基于醫院信息系統的臨床模擬教學云平臺設計研究*

劉政良，雷音

（贛南醫學院信息工程學院，江西贛州341000）

基于醫院信息系統的臨床模擬教學云平臺設計研究*

劉政良，雷音

（贛南醫學院信息工程學院，江西贛州341000）

根據當前醫學生臨床技能培養的現狀，結合云計算技術，設計了基于醫院信息系統的臨床模擬教學云平臺并對各個功能模塊進行了詳細說明，希望通過該平臺對提高醫學生的臨床實踐能力和臨床思維能力有一定的幫助。

云計算；臨床技能；模擬教學

一、問題的提出

隨著醫學模式的轉變、醫療法規的實施以及患者自我保護意識的提高，醫學生的臨床實踐機會越來越少，臨床技能的培養受到嚴重影響，教學質量有所下降，這已經成為醫學人才培養中的最大瓶頸之一。為了滿足臨床教學的需要，保證醫學生的培養質量，尋找一條行之有效的臨床能力培養途徑就顯得尤為重要。

近年來，隨著計算機網絡的快速發展，研究學者開始關注如何利用信息技術培養醫學生的臨床實踐能力。如邱峰、張際平認為，目前醫學教育中的臨床技能培養存在要求高、難度大、實踐機會少等問題，通過構建了遠程醫學臨床技能培訓平臺，實現遠程醫學教育、協同診斷、手術觀摩、三維虛擬手術實驗等功能，縮短了醫學院學生、各類醫務人員從理論學習到臨床具體操作的時間，提升了整體的臨床技能綜合水平［1］。在實踐方面，哈爾濱醫科大學第二臨床醫學院構建了網絡實踐教學體系，通過為醫學生提供網絡典型病例庫用于網上自學，從而提高醫學生的疾病診治能力［2］。

隨著近年來國家加大對醫療信息化建設的投入，在醫療信息化建設領域中，已經將“云計算”技術廣泛應用于醫療信息化建設中。但是云計算技術在臨床模擬教學方面的應用，幾乎為空白，還屬于一個全新的領域。本研究通過將云計算技術與臨床模擬教學相結合，通過數據采集接口直接將醫院的醫院信息系統（HIS）、實驗室信息系統（LIS）、影像歸檔和通信系統（PACS）、電子病歷系統（EMR）等系統產生的教學信息進行抽取處理，搭建基于云端的模擬教學系統，提供給醫學生進行使用，這對于提升醫學生的臨床實踐能力和臨床思維能力，具有非常積極的意義。

二、云計算技術及其在教學當中的應用

云計算（Cloud Computing）是并行計算、分布式計算和網格計算的發展，是虛擬化（Virtualization）、效用計算（UtilityComput）、將基礎設施作為服務IaaS（Infrastructure as a Service）、將平臺作為服務PaaS（Platform as a Service）和將軟件作為服務SaaS（Software as a Service）等概念混合演進并躍升的結果［3］。云計算按照服務的類型可以分為基礎設施云、平臺云和應用云。云計算的目標是用戶通過網絡能夠在任何時間、任何地點最大限度地使用虛擬資源池，處理大規模計算問題。

近年來，隨著云計算技術的成熟和不斷發展，云計算在教學當中得到越來越廣泛的應用。云計算應用于教育領域，可以在課堂教學、實驗教學和輔助教學等諸多方面提供高效服務。利用云計算技術可以提供信息化基礎設施租賃服務、實現教育信息資源的共建共享、實現新的網絡教學模式以及促進網絡學習空間建設與應用。云計算為學習者在任何時間任何地點學習提供了有利的技術支持，帶來了更多方便的學習工具，提高了學習效率。例如，美國北卡羅來納州立大學與IBM合作推出為大學和中小學服務的名叫“虛擬計算實驗室”的云計算平臺，包括在線使用教育材料、應用軟件，計算和儲存。隨著技術的成熟，云計算正走進學校大門，為教育提供其強大的服務。

