區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

李 虎

（廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院，南寧 530022）

國家衛(wèi)健委印發(fā)的《“十四五”衛(wèi)生健康標(biāo)準(zhǔn)化工作規(guī)劃》中明確提出“加強(qiáng)醫(yī)院信息標(biāo)準(zhǔn)制定，助力遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧醫(yī)院建設(shè)”。居民健康檔案管理系統(tǒng)是醫(yī)療信息化發(fā)展的成果之一，通過實(shí)現(xiàn)居民健康大數(shù)據(jù)的共享，對居民身體狀況進(jìn)行動態(tài)跟蹤，為疾病的預(yù)防、治療提供了依據(jù)，切實(shí)提升了居民身體素質(zhì)、保障了居民的身體健康。該系統(tǒng)的各項(xiàng)功能需要借助于云平臺實(shí)現(xiàn)，本文設(shè)計(jì)了區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺，并通過私有云、公共云、第三方云建立數(shù)據(jù)存儲中心，滿足了居民健康檔案管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、管理、調(diào)用的實(shí)際需求，為該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

1 區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺的總體架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺共包含3 層，即基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用層和服務(wù)提供層，總體架構(gòu)如圖1 所示。該平臺可實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)社區(qū)診所、中小醫(yī)院等醫(yī)療信息的整合與共享，為醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行診療提供了便利。該平臺提供的服務(wù)構(gòu)建在SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）上，提高了平臺的易用性。

圖1 區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺總體架構(gòu)圖

2 平臺各模塊的具體設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施模塊

2.1.1 私有云

醫(yī)療機(jī)構(gòu)的HIS 系統(tǒng)、HCRM 系統(tǒng)等會產(chǎn)生大量的IT 資源，為了方便資源的管理與共享，需要搭建專門的云計(jì)算平臺用于存放這些資源，即私有云。對于那些業(yè)務(wù)量較大、資源總量較多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)的付費(fèi)租賃模式，自建私有云不僅可以降低成本，而且還能提高資源調(diào)用的便利性，向用戶提供更加優(yōu)質(zhì)和便捷的醫(yī)療服務(wù)。本文在設(shè)計(jì)區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺的基礎(chǔ)設(shè)施層時(shí)，選擇Vmware 云計(jì)算技術(shù)建立私有云，能夠滿足中小型醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部資源的存儲要求。

2.1.2 公共云

為了向指定用戶提供更加便捷的醫(yī)療服務(wù)，醫(yī)療公司還需要與第三方云供應(yīng)商合作，選擇公有云作為區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺的基礎(chǔ)設(shè)施。本文在設(shè)計(jì)時(shí)，基于保障平臺用戶個(gè)人隱私的考慮，優(yōu)先選擇阿里云、百度云這類信譽(yù)較好、資質(zhì)較強(qiáng)的云供應(yīng)商。該平臺的公有云除了整合醫(yī)療行業(yè)常見的基礎(chǔ)資源，還具備產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化等功能，對客戶進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，保證醫(yī)療機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)服務(wù)能夠精準(zhǔn)供給給目標(biāo)客戶。公共云的使用者除了城市中小型醫(yī)院，還包括社區(qū)診所、鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院。考慮到公共云的私密性和安全性要略差于私有云，因此醫(yī)療機(jī)構(gòu)需要挑選一些非核心業(yè)務(wù)，以及非機(jī)密數(shù)據(jù)保存到公共云上。

2.2 應(yīng)用模塊

在區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺中，基礎(chǔ)設(shè)施層主要提供平臺運(yùn)行所需要的硬件設(shè)施，而應(yīng)用層則是圍繞平臺的各項(xiàng)服務(wù)功能提供配套的軟件應(yīng)用。本文在設(shè)計(jì)平臺的應(yīng)用層時(shí)，采用了面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），可以為平臺軟件的開發(fā)、運(yùn)行提供相應(yīng)的環(huán)境，完成某些特定的業(yè)務(wù)需求。另外，SOA 架構(gòu)有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，后期隨著醫(yī)療機(jī)構(gòu)服務(wù)功能的多樣化，可根據(jù)服務(wù)需求對平臺的應(yīng)用模塊進(jìn)行橫向擴(kuò)展，間接地降低了開發(fā)成本。該平臺的應(yīng)用模塊又包含了定義層、管理層、調(diào)用層3 部分，各部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。

