基于云平臺(tái)與MVC架構(gòu)的醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)

呂猛,張巍

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院，吉林 長春 130041)

1 引言

人們對(duì)自身和身邊人身體健康重視程度逐漸加深，并增加體檢及相關(guān)身體檢查的次數(shù)，這給醫(yī)院帶來較大的挑戰(zhàn)[1]。近些年，各地醫(yī)院規(guī)模不斷擴(kuò)大，業(yè)務(wù)范圍和數(shù)量也在不斷增加，對(duì)醫(yī)療信息的管理也提出了更高的要求，由此造成的勞動(dòng)力成本和服務(wù)效率等一系列問題給醫(yī)院造成了很大的困擾[2-4]。

面對(duì)這種情況，醫(yī)院信息化管理系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地緩解了此類問題，自上個(gè)世紀(jì)90年代開始，醫(yī)院信息化建設(shè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)逐漸從手工機(jī)械式的管理，進(jìn)化為自動(dòng)化、電子化，在管理系統(tǒng)的輔助下，實(shí)現(xiàn)了便捷、高效的信息管理[5-7]。但是，隨著信息技術(shù)的不斷更新以及人們對(duì)高效率生活的追求，常規(guī)的醫(yī)院信息化管理系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段的業(yè)務(wù)需求。如文獻(xiàn)[8]中提到的基于信息集成平臺(tái)的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)更多地是針對(duì)信息的采集與匯總，隨著待處理數(shù)據(jù)量的增多，其相應(yīng)的成本和資源也在不斷增多，長此以往，系統(tǒng)使用壽命將會(huì)大大縮減，使用價(jià)值極低。文獻(xiàn)[9]中提到的基于SOA 的管理系統(tǒng)存在同樣的問題，SOA 是一個(gè)組件模型，該系統(tǒng)利用這一模型將系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)模塊很好地連接在一起，實(shí)現(xiàn)了信息的統(tǒng)一管理，雖然進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的管理效率，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，組件模型的使用限制了編程接口和通訊模型，在實(shí)際開發(fā)過程中需要消耗更多的成本，工作效率并沒有得到保證。因此，提出基于云平臺(tái)與MVC 架構(gòu)的醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決上述常規(guī)管理系統(tǒng)中存在的問題。

2 基于云平臺(tái)與MVC架構(gòu)的醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

醫(yī)院信息化管理系統(tǒng)內(nèi)部管理的信息類型繁雜，來源各不相同，對(duì)信息化管理干擾比較大，在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將信息分為兩大類，一種是來自人工輸入的信息，包括人員信息、病例信息等，另一種是非人工輸入的信息，多數(shù)是設(shè)備或醫(yī)療器械自動(dòng)產(chǎn)生的信息。對(duì)于人工輸入的數(shù)據(jù)更多的是依賴軟件部分實(shí)現(xiàn)各種信息的管理，對(duì)于非人工輸入的信息，利用系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，首先對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行統(tǒng)一。信息化的建設(shè)使得醫(yī)院內(nèi)部數(shù)據(jù)越來越龐大，且非人工數(shù)據(jù)的來源多為傳感器，因此設(shè)置系統(tǒng)采樣方式為分時(shí)采樣[10]。具體方式如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)分時(shí)采樣方式

在分時(shí)采樣形式的支持下，采集到多源信息，在信息處理前，需要將多源信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)單元中，以便實(shí)時(shí)查閱和處理分析。

考慮到醫(yī)院信息數(shù)據(jù)的處理需求，采用AT24C64D芯片作為主存儲(chǔ)器，該芯片具有兩種接口，可以在進(jìn)行編程時(shí)同時(shí)接收數(shù)據(jù)，不需要額外的編程電壓，在系統(tǒng)工作狀態(tài)下，只需要2．7V～3．6V 的單電壓就可以支持其工作。該存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 AT45DB642存儲(chǔ)芯片框圖

對(duì)于存儲(chǔ)單元內(nèi)信號(hào)鏈路的控制，使用模擬開關(guān)芯片SGM84782 控制，該芯片具有較低的關(guān)斷泄漏電流，是一個(gè)獨(dú)立的4通道數(shù)據(jù)選擇器。其使用的真值表如表1所示。

