基于Redis的人本電子健康系統的設計與實現

【摘要】隨著生活水平的不斷提高，人們對于健康的需求也是與日俱增，傳統的以醫療為主的健康模式也在逐漸的變化，人們更希望的是通過日常的保健等行為使身體長時間的保持健康，減少疾病的痛苦。人本電子健康系統意在為人們搭建一個平臺，使其可以通過測量記錄日常生活習慣、身體狀況來管理自身的健康，并且通過專家系統的提示，調整不良生活習慣，保證身體處在良好的健康狀態。在互聯網進入到大數據時代的現在，單一的關系型數據庫已經難以滿足日益增長的數據存儲規模和人們對海量數據處理方面的需求，而越來越多的非關系型數據庫的涌現使數據存儲的方式越來越多樣化，其中基于key/value的數據庫占了比較大的部分。

【關鍵詞】key/value redis；人本電子健康；web2.0

1.緒論

隨著信息化技術及互聯網技術的發展，我們的生活已經離不開它們，通過它們能夠提高生活及工作效率，在這基礎上，電子健康概念被提出，通過標準化軟件、制度等，逐步搭建起全國健康服務和管理機構間跨地域、跨部門、跨所有制的電子信息共享網絡，實現遠程會診醫療、遠程教學等，可以使各級各類醫療保健、疾病預防、計劃生育服務、醫學科研、健康咨詢和藥品、醫療器械生產供應銷售以及社會保障、保險等形成一體化醫療轉診和健康服務體系，最大限度的信息互通和資源共享。同時借助互聯網和信息技術的發展，各個醫院以及其他醫療衛生服務機構紛紛建設其如HIS（醫院信息管理系統）、LIS（檢驗科信息管理系統）、PACS（圖像信息管理系統）等信息化系統，提高了醫院的信息化水平和業務處理水平，更好的為患者提供醫療衛生服務。但是對每個個體的人來講，如何讓他們時時刻刻都了解自己的健康狀況，如何保持健康預防疾病，一旦生病后怎樣在第一時間對病情有所了解采取有效的治療方案，這是人們常常最關心的問題，而這些問題也是目前國內外研究關注的問題，讓普通老百姓能夠快速便捷的通過例如互聯網等媒介獲取健康及醫療資源信息才是解決公眾健康問題的最有用的途徑。

2.相關技術介紹

2.1 NoSQL數據存儲介紹

NoSQL的發展最早可以追溯到1991年Key/Value類型的Hush數據庫Berkeley DB的發布，它適用于數據類型相對簡單但需要極高讀寫速度的場合。而NoSQL概念的提出則是從2009年年初開始，用來為現代互聯網應用提供可擴展的數據庫解決方案。對NoSQL一個較為全面的解釋是“下一代的數據庫產品應該具有這幾個特點：非關系型的、分布式的、開源的、可以線性擴展的。”NoSQL的全稱為Not Only SQL（不只SQL），從名字可以看出，它的提出并不是要取代關系型數據庫在現代應用中的廣泛使用，而是采用一種非關系型的方式來解決數據的存儲和計算問題。

2.1.1 NoSQL與SQL

傳統的關系型數據庫難以適應如今Web2.0環境下某些特定場景的存儲需求，如現今流行的具有超大規模和高并發的SNS（社交網絡）類型的Web2.0純動態網站。總結起來，傳統關系型數據庫如今面臨的挑戰主要有如下幾點：

（1）對數據庫高并發讀寫的需求

（2）對海量數據的高效存儲和訪問的需求

（3）對數據庫的高擴展性和高可用性的需求

相比于關系型數據庫，NoSQL數據庫更加關注這些問題，相對于關系型數據庫，NoSQL的主要優勢在于：

（1）靈活的可擴展性

（2）海量數據處理，高性能

（3）靈活的數據模型

NoSQL的優勢是顯而易見的，然而相對于關系型數據庫他也存在很明顯的不足，主要體現在：

（1）NoSQL很難實現數據的完整性，很難在企業應用中普及。

（2）缺乏強有力的技術支持

（3）成熟度

4）在設計時候，關系型數據庫相比NoSQL更能體現實際需求。

2.1.2 NoSQL在互聯網中的應用

NoSQL數據庫最早在互聯網中的典型應用案例是Google的BigTable和Amazon的Dynamo，都是為了解決海量數據規模的的存儲需要設計的，且兩者都是以Key/Value的形式存儲。其中Dynamo所存儲的是非結構化數據，而BigTable存儲的是結構化或半結構化的數據。