2.2.1 定義層

該層的主要功能是為客戶提供云計(jì)算平臺中各項(xiàng)服務(wù)的定義，有利于降低平臺操作的難度。本文在設(shè)計(jì)定義層時(shí)，主要基于2 方面考慮：其一，結(jié)合醫(yī)療結(jié)構(gòu)的經(jīng)營目標(biāo)或主營業(yè)務(wù)展開服務(wù)設(shè)計(jì)，保證平臺能夠提供的各項(xiàng)功能以服務(wù)的形式進(jìn)行描述；其二，支持應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)，保證各項(xiàng)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)?？紤]到區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺提供的功能具有多樣化的特點(diǎn)，本文引入了服務(wù)組件體系結(jié)構(gòu)（SCA）進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)和系統(tǒng)模型的構(gòu)建。SCA 采用標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)組件接口，包括常用的Java 接口、WSDL 接口等。對醫(yī)療機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)功能進(jìn)行細(xì)分后，將分屬于同一類別的業(yè)務(wù)功能進(jìn)行封裝，得到若干服務(wù)組件。然后利用標(biāo)準(zhǔn)接口調(diào)用相應(yīng)的協(xié)議，從而將各個(gè)業(yè)務(wù)模塊之間的服務(wù)加以整合。

2.2.2 管理層

定義層封裝的服務(wù)組件是隨機(jī)的，無法直接進(jìn)行調(diào)用。管理層能夠提供封裝服務(wù)所需的流程編排功能，除此之外還支持任務(wù)調(diào)度、規(guī)則服務(wù)等。考慮到該平臺的用戶數(shù)量較多，并且容易出現(xiàn)集中訪問的情況，為保證多用戶訪問情況下系統(tǒng)可以正常提供各項(xiàng)服務(wù)，本文在設(shè)計(jì)管理層時(shí)，不僅支持平臺內(nèi)部的服務(wù)集成，而且同時(shí)支持以API（應(yīng)用程序接口）和Web Service 的方式供外部應(yīng)用程序調(diào)用[1]。這樣一來，平臺用戶可根據(jù)個(gè)人情況靈活選擇不同的服務(wù)，優(yōu)化了平臺使用體驗(yàn)?；赟OA 架構(gòu)開發(fā)的區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺，利用管理層實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)流程的編排與管理，進(jìn)而在不同系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換，有利于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的最優(yōu)化，提高平臺響應(yīng)速度，為用戶帶來更加順暢的使用體驗(yàn)。

2.2.3 調(diào)用層

該層通過調(diào)用一些程序或協(xié)議，為平臺用戶提供不同類型的服務(wù)。例如，調(diào)用SDK 軟件開發(fā)工具包，為開發(fā)人員提供平臺開發(fā)所需要的各種工具；或者是調(diào)用Web Service 等個(gè)性化軟件服務(wù)。以SDK 為例，其相當(dāng)于提供了一個(gè)應(yīng)用程序的接口，開發(fā)人員可以提前完成系統(tǒng)開發(fā)，然后再利用SDK 服務(wù)接口將程序嵌入到云計(jì)算服務(wù)平臺架構(gòu)中。這樣既能減輕平臺開發(fā)的工作量，同時(shí)還能減少對后臺資源的占用。當(dāng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)基于業(yè)務(wù)需求，需要向平臺用戶提供一些個(gè)性化服務(wù)時(shí)，就能利用SDK 提供的應(yīng)用程序接口快速實(shí)現(xiàn)，提高了平臺的可擴(kuò)展能力。像常規(guī)的存儲服務(wù)、隊(duì)列服務(wù)、安全認(rèn)證服務(wù)等，都是基于SDK 實(shí)現(xiàn)的。

2.3 服務(wù)提供模塊

2.3.1 服務(wù)提供方式

目前區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺面向用戶提供服務(wù)的方式主要分為3 種，分別是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。其中，IaaS 為平臺開發(fā)者提供必要的基礎(chǔ)設(shè)施，包括各種開發(fā)工具等，保證了平臺應(yīng)用程序的開發(fā)需求；PaaS 則是提供了可用于程序運(yùn)行的應(yīng)用環(huán)境，通過保證應(yīng)用程序的穩(wěn)定運(yùn)行，讓平臺各項(xiàng)服務(wù)得以實(shí)現(xiàn)，并且為系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)打下了基礎(chǔ)；SaaS 是服務(wù)模塊的核心部分，其能減少應(yīng)用軟件的交付時(shí)間，從而讓平臺的使用者（醫(yī)療機(jī)構(gòu)）可以用更少的投入獲得更加專業(yè)的軟件服務(wù)[2]。

