真實世界復雜交互環境下醫院信息系統效能影響研究

文 | 暨南大學附屬順德醫院吳慶斌，中國中醫藥信息學會 黃之怡

一、研究背景

近年來，受新冠肺炎疫情等突發公共衛生事件的影響以及互聯網科技持續進步的推動，中國醫療信息化的投入持續加大，行業加速發展。與此同時，醫院因信息系統業務程序運行層面的故障造成業務失效，造成經濟損失和社會負面影響的事件也屢見不鮮，當下，醫療服務行業的高質量發展對醫院信息系統效能提升提出了更高的要求，未來醫院信息系統的效能保障將是醫院核心競爭力的重要體現?！辈惶槪ㄗh改為：“醫療服務行業的高質量發展對醫院信息系統效能提升提出了更高要求，醫院信息系統的效能保障未來將是醫院核心競爭力的重要體現

傳統上，對醫院信息系統效能研究通常是以業務職能為單位開展，這種方法忽略了多個信息系統之間的數據交互行為對信息系統效能的影響。在醫院信息化的早期，信息系統之間相對獨立的環境下，傳統方法基本適用；隨著數字化手段在醫院各領域愈來愈普遍得到綜合應用，傳統方法的弊端開始顯現。2020年7月，有關部門發布《關于印發醫院信息互聯互通標準化成熟度測評方案（2020年版）的通知》確定醫院信息互聯互通測評7個等級，2021年12月，《“十四五”國家信息化規劃》明確加快推動各級醫療衛生機構信息系統數據共享及業務協同，建設互通互聯的各級全民健康信息平臺。系統之間的數據交互日趨頻繁，數據交互行為對系統效能的影響已經難以忽略，在此環境下，采用傳統的信息系統效能分析方法通常只能得出一個局部最優解。應該將互聯互通的多個信息系統看成是一個完整的體系，研究優化這個體系的整體效能，以便得到全局最優解。

圖1 信息孤島與數據交互

圖2 樣本醫院類型、系數類型與數量

圖3 樣本有效系統地區分布

二、研究方法與對象

（一）研究方法

本文計劃采用KDD研究方法（Knowledge discovery in database,KDD，指從大型數據庫中自動提取知識，目標是發現數據中隱藏的、以前未知的、潛在有用的知識，本質上是在大數據集合中尋找數據間的規則及普遍模式。）研究使用的數據采集工具是“全景軟件7.0”，該工具可周期性、同步采集多個不同品牌的目標數據庫系統，包括Oracle、SQlserver、Mysql等，同步分析復雜交互環境下多個醫院業務系統數據庫端的性能數據和故障快照，而且可通過設定閥值的方式對程序事務產生的非空閑等待事件觸發式采集與該次等待事件相關的性能開銷細節。

（二）研究對象

本文數據來源于課題《基于真實世界的醫院業務系統健康風險評估及智能干預研究》（簡稱：《業務系統健康度研究》），立項文件編號：GDSYY[2021]RWS-0329001號。該課題目前已涉及廣東省內二級以上醫院約140余家，300余套核心業務系統，所有原始數據全部來自于這些業務系統在醫院真實世界下的運行數據。以下為該課題涉及到的醫院類型、系統數量、類型等相關統計。

三、結果與分析

（一）真實世界醫院信息系統間已實現了廣泛的互聯互通

通過對HIS、EMR、PACS、LIS四個業務系統的樣本數據提取，在其運行過程中，平均連接程序數達到了26.92個?？梢?，當前絕大多數二級以上醫院的信息系統真實運行環境已成為復雜交互環境，即真實世界醫院信息系統間已實現了廣泛的互聯互通。

表1 樣本業務系統運行過程中數據庫端記錄到的訪問程序統計

（二）廣泛的互聯互通會導致信息系統效能下降

對信息系統效能進行評估，最主要的指標是這些信息系統提供的各項信息服務是否響應快捷，是否存在卡、慢現象甚至信息服務失效的情況。選取每日7:00至19:00醫院業務時間區間，對所有業務系統數據進行為期15天的采樣，統計單次“分鐘級以上”的卡、慢事件。之所以選擇統計分鐘級的卡慢事件，主要的原因是達到分鐘級以上的業務延遲是醫院業務前端普遍難以接受的，這個時候往往業務端會要求信息管理部門進行人工干預，優化業務效能。通過對業務系統運行過程中的數據提取，顯示系統數量越多，發生卡慢事件的可能性越高。相關統計結果見表2。