三、網絡環境下開展臨床模擬教學的可行性和優勢分析

目前，醫院基本上都建有HIS、LIS、PACS、EMR等各類信息系統。一方面，這些系統中儲存著的各類信息能夠為開展臨床模擬教學提供海量的數據和資源；另一方面，由于醫院的HIS、LIS、PACS、EMR等信息系統當中存有的數據量巨大，結構極為復雜，這些數據必須經過一定的技術處理才能應用于教學當中。而現在，隨著云計算機技術的不斷發展和成熟，其強大的數據處理能力為建立基于醫院各類信息系統的臨床模擬教學云平臺提供了可能性。

同時，互聯網在師生的日常學習、生活當中得到廣泛的應用，尤其是隨著國家“互聯網+”行動計劃的出臺，基于網絡環境開展教學已經在各個高校蓬勃發展起來，師生普遍都具有較高的信息素養，因此師生基于模擬教學平臺開展教學和學習活動基本上不存在技術方面的障礙。

傳統醫學教學模式為教師單方向為學生提供“填充式”教學服務。教學期間，學生缺乏實際操作體驗，接收知識效率較慢，且學生學習積極性不高。模擬教學云服務平臺可以提高學生實踐經驗和動手能力，改進了傳統的“填充式”教學方法，學生能很快進入角色，避免傳統教學模式的被動局面，并能提高醫學教學質量。

同時，通過為學生構建身臨其境的學習環境，激發學生的學習興趣，變“要我學”為“我要學”。使教師在學校的日常教學活動中提前對學生開展“角色教育”，讓學生在探究和思考中成長為學習主體，提高了學生的主觀能動性。

四、基于醫院信息系統的臨床模擬教學云平臺的構成

通過對醫院信息系統的綜合分析，根據臨床模擬教學的實際需要以及云計算技術的特征，筆者們設計了基于醫院信息系統的臨床模擬教學云平臺的架構，如圖1所示。

圖1　臨床模擬教學云平臺體系架構

臨床模擬教學云平臺擬從下到上分為三層：基礎設施層（IaaS）、平臺服務層（PaaS）和應用軟件層（SaaS）。每一層都依托在下一層之上，上層使用下層定義的各種服務，下層對上層隱藏實現的細節，在無需過多了解其他層次的基礎之上，將每一層作為一個有機整體來理解和設計，進一步通過接口服務設計出整個教學信息云平臺。

（1）云數據中心

基于網絡中心搭建模擬教學云基礎設施，提供服務器、存儲、網絡以及其他設備，并進行統一虛擬化，形成虛擬化資源池。基于共享模式提高資源利用率，實現資源的規模效應，降低IT建設的總體投入。在虛擬化資源池之上，部署操作系統、數據庫、中間件以及運行環境，最終將基礎設施以服務的形式向上層提供。

云數據中心包含主要模擬教學管理系統、教學醫院數字醫療業務系統，支持各同構或異構系統的快速、標準接入，增強系統的開放性，增強各類信息采集的主動性，實現教學信息共享。各信息系統不再通過傳統的接口方式進行數據交互，而是通過調用公共服務，即通過Web Service遠程數據交互方式實現，并遵行相關的數據標準，如：XML、HL7等。避免在流程變化時各系統需修改接口程序的傳統作法，降低系統的運維成本。

（2）數據采集、轉換、傳輸接口

云數據中心是在各機構已有信息系統的基礎上建立的獨立運行的醫療集團協同數據中心，通過匯總各機構私有的業務信息，為構建協同教學模擬平臺提供數據支持，支撐信息共享和教學相關文本的互操作。因此，云數據中心必須將現有業務系統的私有數據轉換為標準數據，抓取到云數據中心后進行集中存儲。數據接口可直接從各級機構中獲取數據，根據各系統私有基礎數據字典與云數據中心標準數據的映射關系，數據采集接口直接將各系統產生的教學信息轉換為標準數據，通過網絡直接傳輸到數據中心，或者按教學文本共享標準和規范生成獨立存貯的XML文件，通過移動存貯介質上傳到數據中心，以滿足數據采集和傳輸要求。

