基于微服務(wù)的智慧醫(yī)療平臺的設(shè)計與應(yīng)用研究

汪睿 胡外光 陳敏蓮 徐驍

（湖南省兒童醫(yī)院數(shù)據(jù)信息管理中心 湖南省長沙市 410007）

通常來說，互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院是一個結(jié)合線上和線下的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療平臺，供醫(yī)療機構(gòu)為患者提供多種遠程醫(yī)療服務(wù)。它利用信息技術(shù)將醫(yī)療資源從醫(yī)院延伸到互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)展在線醫(yī)療服務(wù)和健康服務(wù)。互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療給人們生活帶來了重要變化，提高了服務(wù)質(zhì)量，給人們提供了便利，作為線下健康服務(wù)的補充，線上健康服務(wù)很好的緩解了我國醫(yī)療資源相對短缺的問題。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)進一步發(fā)展，以及人們逐漸增長的醫(yī)療需求和不斷變化的業(yè)務(wù)場景，使得傳統(tǒng)醫(yī)療信息化需要新的發(fā)展模式來適應(yīng)，同時大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、模式識別、人工智能等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得醫(yī)療信息化有了更進一步發(fā)展的技術(shù)支撐，給醫(yī)療信息化提供了新的發(fā)展方向。在政策方面，2018 年7 月17 日，國家衛(wèi)健委、國家中醫(yī)藥管理局發(fā)布三份文件：《互聯(lián)網(wǎng)診療管理辦法（試行）》、《互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院管理辦法（試行）》、《遠程醫(yī)療》服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn)（試行）。這是我國首次對互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院提出詳細規(guī)定，標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院進入規(guī)范發(fā)展階段。2020 年國家衛(wèi)健委發(fā)布的關(guān)于智慧醫(yī)院建設(shè)的通知中，明確提出要創(chuàng)建新型智慧醫(yī)院系統(tǒng)，快速搭建預(yù)約診療制度，在各個衛(wèi)健委及醫(yī)院中，著力推進互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)院的發(fā)展。由此可見，互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療是傳統(tǒng)醫(yī)療信息化的進一步發(fā)展趨勢。

本文結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院和智慧醫(yī)療的建設(shè)思路，提出了基于微服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺，該平臺通過Spring Boot技術(shù)來開發(fā)微服務(wù)應(yīng)用，采取Nacos 作為微服務(wù)的構(gòu)建、交付和管理平臺，同時結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘中關(guān)聯(lián)分析技術(shù)，進一步分析癥狀和疾病之間的聯(lián)系，給醫(yī)生提供精準(zhǔn)有效的智慧輔診等服務(wù)，最終形成線上線下醫(yī)療一體化，具有高穩(wěn)定、易擴展特性的互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺。

1 技術(shù)選型設(shè)計

1.1 Spring Boot

Spring Boot 是Pivotal 團隊在Spring 的基礎(chǔ)上提供的一套全新的開源框架，Spring Boot 可以簡化Spring 應(yīng)用程序的初始化配置，同時也可以在初始化時選擇多種應(yīng)用依賴，包括Spring Developer Tools、Spring Web、模板引擎、Security、Spring Data 等。而這些依賴的配置，Spring Boot會將其整合簡化到一起，并不需要自行配置，這種方式有效解決了自行配置的沖突問題，使得開發(fā)人員大大節(jié)約了大量的、繁瑣的模板化配置，這些特性方便了開發(fā)者的研發(fā)工作，提高開發(fā)效率，減少配置異常，可以專注于業(yè)務(wù)邏輯，這也讓Spring Boot 成為了時下主流的Java 快速開發(fā)的實現(xiàn)框架之一。

在此次平臺開發(fā)中，所用的Spring Boot 選取Spring Web Mvc 來構(gòu)建Web 控制器；用Maven 來進行項目構(gòu)建；配置Tomcat 來當(dāng)做容器；添加常用的Spring Data Jpa 操作數(shù)據(jù)庫；Spring Security 做權(quán)限控制；消息中間件kafka 作為微服務(wù)之間生產(chǎn)和消費渠道；由此形成互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺的單個微服務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)框架，如圖1 所示。

圖1： Spring Boot 基礎(chǔ)框架

1.2 Nacos

Nacos 是Alibaba 開發(fā)的一個構(gòu)建、支付和管理微服務(wù)的平臺，用于幫助開發(fā)者快速實現(xiàn)流量管理、服務(wù)配置、動態(tài)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)元數(shù)據(jù)及流量管理。自Alibaba 開源Nacos 到現(xiàn)在，Nacos 已經(jīng)成為開發(fā)微服務(wù)主流框架之一，并且市場占比有越來越大的趨勢，Nacos 支持幾乎所有的主流類型的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、配置和管理，包括Kubernetes Service，gRPC & Dubbo RPC Service，Spring Cloud RESTful Service，其邏輯架構(gòu)如圖2 所示。

圖2： Nacos 邏輯架構(gòu)

