醫(yī)院大數(shù)據(jù)中心建設(shè)及應(yīng)用

陳繼何

（福建省福州兒童醫(yī)院，福建 福州 350001）

0 引言

醫(yī)療行業(yè)是我國較早數(shù)字化、信息化的行業(yè)，每時每刻都在產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)[1]。我院經(jīng)過十幾年的信息化建設(shè)發(fā)展，醫(yī)療業(yè)務(wù)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等越來越多，隨之積累了海量的醫(yī)療臨床數(shù)據(jù)。這些海量的醫(yī)療臨床數(shù)據(jù)的應(yīng)用及發(fā)掘，自然也就成為推動醫(yī)院發(fā)展的主要動力。由于醫(yī)院信息系統(tǒng)由不同的廠商幫助建設(shè)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在較大差異，導(dǎo)致醫(yī)療數(shù)據(jù)價(jià)值利用率不高[2]。

1 數(shù)據(jù)中心的整體設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)中心技術(shù)架構(gòu)

我院數(shù)據(jù)中心整體架構(gòu)采用以Hadoop+Oracle+數(shù)據(jù)引擎的混合體系，其核心以Hbase為數(shù)據(jù)倉庫，結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)架構(gòu)與分布式數(shù)據(jù)架構(gòu)相結(jié)合技術(shù)體系，以主數(shù)據(jù)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，以數(shù)據(jù)捕獲引擎、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎、非關(guān)系型數(shù)據(jù)接入引擎作為數(shù)據(jù)支持，大數(shù)據(jù)管理平臺集資產(chǎn)管理、運(yùn)維管理、數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、安全監(jiān)控于一體，有效地保障數(shù)據(jù)的時效性、準(zhǔn)確性、安全性和易用性，整合數(shù)據(jù)互通標(biāo)準(zhǔn)、提升醫(yī)院信息化管理水平、服務(wù)水平、整體建設(shè)水平。如圖1所示。

圖1 我院數(shù)據(jù)中心整體架構(gòu)

將臨床業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、運(yùn)營管理數(shù)據(jù)、財(cái)務(wù)管理數(shù)據(jù)、質(zhì)量控制數(shù)據(jù)、科研管理數(shù)據(jù)等醫(yī)院所有數(shù)據(jù)，通過Oracle GoldenGate數(shù)據(jù)捕獲引擎將分別匯集到ODS數(shù)據(jù)庫，將醫(yī)院現(xiàn)有的非關(guān)系型數(shù)據(jù)直接匯集至分布式數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)清洗與轉(zhuǎn)換引擎通過Oracle GoldenGate Application Adapters推送功能將實(shí)時變化數(shù)據(jù)庫推送到Kaf ka消息隊(duì)列，Kaf ka消息隊(duì)列接收到相關(guān)變化數(shù)據(jù)后，按事先定義好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與洗清規(guī)則對推入的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗轉(zhuǎn)換，清洗轉(zhuǎn)換完成后，分成兩種數(shù)據(jù)格式，分別存入關(guān)系型數(shù)據(jù)中心與分布式數(shù)據(jù)中心。

1.2 Oracle GoldenGate實(shí)時數(shù)據(jù)同步

利用Oracle GoldenGate與Kafka消息隊(duì)列工具實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)庫到數(shù)據(jù)中心的實(shí)時同步模式。考慮到數(shù)據(jù)同步與處理對生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫性能會產(chǎn)生一定的影響，所以需要在生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和平臺之前增加ODS服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)先從生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫到ODS庫，再由Oracle GoldenGate Application Adapters與Kafka消息隊(duì)列完成數(shù)據(jù)實(shí)時同步到數(shù)據(jù)中心。

Oracle GoldenGate通過對源數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)日志的解析，獲得數(shù)據(jù)的變化，完成數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)實(shí)時交互、源數(shù)據(jù)庫與目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)實(shí)時同步。同時形成隔離層，降低影響業(yè)務(wù)庫的風(fēng)險(xiǎn)，且數(shù)據(jù)集能夠滿足各應(yīng)用的數(shù)據(jù)需求等。

