基于微服務架構體系的醫院一體化治療平臺設計與實踐

姜又琳，張紅，張金輝

中國中醫科學院廣安門醫院 信息管理中心，北京 100053

引言

隨著醫院信息化的快速發展，2018年8月，國家衛健委發布了《關于堅持以人民健康為中心推動醫療服務高質量發展的意見》[1]；2021年6月，國務院辦公廳印發了《關于公立醫院高質量發展的意見》[2]，這2個重要文件中，中共中央、國務院均要求醫院以數字化轉型為目標，規劃頂層設計，進一步強調信息化的支撐作用；醫院需全力推動醫療服務與云計算、大數據、5G等新信息技術深度融合。同時2個文件均重點強調要推進電子病歷、智慧服務、智慧管理“三位一體”的智慧醫院建設和醫院信息標準化建設。2020年5月，國家衛生健康委印發了《關于進一步完善預約診療制度加強智慧醫院建設的通知》[3]，明確強調醫院信息化建設需以電子病歷為核心，進一步推進醫院信息化建設，全面提升臨床診療工作的智慧化程度。按照《電子病歷系統應用水平分級評價管理辦法（試行）及評價標準（試行）的通知》[4]要求，需推進醫院內部信息系統集成整合。

我院高度重視信息化建設在醫院高質量發展中的支撐作用，圍繞“優勢突出、服務領先、管理科學、患者滿意、員工幸福”的總體目標，按照網格化布局，總體規劃、分步實施，全面推進一體化管理，構建形成與高質量發展相一致的醫療、服務、管理“三位一體”的智慧醫院體系[2]。

在智慧醫院信息化建設過程中發現，醫院大部分科室在對患者治療的過程中仍采用傳統手工記錄的形式，針對患者的治療預約處于無序狀態，治療過程各環節無記錄和留痕。因此，亟需新建醫院一體化治療平臺。本研究基于微服務架構體系[5]，探索微服務技術在院內一體化治療平臺設計中的優勢及可行性，旨在滿足醫院治療一體化平臺的應用需求，對治療過程中各環節均有記錄，實現各科室治療全流程閉環管理。

1 國內治療信息系統現狀及需求

從國內外治療信息系統的發展來看，國內治療信息系統起步較晚。目前，國內醫院的治療信息系統大多是針對專科疾病或者僅單一部門應用的專科治療系統[6-7]，沒有支持全院各科室治療的記錄信息系統，以及能形成治療全流程的閉環管理的綜合一體化平臺。2018年，國家衛健委發布的《關于印發電子病歷系統應用水平分級評價管理辦法（試行）及評價標準（試行）的通知》[4]中明確強調，治療信息系統的數據要互聯互通，并能在統一的平臺上展示；同時，該系統需具備過程數據采集、記錄與共享功能，實現治療全流程閉環管理。

通過調研醫院針灸科、針灸康復科、推拿科和皮科等科室需求，發現需求信息：① 1個治療療程包含多次治療，不同項目治療間隔時間不同、治療次數也不相同，系統需要有患者預約和排班功能，同時將治療設備數和預約數關聯；② 需要系統能詳細記錄每次治療中的治療起始時間、治療部位（穴位）、執行人等信息；③ 患者治療前后均能進行評估，可觀察患者治療效果；④ 由于患者信息屬于個人隱私信息，系統需具備絕對的安全性，保證患者信息安全；⑤ 當患者多、頻繁訪問系統時需及時響應，并具備穩定性；⑥ 針對科室特點，能夠個性化定制系統功能；⑦ 可自動統計治療工作量。

2 系統設計思路

本研究基于Spring Cloud微服務架構體系搭建醫院一體化治療平臺，以Spring Boot為基礎實現微服務框架[8]。針對醫院各科室治療過程中的特點對信息系統進行個性化設計，它可以按不同科室建立不同的治療子應用，各子應用采用token令牌化進行了統一登錄驗證的設計[9]。該平臺能夠根據不同業務部門需求，在同一個通用平臺架構布署治療子應用，實現各子應用敏捷開發、實施、運維管理和持續升級。在統一的底層基礎平臺、中間件、數據資源池、云服務器等通用功能模塊上，新的子應用的搭建只需提交業務代碼到統一的代碼庫，針對業務需求進行個性化配置，系統會自動生成科室業務模型，從而實現個性化治療業務需求下部門治療子系統的敏捷開發、應用和運維管理[10]。我院一體化治療平臺總體架構設計了4層，分別是數據層、基礎層、微服務層和應用層，見圖1。