Nacos 有四大關(guān)鍵特性：服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)健康監(jiān)測，動態(tài)配置服務(wù)，動態(tài)DNS 服務(wù)，服務(wù)及其元數(shù)據(jù)管理。Nacos的這些特性，可以使得Nacos 擁有最大兼容主流類型服務(wù)的能力；并且可以及時的獲取主機或服務(wù)實例的健康狀態(tài)；此外，其配置中心化管理，可以使搭建的微服務(wù)架構(gòu)獲得更加良好的服務(wù)彈性擴容特性。相對比于其他主流注冊中心產(chǎn)品，Nacos 作為阿里巴巴在實際的應(yīng)用場景反復(fù)優(yōu)化打磨形成的產(chǎn)品，成長于十年雙十一的洪峰考驗，沉淀了簡單易用、穩(wěn)定可靠、性能卓越的核心競爭力，因此，在互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺的開發(fā)中，選用Nacos 作為微服務(wù)的注冊配置中心，來管理和配置各項服務(wù)。

1.3 基于關(guān)聯(lián)分析的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是一種將處理大量數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法相結(jié)合的技術(shù)，可以在大型數(shù)據(jù)庫中挖掘未知有用模式，預(yù)測未來結(jié)果等；同時在目前大數(shù)據(jù)的時代，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，特別是在商務(wù)、工程、醫(yī)學(xué)等可以快速積累大量數(shù)據(jù)的領(lǐng)域，可以取得十分良好的效果。

數(shù)據(jù)挖掘主要進行四種挖掘任務(wù)，分別是聚類分析，關(guān)聯(lián)分析，預(yù)測建模，異常檢測；其中關(guān)聯(lián)分析是一個十分關(guān)鍵的任務(wù)，可以找出事件之間的隱含關(guān)聯(lián)，挖掘出潛在的聯(lián)系。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面，臨床上同樣的病癥通常會由不同的疾病呈現(xiàn)，而同時醫(yī)生也是通過觀察癥狀來診斷病癥，因此，在這一個過程中，醫(yī)生往往要根據(jù)更進一步的檢驗報告，或者自身經(jīng)驗來做出更為合理的判斷。而對于后者，我們可以通過關(guān)聯(lián)分析，分析過去多年的就醫(yī)診斷相關(guān)數(shù)據(jù)，形成一個診療知識庫，以此來給醫(yī)生的診斷提供強力、有效的幫助，提高疾病診斷的正確率，查漏補缺。

在此次智慧醫(yī)療平臺的設(shè)計中，將采用經(jīng)典的FPgrowth 關(guān)聯(lián)分析算法來對就醫(yī)診斷數(shù)據(jù)進行頻繁項集的挖掘。

算法1 FP-growth第一段：構(gòu)建FP 樹Step1.將數(shù)據(jù)集進行遍歷，統(tǒng)計每個元素頻數(shù)。Step2.刪除頻數(shù)小于最小支持度的元素，同時按照頻率進行排序。Step3.創(chuàng)建只含空集合的根節(jié)點，將刪除后的每個項集加入樹中，如果樹中已經(jīng)存在該路徑，則增加元素的指，否則就創(chuàng)建一條新路徑。第二段：挖掘頻繁項集Step4.從FP 樹中提取條件模式基Step5.用條件模式基構(gòu)造條件FP 樹Step6.重復(fù)step4-5，直到樹中只有一個元素項。

2 平臺應(yīng)用研究

2.1 總體架構(gòu)

基于微服務(wù)架構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺采用BS 架構(gòu)，以輕客戶端，重服務(wù)端為設(shè)計理念，將大量的數(shù)據(jù)運算和業(yè)務(wù)邏輯的處理放至服務(wù)端，客戶端來做渲染，雖然因此會帶來一些網(wǎng)絡(luò)開銷，但是可以更加具有普適性，即使是性能一般的設(shè)備也能正常訪問平臺，使用功能。

互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺總體分為8 個模塊，前臺服務(wù)模塊作用是與后臺服務(wù)交互數(shù)據(jù)，然后渲染頁面顯示到用戶設(shè)備上；API 網(wǎng)關(guān)模塊負責(zé)承擔(dān)起負載均衡、路由服務(wù)和權(quán)限控制；微服務(wù)集群模塊是平臺核心，將實際使用的各個功能以微服務(wù)的形式進行搭建，并以此提供可靠、可擴展的訪問入口；基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)模塊是將醫(yī)院已有的系統(tǒng)進行整合，提取數(shù)據(jù)和智慧醫(yī)療平臺進行交互，常用His、Lis、Pacs、EMR四個基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)；服務(wù)發(fā)現(xiàn)、注冊模塊是根據(jù)Alibaba 開源的Nacos 框架進行搭建，使用Nacos 自帶的管理配置平臺進行管理；配置管理模塊主要管理各個微服務(wù)和交互系統(tǒng)的配置文件，將一些需要靈活變動的配置數(shù)據(jù)放入其中，如此，使用者可以在配置管理模塊中，實時的變動配置的數(shù)據(jù)，而不需要將程序停止或重啟；監(jiān)控系統(tǒng)模塊是對各個微服務(wù)和系統(tǒng)監(jiān)控，實時的查看服務(wù)提供狀態(tài)以及所在服務(wù)器，可以有效的支持平臺運行，增強可靠性；消息隊列模塊主要是支持各個微服務(wù)之間的交互，支持大規(guī)模吞吐量場景，降低了各個服務(wù)之間的耦合，削平高峰期的并發(fā)事務(wù)，增加平臺的穩(wěn)定性和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的處理能力。該平臺總體架構(gòu)如圖3 所示。

