzupassen. Die Effektivität der entwickelten Interoperabilitätstest-Methodologie wird anhand von zwei Fallstudien demonstriert. In der ersten Fallstudie wird die Interoperabilität der IHE PCD Systeme (Patient Care Devices) untersucht. In der zweiten Fallstudie wird die Methodologie auf IHE ITI (IT Infrastructure) konforme Systeme angewendet. Während die erste Fallstudie in einem Forschungsprojekt durchgeführt wurde, welches die Angemessenheit der Methodologie nachweist, demonstriert die zweite Fallstudie ihre Anwendbarkeit in einem industriellen Kontext.
Over the last two decades, the number of healthcare services at the edge of the traditional medical care and computer technologies has increased dramatically, making eHealth infrastructure-related services ubiquitous. Services such as telemedicine, telehealth, Electronic Health Record (EHR) systems are common terms and practices in the actual medical-care sector. A main characteristic of Healthcare Information Systems (HISs) is that they are very data-intensive systems. In this respect, a major problem is the lack of product interoperability. Many vendors provide solutions, which are rather provider-centric approaches (i.e., proprietary protocols and message formats), hence, interoperability is not regarded. The interoperability can be evaluated by means of interoperability testing. The publication of standards such as the Health Level Seven Messaging Standard (HL7) for defining a common message-structuring scheme for message exchange between medical information systems, or the adoption of the Integrating the Healthcare Enterprise (IHE) integration profiles for specifying use cases that implementers should follow, is an important step in enabling interoperable HISs. These standards and recommendations are the basis for interoperability testing. This thesis develops an interoperability testing methodology and its realisation concepts for coping with the aforementioned issues in HISs. The main problem addressed in this thesis is how to design a test system that can deal with very data-intensive systems and, at the same time, is capable of emulating the interacting parties. The challenge in this approach is how to automatically customise and configure the test platform to simulate an interoperability scenario by instantiating test components programmed in advance to simulate the behaviour of particular interacting entities as required by the test scenarios. The methodology consists of three main parts: 1) the test design process 2) the message event patterns which are used to derive test simulators and 3) the conceptual architecture for a test framework. The developed interoperability testing methodology is instantiated in a test framework based on the TTCN-3 test technology. An important component of the realization of the test system is based on the semantic mapping of HL7 version 2.x message structures to TTCN-3 message types that preserves the ontology. A set of derivation algorithms for providing TTCN-3 test behaviours and configurations completes the abstract definition of test scripts. The framework also provides means of communication with System under Test (SUT) and is capable to dynamically adapt to any test configuration as required by test scenarios. The effectiveness of the developed interoperability testing methodology is demonstrated throughout two case studies. The first case study investigates the interoperability of systems from the IHE Patient Care Devices (PCD) domain. The second applies the methodology to another domain, namely IHE IT Infrastructure (ITI). While the first case study realised within a research project shows the suitability of the developed methodology, the second case study demonstrates its feasibility directly in an industrial context.
