醫(yī)院一體化信息管理平臺的設(shè)計與研究

曹 霆

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院，北京 100026)

0 引言

信息技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會的交匯融合引發(fā)了數(shù)據(jù)迅猛增長，數(shù)據(jù)已成為國家基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，大數(shù)據(jù)正日益對全球生產(chǎn)、流通、分配、消費活動以及經(jīng)濟(jì)運行機制、社會生活方式和國家治理能力產(chǎn)生重要影響。在大數(shù)據(jù)技術(shù)日新月異的今天，未應(yīng)用大數(shù)據(jù)工具管理醫(yī)療系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，不能為醫(yī)院的發(fā)展助力，反而成為醫(yī)院發(fā)展前進(jìn)的包袱；電子病歷評級和互聯(lián)互通測評管理要求建立統(tǒng)一字典數(shù)據(jù)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)療流程閉環(huán)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)標(biāo)、建立互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享信息平臺，為醫(yī)療提供有力決策支持。為此，醫(yī)院信息平臺建設(shè)成為信息化歷程中的當(dāng)務(wù)之急。

1 設(shè)計目標(biāo)

根據(jù)醫(yī)院建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略要求，研究國內(nèi)外先進(jìn)建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合醫(yī)院管理思想和自身特色，做好頂層設(shè)計、整體規(guī)劃、合理布局、分布實施、階段跟蹤，穩(wěn)步實效地推進(jìn)醫(yī)院信息化建設(shè)，加強信息技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用深度和廣度，強調(diào)信息規(guī)范性、信息服務(wù)方便性、信息系統(tǒng)實用性、信息管理可及性，從而提升決策分析能力，提高與協(xié)作醫(yī)療機構(gòu)的醫(yī)療協(xié)同能力，提升醫(yī)院影響力。

醫(yī)院信息平臺數(shù)據(jù)服務(wù)，對醫(yī)院各業(yè)務(wù)系統(tǒng)共享、業(yè)務(wù)互聯(lián)提供支持，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，保障醫(yī)療安全；數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一術(shù)語和字典、監(jiān)控各系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流向，提供醫(yī)療全流程閉環(huán)管理，為提高醫(yī)療質(zhì)量提供技術(shù)、數(shù)據(jù)保證，為醫(yī)院進(jìn)行電子病歷評級和互聯(lián)互通測評做好鋪墊；此外，數(shù)據(jù)中心從各業(yè)務(wù)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過大數(shù)據(jù)處理，讓醫(yī)院的數(shù)據(jù)資產(chǎn)“動”起來，為醫(yī)院的發(fā)展提供決策支持。

2 總體設(shè)計架構(gòu)

醫(yī)院一體化信息平臺主要包含服務(wù)總線、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)中心以及基于數(shù)據(jù)中心的各類應(yīng)用。

企業(yè)服務(wù)總線（ESB）是多系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的連接中樞，能夠?qū)⑾⒃诙喾N通訊協(xié)議之間交換、在多種格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將業(yè)務(wù)服務(wù)重新組合封裝成標(biāo)準(zhǔn)行為，實現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)部各個異構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。

主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是使用有效的方法和約束來達(dá)到保證醫(yī)院內(nèi)主數(shù)據(jù)具有一致性、完整性和時效性的目的。主數(shù)據(jù)是指在各個系統(tǒng)間共享的、能跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)重復(fù)使用的高價值數(shù)據(jù)。

臨床數(shù)據(jù)中心（CDR）是以患者為中心，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，對患者所有醫(yī)療信息整合、管理、共享的平臺。CDR 作為大數(shù)據(jù)平臺的專題庫而存在,其總體的存儲架構(gòu)主要分為三層，貼源層、標(biāo)化層、專題層。貼源層主要解決數(shù)據(jù)的采集問題，原始結(jié)構(gòu)不變，使數(shù)據(jù)能實時的采集到大數(shù)據(jù)平臺，表型數(shù)據(jù)存儲在MPP 數(shù)據(jù)庫，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存放在HBase 上；標(biāo)化層主要進(jìn)行的是原數(shù)據(jù)的標(biāo)化，將字段名、值域進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)化；專題層是根據(jù)不同的應(yīng)用場景按不同的模型組織相關(guān)數(shù)據(jù)，建立不同的業(yè)務(wù)主題庫。

