基于Web与Node.js的医用磁共振设备动态管理系统的设计与实现

黄志峰，许尚文，肖慧，钟群，付丽媛，王晓阳，陈自谦

解放军福州总医院 医学影像中心，福建 福州 350025

引言

为保证医用磁共振成像设备的稳定运行，需要对设备进行系统的监控和管理。传统的设备参数管理根据各台设备独立运行，维护数据多停留在纸质化记录，文档分散，数据无法得到有效分析处理，管理效率不高[1-4]。

目前常见的设备管理系统架构以客户端/服务器（Client/Server，C/S）和浏览器 /服务器（Browser/Server，B/S）两种架构为主。随着互联网技术的蓬勃发展，相较于C/S架构，B/S结构服务模型能更为便捷高效地维护和升级，维护成本相对较低，适用于医疗设备管理系统的开发[5-6]。在B/S架构的应用中，服务端编程语言以PHP、Java为主。相比于PHP、Java等语言部署的Apache、Tomcat等服务，Node.js能轻量级地应用“模型—视图—控制器”（Model-View-Controller，MVC）设计模式进行路由控制、处理业务逻辑、调用数据及用户界面渲染[7-8]。利用Express开源开发框架，能快速搭建可处理高并发请求的可靠服务，仅需较少的硬件资源开销。Node.js的开发语言为Javascript，与浏览器端的脚本语言一致，统一的前后端逻辑处理语言也使得切换开发语言环境的开销减少，提高开发的效率，减少业务功能开发成本。

本研究旨在构建一个基于Web与Node.js的医用磁共振成像设备动态管理系统，以Node.js提供运行环境和应用服务及静态文件服务器，采用超文本传输协议（HTTP/HTTPS）协议通信，以MySQL作为数据库，构建统一的数字化设备管理平台，为终端设备提供实时运行参数监控、设备维护日志管理、运行数据分析等服务。该系统能动态监控设备运行关键参数，提供统一的设备维护日志管理，针对动态数据进行统计分析，规范、系统地保障磁共振设备的日常运行，为设备的最佳运行状态提供策略方案，整体提高磁共振设备质量控制水平[9-10]。

1 需求分析

研究利用Web、Node.js等技术实现医用磁共振设备动态管理系统平台，构建参数监控模块、设备维护日志管理模块、运行数据分析模块等。

1.1 设备参数监控模块

医用磁共振设备的稳定运行，需要对设备自身运行参数及空间环境参数进行有效监控，在出现故障及不稳定因素时及时提供反馈信息。需要监控的部分参数（部分）有：操作间温度、操作间湿度、设备间温度、设备间湿度、空调温度、空调湿度、水冷机温度、水冷机流量、水泵压力、压机压力、设备硬盘容量、工作站硬盘容量、液氦面和稳压。

各终端设备通过局域网连接参数监控模块。由联网的设备工作站及环境温湿度检测硬件模块作为数据的发送端，通过脚本程序（以Python语言为主）实时发送HTTP/HTTPS请求，与Node.js服务端建立会话连接，向服务端推送设备运行数据，服务端接收并分析实时数据，实现对多设备的统一管理，示意图，见图1。

图1 设备参数监控模块示意图

1.2 设备维护日志管理模块

设备维护日志管理模块用于向设备维护人员提供配套的日志应用。

设备维护日志管理模块管理系统提供设备的注册登记、基础信息登记及日常维护记录等功能，并提供相应的数据查询、报表及打印等功能，并为设备运行数据分析模块提供部分的分析数据源[12]。模块示意图，见图2。

图2 设备维护日志管理模块

1.3 设备运行数据分析模块

设备运行数据分析模块用于管理和分析由设备参数监控模块及设备维护日志模块提供的数据，主要实现数据可视化分析、预测性分析等。模块示意图，见图3。

图3 设备运行数据分析模块流程示意图

2 系统结构设计

2.1 系统架构

系统以Web为基础，采用B/S的组织架构模式，客户端与服务器间使用HTTP（超文本传输协议，HyperText Transfer Protocol）及HTTPS（安全超文本传输协议，Secure Hyper Text Transfer Protocol）协议进行通信。

前端表示层提供设备参数监控、日志记录管理、信息查询、数据导入导出及设备运行数据分析等服务，见图4；业务逻辑层由Node.js提供运行环境，构建Web服务器及静态文件服务器，提供应用服务，并与MySQL数据库进行交互。

图4 医用磁共振设备动态管理系统架构图

2.2 系统业务流程

系统主要的业务流程，见图5。

第四，水利普查专业性强，对普查员在掌握普查知识、各种专业测量仪器使用等方面要求比较高，因此普查指导员必须深入现场指导普查员工作。

图5 医用磁共振设备动态管理系统操作流程图

在完成登录系统后，管理人员根据自身需求，进行查看设备运行参数信息、更新设备维护日志、获取运行数据分析报告等操作。后台系统收到请求后，返回相应的数据信息，管理人员可根据需求进行进一步的检索查询、打印、输出为Excel文件等操作。