圖1 醫院一體化治療平臺總體技術架構設計圖

2.1 數據層

數據層運行的是醫院一體化治療平臺的數據庫和本地緩存數據。治療平臺的數據源主要分為2部分：① 與醫院管理系統（Hospital Information System，HIS）對接的治療業務數據；② 治療平臺前端應用的數據。收集數據后，通過統一標準格式將業務或運維數據傳輸至微服務層，并根據業務和安全需要進行處理；最后，將優化后的數據傳送至數據源處進行二次處理。

2.2 基礎層

基礎層客戶端請求使用https加密保護，使用Nginx對加密請求進行卸載處理。同時，通過動態路由的方式，服務網關將請求發送到相關的后端服務集群，本質上是對后端服務封裝后統一展示給前端服務。服務網關通過收集訪問日志信息，分析日志內容后可以有針對性地對后臺系統進行進一步優化。作為內部系統的邊界，服務網關還具備限流、容錯、身份認證和安全性監控等功能，保證了信息交換、數據交互的安全，滿足國家信息安全和保密的相關要求[11]。

2.3 微服務層

微服務層將應用層的實際業務，如門戶登錄、患者信息同步、治療評估、治療登記和治療執行等拆分成獨立的微服務單元后，每個微服務單元均提供功能點單一、微粒度的服務。它們只處理單一業務功能，其具備伸縮性好、耦合度低的優勢；同時，功能不同的微服務均可獨立開發，不受限于單一程序語言，具備良好的可擴展性。應用層的所有功能請求均通過動態配置中心調用多個目標微服務，每個微服務都是以集群方式布署，它們可互相調用且有復雜的關聯性。微服務分為前端服務和后端服務，前端服務主要服務于外部應用請求調用，單個或多個后端服務經過統一封裝，服務于前端服務一次性調用或多次調用。微服務層設計包含多個Docker容器，每個Docker容器中可同時運行多個前端微服務和后端微服務，它們以鏡像的形式存在。有別于傳統技術需在每臺服務器上安裝運行環境的方式，本研究采用Docker容器技術可將基礎環境鏡像和容器內的微服務一起封裝為新的鏡像，以集群的方式簡單快速地布署在服務器上，即使服務器運行環境發生改變也不用重新安裝運行環境，這樣可更好地保證醫院一體化治療平臺的規模和模塊的易擴展性[12]。同時，微服務層中的動態配置中心服務支持微服務運行期間動態管理微服務參數，例如，監控訪問流量動態后實施管理數據服務。

2.4 應用層

該層根據中醫治療業務的需要，以需求為導向，根據各個業務科室不同的治療業務特點和治療流程設計各業務治療子系統。應用層還包括統一管理平臺、用戶登錄管理、業務治療信息采集、查詢和錄入等應用功能。同時，平臺根據業務實際情況和網絡三級等保要求布署了相應的安全策略和安全設備。

基于微服務架構體系的醫院一體化治療平臺為了應對高并發訪問，所有微服務應用以集群形式布署，通過負載均衡的方式動態配置容量功能[13]。當用戶流量達到閾值，微服務架構可以自動調整容量上限使虛擬服務器保持高性能；同時，可自動分配應用傳入流量到各子應用中。該治療平臺在應用的可靠性、便捷性和易用性方面均有明顯的優勢。

3 基于微服務架構的醫院一體化治療平臺的設計與應用

基于微服務架構的醫院一體化治療平臺包含統一門戶登錄、患者管理、治療評估、治療登記、治療執行、治療統計、項目維護、文書維護、文書權限、字典管理、權限管理、CA簽名等功能模塊。目前，已在我院具有中醫特色治療的針灸科、推拿科、針灸康復門診、皮科、放療中心和PICC護理門診等科室上線（圖2）。一體化治療功能架構圖如圖3所示。

圖2 醫院一體化治療平臺管理界面

圖3 一體化治療功能架構

我院治療平臺根據數據標準化原則，堅持以臨床科室治療需求為導向，在保證業務數據安全可靠的前提下對全院治療業務流程進行統一規劃和布署，旨在完善患者的治療閉環管理流程，實現治療過程各個環節有記錄、可監控。全院不同科室的治療技師和醫療業務管理人員均可同時管理來自門診及住院的患者，在該平臺統一進行登記、評估、執行、記錄、統計等工作，實現全院治療業務一體化。從醫生到技師，業務流程無紙化，患者信息、診斷信息自動同步HIS，技師無需二次錄入，信息準確、及時，避免誤操作，提高工作效率的同時方便統計查詢與問題回溯。

結合我院實際情況以及業務科室醫生和治療技師的需求，設計適用于我院門診和住院患者治療評估、治療流程的一體化平臺業務流程，見圖4。

（1）對于門診患者，臨床科室通過門診醫生站開具治療單，治療系統實時同步HIS中的治療項目，根據治療單自動分配預約時間段（也可到治療室再預約時間）。患者到收費處繳費后去治療室進行登記，由治療技師對患者進行治療前的評估，給出治療方案和治療計劃安排。患者進行治療，完成1個治療療程后，對其治療情況進行評估，系統自動推薦后續治療方案。