1.3 ETL歷史數(shù)據(jù)抽取

ETL的一般過程：從操作型的數(shù)據(jù)源，經(jīng)過數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)區(qū)，最后到達(dá)數(shù)據(jù)倉庫（ODS）的數(shù)據(jù)處理過程。底層是整個ETL過程中都涉及的數(shù)據(jù)抽取、加載、插入ODS數(shù)據(jù)庫。

1.4 數(shù)據(jù)變化推送

我院數(shù)據(jù)中心推送工具采用Oracle GoldenGate Java Adapter，數(shù)據(jù)中心各個主題庫的數(shù)據(jù)是通過捕獲ODS數(shù)據(jù)庫中相關(guān)業(yè)務(wù)表的變化數(shù)據(jù)，將實(shí)時變化數(shù)據(jù)通過Oracle GoldenGate Java Adapter推送到Kaf ka消息隊(duì)列，在Kaf ka消息隊(duì)列中將推送進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼裝與清洗，然后將拼裝與清洗完成后的數(shù)據(jù)寫入按事先定義好的主題庫中。

1.5 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)同步

將非結(jié)構(gòu)化文件、共享文檔、科研數(shù)據(jù)等加密保存，并支持不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)調(diào)用，根據(jù)不同場景需要提供不同的底層技術(shù)訪問數(shù)據(jù)。同時通過HDFS文件系統(tǒng)分布式存儲物理文件。

2 大數(shù)據(jù)中心建設(shè)內(nèi)容

2.1 構(gòu)建醫(yī)院信息集成平臺

信息集成平臺集成了醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)，該平臺是基于SOA消息協(xié)同的ESB總線組成的異構(gòu)、異步集成平臺，可以消除系統(tǒng)間依賴和阻塞，輔以大數(shù)據(jù)中心，對醫(yī)院數(shù)據(jù)資產(chǎn)統(tǒng)一存儲，統(tǒng)一管理，為后續(xù)運(yùn)維、決策、分析提供完整集中的數(shù)據(jù)支撐。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，通過對醫(yī)院的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)梳理和標(biāo)準(zhǔn)化流程改造，實(shí)現(xiàn)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的安全體系。

平臺建設(shè)過程中，要求院內(nèi)所有需要接入的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，形成統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)化交互體系。將醫(yī)院所有信息系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)化的方式進(jìn)行互聯(lián)互通，制定了廠商接入改造的專用技術(shù)指導(dǎo)手冊，提供了代碼輔助審核和編程指導(dǎo)，降低整體改造難度，實(shí)現(xiàn)院內(nèi)多源異構(gòu)系統(tǒng)之間以及與外部機(jī)構(gòu)之間的互聯(lián)互通；以推送業(yè)務(wù)為主，降低重復(fù)業(yè)務(wù)調(diào)用、增加消息補(bǔ)償接口分散查詢業(yè)務(wù)壓力等方式，提高平臺集成能力；建立主數(shù)據(jù)主索引管理，統(tǒng)一業(yè)務(wù)術(shù)語值域，在平臺內(nèi)建設(shè)業(yè)務(wù)值域和完整性驗(yàn)證，進(jìn)而保障業(yè)務(wù)一致性。最終整合各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的信息集成平臺建設(shè)效果。

2.2 構(gòu)建患者主索引管理系統(tǒng)（EMPI）

根據(jù)醫(yī)療業(yè)務(wù)管理的需要，主索引管理系統(tǒng)以病人的基本信息為基礎(chǔ)，采用復(fù)雜的算法和原理，形成一套標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)匹配規(guī)則，有效提高主索引驗(yàn)證和判斷的準(zhǔn)確性。EMPI提供患者主索引合并、更新、人工判斷等多種功能。根據(jù)患者的基本資料生成主索引號，以主索引號聯(lián)通所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)。患者主索引管理平臺再通過患者主索引號關(guān)聯(lián)各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，解決歷史數(shù)據(jù)的信息孤島問題。