本文設(shè)計(jì)的區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺，依托互聯(lián)網(wǎng)向用戶提供各項(xiàng)服務(wù)。對于用戶來說，可根據(jù)需求向供應(yīng)商支付相應(yīng)的費(fèi)用訂購某項(xiàng)服務(wù)，并且能靈活選擇服務(wù)的時(shí)間、類型、數(shù)量等。在滿足用戶個(gè)性化服務(wù)需求的同時(shí)，還能讓醫(yī)療機(jī)構(gòu)減少平臺軟硬件的運(yùn)維管理成本，實(shí)現(xiàn)了用戶與醫(yī)療機(jī)構(gòu)的“雙贏”。鑒于該平臺是采取服務(wù)的形式向用戶提供IT 資源，為保證服務(wù)的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化，在平臺的服務(wù)模塊中需要引入特定的協(xié)議。本文在設(shè)計(jì)該模塊時(shí)選擇了服務(wù)等級協(xié)議（SLA），可以看作是用戶與服務(wù)供應(yīng)商之間簽訂的合同，供應(yīng)商保證網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到承諾的要求，以滿足用戶的使用需要。如果該平臺沒有達(dá)到SLA 協(xié)議規(guī)定的服務(wù)品質(zhì)，則供應(yīng)商需要按照約定賠償用戶[3]。

2.3.2 用戶交互設(shè)計(jì)

基于易用性開發(fā)原則，本文在用戶交互界面設(shè)計(jì)時(shí)，為用戶提供了2 種交互選擇：一種是常規(guī)的瀏覽器交互，用戶可打開計(jì)算機(jī)上的Web 瀏覽器獲取平臺提供的各項(xiàng)服務(wù)，適用于那些業(yè)務(wù)相對集中、用戶訪問量較小的醫(yī)療機(jī)構(gòu)；另一種則是客戶端交互，用戶需要注冊并登錄客戶端，然后獲取更加豐富的服務(wù)。客戶端具有較強(qiáng)的兼容性，既包含了Web 瀏覽器的功能，同時(shí)還能為云計(jì)算平臺的各項(xiàng)服務(wù)提供支持。本文在交互設(shè)計(jì)時(shí)，選用了Google 公司開發(fā)的Chrome 瀏覽器，可滿足用戶的個(gè)性化交互需求。

2.3.3 服務(wù)使用流程

云計(jì)算服務(wù)供應(yīng)商向醫(yī)療機(jī)構(gòu)演示平臺的運(yùn)行效果，并結(jié)合醫(yī)療結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)需求展開初步分析，提出相應(yīng)的解決方案，以滿足醫(yī)療機(jī)構(gòu)的特殊需求。在醫(yī)療機(jī)構(gòu)明確了使用意向后，云計(jì)算服務(wù)供應(yīng)商根據(jù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行個(gè)性化定制。通常是以現(xiàn)有的區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺作為框架，然后結(jié)合醫(yī)療機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況、特殊要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)母?，提供定制服?wù)。對醫(yī)療機(jī)構(gòu)的工作人員進(jìn)行簡單培訓(xùn)，介紹該平臺的操作流程、特色功能，然后提供給醫(yī)療機(jī)構(gòu)免費(fèi)試用。在試用期間，云計(jì)算服務(wù)供應(yīng)商的技術(shù)人員要密切關(guān)注平臺運(yùn)行情況，確保各項(xiàng)服務(wù)能夠正常提供。如果測試期間發(fā)現(xiàn)問題，技術(shù)人員及時(shí)分析原因并提供技術(shù)解決方案。試用結(jié)束后，如果醫(yī)療機(jī)構(gòu)對該平臺的應(yīng)用效果滿意，則雙方簽訂SLA 協(xié)議，并向供應(yīng)商支付租賃費(fèi)用，獲得該平臺的使用權(quán)[4]。隨著醫(yī)療機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)范圍的拓展，云計(jì)算服務(wù)供應(yīng)商可在原服務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深度定制，并提供硬件維護(hù)、軟件升級等售后服務(wù)。用戶獲取區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺服務(wù)的流程如圖2 所示。

圖2 云計(jì)算服務(wù)使用流程

3 區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺的實(shí)現(xiàn)方案

3.1 構(gòu)建基于云計(jì)算平臺的應(yīng)用

本文主要探究了云計(jì)算服務(wù)平臺在居民健康檔案管理方面的應(yīng)用。其實(shí)現(xiàn)原理為：有關(guān)部門制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供用于存儲居民健康數(shù)據(jù)的云計(jì)算平臺，居民用戶利用多種終端（如手機(jī)、電腦等）將數(shù)據(jù)上傳，最后由平臺完成數(shù)據(jù)的處理、分類、存儲、查找和共享等服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)上述功能，需要建立一個(gè)基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲中心，并根據(jù)存儲對象的不同，將數(shù)據(jù)存儲中心劃分為3 個(gè)區(qū)域。

3.1.1 私有存儲云

私有存儲云位于醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部，可以與醫(yī)療機(jī)構(gòu)的各類信息系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換和動態(tài)存儲。在需要調(diào)用數(shù)據(jù)時(shí)，可利用獨(dú)立接口實(shí)現(xiàn)私有存儲云與公共存儲云、第三方存儲云的數(shù)據(jù)交換。

