基于Echarts技術(shù)的糖尿病病理數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的設(shè)計

張枝令 阮群生

（寧德師范學(xué)院信息與機電工程學(xué)院 福建省寧德市 352100）

1 引言

伴隨著人們生活方式的不斷改變，糖尿病的患病率也在與日俱增[1]。除了藥物上的治療以外，進(jìn)行開展糖尿病患者健康管理的重要性也在日益凸顯[2]。信息可視化技術(shù)可以輔助醫(yī)療人員實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的簡化，將糖尿病患者復(fù)雜龐大的病理數(shù)據(jù)用更一種直觀的方法來表達(dá)，從而達(dá)到減輕醫(yī)療人員工作負(fù)擔(dān)，提升醫(yī)療系統(tǒng)效率的最終目標(biāo)[3-4]。

按糖尿病患者管理系統(tǒng)功能層層遞進(jìn)的角度，可以將國內(nèi)外主要的管理系統(tǒng)分為三類[5-13]：第一類，自我管理，其將主要重心放在為患者提供血糖相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄上，并進(jìn)行相關(guān)控糖知識的介紹。第二類，自我管理+溝通管理，在實現(xiàn)核心功能的基礎(chǔ)上，接入了醫(yī)生問診服務(wù)和社交服務(wù)。第三類，自我管理+溝通管理+第三方服務(wù)。通過分析可知，國外糖尿病患者管理系統(tǒng)將主要的核心功能放在了自我管理的這個模塊，沒有過多得加入溝通管理功能以及第三方服務(wù)；相比之下，國內(nèi)的糖尿病患者管理系統(tǒng)提供的功能比較全面，在自我管理的基礎(chǔ)上，會融合溝通管理以及第三方服務(wù)等功能。

本文針對糖尿病數(shù)據(jù)可視化需求，全面闡述系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)和策略，籍此為糖尿病病理數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的研發(fā)提供借鑒。

2 系統(tǒng)需求分析

本系統(tǒng)針對的目標(biāo)用戶主要是糖尿病慢性病的相關(guān)醫(yī)療人員，包含醫(yī)生和護(hù)士，以及擁有相關(guān)從業(yè)資格證的工作人員等。這部分人員擁有專業(yè)的醫(yī)療知識，并且多年與糖尿病患者打交道，有豐富的糖尿病管理實踐經(jīng)驗。同時，由于本文國家的醫(yī)療系統(tǒng)的現(xiàn)狀，這部分人的時間壓力往往比較大，需要有能夠幫助他們進(jìn)行診斷，分析病情的工具。

當(dāng)前，糖尿病這種疾病已然成為擺在全世界人類健康危機面前的非傳染性疾病之一[11]。在本文國家，糖尿病患者的統(tǒng)計數(shù)量正在隨著年份地增長而增長，本文國家已經(jīng)成為這個世界上糖尿病患者數(shù)量最多的國家[14]。糖尿病患者管理系統(tǒng)能夠幫助糖尿病患者進(jìn)行更好的自我管理，也能幫助醫(yī)療人員進(jìn)行輔助管理，還有利于社會第三方接入相關(guān)的服務(wù)功能。但是大多數(shù)糖尿病患者管理系統(tǒng)的醫(yī)生服務(wù)端都將重點放在了與患者的遠(yuǎn)程問診上，而缺少了對醫(yī)生端的診斷的輔助?，F(xiàn)在醫(yī)生的時間普遍比較緊張，想要了解患者信息就只能通過傳統(tǒng)的醫(yī)療數(shù)據(jù)報告，需要反復(fù)地查看患者的血糖數(shù)據(jù)，各項指標(biāo)和并發(fā)癥概率，而人腦對于書面信息的處理沒有視覺信息處理來的容易，將復(fù)雜的醫(yī)療數(shù)據(jù)可視化，能夠加快醫(yī)生和患者溝通的效率，提高醫(yī)生分析數(shù)據(jù)的速度，更好地從結(jié)果追溯原因，進(jìn)行分析和決策。醫(yī)療人員想要通過糖尿病患者管理系統(tǒng)查看相關(guān)病患的各項身體指標(biāo)，更直觀地了解患者的身體情況，并且快速地與患者進(jìn)行溝通聯(lián)系。同時，醫(yī)院方面也希望整合所擁有的全部患者各項數(shù)據(jù)，從整體上摸清所有患者的管理情況，從而掌握醫(yī)院乃至當(dāng)?shù)氐奶悄虿』颊叽髽颖痉治?，尋求糖尿病更高效?yōu)秀的管理模式。所以，在這個基礎(chǔ)上，本文充分利用互聯(lián)網(wǎng)終端的廣泛應(yīng)用和平臺優(yōu)勢，設(shè)計一款面向醫(yī)療人員的糖尿病患者管理系統(tǒng)，輔助醫(yī)療人員進(jìn)行糖尿病患者的管理。可視化分析與線上管理相結(jié)合，滿足醫(yī)療人員進(jìn)行單一患者的病情的快速分析，也滿足醫(yī)療人員掌握糖尿病患者整體管理情況的需求。

