臨汾區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺的建設(shè)與實踐

蘇學(xué)峰 王鐵忠 趙波 張樹偉 鄭俊峰 李慧 郭偉紅 王林鵬 趙鵬 周亞杰 劉躍

臨汾區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺的建設(shè)與實踐，希望打造出符合國家標準又能更好服務(wù)當(dāng)?shù)鼐用裆罱】档膮^(qū)域醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺，為居民提供全生命周期的健康管理服務(wù)；更好的為醫(yī)療機構(gòu)提高診療、會診及轉(zhuǎn)診的運行效率，提升服務(wù)承載能力；為衛(wèi)生行政部門提供數(shù)據(jù)，促進臨汾區(qū)域經(jīng)濟社會健康發(fā)展。

健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)泛指人類在社會生活中因健康活動產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，包含整個健康活動過程，貫穿整個生命周期的健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)，已成為國家重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。研究表明，到2020年，醫(yī)療數(shù)據(jù)將急劇增長到35ZB，相當(dāng)于2009年數(shù)據(jù)量的44倍。目前，各醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象普遍存在，各機構(gòu)、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。打造區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺，科學(xué)合理地利用健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)，能夠改進健康醫(yī)療服務(wù)模式，更好地解決老百姓的迫切需求，進一步推進社會發(fā)展。

國務(wù)院頒布的《全國醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)體系規(guī)劃綱要（2015-2020年）》、《深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革 2019年重點工作任務(wù)》、《促進和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的指導(dǎo)意見》等綱要中要求全面建成互聯(lián)互通的國家、省、市、縣四級人口健康信息平臺，將健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展納入國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略布局，繼續(xù)推進全民健康信息國家平臺和省統(tǒng)籌區(qū)域平臺的建設(shè)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，我省亟待構(gòu)建醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺，解決數(shù)據(jù)的清洗、存儲、挖掘、分析利用問題。

（一）健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺建設(shè)思路

通過建設(shè)臨汾區(qū)域大數(shù)據(jù)平臺，對區(qū)域內(nèi)醫(yī)療數(shù)據(jù)進行清洗、存儲、挖掘，實行統(tǒng)一整合、管理，解決醫(yī)療數(shù)據(jù)的清洗、采集、傳輸、存儲、處理、檢索及計算、分析利用等問題，匯聚整合臨汾市區(qū)域內(nèi)市、縣、鄉(xiāng)、村四級醫(yī)療資源，建成醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)健康數(shù)據(jù)的提取與應(yīng)用。

系統(tǒng)頂層架構(gòu)設(shè)計基于國家統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準和業(yè)務(wù)規(guī)范，按照屬地化原則和主索引機制，遵循平臺級聯(lián)動的規(guī)則，通過數(shù)據(jù)接口層、平臺數(shù)據(jù)層、服務(wù)總線層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、平臺管理層和應(yīng)用展示層等六個層面，建立系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)診療信息的互聯(lián)互通，支持跨區(qū)域信息查詢、醫(yī)療服務(wù)、綜合管理三大業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)同。

平臺數(shù)據(jù)部署采用居民屬地化原則，數(shù)據(jù)存儲采用分級部署，各級平臺的信息資源庫主要包含就診記錄、電子病歷、檢查檢驗結(jié)果等；平臺保存區(qū)域區(qū)居民的健康檔案等相關(guān)信息。數(shù)據(jù)庫采用MySQL數(shù)據(jù)庫集群構(gòu)建，區(qū)域之間彼此數(shù)據(jù)與應(yīng)用完全隔離。

系統(tǒng)設(shè)計采用當(dāng)前先進穩(wěn)定的技術(shù)，充分吸收各級廠商的先進經(jīng)驗，并考慮到本地化情況，不僅滿足現(xiàn)有的需求，也抓住未來的發(fā)展方向；同時系統(tǒng)設(shè)計也滿足大并發(fā)量的事務(wù)需求。

（二）健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺架構(gòu)設(shè)計

（三）健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺子平臺模塊

系統(tǒng)包括平臺管控、雙向轉(zhuǎn)診、家庭醫(yī)生及遠程會診等子平臺，見圖3.

