云計(jì)算技術(shù)在醫(yī)院的信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

侯佳音，史淳樵

（同濟(jì)大學(xué) 附屬第十人民醫(yī)院，上海　200072）

云計(jì)算技術(shù)在醫(yī)院的信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

侯佳音，史淳樵

（同濟(jì)大學(xué) 附屬第十人民醫(yī)院，上海200072）

文中對(duì)醫(yī)院的信息化建設(shè)的云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行了充分論證和研究，提出了云計(jì)算在醫(yī)療信息領(lǐng)域方面應(yīng)用的實(shí)施方案和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)應(yīng)用云計(jì)算后的信息管理系統(tǒng)的性能運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了分析，給出了一定的實(shí)現(xiàn)方法和模式，在經(jīng)過(guò)多方論證的基礎(chǔ)上，通過(guò)醫(yī)院的具體云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，論述了實(shí)現(xiàn)方案。同時(shí)，本文也對(duì)醫(yī)院信息管理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)云計(jì)算處理后的不足和困難給出了自己的看法，指出了云計(jì)算處理后的應(yīng)用意義，即高性能、統(tǒng)一的維護(hù)和配置管理、高擴(kuò)展性和開(kāi)放式的歸檔設(shè)計(jì)。

云計(jì)算技術(shù)；醫(yī)院信息化系統(tǒng)；云存儲(chǔ)；方案設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和壯大，關(guān)于云技術(shù)計(jì)算的討論和應(yīng)用也是日趨成熟［1］，云計(jì)算技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展到一定規(guī)模了，它充分地運(yùn)用到了軍用和民用兩大方面，帶來(lái)了前所未有的電子技術(shù)新革命，但是在國(guó)內(nèi)，云計(jì)算還不是很成熟，僅僅在某些安全領(lǐng)域有應(yīng)用，而在民用領(lǐng)域，主要還是各種云存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用規(guī)模比較大。在我國(guó)對(duì)醫(yī)院的領(lǐng)域進(jìn)行改革的規(guī)劃中，信息技術(shù)的應(yīng)用和安全已經(jīng)成為其中不可或缺的重要一環(huán)，是國(guó)家“四梁八柱”計(jì)劃中的一個(gè)重要技術(shù)支撐［2］。云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)專家與學(xué)者討論的一大熱點(diǎn)問(wèn)題，特別是在醫(yī)療信息領(lǐng)域上，如何有效的利用云計(jì)算、云存儲(chǔ)等技術(shù)在醫(yī)院已建立的信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)，使得信息管理系統(tǒng)更加智能，更加以患者利益為核心，這也體現(xiàn)了我國(guó)醫(yī)療信息領(lǐng)域改革的“以人為本”觀念［3］。本文一大核心就是如何云計(jì)算技術(shù)與醫(yī)院信息化的有機(jī)結(jié)合，分析論證其可行性和實(shí)際操作起來(lái)的諸多問(wèn)題。

1　云計(jì)算服務(wù)模式與部署方式

從相關(guān)文獻(xiàn)和理論出發(fā)將云計(jì)算歸納為這樣的一種技術(shù)，即以用戶需求為導(dǎo)向提供的一種虛擬化的資源共享模型和形態(tài)，并且其具有可調(diào)節(jié)性，由服務(wù)器，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用軟件等組分組成，它的核心就是資源庫(kù)，用戶在連接互聯(lián)網(wǎng)的前提下，有任何需求只要向云端服務(wù)器輸入指令，數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)作出相應(yīng)的反饋，通過(guò)用戶客戶端實(shí)現(xiàn)響應(yīng)，這就形成了一種網(wǎng)絡(luò)化的傳輸分布方式。

云計(jì)算信息系統(tǒng)中的服務(wù)模式主要可以描述為三層服務(wù)模式［4］，即SaaS、Paas、IaaS，這些層次不同的平臺(tái)機(jī)制共同支撐起整個(gè)云技術(shù)體系服務(wù)。

1）SaaS，即軟件服務(wù)一體化，這種服務(wù)的運(yùn)行機(jī)制是將所有軟件與應(yīng)用均集成在云端，用戶根據(jù)需求在云端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)下載和獲取，其中，在運(yùn)行過(guò)程中，由云服務(wù)廠商統(tǒng)一部署，負(fù)責(zé)硬件和軟件的維護(hù)和更新，這種模式的優(yōu)點(diǎn)是用戶可以節(jié)省大量的時(shí)間和成本來(lái)直接根據(jù)自身的需求定制服務(wù)，對(duì)于節(jié)省成本和硬件維護(hù)等有很大優(yōu)勢(shì)。這種模式目前已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)有效運(yùn)營(yíng)機(jī)制的核心組成部分。