本系統(tǒng)依托醫(yī)療人員專業(yè)的知識和豐富的臨床經(jīng)驗，解決糖尿病患者數(shù)據(jù)利用率低的問題，進(jìn)行可視化系統(tǒng)的開發(fā)，簡化醫(yī)療人員的信息處理步驟，提高診斷管理的效率，充分挖掘糖尿病患者大樣本數(shù)據(jù)的醫(yī)療價值，進(jìn)而達(dá)到幫助患者穩(wěn)定血糖的目的。系統(tǒng)功能用例圖如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)功能用例圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

（1）軟件體系架構(gòu)設(shè)計?？梢园严到y(tǒng)進(jìn)行分層設(shè)計，每層中模塊的邏輯功能獨立，這樣有利于系統(tǒng)的維護(hù)，亦有利于系統(tǒng)功能升級換代。在用戶層上，系統(tǒng)使用用戶僅需安排少量的支持系統(tǒng)運行結(jié)果可視化的插件，安裝常見的瀏覽器軟件，用戶本機可連接英特網(wǎng)前提下，用戶即可操作系統(tǒng)功能模塊。在應(yīng)用層上，設(shè)計有患者信息查詢、其它信息查詢、個人中心、患者管理等子模塊，其中前三者與信息可視化系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)交互接口，子模塊運算的結(jié)果由可視化系統(tǒng)進(jìn)行三維展示，患者管理由通訊信息接口同醫(yī)院MIS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以獲取患者的資料。為獲取醫(yī)院MIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，應(yīng)設(shè)計一個服務(wù)層，在該服務(wù)層上，應(yīng)設(shè)計數(shù)據(jù)服務(wù)和通信服務(wù)組件，通過這兩個組件為應(yīng)用層提供不透明的數(shù)據(jù)和通訊服務(wù)。本系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)架構(gòu)

（2）系統(tǒng)技術(shù)路線設(shè)計。在設(shè)計本系統(tǒng)時，前端模塊可使用VScode 來進(jìn)行代碼的編輯，開發(fā)和優(yōu)化，使用Django基礎(chǔ)架構(gòu)[15]，利用原生前端開發(fā)工具和Bootstrap前端框架來進(jìn)行前端頁面的搭建，并使用Echarts可視化開發(fā)工具構(gòu)建可視化圖表，為醫(yī)療人員開發(fā)構(gòu)建可視化系統(tǒng)。針對部分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可使用Excel軟件作為存儲和交換的中間載體。系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)路線直觀表述如圖3所示。

圖3：系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)路線

（3）系統(tǒng)核心功能模塊設(shè)計。為了滿足醫(yī)生和患者兩類用戶的需求，系統(tǒng)核心功能模塊可設(shè)計有患者管理、個人中心、患者信息查詢等，其中患者管理又需設(shè)計查看患者信息、查看患者詳情等子模塊，患者信息查詢又包括病癥關(guān)系數(shù)據(jù)可視化、疾病關(guān)系可視化、患者數(shù)據(jù)交互等子模塊。具體如圖4所示。

圖4：系統(tǒng)核心功能設(shè)計

4 系統(tǒng)實現(xiàn)與展示

由于系統(tǒng)功能模塊較多，下面僅列出患者信息查詢功能核心模塊的實現(xiàn)情況。這個模塊主要是從患者整體樣本上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，包括患者樣本中的數(shù)據(jù)比例，探尋年齡段和以及性別是否與并發(fā)癥有關(guān)，以及不同疾病之間的共性，從而達(dá)到挖掘大樣本數(shù)據(jù)的價值。主要分為以下三個模塊：

（1）數(shù)據(jù)分布。主要是由三個餅圖構(gòu)成，雖然肉眼對面積的大小不敏感，在大部分情況下都是用柱狀圖來代替餅圖進(jìn)行展示[16]，但是有一種情況比較特殊，就是在成分較少且用來表示占比的情況下，本文的數(shù)據(jù)分布主要就是用來表示比例：在性別分布圖中，是為了表現(xiàn)出樣本里男女的比例；在并發(fā)癥分布圖中，目的是體現(xiàn)患糖尿病視網(wǎng)膜病變這種并發(fā)癥的比例；在異常指標(biāo)分布圖中，可以查看27個體檢指標(biāo)中異常的比例，同時，為了能夠在異常指標(biāo)中切換，本文還需要設(shè)計一個選擇下拉框，能夠讓醫(yī)療人員選擇想要查看的異常體檢指標(biāo)比例。部分界面設(shè)計如圖5所示。