（3）云平臺網絡

教學網絡云服務是基于穩定網絡的，對帶寬提出了很高的要求。在處理大數據過程中，對處理單元和存儲單元的鏈接速度要求高，數據長途傳輸也會引起人們對延遲的擔憂，再加上網絡的穩定性問題，網絡傳輸速度和質量可能會成為云計算在教學模擬信息化建設中面臨的瓶頸。為了解決網絡質量和速度問題，需要通過打造穩定的網絡基礎設施，提升網絡質量和速度，以保證云服務的快速響應能力。

網絡是云平臺的基礎，需要提供高可靠性、高安全性、保證服務質量、配置簡單、便于故障診斷。網絡（即云平臺網絡）采用雙核心、分層次設計，網絡設備采用智能、安全、管理功能豐富的設備。整個云平臺內網網絡采用層次化網絡架構設計，分為匯聚層和接入層。

（4）云資源調度管理

云基礎設施的核心是云資源調度管理（虛擬化技術），分為計算、存儲、通信三個層面。計算層面的虛擬化以Xen、Vmware等虛擬機產品為基礎，利用半虛擬化思路實現虛擬機監控器與操作系統的特權控制與超級調度、內存分配與地址轉換，最大限度減少虛擬機工作中的指令映射次數，使虛擬機效率接近裸機效率。存儲層面的虛擬化以完善數據的抽象層表示方法，首先為不同用戶的數據建立一個邏輯空間，然后將邏輯與物理存儲空間做一個映射，從而使得不同類型的存儲介質對上層應用透明。通信層面的虛擬化為不同用戶構建虛擬私有網與虛擬局域網。虛擬局域網利用訪問控制技術使得局域網內的使用者只能訪問域內資源，虛擬私有網利用簽名與認證技術使得未授權使用者無法訪問和理解域內資源。

模擬教學云端管理平臺（PaaS）建設的目標是通過網絡提供托管應用程序的平臺服務，它為應用系統提供了透明的基礎設施訪問服務，包括技術支撐層服務（如數據訪問引擎、元數據管理、規則引擎、界面開發等）以及領域支撐層服務（如租戶管理、用戶權限管理、運營者管理等）。構建模擬教學云端管理平臺（PaaS）除了提供通用支撐服務，更重要的是建立與業務緊密相關的教學信息平臺，實現教學、醫療資源整合，為教學服務提供一體化的支撐，建立標準規范，提高教學數據質量，促進教學信息共享和協同教學。

（1）教學信息協同平臺

教學信息是以教學活動為中心的全過程的數據記錄。信息平臺是建立在電子病歷、醫囑、檢驗、醫學影像、心電、手術麻醉、護理、示教等各類信息系統基礎上，滿足模擬教學現場的信息需求，能夠改善教學傳統模式的綜合信息平臺。信息協同平臺是指建立在基于云數據中心的教學信息共享基礎上，實現各機構之間的教學業務協同，是將所有教學信息，按照教學模擬活動發生的時間順序組織，實現一體化展示，供多級機構及學員查詢。此外，為支持大型醫療集團的信息應用，教學信息協同平臺還應能將信息導出為獨立的XML文件，以及讀取XML格式的教學信息并將之存儲到數據中心的功能。教學信息協同平臺還應實現教學文本互操作功能，并由權限管理和身份認證系統保證模擬教學文本互操作的安全。

（2）教學資源機構間整合平臺

聚合學校的教學與醫療信息化資源，建設“教學資源云端管理平臺”，將學校信息化資源分批進行統籌整合。以教學資源信息的采集、存儲為基礎，能夠自動產生、分發、推送工作任務清單，為各類教學服務活動提供支撐。通過整合學校內教學、醫療優質資源，以醫學教育業務為核心，建立全校內統一的模擬教學服務云平臺。