3.1.2 第三方存儲云

第三方存儲云是云供應(yīng)商提供的商業(yè)云。醫(yī)療機(jī)構(gòu)通過付費(fèi)租賃的方式獲得商業(yè)云的使用權(quán)，可以將自身運(yùn)營中產(chǎn)生的大量半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲到第三方存儲云，并且由云供應(yīng)商負(fù)責(zé)這些數(shù)據(jù)的存儲、備份、安全保護(hù)。這樣既可以讓醫(yī)療機(jī)構(gòu)以較低成本完成海量數(shù)據(jù)的存儲，同時(shí)還能切實(shí)保障數(shù)據(jù)的隱私與安全。

3.1.3 公共存儲云

公共存儲云能夠直接與居民進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，在經(jīng)過授權(quán)認(rèn)證后，醫(yī)療機(jī)構(gòu)可利用認(rèn)證接口直接獲取公共存儲云中的電子健康數(shù)據(jù)，從而為診療工作的開展提供必要的依據(jù)。

3.2 面向用戶提供云計(jì)算服務(wù)

3.2.1 云計(jì)算服務(wù)部署方案

目前醫(yī)療機(jī)構(gòu)的服務(wù)器中存儲了大量數(shù)據(jù)，要想將這些數(shù)據(jù)全部遷移到云計(jì)算平臺上存在一定難度。因此，本文采用了漸進(jìn)式部署云計(jì)算的方式，將居民健康檔案管理系統(tǒng)作為服務(wù)部署到SOA 基礎(chǔ)架構(gòu)上，然后再利用SOA 架構(gòu)提供的服務(wù)生命周期管理功能，保證居民健康數(shù)據(jù)錄入、分類、存儲和調(diào)用等一系列服務(wù)的順利實(shí)現(xiàn)[5]。SOA 架構(gòu)提供的服務(wù)注冊列表功能，相當(dāng)于一個(gè)資源池，平臺用戶可從中查詢權(quán)限范圍內(nèi)可獲取的服務(wù)。然后利用云計(jì)算平臺的服務(wù)調(diào)用接口使用服務(wù)。在服務(wù)過程中，醫(yī)療機(jī)構(gòu)可利用系統(tǒng)的監(jiān)視管理功能，實(shí)時(shí)了解居民的健康狀況。居民健康檔案云計(jì)算部署方案如圖3 所示。

圖3 居民健康檔案云計(jì)算部署方案

3.2.2 云計(jì)算服務(wù)運(yùn)維方式

醫(yī)療信息系統(tǒng)的發(fā)展和用戶數(shù)量的增加，使得區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺的運(yùn)維工作變得更加重要。本文設(shè)計(jì)的云計(jì)算服務(wù)平臺，采用的是按需交付服務(wù)的商業(yè)模式，相比于傳統(tǒng)運(yùn)維模式，在服務(wù)運(yùn)維方面實(shí)現(xiàn)了三大創(chuàng)新：其一是提供主動式運(yùn)維。在平臺運(yùn)行過程中，后臺服務(wù)器會動態(tài)收集運(yùn)行日志、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對此展開分析。通過網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)控保證了平臺出現(xiàn)故障問題后能夠第一時(shí)間告警，并主動開展運(yùn)維，保證了平臺的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。其二是節(jié)本增效，當(dāng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)因?yàn)闃I(yè)務(wù)需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，只需要嵌入相應(yīng)的服務(wù)程序即可，不需要改變整個(gè)平臺架構(gòu)，極大地降低了系統(tǒng)二次開發(fā)成本。其三，云計(jì)算的大部分運(yùn)維工作由供應(yīng)商負(fù)責(zé)，像日常的硬件維護(hù)、軟件升級、數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)安全等。云供應(yīng)商能充分發(fā)揮自身的技術(shù)優(yōu)勢，提升運(yùn)維服務(wù)質(zhì)量，保證了區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

在信息時(shí)代，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。通過技術(shù)融合構(gòu)建區(qū)域醫(yī)療信息化云計(jì)算服務(wù)平臺，以云服務(wù)器為基礎(chǔ)設(shè)施，利用Web瀏覽器或客戶端面向用戶提供服務(wù)，在簡化尋醫(yī)問診流程、提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量等方面發(fā)揮了積極作用。以云計(jì)算服務(wù)平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建居民健康檔案管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)居民健康大數(shù)據(jù)的共享共用，對居民健康狀況進(jìn)行動態(tài)追蹤，在疾病預(yù)防、治療與控制等方面提供了技術(shù)支持，為“十四五”時(shí)期全民健康目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供了有力保障。