基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧醫(yī)療平臺(tái)設(shè)計(jì)

楊燕艷，朱春燕

（蘇州托普信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 昆山 215300）

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+智慧醫(yī)療”源于發(fā)達(dá)國家，其中微軟和谷歌公司分別在2007 和2008 年推出與健康衛(wèi)生服務(wù)相關(guān)的醫(yī)療軟件供國民使用。與發(fā)達(dá)國家相比，“互聯(lián)網(wǎng)+智慧醫(yī)療”在我國起步較晚，其運(yùn)行機(jī)制還不夠成熟。但以新的“新醫(yī)改”為指引，利用信息化技術(shù)提高計(jì)生工作質(zhì)量、打造醫(yī)藥健康領(lǐng)域智能大數(shù)據(jù)平臺(tái)勢(shì)在必行，這也能夠提高公共衛(wèi)生和計(jì)劃生育領(lǐng)域的工作質(zhì)量，為健康和計(jì)劃生育事業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)[1]。根據(jù)智慧醫(yī)療和醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的總體架構(gòu)，采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)和信息交換為主要支柱，以健康和計(jì)劃生育應(yīng)用為主導(dǎo)，以資源整合為中心，以安全為支撐，單一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，功能完善，安全可靠，具有健康與計(jì)劃生育特點(diǎn)的醫(yī)療保健智能大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息交換與共享，保障健康安全可靠手術(shù)[2]，建設(shè)適應(yīng)發(fā)展環(huán)境需要的計(jì)劃生育信息化建設(shè)，夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)大數(shù)據(jù)中心化的方式，將新的醫(yī)療、計(jì)生等業(yè)務(wù)體系（HIS 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)除外）整合到智能醫(yī)療平臺(tái)上[3]。內(nèi)部聯(lián)通基層衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、各級(jí)醫(yī)院、公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、計(jì)劃生育機(jī)構(gòu)，上行聯(lián)通全國網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外聯(lián)通公安、民政等第三方機(jī)構(gòu)。智能化醫(yī)學(xué)平臺(tái)向外界開放3 個(gè)層次的智慧服務(wù)：IaaS、PaaS 和SaaS。IaaS 層主要有：監(jiān)管決策、基本信息登記、支付平臺(tái)、轉(zhuǎn)診功能；PaaS 層主要有：平臺(tái)服務(wù)、數(shù)據(jù)采集、基礎(chǔ)服務(wù)、線上掛號(hào)功能；SaaS 層主要有：管理系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)、病歷查詢功能。平臺(tái)總體架構(gòu)見圖1。

1.1 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)平臺(tái)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全體系為支撐，分為基礎(chǔ)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)、軟件服務(wù)4 個(gè)層次[4]。基于多層分布式開放的J2EE，按照面向業(yè)務(wù)的結(jié)構(gòu)，利用ESB 提供的信息交換平臺(tái)，ETL 中間代技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的對(duì)外業(yè)務(wù)和不同類型系統(tǒng)之間的協(xié)作。以靈活的工作流技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)過程進(jìn)行了快速反應(yīng)[5]。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一個(gè)以云計(jì)算為基礎(chǔ)的智能醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，見圖2。

在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于安全、服務(wù)相關(guān)的原理，同時(shí)兼顧了大量的服務(wù)資源的分享，對(duì)業(yè)務(wù)區(qū)進(jìn)行了劃分，將其劃分為核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)、應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)、安全管理區(qū)和信息發(fā)布區(qū)。核心網(wǎng)域是平臺(tái)和外部網(wǎng)的交界處，是連接外部設(shè)備的一個(gè)主要渠道[6]。該系統(tǒng)采用基于網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層的各種防御系統(tǒng)來防御網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層的拒絕服務(wù)，并提供了1 ～3 層網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和4 ～7 層的應(yīng)用層。在應(yīng)用程序數(shù)據(jù)區(qū)中，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫服務(wù)是整個(gè)平臺(tái)的中心。這個(gè)地區(qū)的服務(wù)對(duì)象是Web 服務(wù)器，而不是直接為使用者服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，建立了大規(guī)模的、不受阻礙的、資源的分享與保護(hù)，同時(shí)建立了一個(gè)集群化二層的支持系統(tǒng)。發(fā)布區(qū)是利用網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)大眾進(jìn)行服務(wù)的一個(gè)主要渠道，它可以在4～7個(gè)層面上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡和網(wǎng)絡(luò)防火墻。