2）Paas，即平臺(tái)服務(wù)一體化，這種模式運(yùn)行原理是服務(wù)器開(kāi)發(fā)商將開(kāi)發(fā)環(huán)境，服務(wù)器平臺(tái)和一定的計(jì)算環(huán)境作為一種服務(wù)來(lái)提供給用戶，程序應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)這種搭設(shè)好的平臺(tái)進(jìn)行自己的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，只需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接至云端即可，大大節(jié)省了硬件成本，且可以通過(guò)平臺(tái)提供的大量附加功能來(lái)對(duì)自己的應(yīng)用進(jìn)行私人訂制。

3）IaaS，即基礎(chǔ)設(shè)施與與服務(wù)一體化，這種模式的運(yùn)行原理是云計(jì)算的開(kāi)發(fā)者或提供商直接在云端提供一種虛擬的可操作的硬件設(shè)備，如存儲(chǔ)設(shè)備，計(jì)算設(shè)備等，用戶只需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入虛擬平臺(tái)，即可直接進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和開(kāi)發(fā)，從而節(jié)省了大量的成本進(jìn)行硬件的購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)，這是一種高效而又先進(jìn)的運(yùn)行模式。三層服務(wù)模式如圖1所示。

圖1　三層服務(wù)模式示意圖Fig.1　Schematic diagram of the three-tier service model

在云計(jì)算的整個(gè)系統(tǒng)中，存在著3種部署方式，這3種方式實(shí)質(zhì)上是將云計(jì)算技術(shù)分割為3個(gè)模塊，即公有云，私有云和混合云。在實(shí)際應(yīng)用中，上述提到的三層服務(wù)模式和部署方式中的3個(gè)模塊都必須有一定體現(xiàn)［5］，才能算作真正的云端開(kāi)發(fā)技術(shù)。

2　云計(jì)算技術(shù)與醫(yī)院信息化結(jié)合的應(yīng)用研究

2.1通過(guò)云計(jì)算實(shí)現(xiàn)醫(yī)院信息化的可行性分析

主要通過(guò)兩個(gè)層面來(lái)論述，即外部架構(gòu)層面和內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)。醫(yī)院作為與人民生活息息相關(guān)的場(chǎng)所，不僅承擔(dān)者病患的治療，還肩負(fù)內(nèi)部人員有效管理，溝通協(xié)調(diào)，辦公的自動(dòng)化和人才的輔助培養(yǎng)和實(shí)習(xí)等責(zé)任，隨著醫(yī)療觀念的深入，負(fù)責(zé)這些功能的各個(gè)服務(wù)器成本維護(hù)已經(jīng)很高，而且缺少專門(mén)的信息化人才，使得醫(yī)院不得不購(gòu)買(mǎi)和更新設(shè)備來(lái)保障日常運(yùn)轉(zhuǎn)。而云計(jì)算卻能通過(guò)虛擬化的服務(wù)進(jìn)行各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)溝通。

外部架構(gòu)層面上，云服務(wù)廠商實(shí)際提供的是一套虛擬化的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，企業(yè)或者用戶可以根據(jù)自己的需求在云端完成資源的整合和動(dòng)態(tài)管理，這就保證了信息的整合發(fā)展。內(nèi)部架構(gòu)方面，其實(shí)是上面提到的三層服務(wù)模式和三個(gè)模塊的重新構(gòu)造，這種組合方式保證了信息的安全性和可靠性。圖2說(shuō)明了云計(jì)算內(nèi)部的實(shí)際結(jié)構(gòu)模型圖。

圖2　云計(jì)算體系內(nèi)部架構(gòu)模型圖Fig.2　Cloud computing system internal structure model diagram

2.2云計(jì)算技術(shù)在從服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備中心的應(yīng)用