隨著互聯網進入到“大數據”時代，出現了很多開源的NoSQL產品，如基于Key/Value的Memcached、Tokyo Cabinet、Redis等，基于列的HBase、Cassandra等，基于文檔的MongoDB、CouchDB等。國內各大互聯網公司也紛紛推出他們各自的NoSQL產品，豆瓣的BeansDB、人人網的Nubar等。

2.2 Redis數據庫介紹

Redis（Remote Dictionary Server）是一個使用ANSI C語言開發的開源的Key-Value存儲系統，其作者是意大利人Salvatore Sanf-ilippo，代碼量大約是1萬多行，目前Redis的主要開發工作由VMware公司主持。它和目前較流行的Memcached類似，都是基于內存（緩存）的數據存儲方式，不同的是Redis支持的數據類型更加豐富并且對每種數據機構提供了豐富的操作，其支持的數據類型包括：String（字符串）、List（列表）、Hash（哈希）、Set（集合）、ZSet（有序集合）。同時Redis不同于Memcached的在于它會將更新的數據異步的持久化到硬盤中或者把進行過的修改操作寫入日志文件中。

Redis雖然是Key/Value形式的數據庫，但是它吸收了部分關系型數據庫的優點，如在能保存Lists和Sets類型的數據的同時，還能完成排序等高級功能，同時在實現INCR（自增）、SETNX（若不存在key則創建并設值）等功能時保證其操作的原子性。在此基礎上還實現了master-slave（主從）同步。

3.系統設計與實現

3.1 系統整體架構

人本電子健康系統的總體架構采用基于MVC模式的輕量級的CodiIgniter框架，整個系統分為展示層、中間層和數據層。其中展示層負責將用戶個性化信息呈現給用戶，并接收用戶請求提交給中間層，再中間層與數據層進行交互，中間層經過業務邏輯處理后再通過控制器將用戶請求的數據返回給展示層。

前端展示層由PHP頁面組成，它負責為用戶展示系統及用戶個性化信息，同時接收用戶操作請求，并以HTTP請求的形式發送給服務器。

中間層是整個系統的核心部分，它由控制器（controller）、業務邏輯層和數據模型（Model）層組成。控制器負責接收前端展示層發送的HTTP請求，并將請求分發給相應的業務邏輯單元進行處理，業務邏輯單元根據需要會通過數據模型層和數據層進行交互，將運算結果返回給控制器，最終由控制器返回給前端展示層。

數據層是整個系統使用的數據庫系統，用于存儲支撐整個系統的信息，如用戶資料、知識庫等數據。在人本電子健康系統中數據層由MySQL數據庫和Redis共同組成。

人本電子健康系統的總體架構如圖3.1所示。

3.2 健康微博模塊設計與實現

健康微博功能括健康微博的發表、查看、轉發、回復和收藏等子功能。其中健康微博可發表普通文本類型的、圖片類型、視頻類型和鏈接。

健康微博是存儲于Redis中的，因為健康微博的查詢是需要對用戶和發布時間進行篩選的，比如獲取已關注用戶在某一時間后發布的內容，這樣的需求在關系型數據庫中很容易實現，然而在Key/Value系統中沒有像SQL查詢中強大的篩選能力，因此就需要充分利用Redis中的數據結構和對key的良好設計。根據需求，系統中進行的較多的查詢為對用戶某一時間段的發布內容的篩選，因此健康微博內容將以Hash的格式存入Redis中，Key的格式為mbs：發布時間的時間戳，例如mbs：1337073948216，該Key在Redis中是唯一存在的。

3.3 健康記錄模塊設計與實現

3.3.1 健康信息記錄功能

健康信息記錄功能的結構化數據分別存于MySQL中的體征信息表（body_info）、血壓信息表（pressure_info）、睡眠信息表（sleep_info）、圍度信息表（circle_info）、和運動信息表（sports_info）中，它們記錄的數據說明如下。

body_info：存儲用戶記錄的身體狀態信息，包括身高、體重、體溫、脂肪率信息。

pressure_info：存儲用戶記錄的血壓信息，其指標包括高壓（Kpa）、低壓（Kpa）、脈搏。

sleep_info：存儲用戶記錄的睡眠信息，包括入睡和起床時間。

circle_info：存儲用戶記錄的身體各個圍度的信息，單位為cm。

sports_info：存儲用戶記錄的運動量信息，包括跑步里程（km）、俯臥撐個數、仰臥起坐個數、其他運動項目持續時間。

3.3.2 健康信息展示

健康信息在系統中主要通過兩個方式展現給用戶，分別是健康日程和健康統計兩個子功能。健康日程，將用戶的健康記錄歷史以日歷的形式展現在前端頁面，同時具有健康記錄追加和計劃功能。健康統計，通過前端頁面中嵌入flash插件來實現將用戶一個月內的健康記錄狀況線性表示出來。

