醫院一體化信息管理平臺的設計與研究

曹 霆

(首都醫科大學附屬北京婦產醫院，北京 100026)

0 引言

信息技術與經濟社會的交匯融合引發了數據迅猛增長，數據已成為國家基礎性戰略資源，大數據正日益對全球生產、流通、分配、消費活動以及經濟運行機制、社會生活方式和國家治理能力產生重要影響。在大數據技術日新月異的今天，未應用大數據工具管理醫療系統的業務數據，不能為醫院的發展助力，反而成為醫院發展前進的包袱；電子病歷評級和互聯互通測評管理要求建立統一字典數據、統一標準、醫療流程閉環管理、數據質量達標、建立互聯互通、數據共享信息平臺，為醫療提供有力決策支持。為此，醫院信息平臺建設成為信息化歷程中的當務之急。

1 設計目標

根據醫院建設發展戰略要求，研究國內外先進建設經驗，結合醫院管理思想和自身特色，做好頂層設計、整體規劃、合理布局、分布實施、階段跟蹤，穩步實效地推進醫院信息化建設，加強信息技術在醫院的應用深度和廣度，強調信息規范性、信息服務方便性、信息系統實用性、信息管理可及性，從而提升決策分析能力，提高與協作醫療機構的醫療協同能力，提升醫院影響力。

醫院信息平臺數據服務，對醫院各業務系統共享、業務互聯提供支持，優化業務流程，保障醫療安全；數據中心統一標準、統一術語和字典、監控各系統關鍵業務數據流向，提供醫療全流程閉環管理，為提高醫療質量提供技術、數據保證，為醫院進行電子病歷評級和互聯互通測評做好鋪墊；此外，數據中心從各業務系統完成數據采集，經過大數據處理，讓醫院的數據資產“動”起來，為醫院的發展提供決策支持。

2 總體設計架構

醫院一體化信息平臺主要包含服務總線、主數據管理、數據中心以及基于數據中心的各類應用。

企業服務總線（ESB）是多系統之間進行數據交換的連接中樞，能夠將消息在多種通訊協議之間交換、在多種格式之間進行轉換，將業務服務重新組合封裝成標準行為，實現醫院內部各個異構應用系統之間的數據交換。

主數據管理系統是使用有效的方法和約束來達到保證醫院內主數據具有一致性、完整性和時效性的目的。主數據是指在各個系統間共享的、能跨業務系統重復使用的高價值數據。

臨床數據中心（CDR）是以患者為中心，基于大數據技術，對患者所有醫療信息整合、管理、共享的平臺。CDR 作為大數據平臺的專題庫而存在,其總體的存儲架構主要分為三層，貼源層、標化層、專題層。貼源層主要解決數據的采集問題，原始結構不變，使數據能實時的采集到大數據平臺，表型數據存儲在MPP 數據庫，非結構化數據存放在HBase 上；標化層主要進行的是原數據的標化，將字段名、值域進行統一標化；專題層是根據不同的應用場景按不同的模型組織相關數據，建立不同的業務主題庫。

管理數據中心（MDR）要能夠對主題模型數據進行統一采集處理，并按照醫院需求完成相關業務分析統計任務，實現MDR 平臺上的一系列可視化配置操作。基礎數據管理系統能將決策支持型數據處理從事務型數據處理中分離出來。元數據管理系統對管理數據中心(MDR)涉及到的結構、操作、內容進行描述和定義。數據質量管理系統對不同層間的數據做質量控制，保證管理數據中心(MDR)各主題數據與業務系統的數據準確性、一致性。Cube 管理系統（Kylin）是將模型物化成多維立方體（MOLAP Cube），將大批量模型數據預計算后存儲到HBase 下、通過標準SQL接口實現對Cube數據的快速查詢的系統。

3 設計原則

醫院信息平臺在方案設計時需遵循以下原則。

⑴先進性和實用性

當今的計算機技術日新月異，因此要求選擇的方法、技術、工具、設備不僅要保證具有先進性，而且要保證技術方向的正確性。設計的方案要結合考慮實用和兼顧今后發展的目的，不論在服務器、軟件及中間件等軟硬件產品方面，還是在方法論、工具方面，都應選擇當今國際上成熟的、主流的并領先的產品和技術來適應更高的數據處理要求。

⑵安全性和可靠性

系統的整體設計方案要通過多種安全技術和防護手段，站在醫院的全局高度，充分考慮到醫院內各個業務系統接入甚至協作醫院接入等互聯互通需要，并按照國際標準設計接口，確保今后和新增業務系統或其他院區信息平臺的銜接，提供嚴謹的用戶權限管理和重要操作監控記錄，保證系統使用的安全性，提供可靠的數據傳輸技術和患者隱私保護措施，保證數據安全。