思路和想法是將醫(yī)院原有的可用的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備等進(jìn)行虛擬化，搭建服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的一體化云平臺(tái)中心，這里有兩種途徑可以考慮和遵循［6］，第一個(gè)是將高配置的服務(wù)器進(jìn)行分割虛擬化，即將原來(lái)的單個(gè)高配進(jìn)行虛擬切分成若干個(gè)具有特定功能的小的服務(wù)器；另一個(gè)途徑就是將原來(lái)的低配獨(dú)立的服務(wù)器進(jìn)行資源整合，虛擬成一個(gè)龐大的服務(wù)器群，可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能。

用到的一個(gè)核心技術(shù)就是虛擬化的應(yīng)用，在服務(wù)器層面上的理解就是IAAS基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用，虛擬化的對(duì)象主要是CPU，內(nèi)存和IO。其中CPU的虛擬化就是講物理的CPU虛擬成一個(gè)或者若干個(gè)處理器，它們之間在云端是相互獨(dú)立和互不影響的。內(nèi)存的虛擬就是實(shí)行分割或整合，在云端統(tǒng)一管理和調(diào)配。IO的虛擬化其實(shí)是將實(shí)際設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，滿足不同的訪問(wèn)請(qǐng)求。

在實(shí)際操作過(guò)程中，一般會(huì)將多個(gè)服務(wù)器在云端實(shí)現(xiàn)資源整合并通過(guò)相應(yīng)的軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，后端會(huì)與虛擬化的存儲(chǔ)設(shè)備相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)云端的隨時(shí)調(diào)取的空間分配。這就保證了當(dāng)有一個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，一個(gè)服務(wù)期出現(xiàn)宕機(jī)情況，其余閑置的可以隨時(shí)進(jìn)行命令處理。存儲(chǔ)端的架構(gòu)一般采用的是SAN結(jié)構(gòu)，這種架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是能最大化的保證虛擬架構(gòu)的功能，講各個(gè)虛擬機(jī)的文件統(tǒng)一進(jìn)行存放在云端平臺(tái)，可以隨時(shí)調(diào)取和使用，還可以進(jìn)行軟件端的動(dòng)態(tài)資源管理和整合備份，圖3所示為服務(wù)器和存儲(chǔ)虛擬化的平臺(tái)模型圖。

這種對(duì)于服務(wù)器和存儲(chǔ)虛擬化的云端平臺(tái)在實(shí)際工作運(yùn)行中有很大的優(yōu)勢(shì)，如可以節(jié)省大量空間、進(jìn)行資源的合理整合和統(tǒng)一分配和實(shí)時(shí)在線遷移。對(duì)于醫(yī)院的醫(yī)療信息化具有積極的意義。

圖3　服務(wù)器、存儲(chǔ)虛擬化的平臺(tái)模型圖Fig.3　Servers，storage virtualization platform model diagram

2.3桌面終端的虛擬化云計(jì)算現(xiàn)狀與實(shí)施方案

桌面的云終端技術(shù)發(fā)展是多種因素下促進(jìn)的，主要?dú)w結(jié)為兩方面［7］，一方面就是醫(yī)院的信息維護(hù)人員的工作需求，他們需要面臨不同的服務(wù)器架構(gòu)，復(fù)雜的用戶需求和對(duì)多種操作系統(tǒng)地熟悉和掌握等因素；另一方面，醫(yī)院的負(fù)責(zé)人的需求，他們需要隨時(shí)隨地處理問(wèn)題，需要在移動(dòng)端有信息保證。

對(duì)于桌面的云終端技術(shù)來(lái)說(shuō)，是發(fā)展最成熟也是最具有活力的方案，這個(gè)對(duì)于醫(yī)院來(lái)說(shuō)也比較容易接受和吸收，這個(gè)技術(shù)的核心原理就是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的云端開(kāi)發(fā)和桌面化，主要依托的是后臺(tái)的硬件設(shè)備的“云”化，這個(gè)平臺(tái)的搭建主要由基礎(chǔ)設(shè)施層，虛擬化層和云管理層構(gòu)成。當(dāng)平臺(tái)搭建完成，在PC端和移動(dòng)端通過(guò)各種定制的客戶端（如：Citrix、Vmware、Hyper-V等）進(jìn)行登錄使用和云端同步，而后臺(tái)的云存儲(chǔ)采取特殊加密的措施，保證了信息的安全性。