管理數(shù)據(jù)中心（MDR）要能夠?qū)χ黝}模型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集處理，并按照醫(yī)院需求完成相關(guān)業(yè)務(wù)分析統(tǒng)計任務(wù)，實現(xiàn)MDR 平臺上的一系列可視化配置操作。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能將決策支持型數(shù)據(jù)處理從事務(wù)型數(shù)據(jù)處理中分離出來。元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對管理數(shù)據(jù)中心(MDR)涉及到的結(jié)構(gòu)、操作、內(nèi)容進(jìn)行描述和定義。數(shù)據(jù)質(zhì)量管理系統(tǒng)對不同層間的數(shù)據(jù)做質(zhì)量控制，保證管理數(shù)據(jù)中心(MDR)各主題數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、一致性。Cube 管理系統(tǒng)（Kylin）是將模型物化成多維立方體（MOLAP Cube），將大批量模型數(shù)據(jù)預(yù)計算后存儲到HBase 下、通過標(biāo)準(zhǔn)SQL接口實現(xiàn)對Cube數(shù)據(jù)的快速查詢的系統(tǒng)。

3 設(shè)計原則

醫(yī)院信息平臺在方案設(shè)計時需遵循以下原則。

⑴先進(jìn)性和實用性

當(dāng)今的計算機技術(shù)日新月異，因此要求選擇的方法、技術(shù)、工具、設(shè)備不僅要保證具有先進(jìn)性，而且要保證技術(shù)方向的正確性。設(shè)計的方案要結(jié)合考慮實用和兼顧今后發(fā)展的目的，不論在服務(wù)器、軟件及中間件等軟硬件產(chǎn)品方面，還是在方法論、工具方面，都應(yīng)選擇當(dāng)今國際上成熟的、主流的并領(lǐng)先的產(chǎn)品和技術(shù)來適應(yīng)更高的數(shù)據(jù)處理要求。

⑵安全性和可靠性

系統(tǒng)的整體設(shè)計方案要通過多種安全技術(shù)和防護(hù)手段，站在醫(yī)院的全局高度，充分考慮到醫(yī)院內(nèi)各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入甚至協(xié)作醫(yī)院接入等互聯(lián)互通需要，并按照國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計接口，確保今后和新增業(yè)務(wù)系統(tǒng)或其他院區(qū)信息平臺的銜接，提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠脩魴?quán)限管理和重要操作監(jiān)控記錄，保證系統(tǒng)使用的安全性，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和患者隱私保護(hù)措施，保證數(shù)據(jù)安全。

⑶開放性、互連性和標(biāo)準(zhǔn)化

系統(tǒng)設(shè)計嚴(yán)格遵循IHE ITI 技術(shù)框架及衛(wèi)生部“基于電子病歷的醫(yī)院信息平臺技術(shù)規(guī)范”要求，支持HL7、IHE、DICOM、ICD10 等標(biāo)準(zhǔn)，符合國際醫(yī)療信息交換技術(shù)發(fā)展潮。

⑷靈活性與易擴(kuò)展性

系統(tǒng)建成后要能夠滿足業(yè)務(wù)近期、中期甚至長期時間范圍的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)快速增長的需要。適應(yīng)目前需求的基礎(chǔ)上，能夠滿足醫(yī)院以及相關(guān)醫(yī)療機構(gòu)不斷發(fā)展的信息化需要，充分地為將來可預(yù)見和不可預(yù)見的性能擴(kuò)充留有余地，并具備方便地擴(kuò)展系統(tǒng)容量和處理能力和支持多種應(yīng)用的能力，可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要進(jìn)行靈活、快速的調(diào)整，實現(xiàn)信息應(yīng)用的快速部署，而且新功能、新業(yè)務(wù)的增加能夠在不影響系統(tǒng)運行的情況下實現(xiàn)。