表1 SGM84782真值表

在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可通過對(duì)A/B 的控制來選擇相對(duì)應(yīng)的通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的支持。

3 基于云平臺(tái)與MVC架構(gòu)的醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 搭建系統(tǒng)架構(gòu)

利用云平臺(tái)和MVC 架構(gòu)搭建管理系統(tǒng)架構(gòu)，以MVC架構(gòu)作為基礎(chǔ)，在其上搭載云服務(wù)器，作為管理系統(tǒng)的架構(gòu)，支撐系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。MVC 架構(gòu)包括模型、視圖和控制器，將系統(tǒng)的內(nèi)部業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)、界面分離，提高了程序的重用性，大大減輕了系統(tǒng)開發(fā)所需的工作量。搭建的系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

從圖3 中可以看出，結(jié)合云平臺(tái)和MVC 架構(gòu)的系統(tǒng)框架分為五層，其中通信接口層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通信功能的支撐基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)預(yù)處理層，主要負(fù)責(zé)處理采集到的原始數(shù)據(jù)，以及在處理完成后，將數(shù)據(jù)提交到下一層；業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計(jì)主要針對(duì)系統(tǒng)用戶的操作需求，用戶將請(qǐng)求提交到邏輯層后，通過調(diào)用全局管理器中的方法處理請(qǐng)求，并給予回應(yīng)；全局管理層是系統(tǒng)的核心，可直接調(diào)用云服務(wù)器中的所有業(yè)務(wù)功能和操作對(duì)象方法，并對(duì)其進(jìn)行管理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與共享層包含兩個(gè)模塊。在系統(tǒng)框架的支持下，規(guī)劃管理任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院信息的綜合管理。

3.2 規(guī)劃管理任務(wù)

假設(shè)管理任務(wù)的寬和高分別是w和h，每個(gè)任務(wù)具有四條邊界，在管理過程中，對(duì)于任一管理任務(wù)c，均有一個(gè)有效候選調(diào)度區(qū)域，在該區(qū)域邊界存在一個(gè)邊a，如果該邊與任務(wù)的邊相等，則它是一條鄰接邊，通過這一鄰接邊即可確定下一任務(wù)。假設(shè)任務(wù)創(chuàng)建后，任務(wù)c的一個(gè)有效調(diào)度區(qū)域的鄰接邊總數(shù)為v，所有空閑區(qū)域的邊界長度之和為b，將任務(wù)放置該調(diào)度區(qū)域，則新的區(qū)域邊界長度之和為：

在得到新的邊界總長度后，判斷區(qū)域大小和任務(wù)大小，當(dāng)區(qū)域面積大于任務(wù)面積時(shí)，將新任務(wù)放置在空白區(qū)域，同時(shí)保證每個(gè)新到的任務(wù)的有效調(diào)度區(qū)域具有最大的鄰接變數(shù)，以便后續(xù)的任務(wù)調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度效率最大化。

4 基于云平臺(tái)與MVC架構(gòu)的醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究

4.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究中，以某醫(yī)院數(shù)據(jù)為例，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)部分?jǐn)?shù)據(jù)表如表2所示。

表2 住院信息數(shù)據(jù)表

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中，引入常規(guī)的信息化管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)多項(xiàng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中從數(shù)據(jù)庫中隨機(jī)生成任務(wù)集，針對(duì)常規(guī)管理系統(tǒng)中的管理任務(wù)調(diào)度效率差的問題，選擇系統(tǒng)硬件負(fù)載率、任務(wù)的到達(dá)間隔和任務(wù)的通信時(shí)間作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。在生成任務(wù)集之后，定義系統(tǒng)硬件負(fù)載率，其計(jì)算公式為：