目前采取使用的最廣泛的技術(shù)就是VDI虛擬桌面技術(shù)，其采取的是多臺(tái)服務(wù)器并行或者刀片服務(wù)器做n+1的冗余配置，存儲(chǔ)方面是通過(guò)聯(lián)接兩臺(tái)存儲(chǔ)做一個(gè)虛擬化的調(diào)整和平衡，用戶可以隨時(shí)隨地通過(guò)云端的客戶端進(jìn)行登錄操作和存儲(chǔ)使用操作，圖4給出了云桌面終端的模型示意圖。

云終端改革性創(chuàng)新帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，總體而言，具有諸如安全性高、資源利用率高、故障率較低、技術(shù)門(mén)檻較低和對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求一般等好處，對(duì)于促進(jìn)醫(yī)院的醫(yī)療信息化改革具有很重要的意義，還可能實(shí)現(xiàn)多所醫(yī)院或者區(qū)域化的聯(lián)合信息交流，為綜合化，跨區(qū)域化的醫(yī)療信息傳遞提供了保障。

圖4　云桌面的終端模型示意圖Fig.4　Terminal schematic model of cloud desktop

2.4區(qū)域醫(yī)療基礎(chǔ)架構(gòu)云服務(wù)平臺(tái)的實(shí)施方案

通過(guò)對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等云平臺(tái)虛擬化搭建和云桌面終端的技術(shù)突破后，區(qū)域化的醫(yī)療信息服務(wù)平臺(tái)也就可以實(shí)現(xiàn)了，它指的是以區(qū)域?yàn)楹诵臉?gòu)建云服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)資源中心。這樣就可以將區(qū)域內(nèi)各家醫(yī)療信息部門(mén)的數(shù)據(jù)進(jìn)行云端共享，豐富醫(yī)院的信息獲取渠道和有利于病人跨區(qū)域的基礎(chǔ)治療。同時(shí)還可以提供衛(wèi)生監(jiān)督職能部門(mén)和家庭用戶的信息共享和查詢功能，大大提高了醫(yī)療行為的有效性和針對(duì)性。

云計(jì)算方案的系統(tǒng)應(yīng)用的高級(jí)別就是區(qū)域的聯(lián)動(dòng)一體化，它包括了上述提到的IAAS，PAAS，SAAS等三層服務(wù)模式，基本運(yùn)作機(jī)制是云平臺(tái)負(fù)責(zé)建立一個(gè)IAAS數(shù)據(jù)中心［8］，將各種服務(wù)器，存儲(chǔ)相關(guān)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行整個(gè)和管理并統(tǒng)一歸置于一個(gè)資源池中，在這個(gè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上構(gòu)件醫(yī)療業(yè)務(wù)所必需的SAAS服務(wù)計(jì)算云軟件，最后就形成了以PAAS與計(jì)算平臺(tái)為中心的架構(gòu)。通過(guò)這個(gè)資源平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人，醫(yī)院，企業(yè)和衛(wèi)生管理部門(mén)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，使得醫(yī)療系統(tǒng)達(dá)到行業(yè)內(nèi)資源共享，實(shí)時(shí)更新的高效訪問(wèn)平臺(tái)。圖5給出了區(qū)域醫(yī)療云服務(wù)平臺(tái)功能的模塊設(shè)計(jì)圖。

對(duì)于醫(yī)院方面來(lái)說(shuō)，通過(guò)這個(gè)資源共享信息化平臺(tái)，可以快速獲取臨床就診的患者的資料，以便更好地切入治療，而衛(wèi)生管理部門(mén)也可以對(duì)轄區(qū)內(nèi)的醫(yī)院進(jìn)行有效的信息監(jiān)督并做好相應(yīng)的疾病預(yù)防工作，居民個(gè)人也可以隨時(shí)掌握自己的病歷資料，節(jié)省就診支出，可以說(shuō)，這是一個(gè)全方位，立體化的云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了信息的有效利用。圖6給出了區(qū)域醫(yī)療架構(gòu)圖。

圖5　區(qū)域醫(yī)療云服務(wù)平臺(tái)功能的模塊設(shè)計(jì)圖Fig.5　Regional medical cloud services platform capable module design

2.5云存儲(chǔ)中心建設(shè)的實(shí)施方案研究

云存儲(chǔ)中心作為醫(yī)院的核心資料庫(kù)，它的建立對(duì)于整個(gè)信息化建設(shè)有著非常重要的意義，其具有四個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，即高性能，統(tǒng)一的維護(hù)和配置管理，高擴(kuò)展性和開(kāi)放式的歸檔設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，方便了醫(yī)護(hù)人員來(lái)進(jìn)行診斷治療等行為，而且在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下可以隨時(shí)隨地訪問(wèn)庫(kù)資料，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和更新，在具體實(shí)施方案中，主要由以下幾個(gè)步驟組成：