⑸易管理和易操作性

設(shè)計方案支持全面、完善、便捷、統(tǒng)一的系統(tǒng)管理和應(yīng)急處理預(yù)案，保證一旦發(fā)生問題能在最短的時間內(nèi)處理解決。而且，系統(tǒng)應(yīng)具有良好的用戶操作界面、完備的幫助信息。集成完備的運行監(jiān)視系統(tǒng)、良好的管理界面工具或遠(yuǎn)程控制臺，易于管理人員對其進(jìn)行管理和維護(hù)，系統(tǒng)參數(shù)的維護(hù)與管理通過操作界面實現(xiàn)。

⑹高效性和穩(wěn)定性

系統(tǒng)采用Hadoop、ES 等新技術(shù)，結(jié)合AI-Native分布式數(shù)據(jù)庫-華為GaussDB，支持行存儲與列存儲，提供PB(Petabyte，2的50次方字節(jié))級別數(shù)據(jù)量的處理能力。從而保證醫(yī)院信息平臺業(yè)務(wù)服務(wù)快速響應(yīng)，持續(xù)穩(wěn)定。

4 架構(gòu)設(shè)計

4.1 應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

基于醫(yī)院一體化信息平臺，將院內(nèi)各個應(yīng)用系統(tǒng)的臨床診療、管理、科研相關(guān)數(shù)據(jù)，通過平臺的服務(wù)和ETL工具進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、裝載等處理，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)，在邏輯上分類存儲到臨床數(shù)據(jù)中心、運營數(shù)據(jù)中心和科研數(shù)據(jù)中心，如圖1所示。

圖1 醫(yī)院一體化信息平臺應(yīng)用架構(gòu)

4.2 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

平臺總體架構(gòu)主要分為三部分，底層數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，例如cache 數(shù)據(jù)庫、Hadoop 數(shù)據(jù)庫、MPP 數(shù)據(jù)庫用于貼源層、標(biāo)化層各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲，進(jìn)而形成各類專題數(shù)據(jù)中心，包括臨床數(shù)據(jù)中心、科研數(shù)據(jù)中心和運營數(shù)據(jù)中心等；中間層業(yè)務(wù)邏輯，通常采用的是cache 技術(shù)和SpringBoot 框架，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、加工、處理；最頂層運用方便快捷的easy UI 框架，能夠更高效的用于數(shù)據(jù)展現(xiàn)，實現(xiàn)快速開發(fā)，減少項目開發(fā)周期，節(jié)省項目成本的目的，如圖2所示。

圖2 醫(yī)院一體化信息平臺技術(shù)架構(gòu)

4.3 存儲架構(gòu)設(shè)計

通過數(shù)據(jù)采集與交換系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)源端前置庫和緩存庫的數(shù)據(jù)，首先裝載數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)湖的貼源層，裝載后的數(shù)據(jù)經(jīng)質(zhì)控、標(biāo)化處理后，數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)湖的標(biāo)化層，數(shù)據(jù)分別存儲在MPP數(shù)據(jù)庫和Hadoop中。

通過對數(shù)據(jù)湖原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)整合、標(biāo)化，形成臨床數(shù)據(jù)庫、管理數(shù)據(jù)庫、科研數(shù)據(jù)庫。按應(yīng)用功能和數(shù)據(jù)利用情況，使用HIVE 數(shù)據(jù)庫或MPP 數(shù)據(jù)庫對該區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，為各應(yīng)用系統(tǒng)提供各類查詢、校驗、共享等數(shù)據(jù)服務(wù)，如圖3所示。

圖3 醫(yī)院一體化信息平臺數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)