公式中Lr表示系統(tǒng)硬件負(fù)載率，t表示任務(wù)集合中最后一個(gè)任務(wù)的截止時(shí)間，i表示任務(wù)數(shù)，αi表示每個(gè)任務(wù)占用資源，W表示任務(wù)的寬度，H表示任務(wù)的高度，hi和wi表示每個(gè)任務(wù)的寬度和高度。實(shí)驗(yàn)中通過對(duì)硬件負(fù)載率的計(jì)算，可進(jìn)一步計(jì)算出任務(wù)的到達(dá)間隔時(shí)間，對(duì)于醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)，其任務(wù)到達(dá)間隔時(shí)間越短，說明管理工作效率越高，反之，工作效率越低。任務(wù)到達(dá)間隔時(shí)間指標(biāo)的計(jì)算公式為：

公式中T0表示實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)任務(wù)的平均大小，tin表示任務(wù)到達(dá)間隔時(shí)間。公式中任務(wù)的大小均在一定區(qū)間內(nèi)，每個(gè)任務(wù)的配置時(shí)間均為0．34ms，在部分參數(shù)配置相同的情況下，利用公式計(jì)算系統(tǒng)任務(wù)的有效通信時(shí)間。計(jì)算公式如下：

公式中l(wèi)m表示任務(wù)間的距離，si表示任務(wù)的面積，ε表示根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自定義的系數(shù)，取lm得對(duì)數(shù)。實(shí)驗(yàn)前，每次測試程序運(yùn)行時(shí)，都會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生1000個(gè)任務(wù)，將各組任務(wù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比分析各個(gè)管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性能。

4.2 管理系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

按照上述內(nèi)容使用不同的管理系統(tǒng)，處理實(shí)驗(yàn)任務(wù)集合，使用第三方軟件監(jiān)控管理西歐通處理任務(wù)的整個(gè)過程，同時(shí)輸出上述中的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)結(jié)果，其中系統(tǒng)硬件負(fù)載率和任務(wù)間隔時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，系統(tǒng)任務(wù)有效通信時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果單獨(dú)分析。

圖4 不同管理系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖a 中顯示常規(guī)的兩種管理系統(tǒng)，達(dá)到頂峰的時(shí)間較長，負(fù)載率最高達(dá)到了50%，在達(dá)到頂峰后，負(fù)載率下降趨勢緩慢，下降不明顯；提出的基于云平臺(tái)的管理系統(tǒng)負(fù)載率在30%以下，在達(dá)到頂峰后，負(fù)載率下降快速且穩(wěn)定，說明其自我調(diào)整能力更好。圖b中顯示，提出的管理系統(tǒng)任務(wù)到達(dá)間隔時(shí)間變化穩(wěn)定，工作效率穩(wěn)定。經(jīng)過計(jì)算，得到各個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)任務(wù)通信有效時(shí)間，常規(guī)管理系統(tǒng)1 的有效時(shí)間為74．5s，常規(guī)管理系統(tǒng)2的系統(tǒng)任務(wù)通信有效時(shí)間為69．4s，提出的管理系統(tǒng)任務(wù)通信有效時(shí)間為102．6s。綜上所述，設(shè)計(jì)的基于云平臺(tái)與MVC架構(gòu)的醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，工作效率高。

5 結(jié)束語

本文以醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)為目的，展開大量研究與分析，設(shè)計(jì)基于云平臺(tái)與MVC架構(gòu)的醫(yī)院信息化綜合管理系統(tǒng)，從硬件部分與軟件部分兩方面完成了整體設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中系統(tǒng)硬件負(fù)載率始終在30%以下，任務(wù)達(dá)到間隔時(shí)間變化穩(wěn)定，證明了設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)具有非常高的應(yīng)用價(jià)值，有效地解決了常規(guī)管理系統(tǒng)中存在的問題，該系統(tǒng)能夠更好地支持醫(yī)院信息管理工作。但是醫(yī)院信息化涉及的數(shù)據(jù)過于龐大，設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)內(nèi)部一些細(xì)節(jié)之處存在一些小問題，如醫(yī)院相關(guān)人員的隱私安全問題，如何減輕系統(tǒng)定期維護(hù)所消耗的時(shí)間成本與人力成本等，在未來研究中，將從上述兩個(gè)方面展開研究，進(jìn)一步完善醫(yī)院管理系統(tǒng)，為醫(yī)院信息的智能管理提供更加科學(xué)完善的功能。