1）配置高性能的磁盤(pán)和大容量低能耗的磁盤(pán)，建立核心存儲(chǔ)機(jī)制，并進(jìn)行云端虛擬化管理；

2）為各種必要的應(yīng)用提供云端的服務(wù)，將HIS、PASS等系統(tǒng)納入SAN架構(gòu)；

3）將醫(yī)院的原始存儲(chǔ)資料進(jìn)行云端遷移，并遵循在線，近線和離線的優(yōu)先策略選擇權(quán)進(jìn)行，做好歸檔設(shè)計(jì)，形成歷史資料的歸檔池；

4）做好數(shù)據(jù)保護(hù)工作，在建立云存儲(chǔ)平臺(tái)上應(yīng)該注重?cái)?shù)據(jù)的有效性和完整性，最好是形成三數(shù)據(jù)中心；

5）數(shù)據(jù)檢索的實(shí)現(xiàn)，云計(jì)算的核心技術(shù)可以提供任意時(shí)刻和任意數(shù)據(jù)的調(diào)閱和檢索；

總之，遵循以上的步驟扎實(shí)推進(jìn)云存儲(chǔ)中心的網(wǎng)絡(luò)化和信息化，對(duì)HIS和PACS等業(yè)務(wù)提供可靠的支撐，這樣未來(lái)的數(shù)據(jù)擴(kuò)展便可以輕松在云端進(jìn)行。圖7說(shuō)講明了建立云存儲(chǔ)中心的規(guī)劃圖。

3　結(jié)束語(yǔ)

文中充分論證了利用目前最先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)對(duì)醫(yī)院的醫(yī)療信息系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息化改造的意義和可行性，提出利用云計(jì)算核心技術(shù)將存儲(chǔ)器，服務(wù)器和桌面客戶端等進(jìn)行充分虛擬化改造，并對(duì)每一項(xiàng)具體改造方案提出了自己的構(gòu)想和方案分析，總結(jié)了改造化后的信息系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)行業(yè)的推動(dòng)型變革的意義所在。

我國(guó)的醫(yī)療領(lǐng)域改革推行以來(lái)，信息化的改造已經(jīng)成為了行業(yè)共識(shí)，利用好最先進(jìn)的技術(shù)就可以有效節(jié)約成本，使資源得到充分的利用，更加便于管理和監(jiān)督，但是，目前還存在著一些問(wèn)題，主要是云計(jì)算技術(shù)并沒(méi)有發(fā)展到很成熟的形態(tài)，在安全性能方面還存在一定漏洞和風(fēng)險(xiǎn)，如何在實(shí)際運(yùn)行中管控風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)當(dāng)成為醫(yī)院信息化改造的下一個(gè)重大課題。

圖6　區(qū)域醫(yī)療架構(gòu)圖Fig.6　Regional medical chart

圖7　云存儲(chǔ)中心的建設(shè)相關(guān)規(guī)劃圖Fig.7　Cloud storage center construction related plans

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Application of cloud computing technologies in information technology of hospitals

HOU Jia-yin，SHI Chun-qiao
（Tenth People’s Hospital Affiliated to Tongji University，Shanghai 200072，China）

This article on cloud computing technology hospital information management system was adequate demonstration and research，the implementation plan and risk assessment of cloud computing applications in the field of medical information on the performance of the functioning of the application after the cloud information management system was analysis，given the realization of certain methods and models，after a multidisciplinary basis，through the application of specific cloud storage data center hospital，discusses the implementation.Meanwhile，the paper also on the hospital information management system has been treated less cloud and gives his views on the difficulties pointed out the significance of cloud computing application processing，namely high performance，unified maintenance and configuration management，high scalability and open archiving design.

cloud computing；hospital information system；cloud storage；design

TM933.4

A

1674－6236（2016）05-0035-05

2015-04-07稿件編號(hào)：201504055

侯佳音（1985—），女，江蘇贛榆人，初級(jí)工程師。研究方向：研究數(shù)據(jù)庫(kù)、醫(yī)院信息化建設(shè)、數(shù)字化醫(yī)療。