2.3 建立醫(yī)院主數(shù)據(jù)信息庫（MDM）

對全院的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)字典如科室字典、職工字典、檢驗(yàn)項(xiàng)目字典、收費(fèi)項(xiàng)目字典、檢查項(xiàng)目字典等數(shù)據(jù)字典進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)字典庫。同時收集國家標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語集，與各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立映射關(guān)系，構(gòu)建統(tǒng)一的主數(shù)據(jù)訂閱、發(fā)布和回收的接口服務(wù)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)字典和標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語的一致性，大大提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.4 建立數(shù)據(jù)倉庫（ODS）

ODS是大數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)中的一個重要部分，該庫的數(shù)據(jù)為實(shí)時性數(shù)據(jù)，并保證與源庫數(shù)據(jù)保持一致，能夠用于信息集成平臺服務(wù)開放、查詢、統(tǒng)計(jì)等應(yīng)用。

將臨床各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過ETL抽取，可以快速的將海量歷史數(shù)據(jù)同步至ODS（數(shù)據(jù)庫）中。歷史數(shù)據(jù)抽取完成后，再利用Oracle GoldenGate與Kaf ka消息隊(duì)列工具實(shí)現(xiàn)將生產(chǎn)端數(shù)據(jù)實(shí)時同步到ODS（數(shù)據(jù)庫）中，這樣ODS數(shù)據(jù)倉庫就搭建起來了。

在ODS搭建前，需要數(shù)據(jù)或者報(bào)表時由各個系統(tǒng)生成，但涉及跨系統(tǒng)關(guān)聯(lián)時數(shù)據(jù)難以關(guān)聯(lián)使用，并且直接從業(yè)務(wù)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)對系統(tǒng)性能有一定影響。

在ODS搭建完成后，各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯集到ODS，為各類應(yīng)用系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)。消除系統(tǒng)間的隔閡和限制，可以從主題出發(fā)，結(jié)合各個系統(tǒng)的ODS數(shù)據(jù)給出最全面準(zhǔn)確的信息。同時可以有效地減少生產(chǎn)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

2.5 建立臨床數(shù)據(jù)中心（CDR）

臨床數(shù)據(jù)中心以患者為中心，在醫(yī)院就診過程中所產(chǎn)生的所有醫(yī)療數(shù)據(jù)信息都被送入臨床數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)患者臨床診療數(shù)據(jù)的集中展現(xiàn)。

臨床數(shù)據(jù)中心為了同時支持結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，由大數(shù)據(jù)管理平臺進(jìn)行可視化管理、配置、監(jiān)控等，并將數(shù)據(jù)倉庫實(shí)時變更的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)引擎及時推送到消息隊(duì)列對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后送到臨床數(shù)據(jù)中心更新。

2.6 建立運(yùn)營數(shù)據(jù)中心（MDR）

醫(yī)院運(yùn)營數(shù)據(jù)中心可對醫(yī)院臨床醫(yī)療、運(yùn)營管理等多種數(shù)據(jù)的集中展現(xiàn)和分析，對醫(yī)院現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合應(yīng)用，以更大程度地發(fā)揮出所有數(shù)據(jù)的價(jià)值。運(yùn)營數(shù)據(jù)中心以數(shù)據(jù)倉庫實(shí)時變更的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)引擎及時推送到消息隊(duì)列對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后送到運(yùn)營數(shù)據(jù)中心更新。

2.7 建立數(shù)據(jù)中心管理平臺

為了更好的展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心實(shí)際運(yùn)行情況，方便醫(yī)院對數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行管理，通過大數(shù)據(jù)中心管理平臺實(shí)現(xiàn)對存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、安全設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)備環(huán)境進(jìn)行綜合有效的管理，并實(shí)時推送業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行異常的告警和可視化問題定位、性能檢測和預(yù)警分析。系統(tǒng)主要功能包括可視化數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺、統(tǒng)一的消息平臺。

2.8 加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心安全建設(shè)

在大數(shù)據(jù)中心建設(shè)工作中，中心的安全性至關(guān)重要，只有在安全的前提下，才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享、開放應(yīng)用。我院大數(shù)據(jù)中心利用VMWare的虛擬化技術(shù)和基于docker部署Oracle 19c，利用分布式存儲方式，有效保障數(shù)據(jù)中心的安全性。在網(wǎng)絡(luò)邊界部署了防火墻、網(wǎng)閘、入侵防御系統(tǒng)、態(tài)勢感知等安全設(shè)備來保障邊界安全。