3 系统开发

3.1 开发环境及软件结构

客户端采用Chrome浏览器。服务端采用Node.js的Express开发框架处理业务逻辑；数据库使用MySQL。

3.1.1 用户界面渲染组件

前端应用部分采用了Bootstrap样式框架、AngularJS、JQuery代码库等开源框架与工具，通过调用“异步Javascript和 XML”（Asynchronous Javascript And XML，AJAX）请求，在无需重新加载整个页面的情况下更新界面数据等内容。

3.1.2 服务器端组件

服务器端由Node.js为编程语言的运行环境，通过Express框架搭建HTTP/HTTPS服务器。用户通过系统界面发送HTTP/HTTPS请求到服务器，服务器根据请求路径及类型将其分配到相应的处理单元[13-14]（图6），需要与数据库进行交互的请求则通过第三方模块“ORM”连接MySQL数据库调取数据后处理，并返回结果。

图6 设备管理路由请求处理列表（部分）

3.2 系统界面制作

系统界面主要包括设备查询界面、参数信息界面、日志界面、数据分析模块界面等，文中仅列出部分模块界面。

3.2.1 设备查询界面

设备查询界面，见图7。该界面列出并显示接入系统的医用磁共振设备的实时信息。

图7 设备查询界面

3.2.2 参数信息界面

医用磁共振设备动态管理系统的参数信息界面，用于记录和提示、查看相关设备的基础信息，见图8。

3.2.3 创建维护日志界面

创建维护日志界面（部分功能）见图9。针对具体的设备，由登录用户创建设备维护日志，记录维护内容及上传维护相关图像附件等。

图8 参数信息界面

图9 创建维护日志界面（部分功能）

3.2.4 日志清单界面

日志清单界面（部分功能）见图10。主要提供具体设备日志的增加、删除、修改及查询、报表、打印等功能。

图10 日志清单界面（部分功能）

3.3 系统环境部署及试运行

为了使系统能稳定并最大兼容地提供服务，应注意部分运行组件及参数的选择。

3.3.1 系统进程管理工具的选择

“进程管理器2”（Process Manager 2，PM2）是一款管理Node.js进程的良好工具，可进行高效地配置、管理、更新、监控Node.js进程，为系统管理提供极大的便捷。

3.3.2 服务端运行模式的选择

Node.js的运行模式有“fork”模式与“cluster”模式。在仅采用Node.js作为后端编程语言的情况下，用cluster模式启用多进程，能开启多个服务实例，提高服务器的容错性和稳定性。但在cluster模式下，应注意进程间数据通信的问题，应将服务端session信息保存在公用的缓存库如Redis中。

3.3.3 前端浏览器的选择

为改善在Windows XP下的用户体验，建议采用Chrome V49的版本作为系统的通用浏览器。

3.3.4 系统运行安全

在数据安全存储方面，应制定定期的自动备份策略；访问安全方面，应配置好系统防火墙的出入站规则，对于node.js服务本身，应当制定访问的“黑名单”“白名单”访问控制中间件等。

4 应用效果

基于Web与Node.js的医用磁共振设备动态管理系统可控制在极低的成本下达到其应有的性能和效率，便于维护，满足用户使用需求。

区别于传统的医疗设备管理系统，本文所设计的基于Web与Node.js的医用磁共振设备管理系统能实时地在局域网设备上进行对设备的监控、信息查询、故障信息发布、维护日志登记及设备操作流程教学视频发布等[15]。

在系统试运行的月两个月时间内，除中途例行的系统更新维护，服务持续了37天的稳定在线（图11）。系统还将传统的纸质化设备信息记录管理转为了电子文档化管理，便于长期存储、回顾、分析和即时备份，且降低了纸质化数据资料在保存过程中数据流失的风险；便捷的查询访问功能，也得到了系统使用人员的积极评价。

图11 服务器后台管理界面（部分）

系统更加全面地对医用磁共振设备的运行状态进行监控，有助于及时发现系统潜在问题，排除安全隐患，分析并提供更为科学的运行指导参数，提高MRI临床应用的可靠性。

5 结语

文章旨在阐述医用磁共振设备动态管理系统实际生产价值，并提供一种基于Web和Node.js构建该系统架构的解决方案。

该系统根据医用磁共振设备的质量控制需求构建和实现相应的管理模块，满足科室在生产实践中的需要，也为通过大样本数据分析设备运行状况制定最佳运行方案提供了数据和技术支持[16]。