1.2 大數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是海量數(shù)據(jù)處理的重要組成部分，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸（包括異構(gòu)）、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)、分布式計(jì)算、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)開放、任務(wù)調(diào)度、分布式索引等功能。因特網(wǎng)智能醫(yī)學(xué)要求有硬件設(shè)施來保證內(nèi)部的聯(lián)網(wǎng)等[7]。無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要避免數(shù)據(jù)泄露，為病人開通就醫(yī)IC，通過刷卡可以顯示診斷和治療的相關(guān)資料。在實(shí)施信息化平臺(tái)的過程中，應(yīng)采取綜合服務(wù)管理的方式，保證分級(jí)治療等工作的開展，并將相關(guān)的業(yè)務(wù)流程和使用效率，將醫(yī)院相關(guān)數(shù)據(jù)信息及時(shí)存儲(chǔ)到平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)科學(xué)運(yùn)用。通過依托，各醫(yī)院之間的密切聯(lián)系，加強(qiáng)了相關(guān)的醫(yī)療信息資源的分享。在某些大的醫(yī)院開展業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)時(shí)，必須要有專門的醫(yī)師來搭建信息化的管理系統(tǒng)。

通過網(wǎng)絡(luò)智能醫(yī)學(xué)構(gòu)建了一個(gè)綜合的衛(wèi)生系統(tǒng)，通過微信等方式，可以通過微信支付等方式進(jìn)行支付；信息化平臺(tái)的建立使醫(yī)患之間建立起了緊密的紐帶，促使醫(yī)師們?yōu)樘嵘约旱尼t(yī)學(xué)服務(wù)而奮斗。通過信息技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)與其他醫(yī)院的連接，為病人的就醫(yī)提供多元化的服務(wù)。通過信息化的平臺(tái)，病人可以通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)病人的就醫(yī)需要[8]。

1.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理器

所用的分布式混合式系統(tǒng)是由LAN 作為結(jié)點(diǎn)級(jí)和管理者通信平臺(tái)，在相同的網(wǎng)段上，由監(jiān)控中心的軟件來完成對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和存取。而分布式無線遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)模式之間，則是基于LAN 和TCP/IP 通信的網(wǎng)絡(luò)。在中央服務(wù)器電腦系統(tǒng)里，電腦的架構(gòu)是由顧客/服務(wù)器組成。在一個(gè)或多個(gè)電腦組成的網(wǎng)絡(luò)中，采用實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理程序，可以進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的通信。

2 功能設(shè)計(jì)

2.1 安全通信模塊設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)背景下，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)相融合，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)安全通信的功能。在安全通信系統(tǒng)中，采用了兩種通信方式，即通過藍(lán)牙和無線方式進(jìn)行通信[9]。在此基礎(chǔ)上，利用Bluetooth 通信線來實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)收集設(shè)備的通信；以Bluetooth 和GPRS/Wi-Fi 為主要支持模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收發(fā)和傳輸，建立了一個(gè)模組中間級(jí)的資料通信協(xié)定。在藍(lán)牙方面，為了保證無線通信的可靠性，采用M D5 校驗(yàn)碼和序列號(hào)的方式，在所包裝的數(shù)據(jù)中加入M D5 校驗(yàn)碼和序列號(hào)，從而保證了無線通信的可靠性。

2.2 傳感器數(shù)據(jù)處理軟件模塊設(shè)計(jì)

對(duì)于設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理器，為其設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)處理軟件，在軟件中配置一種傳感器數(shù)據(jù)去噪算法，算法的具體步驟如下。

第一步：獲取傳感器在時(shí)間段 0T到ST內(nèi)的數(shù)據(jù)流信息，具體公式如下。

式（1）中Qim,jm,tm指的是第m個(gè)事件數(shù)據(jù)；是指第m個(gè)時(shí)間域?yàn)V波后獲取的事件流數(shù)據(jù)；iT指的是一個(gè)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

第二步：獲取Qim , jm,tm 的對(duì)應(yīng)位置信息(im,jm)。

第三步：將(im,jm)的空間鄰域窗口大小用m?m來表示，獲取空間域?yàn)V波器。

第四步：對(duì)步驟一中獲得的數(shù)據(jù)流信息實(shí)施空間域?yàn)V波，具體公式如下。

式（2）中Qim,jm,tm指的是空間域?yàn)V波后的數(shù)據(jù)流信息。

第五步：對(duì)Qim,jm,tm實(shí)施統(tǒng)計(jì)，具體公式如下。

2.3 數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫模塊中，使用MySQL數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并設(shè)計(jì)多張數(shù)據(jù)表，包括用戶信息結(jié)構(gòu)表、醫(yī)生信息結(jié)構(gòu)表、管理員信息結(jié)構(gòu)表、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表。其中使用者信息結(jié)構(gòu)表的設(shè)計(jì)具體見表1。

表1 使用者信息結(jié)構(gòu)表的設(shè)計(jì)