⑶開放性、互連性和標準化

系統設計嚴格遵循IHE ITI 技術框架及衛生部“基于電子病歷的醫院信息平臺技術規范”要求，支持HL7、IHE、DICOM、ICD10 等標準，符合國際醫療信息交換技術發展潮。

⑷靈活性與易擴展性

系統建成后要能夠滿足業務近期、中期甚至長期時間范圍的數據和業務快速增長的需要。適應目前需求的基礎上，能夠滿足醫院以及相關醫療機構不斷發展的信息化需要，充分地為將來可預見和不可預見的性能擴充留有余地，并具備方便地擴展系統容量和處理能力和支持多種應用的能力，可以根據業務發展的需要進行靈活、快速的調整，實現信息應用的快速部署，而且新功能、新業務的增加能夠在不影響系統運行的情況下實現。

⑸易管理和易操作性

設計方案支持全面、完善、便捷、統一的系統管理和應急處理預案，保證一旦發生問題能在最短的時間內處理解決。而且，系統應具有良好的用戶操作界面、完備的幫助信息。集成完備的運行監視系統、良好的管理界面工具或遠程控制臺，易于管理人員對其進行管理和維護，系統參數的維護與管理通過操作界面實現。

⑹高效性和穩定性

系統采用Hadoop、ES 等新技術，結合AI-Native分布式數據庫-華為GaussDB，支持行存儲與列存儲，提供PB(Petabyte，2的50次方字節)級別數據量的處理能力。從而保證醫院信息平臺業務服務快速響應，持續穩定。

4 架構設計

4.1 應用架構設計

基于醫院一體化信息平臺，將院內各個應用系統的臨床診療、管理、科研相關數據，通過平臺的服務和ETL工具進行數據抽取、清洗、轉換、裝載等處理，并根據不同的業務，在邏輯上分類存儲到臨床數據中心、運營數據中心和科研數據中心，如圖1所示。

圖1 醫院一體化信息平臺應用架構

4.2 技術架構設計

平臺總體架構主要分為三部分，底層數據庫存儲數據，例如cache 數據庫、Hadoop 數據庫、MPP 數據庫用于貼源層、標化層各類業務數據存儲，進而形成各類專題數據中心，包括臨床數據中心、科研數據中心和運營數據中心等；中間層業務邏輯，通常采用的是cache 技術和SpringBoot 框架，實現數據傳輸、加工、處理；最頂層運用方便快捷的easy UI 框架，能夠更高效的用于數據展現，實現快速開發，減少項目開發周期，節省項目成本的目的，如圖2所示。

圖2 醫院一體化信息平臺技術架構

4.3 存儲架構設計

通過數據采集與交換系統采集數據源端前置庫和緩存庫的數據，首先裝載數據至數據湖的貼源層，裝載后的數據經質控、標化處理后，數據匯集到數據湖的標化層，數據分別存儲在MPP數據庫和Hadoop中。

通過對數據湖原始數據的數據整合、標化，形成臨床數據庫、管理數據庫、科研數據庫。按應用功能和數據利用情況，使用HIVE 數據庫或MPP 數據庫對該區數據進行存儲，為各應用系統提供各類查詢、校驗、共享等數據服務，如圖3所示。

圖3 醫院一體化信息平臺數據存儲架構

5 功能模塊設計

5.1 平臺管理

為醫院提供一個統一的、標準的、可靠的、可擴展的管理平臺，主要包含接入平臺系統、平臺標準服務、平臺消息以及行業內各標準的統一管理。平臺可以按照不同業務分類的方式進行多平臺業務的劃分，根據醫院業務的實際情況，通過對業務的使用級別和安全級別等因素將多個業務分散到多個平臺上，每個平臺上服務功能相互獨立，其中一個出現問題時，對于其他服務沒有任何的影響；當早高峰數據量過大，連接數較多情況下,服務器硬件無法滿足需要處理的性能消耗，平臺也支持通過負載均衡來實現平臺的水平擴展從而提高性能和提高系統的穩定性。

5.2 服務管理

服務管理是數字化醫院綜合平臺醫療信息交換層的核心內容，主要解決數字化醫院綜合平臺與醫院各業務信息系統間數據交換的問題。通過服務接口的標準化，使得服務可以提供給在任何異構平臺和任何用戶接口使用。服務請求者很可能根本不知道服務在哪里運行、是由哪種語言編寫的，以及消息的傳輸路徑，而是只需要提出服務請求，然后就會得到答案。