健康統計功能在網頁中展示了用戶記錄的各個數據在一個月內的走勢情況。走勢圖通過調用Open Flash Chart組件在網頁中嵌入flash插件來實現。從后臺獲取到數據后由flash插件在前端顯示，依賴的源文件包括：

/js/char.js

/js/swfobject.js

/flash/flash-chart.swf

3.4 健康日志模塊設計與實現

健康日志能讓用戶記錄包括檢查/治療記錄、健康日志、病史和治療成功案例三種資料。其中健康日志、病史和成功案例為非結構化數據，存儲于健康日志表health_log中，而檢查/治療記錄存儲的為半結構化數據，存儲于健康檢查表health_check中。其設計如表3.1和表3.2所示。

在健康日志的實現方面，考慮到用戶的修改不是很頻繁，為了降低服務器的壓力，采用了頁面靜態化的技術。

3.5 心理健康模塊設計與實現

心理健康模塊通過將心理測試題目推薦給用戶，題目均為選擇題，用戶通過選擇題目選項獲得對個人心理狀況的客觀評估。心理健康模塊題目及相關數據在數據庫中存儲由心理測試信息（psytest_info）、題目信息（psytest_sub）、題目選項信息（psytest_option）、評分標準信息（psytest_score）、答題臨時信息（psytest_temp）、測試歷史信息（psytest_history）六個數據表組成，它們存儲的信息分別為：

psytest_info：心理測試題項目信息，包括測試標題、測試描述等。

psytest_sub：心理測試項目中各個題目信息。

psytest_option：心理測試題目中各個選項信息。

psytest_score：心理測試項目評分標準信息。

psytest_temp：用戶測試過程信息。

psytest_history：用戶心理測試歷史信息。

其實體-關系如圖3.2所示。

心理測試模塊在服務器端主要由testCon-troller和testModel兩個類來實現，testCont-roller負責接收前端發送的請求，而testModel則主要實現流程的處理。

4.結束語

人本電子健康是目前較新的一個概念，其系統也是在比較小的范圍內進行測試和應用，在今后的工作中，仍然有以下幾個方面有待進一步研究：

（1）應用3G和傳感技術，對用戶的健康進行進一步的更加全面的監控，如用戶可隨身攜帶的腕表時時檢測并將數據傳回服務器，或者在用戶的居住或工作場所設立環境傳感器替用戶檢測如空氣質量等的生活環境，并且通過服務器計算將用戶的疑似健康問題進行提醒。

（2）因為目前移動互聯網正在迅速發展，手機平臺是人們上網辦公等的主要平臺，因此將人本電子健康系統移植到各個移動平臺如iOS、Android、Windows Phone是人本電子健康系統下一步研究的目標。

（3）對于健康記錄功能，用戶希望更多的是更加方便快捷的輸入方式，通過能夠連接電腦的家庭醫療終端如電子血壓計、血糖儀等終端，在用戶測量完畢之后直接記錄到后臺數據庫中，免去用戶輸入的步驟。

（4）通過改進推薦算法，采用更加高性能，更加有效的推薦算法，給用戶推送更加全面的健康信息是人本電子健康系統下一步研究面臨的最實際的需求。

（5）全面利用HTML5+CSS3技術對頁面進行優化，提高頁面的兼容性和性能，同時優化交互方式，進一步提高用戶體驗。

隨著互聯網技術的不斷發展，尤其是云計算的迅猛發展，目前很多亟待解決的問題在將來都會得到有效的解決。然而，解決舊問題的同時，一定會伴隨著新問題的產生，因此對于人本電子健康的研究，仍然需要我們不斷的探索，不斷的研究。相信在將來，展望中提到的前景一定會全部實現。

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作者簡介：田濤（1986—），碩士研究生，主要研究方向：智慧城市、醫療領域。