（2）對于住院患者，由管床醫生根據患者情況在住院醫生站中開具治療醫囑，治療系統實時同步HIS中的治療醫囑，根據治療醫囑自動分配預約時間段（也可到治療室再預約時間）。患者到治療室由治療技師對其進行登記、治療前的評估，做好評估后，給出治療方案和治療計劃安排。患者進行治療，完成1個治療療程后，對其治療情況進行評估，系統自動推薦后續治療方案。住院患者治療自動計費，出院時結算。

3.1 智能預約排班

智能預約排班功能可以根據治療器械或設備設置治療預約資源池，治療技師可以根據設備情況自主定義預約時間段和數量，可根據實際情況動態調整預約號數量。預約排班可按照周期設置排班模板，排班結果按照日歷圖形化展示預約明細信息。支持即時打印預約清單，可通知和提醒患者和治療技師預約情況。

智能預約流程可以分為自動預約和手動預約：① 自動預約在系統設置預約時間段后，醫生站開完治療醫囑或者治療申請單后根據設置規則自動產生治療項目預約時間段；② 手動選擇預約時間為醫生開具治療醫囑或者治療申請單后，治療室人員安排患者具體預約時間。

3.2 治療評估

治療評估以療程為評估周期，分為治療前評估和治療后評估，實現患者治療全流程電子記錄，治療電子記錄與全院電子病歷系統互聯互通。同時該功能支持分級權限控制，完成后鎖定不能修改。

治療前評估是基于患者360°全息視圖中患者的歷次就診情況、檢查檢驗信息和歷史病歷情況制定詳細治療計劃。治療前評估單主要分為3類：① 高風險患者評估表，若患者經評定為高風險患者，系統會自動提示；② 治療情況評定量表，如Berg平衡量表評價表、Barthel指數評價記錄表和上肢關節活動度評價記錄表等20余個評價表，根據患者治療情況評定的分數或者情況信息可以自動推薦治療方案，表單保存支持CA簽名；③ 患者相關治療知情同意書，如水罐治療知情同意書、透皮導入治療（水光針）知情同意書和黑光治療知情同意書等10余項知情同意書，電子知情同意書采用患者CA簽名和指紋錄入的方式，具備法律效力。

患者完成一個療程的治療后，治療室人員會根據患者治療后的情況進行效果評價，即治療后評價，根據評價效果系統自動推薦下一次治療方案，評估單完成后即時鎖定不能修改。患者在一體化治療平臺中所有的治療信息明細包括治療項目、治療時間、治療次數和治療評估單等均可在全院電子病歷系統中通過360°全息視圖查詢。

3.3 治療閉環流程

3.3.1 閉環流程

當天有治療計劃的患者根據患者唯一索引號或者姓名（支持模糊查找或掃描條碼/二維碼直接定位患者），檢索出當天信息治療計劃，如果有信息，則分配相應的治療組或者治療技師進行治療登記，分配后僅支持查看本組內患者。支持按照治療項目自動進行治療組分配，合理規劃和安排治療人員的工作任務，減少治療人員的工作量，提高治療室的整體工作效率。治療項目可根據實際情況再次拆分，轉變成為治療技師實際需要進行治療的次數展示，并可對每次治療項目單獨進行操作和排期。

治療執行模塊會詳細記錄治療閉環全流程的時間點和實際治療時長，以及實際治療閉環過程中治療明細信息，如部位、方式、強度、頻次和備注等信息。治療執行過程中可以查詢患者360°全息視圖信息、歷次治療歷史記錄、治療評估單和開單醫生等信息。每次治療結束記錄中包括時間點在內的所有治療明細信息均會鎖定，不能修改，并共享到全院電子病歷系統記錄中。治療項目可以根據實際情況取消或者退回，并對高風險和未完成知情同意書的患者進行智能提醒和限制操作。

3.3.2 具有中醫特色的系統功能

我院一體化治療平臺在系統功能上也具備中醫特色的治療平臺的功能，包括：① 治療過程中評估表單的評估信息中包含辨證施治，中醫望、聞、問、切四診，舌象，脈象，辨證依據，治則治法等中醫特色的內容；② 治療項目信息錄入功能中支持錄入非藥物中醫技術治療項目，提供非藥物中醫技術治療項目標準字典；支持針灸治療項目錄入穴位、治法、針法、灸法及留針時間等內容；支持推拿治療項目錄入部位、治法、手法、治療時間等內容[14-15]。

