基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的超大型三甲醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)

摘要：為了解決現(xiàn)有大型醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)存在的響應(yīng)時間過長問題，本文基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，針對超大型三甲醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)展開設(shè)計與研究。硬件部分設(shè)計了IBM LinuxONE大型主機服務(wù)器和SSD儲存硬盤，軟件部分構(gòu)建了醫(yī)院多院區(qū)信息化架構(gòu)，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計了醫(yī)院數(shù)據(jù)信息處理模型，設(shè)計信息系統(tǒng)的功能模塊，實現(xiàn)醫(yī)院多院區(qū)信息化管理。通過實驗結(jié)果表明，設(shè)計的醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)在用戶數(shù)量逐漸增加的條件下，響應(yīng)時間始終保持在3s以下，能夠滿足醫(yī)院信息系統(tǒng)的實時性需求，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)醫(yī)院信息系統(tǒng)優(yōu)化的參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù)；三甲醫(yī)院；多院區(qū)；響應(yīng)時間；信息系統(tǒng)

一、引言

為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時代背景下臨床智能化、管理精細化、就醫(yī)便捷化和精準醫(yī)療發(fā)展的需求，許多大型醫(yī)院紛紛開始研究多院區(qū)信息系統(tǒng)[1]。這些信息具有數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)種類多的特點[2]，因此各個信息系統(tǒng)不僅要保持現(xiàn)有系統(tǒng)的原有功能，同時要滿足政策性軟件需求，建設(shè)的內(nèi)容也要與醫(yī)院對內(nèi)對外的其他系統(tǒng)接口對接，推動醫(yī)院向一體化、智慧化發(fā)展。研究表明，醫(yī)院的服務(wù)業(yè)態(tài)、發(fā)展形態(tài)、創(chuàng)新思維模式、管理模式和服務(wù)模式均需要以信息化作支持[3]。

近幾年，我國部分醫(yī)院的信息化水平得到了提升，在信息安全、日間手術(shù)信息化管理等領(lǐng)域保持領(lǐng)先水平[4]。有研究學(xué)者設(shè)計針對藥物臨床試驗的信息管理系統(tǒng)，來提高多種信息數(shù)據(jù)的管理效率，設(shè)置項目管理與維護的管理模塊，并對多種項目開展大數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢與質(zhì)控的信息化管理[5]。但是該系統(tǒng)使用多數(shù)據(jù)庫信息孤島模式完成數(shù)據(jù)處理的過程中，容易受到醫(yī)院內(nèi)部信息總量的影響，降低系統(tǒng)的響應(yīng)能力，導(dǎo)致響應(yīng)時間過長，不能滿足目前醫(yī)院的信息化發(fā)展的實時性需求。

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以改變現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫模式，創(chuàng)設(shè)高性能、多系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)庫模式，實現(xiàn)醫(yī)院業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的不間斷服務(wù)，從而有效地提高信息系統(tǒng)的處理效率。因此，本文基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，設(shè)計了新型大型醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)，以期降低系統(tǒng)響應(yīng)延時，為后續(xù)醫(yī)院的信息化發(fā)展提供一定的技術(shù)支持。

二、硬件設(shè)計

（一）IBM? LINUXONE設(shè)計

為了提高設(shè)計系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性，本文選取IBM LinuxONE大型主機服務(wù)器作為設(shè)計系統(tǒng)的核心傳輸中繼設(shè)備。IBM LinuxONE劃分為4個LPAR邏輯分區(qū)，其中兩個LPAR作為生產(chǎn)分區(qū)，兩個LPAR作為測試維護分區(qū)，2個LPAR各自裝上一套z/VM虛擬化操作系統(tǒng)，兩個生產(chǎn)z/VM系統(tǒng)各自運行若干套數(shù)據(jù)庫虛機，數(shù)據(jù)庫采用Oracle RAC的方式組成集群，Oracle RAC的兩個節(jié)點分別部署在兩個z/VM系統(tǒng)上。數(shù)據(jù)庫虛機虛部署HIS、LIS、OA數(shù)據(jù)庫等。另外，兩套z/VM系統(tǒng)分別安裝WAVE圖形化軟件以方便運維及測試。IBM LinuxONE的主要參數(shù)如下表1所示。