圖3： 互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺總體架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能

互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)診療一體化，精心打造患者全健康周期互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院，推行線上線下相結(jié)合的智慧服務(wù)模式。同時，為了服務(wù)用戶，整合入出院服務(wù)自助化，涵蓋患者住院十大功能，如常用的床位預(yù)約，院前檢查，費用清單，醫(yī)保登記，出院結(jié)算，電子票據(jù)等。此外，結(jié)合醫(yī)技預(yù)約一體化平臺，實現(xiàn)了放射、超聲、心電、胃腸鏡、全天候、分時段預(yù)約的功能?？傮w而言，互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺給用戶提供門診服務(wù)、住院服務(wù)、個人檔案、醫(yī)技預(yù)約、在線問診、健康管理等六大模塊，其主要功能如圖4 所示。

圖4： 互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺功能菜單

2.2.1 門診服務(wù)

門診服務(wù)模塊是給用戶提供門診就醫(yī)的相關(guān)服務(wù)，如掛號預(yù)約功能主要是給用戶提供線上掛號和預(yù)約功能；門診繳費功能給患者提供線上繳費并提供賬單和電子票據(jù)；對于一些復(fù)雜的病情，在就診前，可以通過智能導(dǎo)診，通過數(shù)據(jù)分析，可以先大概的分析并建議患者掛號正確的科室，并結(jié)合診前輔檢，減少患者看病的時間，提高醫(yī)生看病的效率；而云上藥房功能的開通更是方便了患者的用藥、取藥，可以在線下單，在醫(yī)生的指引下，合理購藥，合理用藥。

2.2.2 住院服務(wù)

住院服務(wù)模塊是給用戶提供住院結(jié)算方面的相關(guān)服務(wù)，其中包括對床位的預(yù)約，查看自己的住院記錄和費用清單，下載電子票據(jù)，進行出院結(jié)算、復(fù)印病案等。

2.2.3 個人檔案

個人檔案模塊是提供用戶的個人信息管理的相關(guān)服務(wù)，在此之中，可以查看看病的相關(guān)票據(jù)，以及病史、開過的處方、預(yù)約的情況和費用詳單等。

2.2.4 醫(yī)技預(yù)約

醫(yī)技預(yù)約模塊是提供給用戶來進行醫(yī)技檢查預(yù)約，方便患者直接進行檢查，已經(jīng)整合了放射預(yù)約、超聲預(yù)約、心電預(yù)約、胃腸鏡預(yù)約等診室檢查，此外，可以在預(yù)約通知中查看并設(shè)置預(yù)約通知方式和時間，預(yù)約管理可以查看歷史預(yù)約記錄，增加和取消預(yù)約等。

2.2.5 在線問診

在線問診模塊是提供給用戶在線上進行遠程醫(yī)療，在填寫好患者如主訴、病史等相關(guān)信息后，即可開具處方單；此外還可以就患者的自身健康情況、日常生活、工作、飲食、疫病流行情況等，給患者分析可能的健康風(fēng)險和醫(yī)學(xué)問題。

2.2.6 健康管理

健康管理模塊主要包含三個功能，分別是健康檔案，給用戶描繪并展示全面的、個性化的健康信息；健康評估，根據(jù)用戶做的檢驗檢查以及之前的就診史，來進行健康評估，并給出建議；居家護理功能常用于居家的患者，給出一些護理的建議，包括生活護理、康復(fù)訓(xùn)練等。

3 結(jié)論

互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院一直是醫(yī)療信息化的主要發(fā)展方向，強調(diào)線上線下相融合，打造一體化醫(yī)療體驗，提高患者看病效率，加強患者就診體驗。但是隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的來臨，傳統(tǒng)的醫(yī)療信息化已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的復(fù)雜多變，數(shù)據(jù)量繁多的場景，因此對傳統(tǒng)醫(yī)療信息化的改革，勢在必行。

綜合當(dāng)前醫(yī)療政策和大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展，本文提出了基于微服務(wù)架構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺的新型醫(yī)療信息化的設(shè)計與應(yīng)用研究，該平臺在上線后，不斷的進行迭代，更新，優(yōu)化，最終形成了一個具有穩(wěn)定、高彈性、易擴展特性的互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺。

但同時，在互聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療平臺的運營期間也出現(xiàn)了一些問題，比如數(shù)據(jù)共享延遲、信息不完善、數(shù)據(jù)備份困難等問題，特別是來自于his、lis 這些多個基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，本身數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，來源復(fù)雜，使得平臺在常常出現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取緩慢，展示不一致的情況，這些問題需要進一步的研究和完善。