表2 業務系統連接的程序數量（X）與分鐘級卡慢事件量（Y）的統計

按業務系統的類型統計，四種最常見的醫院業務系統中都不同程度的存在著卡慢現象，嚴重影響了醫院正常運轉的效能。

表3 樣本業務系統運行過程中卡慢事件量與異常率

（三）多系統復雜交互下的資源爭用對效能表現產生重大影響

多系統復雜交互環境下，執行訪問任務的程序處理單元稱之為事務，事務產生交互的實體是數據，每個業務系統的數據庫系統是數據吞吐的節點，事務只有在數據庫端受各種數據庫鎖機制的約束，這套機制既保障了數據只能被順序訪問和操作，也因此使數據庫端成為復雜交互環境下主要的系統資源爭用節點。未獲得資源的程序事務被迫等待，直到獲得所需資源為止，此過程的等待時長被稱為事務的非空閑等待時間。

在醫院的業務處理過程中，單一事務的非空閑等待時長超過一分鐘，通常會讓相關操作者難以接受，如果這一被迫等待的事務是醫院的核心業務事務，如門診掛號、住院/出院、取藥等，將對醫院的正常業務運轉造成重大負面影響。

隨著數字化以及醫院互聯互通的要求，資源爭用的程度越發嚴重。進程事務之間發生資源爭用時，這些進程事務即可能來自于同一業務系統的不同進程，也可能來自于不同業務系統的不同進程。借助進程快照技術工具，對該卡、慢事件背后的情況進行收集，通過KDD方法，發現將故障研究局限于現象所在的單一業務系統時，約50%的故障分析無法自洽，這部分無法自洽的故障主要體現為不同業務系統之間的數據交互影響。進一步對卡慢事件的成因進行分析，如圖4所示.

圖4中，“程序2”的一個事務（編號ID13），通過數據庫鎖機制占用了一個表(表A)的資源，確保該事務在使用表A資源期間其他程序都必須等待，所以，當“程序1”的大量事務需要訪問表A時，這些事務都被迫等待“程序2”的事務（編號ID13）操作完成，才能釋放表A的資源。

圖4 樣本業務系統運行過程中卡慢事件的成因分析

此類型等待事件的典型特征是，在宏觀的客戶體驗上，表現為信息服務的卡、慢感受。在微觀運行上，表現為不同程序事務處理之間因資源爭用產生等待時長。

四、總結與建議

（一）資源爭用導致的非空閑等待總時長是影響系統效能的核心指標

在數字化升級和互連互通的趨勢下，多系統交互對整個醫院信息體系的效能影響日益增大，在有些醫院已成為一些業務系統效能的主要矛盾。多系統復雜交互下的資源爭用導致非空閑等待的總時長是系統效能影響程度的核心指標，研究產生分鐘級等待事件的原因是提升整個醫院信息體系效能的關鍵一環。

（二）復雜交互環境下信息系統的健康管理任重道遠

明確了資源爭用導致的非空閑等待總時長是影響系統效能的核心指標，圍繞該指標的合理區域，也就是該指標的健康域和健康邊界，以二、三級醫院，一周7天業務時段總時長，每天業務服務時段（例：每天7:00至18:00），發生分鐘級非空閑等待的時長為統計指標，我們的建議如表4。

表4 醫院業務系統一周（7天 7:00~18:00區間）分鐘級非空閑等待的健康時長建議

在各行各業的數字化轉型如火如荼之際，作為關系國計民生的醫療行業，必將在政策的積極引領下，不斷創新模式、提升效能，促進醫療信息化的升級和增效。未來，在復雜交互環境下，對整個信息系統進行健康管理，構建全面的健康管理指標體系，明確各個模塊的健康域和健康邊界，是醫院信息系統效能提升穩扎穩打的根基，是構建以風險識別、風險智能處置為核心的智能運維體系的關鍵，是提升整個醫療行業數字化、智慧化及競爭力的必經之路。此路任重而道遠，值得我們每一位醫療信息化從業者上下求索！