醫(yī)生信息結(jié)構(gòu)表的設(shè)計(jì)見表2。

表2 醫(yī)生信息結(jié)構(gòu)表的設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)表是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的邏輯結(jié)構(gòu)。

2.4 功能實(shí)現(xiàn)

智能網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)是一種在線的綜合服務(wù)，病人可以進(jìn)行遠(yuǎn)程掛號(hào)、遠(yuǎn)程診斷等，不能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診。建立醫(yī)療衛(wèi)生信息系統(tǒng)，以適應(yīng)病人的個(gè)體需要，營(yíng)造一個(gè)更好的就醫(yī)氛圍。醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)的主要目的是將分散的醫(yī)學(xué)資源集中起來，通過大量的存儲(chǔ)裝置來儲(chǔ)存基本的醫(yī)學(xué)資源，通過高速的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳送，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)醫(yī)院的自主配置和應(yīng)用[10]。

通過在線會(huì)診，實(shí)現(xiàn)線上和線下的一體化，建立起醫(yī)院“三位一體”的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)體系。病人登錄了醫(yī)院的官網(wǎng)，病人收到了醫(yī)師的開方。病人可以通過網(wǎng)上付款，網(wǎng)上醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)進(jìn)行評(píng)估。病人可在網(wǎng)上預(yù)約，不需要到大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)就醫(yī)。網(wǎng)絡(luò)醫(yī)院是一家醫(yī)療機(jī)構(gòu)，病人可以在網(wǎng)上咨詢，在醫(yī)生的指導(dǎo)下，病人可以在網(wǎng)上咨詢。網(wǎng)絡(luò)醫(yī)院注重提高病人的求診經(jīng)驗(yàn)，讓病人感受到全程的醫(yī)療護(hù)理。醫(yī)師診斷輔助是將醫(yī)患之間的手機(jī)互聯(lián)，其主要服務(wù)內(nèi)容有：預(yù)約、醫(yī)師社群等。云計(jì)算技術(shù)是通過整合諸如醫(yī)院手機(jī)APP 之類的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)病人的云化。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 性能測(cè)試環(huán)境

測(cè)試設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧醫(yī)療平臺(tái)性能，布設(shè)的測(cè)試環(huán)境具體如下：客戶端設(shè)備：系統(tǒng)Android 8.1，驍龍845 處理器，運(yùn)行內(nèi)存32 GB，MEIZU 16 th；服務(wù)端：數(shù)據(jù)庫MySQL5.7，Tomcat 8.6。

3.2 性能測(cè)試結(jié)果

首先測(cè)試系統(tǒng)可靠性性能，也就是測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)丟包率與數(shù)據(jù)壞損率。

在不同帶寬下測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)丟包率，測(cè)試結(jié)果見圖3。

根據(jù)圖3 的數(shù)據(jù)丟包率測(cè)試數(shù)據(jù)，在帶寬為500 bps、1 000 bps 時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)丟包率均較低，最低僅為4.52%，因此，證明本文設(shè)計(jì)平臺(tái)可靠性更高，更具實(shí)用性。

在不同帶寬下測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壞損率，具體測(cè)試結(jié)果見圖4。

圖4 的平臺(tái)數(shù)據(jù)壞損率測(cè)試數(shù)據(jù)表明，在帶寬為500 bps、1 000 bps 時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壞損率同樣較低，最低僅為2.81%，說明本文設(shè)計(jì)平臺(tái)數(shù)據(jù)損壞率低，能夠保證醫(yī)療數(shù)據(jù)的安全性。

3.3 平臺(tái)監(jiān)護(hù)性能測(cè)試結(jié)果

對(duì)平臺(tái)傳感器的數(shù)據(jù)采集性能進(jìn)行測(cè)試，選擇兩種傳感器進(jìn)行對(duì)比，觀察傳感器的性能。

具體性能測(cè)試結(jié)果見圖5。

根據(jù)圖5 的平臺(tái)數(shù)據(jù)采集性能測(cè)試結(jié)果，平臺(tái)的用戶姓名、用戶年齡結(jié)果準(zhǔn)確率更高，說明平臺(tái)性能良好。

4 結(jié)語

本文從創(chuàng)新醫(yī)療服務(wù)模式和提高醫(yī)療服務(wù)體驗(yàn)出發(fā)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)將醫(yī)療服務(wù)智慧化、智能化，通過此平臺(tái)，人們可以獲取預(yù)約掛號(hào)、遠(yuǎn)程診斷、咨詢病情信息、個(gè)人健康檔案等醫(yī)療服務(wù)。測(cè)試和應(yīng)用結(jié)果表明，智能醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療服務(wù)資源和醫(yī)療數(shù)據(jù)的協(xié)同共享，有助于緩解醫(yī)療資源的不均衡分布和醫(yī)療服務(wù)的不便。