在網絡條件允許的情況下，臨床模擬教學云平臺可實現學校與其協作教學單位（國內外知名醫科學府）的跨機構模擬教學協作，從而實現教學資源跨機構整合。

（3）基于云計算的智能提示服務

智能提示服務是為教師、學生等提供的提示、呼叫等服務。教師在模擬教學過程中，可通過智能提示功能，獲得學生各類模擬操作相關信息、提請批閱信息等，從而提高模擬教學質量，提高學生的動手能力、作業環境的適應能力。

（1）云端的模擬教學業務應用

基于云計算的模擬教學業務應用將傳統的信息管理業務改造成適合云計算的多租戶模式，形成一個標準化、集成化的信息平臺，實現醫學模擬教學信息的規范化、一體化管理，規避“點對點”式的信息共享與交換，并使得學校可以基于信息平臺整體上進行教學業務流程優化與管理。

（2）基于模擬教學云的教學流程改造

由于現有的優質教學資源緊張，所以必須借助信息化手段，優化教學業務流程，采取遠程示教、遠程批閱等手段來提高教學資源利用率。

建立跨校區跨機構模擬教學角色唯一主索引：模擬教學信息化是以教學為樞紐，以臨床模擬為基礎和主體。在這種情況下，教學角色的唯一、準確識別就顯得格外重要。基于同一模擬課件適用于多種學員類型：結合目前教學模式，將同一模擬課件向不同專業、不同學員提供模擬教學服務，提高課件使用效率。基于呼叫平臺的短信導教服務：基于呼叫平臺，實時告知學員、教師模擬教學時的狀態，創新教學模式，減輕教師工作量、豐富學員知識獲取渠道。

（3）云端的模擬教學系統

云端的模擬教學系統可以實現統一管理，主要包括模擬醫院臨床的所有業務系統、示教管理系統。

1）醫院臨床業務系統

搭建醫院實際業務場景所需的主流業務系統，如HIS、LIS、PACS、EMR等，系統的功能涵蓋醫院實際使用功能，且能滿足醫院主體業務模擬環境搭建的需求，使學員根據教學需要通過平臺的角色及權限體系扮演不同的角色（如醫生、護士、檢驗檢查技師等），教師作為模擬環境中的協同方對教學模擬場景中學員所扮演的角色所處理的處方、病歷、技師報告及相關醫療質量控制等環節進行評價、指導；在網絡條件具備的條件下，與教學協作單位開展遠程教學合作，可在模擬場景之外開展遠程教學活動，豐富模擬教學的內容。

2）示教管理系統

對模擬教學中學員的角色扮演過程進行后臺管理、過程控制、教學成果評價等所需的軟件系統，如模擬教學組織功能、學員成績統計功能、學員模擬點評、課件管理功能等。

（4）云端的教學信息共享與文本互操作

云端的模擬教學共享面向全體教師和學員，實現對模擬教學相關信息的共享及調閱，從而全面掌握模擬環境情況。學員和教師都可使用相關模擬教學信息，同時模擬教學文本的互操作能為教師及學生創造一個實時互動的教學環境。臨床模擬教學平臺可以支持遠程示教，從而為學員提供了更多的實踐機會。

五、總結與展望

基于醫院信息系統的臨床模擬教學云平臺通過為學生創設真實的臨床實踐環境，使學生能夠模擬醫生角色進行臨床診斷，讓學生對疾病的臨床表現和診療思路有系統的認識，從而提高學生的臨床技能和臨床思維能力。下一步，筆者們將進一步收集和分析師生對臨床模擬教學的實際需求，采用軟件工程的方法，對該平臺進行實際開發并應用于醫學生的臨床教學當中。

［1］邱峰，張際平.遠程臨床醫學技能培訓的實現［J］.現代遠程教育研究，2012（1）：91-96.

［2］李劍鋒，于玲范等.臨床模擬教學系統的建立與應用［J］.中國醫學教育雜志，2008（4）：74-76.

［3］張建勛，古志民，鄭超.云計算研究進展綜述［J］.計算機應用研究，2010（4）：74-76.

（編輯：楊馥紅）

TP315

A

1673-8454（2016）05-0065-04

贛南醫學院教學改革課題“基于網絡環境培養醫學生臨床思維能力的研究與實踐”。