5 功能模塊設(shè)計

5.1 平臺管理

為醫(yī)院提供一個統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的、可靠的、可擴(kuò)展的管理平臺，主要包含接入平臺系統(tǒng)、平臺標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)、平臺消息以及行業(yè)內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一管理。平臺可以按照不同業(yè)務(wù)分類的方式進(jìn)行多平臺業(yè)務(wù)的劃分，根據(jù)醫(yī)院業(yè)務(wù)的實際情況，通過對業(yè)務(wù)的使用級別和安全級別等因素將多個業(yè)務(wù)分散到多個平臺上，每個平臺上服務(wù)功能相互獨立，其中一個出現(xiàn)問題時，對于其他服務(wù)沒有任何的影響；當(dāng)早高峰數(shù)據(jù)量過大，連接數(shù)較多情況下,服務(wù)器硬件無法滿足需要處理的性能消耗，平臺也支持通過負(fù)載均衡來實現(xiàn)平臺的水平擴(kuò)展從而提高性能和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.2 服務(wù)管理

服務(wù)管理是數(shù)字化醫(yī)院綜合平臺醫(yī)療信息交換層的核心內(nèi)容，主要解決數(shù)字化醫(yī)院綜合平臺與醫(yī)院各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的問題。通過服務(wù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，使得服務(wù)可以提供給在任何異構(gòu)平臺和任何用戶接口使用。服務(wù)請求者很可能根本不知道服務(wù)在哪里運行、是由哪種語言編寫的，以及消息的傳輸路徑，而是只需要提出服務(wù)請求，然后就會得到答案。

服務(wù)管理包括服務(wù)注冊中心、服務(wù)發(fā)布中心兩個模塊：

⑴服務(wù)注冊中心

服務(wù)注冊是指服務(wù)提供者向服務(wù)注冊管理中心發(fā)布服務(wù)的功能，服務(wù)提供者是服務(wù)的所有者，負(fù)責(zé)定義并實現(xiàn)服務(wù)，對服務(wù)進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確、規(guī)范地描述，并將該描述發(fā)布到服務(wù)注冊管理中心，供服務(wù)請求者查找并綁定使用。服務(wù)注冊管理中心具有目錄服務(wù)、監(jiān)控、負(fù)載均衡、安全控制、分布式強健壯、適用于高并發(fā)等功能。

⑵服務(wù)發(fā)布中心

服務(wù)發(fā)布是由總線自身生成相應(yīng)服務(wù)并對外進(jìn)行發(fā)布，服務(wù)請求者使用服務(wù)描述中的綁定細(xì)節(jié)（調(diào)用者的身份、位置、方法和策略等描述性屬性信息）來定位、聯(lián)系并調(diào)用服務(wù)。服務(wù)發(fā)布中心將所有的服務(wù)部署到一臺或者多臺物理服務(wù)器上，形成一個整體對外提供服務(wù)，服務(wù)發(fā)布中心對所有發(fā)布服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理調(diào)配。各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接訪問服務(wù)發(fā)布中心查找需要調(diào)用的接口位置進(jìn)而調(diào)用，不需關(guān)心下游系統(tǒng)使用情況。