圖5：數(shù)據(jù)分布

（2）不同年齡段的并發(fā)癥比例柱狀圖和血壓啞鈴圖。這部分主要是由兩個圖構(gòu)成：

1.不同年齡段的并發(fā)癥柱狀圖，在不同年齡段的并發(fā)癥柱狀圖中，是為了體現(xiàn)不同性別在不同年齡段的患并發(fā)癥比例，由于此處的成分比較多，所以不選擇餅狀圖而是選擇堆疊柱狀圖這種占比類圖來表示不同部分?jǐn)?shù)據(jù)在總體數(shù)據(jù)中的占比。在柱狀圖的基礎(chǔ)上，還添加了兩條折線圖，因為折線圖可以用來表達(dá)趨勢[17]，所以分別用來表示不同年齡段中糖尿病的患病比例和患糖尿病視網(wǎng)膜病變并發(fā)癥的比例，醫(yī)療人員可以借此探索分析這兩種疾病與年齡之間的關(guān)系。因為在觀察年齡段與并發(fā)癥的時候可能要利用到患者的血糖數(shù)據(jù)，于是，在柱狀圖和血壓啞鈴圖之間構(gòu)造了一個關(guān)聯(lián)，通過選擇柱狀圖展示的年齡段，可以篩選在血壓啞鈴圖中展示的年齡段數(shù)據(jù)。部分界面設(shè)計圖如圖6所示。

圖6：不同年齡段的并發(fā)癥柱狀圖

2.血壓啞鈴圖。在這個部分中，還有一張血壓啞鈴圖，主要是用來表示樣本中患者的血壓數(shù)據(jù)：血壓有收縮壓和舒張壓，用綠色的節(jié)點來表示正常的收縮壓和舒張壓，為了能夠更快速地提醒醫(yī)療人員，對于異常的收縮壓，本文將綠色的節(jié)點更改為向上的紅色箭頭，而對于異常的舒張壓，本文采用向下的橙色箭頭用來警示。同時，用不同顏色的線條來表示有無并發(fā)癥：橙色線條代表有并發(fā)癥，藍(lán)色線條代表沒有并發(fā)癥。在血壓觀察中，還有一個重要的指標(biāo)是BMI數(shù)據(jù)，即身體質(zhì)量指數(shù)，本文將BMI劃分為三個層次：體重正常，體重過輕和體重過重，本文用節(jié)點的高低來表示BMI的大小，用顏色的深淺來區(qū)分體重的三個指標(biāo)。在血壓啞鈴圖中，醫(yī)療人員有時候需要按照不同的順序來查看患者血壓，所以在系統(tǒng)中添加的三種排序方式，分別是按ID升序，按年齡升序和按BMI升序。同時，為了方便醫(yī)療人員在發(fā)現(xiàn)異常的時候快速進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，本文在坐標(biāo)軸上添加了“查看詳情”按鈕，通過點擊坐標(biāo)軸就可以快速達(dá)到患者信息頁，這樣的操作過程相比于手動搜索能夠更加簡潔。部分界面設(shè)計圖如圖7所示。

圖7：血壓啞鈴圖

（3）疾病關(guān)系圖。在進(jìn)行糖尿病相關(guān)疾病的調(diào)研中，有時候為了找到它們之間的共性和個性，需要利用相關(guān)性來進(jìn)行調(diào)查。關(guān)系圖能夠充分展示節(jié)點之間的相互聯(lián)系的關(guān)系，本文用節(jié)點的大小來表示樣本中患病人數(shù)的多少，用節(jié)點之間聯(lián)系的粗細(xì)來表示樣本中同時患兩種疾病的人數(shù)的多少。同時，為了調(diào)研每種相關(guān)疾病與糖尿病及并發(fā)癥的關(guān)系，在系統(tǒng)中設(shè)置了一個環(huán)狀餅圖，內(nèi)圈用來表示患糖尿病視網(wǎng)膜病變并發(fā)癥在患該疾病人群中的比例，外圈用來表示患糖尿病在患該疾病人群中的比例。根據(jù)需求分析，本文還需要能夠按照相關(guān)疾病的重要性對疾病關(guān)系圖的節(jié)點進(jìn)行篩選，通過右上角的滑塊，就可以實現(xiàn)按重要性篩選節(jié)點。同時，也可以點擊圖例，讓醫(yī)療人員能夠按自己需要的角度出發(fā)去查看疾病關(guān)系。部分界面設(shè)計圖如圖8所示。

圖8：不同疾病之間的關(guān)系

5 結(jié)論

信息可視化的重點就是將定性定量的數(shù)據(jù)屬性描述轉(zhuǎn)化為圖形表示，借助各種圖像信息達(dá)到圖形和圖像的映射。將信息可視化利用到糖尿病管理系統(tǒng)上，能夠優(yōu)化醫(yī)療人員的工作體驗，從大樣本數(shù)據(jù)剖析，得到更優(yōu)秀的血糖管理方案和管理計劃。本文主要在圍繞糖尿病數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)展開，首先介紹了該類系統(tǒng)的主要功能需求，接著從系統(tǒng)設(shè)計框架、系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)路線及功能模塊的設(shè)計等多角度，從技術(shù)層面，較為全面地闡述了系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容?；谙到y(tǒng)需求分析和系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上，本文實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能模塊，從系統(tǒng)運行實際結(jié)果表明，本文提出的方法較為合理，能夠達(dá)到糖尿病患者基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可視化要求。可為醫(yī)生提供有價值的參考。未來工作是采用云端的方式儲存數(shù)據(jù)，做到聯(lián)機使用，開發(fā)APP版本以及小程序版本，使得系統(tǒng)能夠被部署在手機、IPAD等便攜式終端，以此方便用戶的使用。