1.平臺管控

平臺管控是臨汾區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺的核心，包括組織結(jié)構(gòu)、人員管理、權(quán)限設(shè)置等，是實現(xiàn)平臺內(nèi)子平臺見數(shù)據(jù)交互的橋梁。

2.雙向轉(zhuǎn)診

提供三甲醫(yī)院向基層醫(yī)院的下轉(zhuǎn)渠道以及基層醫(yī)院向三甲醫(yī)院的上轉(zhuǎn)渠道，拓寬患者就診渠道，暢通重癥患者上轉(zhuǎn)途徑，方便較輕患者在家門口就醫(yī)，節(jié)省就醫(yī)成本。

3.家庭醫(yī)生

醫(yī)生端提供給社區(qū)醫(yī)生用來持續(xù)記錄簽約患者的生命體征，形成長期、連續(xù)的健康或治療記錄；患者端提供給患者，以便查看自己歷次就診記錄，參加健康教育學(xué)習(xí)。

4.遠程會診

臨汾地區(qū)三甲公立醫(yī)院相繼托管了多家經(jīng)營不善的一級及二級醫(yī)療機構(gòu)，醫(yī)院先后派出多名高級主任醫(yī)師前往帶教，以期提高各一級及二級醫(yī)療機構(gòu)的專業(yè)技術(shù)水平，隨著托管醫(yī)療機構(gòu)的數(shù)量增多，實地帶教存在實際困難，可以借助遠程會診系統(tǒng)進行遠程帶教，為患者提供遠程會診，節(jié)省時間成本及疾病負擔(dān)。

（四）健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺建設(shè)特點

臨汾區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)智能平臺在設(shè)計過程中具有以下幾方面的特點：

首先是千萬級數(shù)據(jù)分布式存儲。千萬級數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)采用MPP架構(gòu)的新型數(shù)據(jù)庫集群，重點面向行業(yè)大數(shù)據(jù)，采用Shared Nothing架構(gòu)，通過列存儲、粗粒度索引等多項大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，結(jié)合MPP架構(gòu)高效的分布式計算模式，完成對分析類應(yīng)用的支撐，運行環(huán)境多為低成本PC Server，具有高性能和高擴展性的特點。

同時基于Hadoop的技術(shù)擴展和封裝，圍繞Hadoop衍生出相關(guān)的大數(shù)據(jù)技術(shù)，應(yīng)對傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫較難處理的數(shù)據(jù)和場景，例如針對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和計算等，充分利用Hadoop開源的優(yōu)勢。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進步，應(yīng)用場景將越來越多，目前最常見的應(yīng)用場景是通過擴展、封裝Hadoop對互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)進行存儲、分析。對于非結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理、復(fù)雜的ETL流程、復(fù)雜的數(shù)據(jù)挖掘和計算模型，Hadoop平臺更擅長。

毫秒數(shù)據(jù)隊列并發(fā)推送系統(tǒng)層面上，分成三個部分：一是數(shù)據(jù)層，二是業(yè)務(wù)層，三是應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層由多臺服務(wù)器組成；業(yè)務(wù)層為每個業(yè)務(wù)都設(shè)立一個（可以多臺負載均衡也可以一臺服務(wù)器完成，依據(jù)為業(yè)務(wù)量）；應(yīng)用層每個客戶端都鏈接著業(yè)務(wù)層。數(shù)據(jù)層持有全局數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)層負責(zé)處理業(yè)務(wù)流水信息，是應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層的橋梁；應(yīng)用層直接連接業(yè)務(wù)層，不與數(shù)據(jù)層直接通信，主要完成數(shù)據(jù)展現(xiàn)和友好界面。

智能化數(shù)據(jù)來源分撿、醫(yī)療數(shù)據(jù)庫查詢、統(tǒng)計等功能較為欠缺，信息無法很好地利用。數(shù)據(jù)挖掘又稱數(shù)據(jù)庫中的知識發(fā)現(xiàn)，主要包括數(shù)據(jù)準備、規(guī)律尋找和規(guī)律表示3個步驟，常見功能包括關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類分析、異常分析、特異群組分析和演變分析等。

智能化醫(yī)療數(shù)據(jù)緩存在配置得當(dāng)?shù)那闆r下，關(guān)系型數(shù)據(jù)的響應(yīng)時間一般在10ms以內(nèi)甚至更短。當(dāng)擁有幾億條數(shù)據(jù)，1wTPS的時候，響應(yīng)時間也要在10ms以內(nèi)，關(guān)系型數(shù)據(jù)幾乎無法做到。

本地緩存是使用最多的緩存方式，其速度快，成本低。對于web系統(tǒng)的集群負載均衡結(jié)構(gòu)來說，本地緩存使用起來就較受限制，因為當(dāng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，沒有簡單有效的方法更新本地緩存；然而，如果在不同的服務(wù)器之間同步本地緩存信息，由于緩存的低時效性和高訪問量的影響，其成本和性能可能難以接受。