5.3 流程管理

為了支撐全院級的醫(yī)院信息系統(tǒng)協(xié)同，在服務(wù)總線的基礎(chǔ)上增加業(yè)務(wù)流程管理。流程管理作為SOA架構(gòu)的重要組件，為未來醫(yī)療信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)發(fā)展和業(yè)務(wù)創(chuàng)新，提供了靈活高效的技術(shù)平臺。流程管理主要提供靈活有效的方法，提高了快速定義、創(chuàng)建和部署靈活的解決方案的能力，通過集成業(yè)務(wù)流程內(nèi)部的服務(wù)、數(shù)據(jù)、規(guī)則、角色來滿足不斷變化的客戶需求。為單一、簡單的基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的平臺提供了一個強勁的框架，可以通過將應(yīng)用服務(wù)器與流程引擎和企業(yè)服務(wù)總線（由一個集成的開發(fā)環(huán)境（IDE）來支持）相結(jié)合，來構(gòu)造、部署和管理合成的隨需應(yīng)變的應(yīng)用流程。工作流引擎將復(fù)雜的業(yè)務(wù)抽象分解為一套簡單業(yè)務(wù)處理單元組成的工作流，由一個專門的管理系統(tǒng)對各個簡單業(yè)務(wù)處理單元進(jìn)行控制和調(diào)用，以達(dá)到不改變系統(tǒng)本身而對業(yè)務(wù)處理的靈活性和可變性。將醫(yī)院原有復(fù)雜業(yè)務(wù)通過細(xì)化分解，拆分成流程化運轉(zhuǎn)模式，大大提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理能力和適應(yīng)性，使系統(tǒng)真正被用戶駕馭，不編碼即實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程再造成為可能，將業(yè)務(wù)細(xì)化分解，幫助用戶優(yōu)化業(yè)務(wù)流程提高經(jīng)營效率等。平臺本身自帶的多個組件隨時靈活配置成新的流程處理，還可以通過自定義組件生成配置新的流程和業(yè)務(wù)處理功能。在管理方面，它包含可客戶化的圖形操作界面，提供啟動、管理和監(jiān)視流程的功能，并能夠很好的與門戶服務(wù)器集成。

工作流引擎組件包括：調(diào)用組件、代碼組件、邏輯判斷組件、循環(huán)組件、延遲組件、警告組件、異常組件等，共30多種。

5.4 監(jiān)控管理

集成平臺監(jiān)控系統(tǒng)對當(dāng)前信息集成平臺上運行的所有內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控和管理，提供圖形化用戶界面，能夠?qū)崟r查看測數(shù)據(jù)交換平臺上硬件服務(wù)器情況、數(shù)據(jù)庫性能情況、各個系統(tǒng)組件的狀態(tài)、日志、異常等內(nèi)容，并進(jìn)行記錄、統(tǒng)計與分析。同時通過Web 瀏覽器方式，為系統(tǒng)管理員提供遠(yuǎn)程性能監(jiān)控與遠(yuǎn)程日志查看功能，徹底實現(xiàn)了信息化的透明性，并且直觀而有效的為信息科管理提供助力。

平臺監(jiān)控管理的功能包括以下內(nèi)容：

⑴平臺參數(shù)與報警參數(shù)配置。對平臺的各項參數(shù)進(jìn)行配置。包括配置各個監(jiān)控參數(shù)的報警閾值等。

⑵監(jiān)控各個系統(tǒng)組件的狀態(tài)。對平臺各個系統(tǒng)模塊的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

⑶ 記錄平臺日志和異常信息。記錄平臺的日志，顯示與查詢異常信息。

⑷監(jiān)控對象的啟停控制。對被監(jiān)控對象進(jìn)行啟動、停止、重啟操作。

⑸能夠及時了解當(dāng)前的監(jiān)控信息，當(dāng)監(jiān)控對象的性能參數(shù)超過告警閾值時，產(chǎn)生報警。告警閾值能夠分級設(shè)置，不同級別產(chǎn)生不同的告警。通過多種告警手段提供現(xiàn)場和遠(yuǎn)程告警，并且可定制發(fā)送方式和告警的優(yōu)先級。

⑹通過圖形化方式直觀地顯示監(jiān)控信息，并能進(jìn)行統(tǒng)計分析。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計的醫(yī)院一體化信息管理平臺從促進(jìn)院內(nèi)業(yè)務(wù)互聯(lián)出發(fā)，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)字典和消息接口方式為標(biāo)準(zhǔn)，在優(yōu)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理的同時，為科研項目提供輔助決策。醫(yī)療大數(shù)據(jù)的未來，影響著醫(yī)療行業(yè)的未來，大數(shù)據(jù)是決定著醫(yī)療能否真的變得智慧的重要因素之一。隨著基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的醫(yī)院信息一體化平臺的逐步成熟和完善，智能化醫(yī)學(xué)探索必將為人類在各個活動領(lǐng)域內(nèi)提供便利，也會為人類攻克更多的醫(yī)學(xué)難題增添新的途徑。