服務管理包括服務注冊中心、服務發布中心兩個模塊：

⑴服務注冊中心

服務注冊是指服務提供者向服務注冊管理中心發布服務的功能，服務提供者是服務的所有者，負責定義并實現服務，對服務進行詳細、準確、規范地描述，并將該描述發布到服務注冊管理中心，供服務請求者查找并綁定使用。服務注冊管理中心具有目錄服務、監控、負載均衡、安全控制、分布式強健壯、適用于高并發等功能。

⑵服務發布中心

服務發布是由總線自身生成相應服務并對外進行發布，服務請求者使用服務描述中的綁定細節（調用者的身份、位置、方法和策略等描述性屬性信息）來定位、聯系并調用服務。服務發布中心將所有的服務部署到一臺或者多臺物理服務器上，形成一個整體對外提供服務，服務發布中心對所有發布服務進行統一的管理調配。各個業務系統直接訪問服務發布中心查找需要調用的接口位置進而調用，不需關心下游系統使用情況。

5.3 流程管理

為了支撐全院級的醫院信息系統協同，在服務總線的基礎上增加業務流程管理。流程管理作為SOA架構的重要組件，為未來醫療信息系統的業務發展和業務創新，提供了靈活高效的技術平臺。流程管理主要提供靈活有效的方法，提高了快速定義、創建和部署靈活的解決方案的能力，通過集成業務流程內部的服務、數據、規則、角色來滿足不斷變化的客戶需求。為單一、簡單的基于網絡服務的平臺提供了一個強勁的框架，可以通過將應用服務器與流程引擎和企業服務總線（由一個集成的開發環境（IDE）來支持）相結合，來構造、部署和管理合成的隨需應變的應用流程。工作流引擎將復雜的業務抽象分解為一套簡單業務處理單元組成的工作流，由一個專門的管理系統對各個簡單業務處理單元進行控制和調用，以達到不改變系統本身而對業務處理的靈活性和可變性。將醫院原有復雜業務通過細化分解，拆分成流程化運轉模式，大大提高系統的業務處理能力和適應性，使系統真正被用戶駕馭，不編碼即實現業務流程再造成為可能，將業務細化分解，幫助用戶優化業務流程提高經營效率等。平臺本身自帶的多個組件隨時靈活配置成新的流程處理，還可以通過自定義組件生成配置新的流程和業務處理功能。在管理方面，它包含可客戶化的圖形操作界面，提供啟動、管理和監視流程的功能，并能夠很好的與門戶服務器集成。

工作流引擎組件包括：調用組件、代碼組件、邏輯判斷組件、循環組件、延遲組件、警告組件、異常組件等，共30多種。

5.4 監控管理

集成平臺監控系統對當前信息集成平臺上運行的所有內容進行監控和管理，提供圖形化用戶界面，能夠實時查看測數據交換平臺上硬件服務器情況、數據庫性能情況、各個系統組件的狀態、日志、異常等內容，并進行記錄、統計與分析。同時通過Web 瀏覽器方式，為系統管理員提供遠程性能監控與遠程日志查看功能，徹底實現了信息化的透明性，并且直觀而有效的為信息科管理提供助力。

平臺監控管理的功能包括以下內容：

⑴平臺參數與報警參數配置。對平臺的各項參數進行配置。包括配置各個監控參數的報警閾值等。

⑵監控各個系統組件的狀態。對平臺各個系統模塊的狀態進行監測。

⑶ 記錄平臺日志和異常信息。記錄平臺的日志，顯示與查詢異常信息。

⑷監控對象的啟停控制。對被監控對象進行啟動、停止、重啟操作。

⑸能夠及時了解當前的監控信息，當監控對象的性能參數超過告警閾值時，產生報警。告警閾值能夠分級設置，不同級別產生不同的告警。通過多種告警手段提供現場和遠程告警，并且可定制發送方式和告警的優先級。

⑹通過圖形化方式直觀地顯示監控信息，并能進行統計分析。

6 結束語

本文設計的醫院一體化信息管理平臺從促進院內業務互聯出發，以統一的數據字典和消息接口方式為標準，在優化業務數據管理的同時，為科研項目提供輔助決策。醫療大數據的未來，影響著醫療行業的未來，大數據是決定著醫療能否真的變得智慧的重要因素之一。隨著基于大數據技術的醫院信息一體化平臺的逐步成熟和完善，智能化醫學探索必將為人類在各個活動領域內提供便利，也會為人類攻克更多的醫學難題增添新的途徑。