分布式緩存目的是為了提供比RDB更高的TPS和擴展性，優(yōu)秀的分布式緩存系統(tǒng)有Memcached、Redis、Tair等。對比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和緩存存儲，其在讀和寫性能上差距較大。所以，在技術(shù)和業(yè)務(wù)都可以接受的情況下，盡量把讀寫壓力從數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)移到緩存上，以保護關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫緩存主要指數(shù)據(jù)庫的查詢緩存，每種數(shù)據(jù)庫的具體實現(xiàn)細節(jié)也會有所差異，基本的原理是用查詢語句的hash值做key，對結(jié)果集進行緩存，利用地好可以提高數(shù)據(jù)庫的查詢效率。

（一）數(shù)據(jù)風(fēng)險及應(yīng)對措施

存在海量醫(yī)療數(shù)據(jù)儲存及泄密的風(fēng)險。通過建立異地容載機制應(yīng)對數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險，在應(yīng)用過程中對需加密的資料進行MD5加密。

（二）信息安全風(fēng)險及應(yīng)對措施

存在患者病歷等個人隱私資料泄露的風(fēng)險。軟件間數(shù)據(jù)的傳輸通過加密通道，防止第三方讀取。對黑客可能進行的網(wǎng)絡(luò)攻擊，通過專業(yè)設(shè)備防護的同時，采用負載均衡模式實現(xiàn)。

（三）架構(gòu)風(fēng)險及應(yīng)對措施

原始設(shè)計架構(gòu)在無法滿足海量數(shù)據(jù)接入的過程中，通過負載均衡進行讀寫分離的同時，單臺主機采用多線程模式工作。

臨汾市人民醫(yī)院作為臨汾地區(qū)的龍頭醫(yī)院，占地371畝，編制床位1800張，在職職工2432人，醫(yī)院秉承“一切為了人民健康”的服務(wù)宗旨，以省級第一方陣優(yōu)秀醫(yī)院為新的奮斗目標，為臨汾市440萬人民群眾生命健康保駕護航。2018年醫(yī)院全年門診量達86余萬人次，住院量達7余萬人次。

醫(yī)院輻射范圍達全市17個縣市，合作的醫(yī)聯(lián)體單位已達205家，有利于推進區(qū)域內(nèi)市、縣、鄉(xiāng)、村四級區(qū)域大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)，同時以臨汾市為基礎(chǔ)，探索建設(shè)山西省醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺。

以醫(yī)院為主體，“產(chǎn)”、“研”結(jié)合自主研發(fā)區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺。通過建設(shè)臨汾區(qū)域大數(shù)據(jù)平臺，對區(qū)域內(nèi)醫(yī)療數(shù)據(jù)進行清洗、存儲、挖掘，實行統(tǒng)一整合、管理，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)四級醫(yī)療機構(gòu)間的電子病歷、檢驗檢查數(shù)據(jù)的互通。

對于管理機構(gòu)，大數(shù)據(jù)平臺可以作為戰(zhàn)略決策的依據(jù)，為醫(yī)療、醫(yī)藥、醫(yī)保的監(jiān)督管理提供服務(wù)，為醫(yī)療衛(wèi)生資源合理流動與配置提供依據(jù)，為分級診療提供支撐，協(xié)助決策者針對性地制定措施解決問題。

對于醫(yī)療機構(gòu)，大數(shù)據(jù)平臺可以輔助臨床決策及科研，搭建各級醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)之間共享診療信息的渠道，使診療、會診、轉(zhuǎn)診更加高效，實現(xiàn)“以患者為中心”的信息互聯(lián)互通。

對于社會公眾，大數(shù)據(jù)平臺可以對個人進行全生命周期的健康管理，保證健康信息的一致性、連續(xù)性、可獲得性。

通過建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺對區(qū)域數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一管理，能夠最大限度地整合、優(yōu)化、利用現(xiàn)有信息系統(tǒng)資源，打通各醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)信息傳遞的通道，實現(xiàn)信息系統(tǒng)的協(xié)同聯(lián)動和數(shù)據(jù)交換，提升資源利用率，實現(xiàn)跨地域、跨機構(gòu)的信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、整體聯(lián)動的服務(wù)能力，為全省醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)務(wù)的開展及決策提供有力的信息化支撐，進而促進醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的信息化發(fā)展。

作者單位：臨汾市人民醫(yī)院

基金項目：山西省科技廳重點研發(fā)計劃（201903D11010）