應(yīng)用IBM LinuxONE大型主機服務(wù)器可以快速進行以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換，將基于IBM z13，最多可安裝141個處理器、10TB內(nèi)存，可支持8000臺虛擬機同時工作。支持Apache Spark、MariaDB、PostgreSQL和Chef等開源軟件。實現(xiàn)多個終端設(shè)備互聯(lián)，提高系統(tǒng)的使用性能，最大程度上降低系統(tǒng)的響應(yīng)延時。IBM LINUXONE的LPAR邏輯分區(qū)和同城異地的oracle數(shù)據(jù)庫災(zāi)備能夠保障多院區(qū)信息系統(tǒng)的正常運行。

（二）SSD儲存硬盤

設(shè)計的多院區(qū)信息系統(tǒng)屬于大型信息系統(tǒng)，其涉及的數(shù)據(jù)文件十分復(fù)雜，總量也較高，難以進行儲存，因此本文為了提高系統(tǒng)存取文件的速度，降低系統(tǒng)的啟動耗時，選取SSD儲存硬盤作為系統(tǒng)的固態(tài)硬盤，該固態(tài)硬盤的組成結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

由圖1可知，該固態(tài)硬盤主要由緩存中心、主控中心，以及多個閃存顆粒組成，其容量高達256GB，最高順序讀為540MB＼s，最高順序?qū)憺?20MB＼s，且兼容SATA 1.5＼3.0＼6.0 Gbps規(guī)范[8]。為了提高系統(tǒng)的儲存性能，SSD硬盤內(nèi)部使用Error Correction Code機制，并結(jié)合動態(tài)＼靜態(tài)wear-leveling技術(shù)提高硬盤的使用壽命。不僅如此，該硬盤使用S、M、A、R、T進行動態(tài)電源管理[9]，支持Trim and NCQ（Native Command Queuing）管理指令。綜上，選取的SSD儲存硬盤符合系統(tǒng)的動態(tài)儲存需求，能有效地提高系統(tǒng)的綜合性能。

三、軟件設(shè)計

（一）構(gòu)建醫(yī)院多院區(qū)信息化架構(gòu)

為適應(yīng)醫(yī)院信息化建設(shè)需求，遵循先進的國際醫(yī)院管理模式，本文設(shè)計的系統(tǒng)采用了全新的設(shè)計模式，主要基于微軟公司的NET框架完成開發(fā)，其信息化架構(gòu)如下圖2所示。

由圖1可知，該架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)邏輯層、業(yè)務(wù)邏輯層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和用戶界面層，在面向用戶方面支持PC、C/S、B/S等多種移動終端。在面向數(shù)據(jù)存儲方面支持Micorsoft、SQL Server、Oracle、 Sybase。該技術(shù)架構(gòu)具有八大技術(shù)特點，即采用面向服務(wù)架構(gòu)、高內(nèi)聚、低耦合技術(shù)、國際化支持、自動升級、統(tǒng)一通信、開放式服務(wù)，以及跨數(shù)據(jù)庫技術(shù)。

（二）基于大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計醫(yī)院數(shù)據(jù)信息處理模型

常規(guī)的醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)在面臨較多的數(shù)據(jù)時難以進行處理，自然響應(yīng)時長相對較長，為了解決該問題，本文使用大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計了醫(yī)院數(shù)據(jù)信息處理挖掘算法，最大程度上提高信息處理效率，縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時長，首先可以將醫(yī)院內(nèi)部數(shù)據(jù)信息劃分成一個異構(gòu)集群，此時該集群內(nèi)部消耗的總能量? 如下（1）所示。

（1）

公式（1）中，Ti代表數(shù)據(jù)節(jié)點處理時間，Pi代表數(shù)據(jù)節(jié)點的處理功耗，基于此可以將存在的信息處理任務(wù)進行高效處理轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換式C如下（2）所示。

（2）

公式（2）中，US代表數(shù)據(jù)異構(gòu)節(jié)點，此時可以判斷各個節(jié)點數(shù)據(jù)的處理情況，此時可以進一步計算各個節(jié)點的權(quán)值Weight，如下（3）所示。