3 基于數(shù)據(jù)中心的典型應(yīng)用

3.1 360患者全息視圖

360患者全息視圖是基于HL7數(shù)據(jù)規(guī)范，搭建的基于患者為中心的全息數(shù)據(jù)視圖，將患者歷次就診所產(chǎn)生的臨床數(shù)據(jù)匯總到Web應(yīng)用系統(tǒng)，由Web應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一展現(xiàn)患者臨床數(shù)據(jù)，解決醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，不集中的現(xiàn)象。基于臨床數(shù)據(jù)中心（CDR），將多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。基于患者患者主索引ID，查看患者當(dāng)前及其歷次所有就診信息，包括患者基本信息、診斷記錄、醫(yī)囑用藥、病歷文書、生命體征等臨床數(shù)據(jù)，使分散在各個系統(tǒng)中的臨床診療數(shù)據(jù)的集中、直觀地展現(xiàn)給臨床醫(yī)護(hù)人員，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療質(zhì)量效率雙提升。

3.2 醫(yī)院決策分析系統(tǒng)

醫(yī)院決策分析系統(tǒng)以醫(yī)院數(shù)據(jù)倉庫為基礎(chǔ)，通過對數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用可視化界面、簡潔簡便直觀操作，為醫(yī)院管理者提供一個多功能的智能決策分析平臺。對醫(yī)院各系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整合、分析展示，加大全院范圍內(nèi)信息資產(chǎn)的利用率，提高信息分析的準(zhǔn)確性、一致性、時效性，不斷完善各個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)指標(biāo)和運(yùn)營管理模式，為醫(yī)院管理提供科學(xué)的依據(jù)，從而提升醫(yī)院的核心競爭力。

醫(yī)院決策分析系統(tǒng)以移動分析平臺，運(yùn)營決策與分析平臺，實(shí)時監(jiān)控大屏為核心；其中移動分析平臺：從今日簡報(bào)、昨日簡報(bào)、門診業(yè)務(wù)、住院業(yè)務(wù)、等方面入手，為院領(lǐng)導(dǎo)提供全方位的運(yùn)營相關(guān)的數(shù)據(jù)展示和預(yù)警分析，支持多個入口，例如微信、釘釘或醫(yī)院移動OA端；運(yùn)營決策與分析平臺：主要面向醫(yī)院不同部門、不同角色，提供相對應(yīng)的主題和多維分析，通過分析國家和地方醫(yī)療政策，結(jié)合醫(yī)院管理決策所需，構(gòu)建了不同的多維主題包括門診主題、住院主題、醫(yī)務(wù)主題、醫(yī)保主題、手術(shù)主題、藥學(xué)主題、醫(yī)技主題、護(hù)理主題等；實(shí)時監(jiān)控大屏：從院長大屏、醫(yī)務(wù)大屏、門診大屏、住院大屏、等業(yè)務(wù)主題入手，給醫(yī)院管理者一個全方位的實(shí)時運(yùn)營數(shù)據(jù)展示和預(yù)警分析。同時在這三個核心基礎(chǔ)上擴(kuò)展出其他個應(yīng)用。

4 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，推動醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展以及醫(yī)療服務(wù)由“信息化”向“數(shù)字化”的轉(zhuǎn)型。在其建設(shè)過程中首先要對醫(yī)院數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行全面掌握，對數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行歸類、梳理和整合，其次再對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、數(shù)據(jù)模型建設(shè)、指標(biāo)梳理、安全性建設(shè)等工作。一個高效、穩(wěn)定的大數(shù)據(jù)中心，在進(jìn)行系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)、開發(fā)部署和管理運(yùn)維時必須遵循如下原則：一是數(shù)據(jù)的完整性原則；二是數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化原則；三是數(shù)據(jù)的安全性原則；四是數(shù)據(jù)的可管理性原則；五是數(shù)據(jù)的可靠性原則；六是數(shù)據(jù)的服務(wù)開放性與易用性原則；七是保護(hù)醫(yī)院現(xiàn)有系統(tǒng)的原則。