3.4 治療統計

治療統計功能支持各治療科室分別按照不同的規則進行工作量的計算統計與展示：① 按科室病區統計：可選擇科室（全院所有科室）、病區（全院所有病區）、搜索（按項目搜索）顯示相應數據；② 按照治療組統計：統計范圍（本人、本組、本科）、執行日期篩選、搜索（按項目、醫生維度查詢，列表）顯示相應的數據。避免以前手工統計紙質表單的繁瑣工作，實現臨床治療全流程無紙化。

4 應用效果

醫院一體化治療平臺在針灸科、推拿科、皮科和康復科等多個科室上線以來，實現了患者治療全流程閉環管理和治療預約，滿足了智慧醫院建設中電子病歷和智慧服務建設的指標要求。上線6個月以來，我院治療一體化平臺記錄患者數據達158426人次，治療項目的結構化記錄數達362533條，其中各科室患者治療執行記錄完整性高達95%以上。

本平臺對各科室治療業務進行統一監管，它存儲了全院所有治療項目的治療情況。可通過系統監控后臺得到全院治療科室的治療服務請求數、系統吞吐量、單個請求響應時間等系統運行指標；系統還可以通過預警及時解決系統異常、服務異常、數據異常等問題。以2022年1—6月為例，系統運行指標統計情況如表1所示。由圖5可以看出，自2022年1月上線以來系統通過不斷地優化和推廣，一體化治療平臺的日平均請求數和系統吞吐量上升明顯，6月的日平均請求數較1月提升1.5倍，吞吐量提升41倍。表明該系統性能極大提升的同時，系統運行也日趨穩定。

圖5 2022年1—6月治療一體化平臺系統運行指標趨勢圖

表1 2022年1—6月一體化治療平臺系統運行指標統計（±s）

表1 2022年1—6月一體化治療平臺系統運行指標統計（±s）

時間 日平均請求數/次 吞吐量/（請求數/s） 單個請求平均響應時間/ms 日均錯誤數/次1月 183025.35±345.27 83.26±14.72 1165±254 375.27±35.13 2月 235607.28±256.32 142.65±29.21 680±186 322.46±25.36 3月 281054.65±245.72 430.11±85.28 456±124 326.19±23.37 4月 327806.33±186.27 847.50±47.70 354±75 152.50±18.60 5月 454343.27±152.60 2912.62±168.25 103±25 114.33±16.74 6月 465788.50±145.67 3529.40±155.28 85±21 48.60±12.30

基于微服務架構體系，該平臺可通過負載均衡的方式動態配置系統容量，能更高效地實時處理多科室多患者的并發性治療服務應用請求，系統的穩定性和可靠性均優于院內同等量級信息系統。針對不同治療業務流程，有別于傳統信息系統開發流程，該一體化治療平臺均可根據科室特點定制化設計該科室治療業務系統，最短在3個工作日內完成該科室治療系統的上線，較傳統的信息系統省略了再次研發和測試環節，僅通過微服務模塊化配置，極大地縮短了系統上線周期，可進一步滿足院內各科室業務定制化需求。同時，通過治療系統可以個性化預約患者治療時間，支持按照治療項目自動進行治療組的分配，合理地規劃和安排治療人員的工作任務，減少治療人員的工作量，提高治療室的整體工作效率。

5 討論與總結

本文的一體化治療平臺以臨床科室治療需求為導向，通過Spring Cloud的微服務框架搭建醫院一體化治療平臺，根據業務需求在同一個通用平臺架構布署治療子應用，實現各子應用敏捷開發、實施、運維管理和持續升級。在保證業務數據安全可靠的前提下，對全院治療業務流程進行統一規劃和布署，更好地實現了治療過程中各環節有記錄、可監控且能追溯的目的，最終完成患者治療過程的閉環管理。基于微服務架構體系，本治療管理系統用戶便捷性和擴展性均優于傳統結構的信息系統；同時，平臺通過負載均衡的方式動態配置系統容量，能更高效地實時處理多科室多患者的并發性治療服務應用請求，系統的穩定性和可靠性均優于院內同等量級信息系統。全院治療項目均可通過該一體化治療平臺進行預約、過程記錄和效果評價，極大地提升了醫護人員的工作便利性和工作效率，實現了治療全流程閉環管理的目標。隨著信息化的不斷發展，治療服務還需要與云計算、大數據、物聯網、區塊鏈、5G等新一代信息技術深度融合，形成分區域、分層級和分階段的治療服務體系平臺和治療信息大數據平臺，并借助治療平臺應用數據的積累，通過人工智能和數據挖掘技術將治療專科數據形成知識庫，應用于科研課題。通過對治療專科數據的有效處理和應用，傳承治療過程中名醫經驗，進而向患者提供更安全、高效的治療服務。