（3）

公式（3）中，NC（ ni ）代表覆蓋節(jié)點集，ti代表處理時間，從而得到合理的醫(yī)院數(shù)據(jù)信息處理模型E，如下（4）所示。

（4）

使用上述公式可以快速地進行數(shù)據(jù)信息處理，最大程度上減少系統(tǒng)的響應(yīng)時間。

（三）設(shè)計信息化功能模塊

設(shè)計系統(tǒng)的功能模塊組成較復(fù)雜，本文結(jié)合系統(tǒng)的使用需求對其進行了優(yōu)化設(shè)計，首先是用戶登錄模塊，其可以將登錄用戶與數(shù)據(jù)庫連接用戶相分離，確保數(shù)據(jù)庫的安全性。系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作人員登錄時，該模塊采用用戶口令認證，結(jié)合IP地址和MAC地址進行校驗，防止非指定系統(tǒng)用機，非授權(quán)用戶登錄系統(tǒng)。

顯示模塊可以根據(jù)客戶需求圖形化地更改消息，其內(nèi)置了測試架構(gòu)，只需輸出一個單一文檔即可遷移設(shè)定，整合幫助信息，自動生成設(shè)計文件。日志處理模塊可以閱覽消息，編輯修改、還可以查看在各個階段的消息的轉(zhuǎn)換情況，進行長期日志訪問和審計追蹤，上述功能模塊共同為系統(tǒng)提供服務(wù)，提高系統(tǒng)的綜合使用性能。

四、系統(tǒng)測試

為了驗證本文設(shè)計的大型醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)的性能，本文搭建了測試平臺，將其與常規(guī)的醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)對比，進行實驗如下。

（一）測試準備

根據(jù)系統(tǒng)測試需求，首先可以根據(jù)各個模塊的功能配置IHE文件，如下圖3所示。

由圖3可知，本文搭建的測試平臺主要使用嵌入式測試環(huán)境進行引擎配置，為了避免測試數(shù)據(jù)包丟失，本文設(shè)計的實驗平臺使用PKI、IPSec、HTTPS、TLS、SSL對測試數(shù)據(jù)進行了驗證、加密。

為了滿足數(shù)據(jù)的交換需要，該平臺設(shè)置了中間件，其滿足Windows群集的測試需求，可以通過多個引擎對消息進行分類處理，支持更大負荷的消息交換，同時，為了滿足系統(tǒng)測試網(wǎng)絡(luò)需求，該平臺支持WSDL 1.1、SOAP 1.1&1.2、WS-Addressing、WS-Security、WS-Policy等多種Service網(wǎng)絡(luò)服務(wù)標準。

該測試平臺中的核心中間件集成引擎不僅可對數(shù)據(jù)庫、Web Service端口、數(shù)據(jù)中心進行直接挖掘，還內(nèi)置多個優(yōu)化模型，可以方便快捷地解讀及編譯測試信息，無需進行再度開發(fā)，極大地提高了系統(tǒng)測試效率。

（二）測試結(jié)果與討論

在上述的測試準備基礎(chǔ)上，可以進行后續(xù)的系統(tǒng)測試，即分別使用本文設(shè)計的大型醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)和文獻[5]提出的醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)進行操作，記錄不同數(shù)量用戶下兩種系統(tǒng)的響應(yīng)時間，測試結(jié)果如表2所示。

由表2可知，隨著用戶數(shù)量的增加，兩種系統(tǒng)的響應(yīng)時間也在增加。常規(guī)的醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)在用戶數(shù)量逐漸增加的條件下，響應(yīng)時間從最短的1.652s上升至46.452s；而本文設(shè)計的大型醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)在不同數(shù)量用戶下的響應(yīng)時間始終保持在3s以下，遠遠低于對比系統(tǒng)的響應(yīng)時間，證明設(shè)計的醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)的性能良好，符合醫(yī)院的信息化需求，有一定的應(yīng)用價值。

五、結(jié)束語

綜上所述，隨著計算機技術(shù)的進步，我國各個醫(yī)院的多院區(qū)信息系統(tǒng)急需進行優(yōu)化。受醫(yī)院內(nèi)部信息增長速度影響，原有的醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)的響應(yīng)時間過長，處理效率較低，不滿足醫(yī)院的信息化發(fā)展需求，因此本文基于大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計了一種新的大型醫(yī)院多院區(qū)信息系統(tǒng)。進行系統(tǒng)測試，結(jié)果表明，設(shè)計的信息系統(tǒng)的性能良好，響應(yīng)時間較短，符合醫(yī)院的實際需求，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)醫(yī)院信息化發(fā)展的參考。

作者單位：江峰 萬達信息股份有限公司

參? 考? 文? 獻

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江峰（1985.08.28），男，漢族，浙江奉化，研究方向：云計算、大數(shù)據(jù)、系統(tǒng)架構(gòu)。