医院一体化信息管理平台的设计与研究

曹 霆

(首都医科大学附属北京妇产医院，北京 100026)

0 引言

信息技术与经济社会的交汇融合引发了数据迅猛增长，数据已成为国家基础性战略资源，大数据正日益对全球生产、流通、分配、消费活动以及经济运行机制、社会生活方式和国家治理能力产生重要影响。在大数据技术日新月异的今天，未应用大数据工具管理医疗系统的业务数据，不能为医院的发展助力，反而成为医院发展前进的包袱；电子病历评级和互联互通测评管理要求建立统一字典数据、统一标准、医疗流程闭环管理、数据质量达标、建立互联互通、数据共享信息平台，为医疗提供有力决策支持。为此，医院信息平台建设成为信息化历程中的当务之急。

1 设计目标

根据医院建设发展战略要求，研究国内外先进建设经验，结合医院管理思想和自身特色，做好顶层设计、整体规划、合理布局、分布实施、阶段跟踪，稳步实效地推进医院信息化建设，加强信息技术在医院的应用深度和广度，强调信息规范性、信息服务方便性、信息系统实用性、信息管理可及性，从而提升决策分析能力，提高与协作医疗机构的医疗协同能力，提升医院影响力。

医院信息平台数据服务，对医院各业务系统共享、业务互联提供支持，优化业务流程，保障医疗安全；数据中心统一标准、统一术语和字典、监控各系统关键业务数据流向，提供医疗全流程闭环管理，为提高医疗质量提供技术、数据保证，为医院进行电子病历评级和互联互通测评做好铺垫；此外，数据中心从各业务系统完成数据采集，经过大数据处理，让医院的数据资产“动”起来，为医院的发展提供决策支持。

2 总体设计架构

医院一体化信息平台主要包含服务总线、主数据管理、数据中心以及基于数据中心的各类应用。

企业服务总线（ESB）是多系统之间进行数据交换的连接中枢，能够将消息在多种通讯协议之间交换、在多种格式之间进行转换，将业务服务重新组合封装成标准行为，实现医院内部各个异构应用系统之间的数据交换。

主数据管理系统是使用有效的方法和约束来达到保证医院内主数据具有一致性、完整性和时效性的目的。主数据是指在各个系统间共享的、能跨业务系统重复使用的高价值数据。

临床数据中心（CDR）是以患者为中心，基于大数据技术，对患者所有医疗信息整合、管理、共享的平台。CDR 作为大数据平台的专题库而存在,其总体的存储架构主要分为三层，贴源层、标化层、专题层。贴源层主要解决数据的采集问题，原始结构不变，使数据能实时的采集到大数据平台，表型数据存储在MPP 数据库，非结构化数据存放在HBase 上；标化层主要进行的是原数据的标化，将字段名、值域进行统一标化；专题层是根据不同的应用场景按不同的模型组织相关数据，建立不同的业务主题库。

管理数据中心（MDR）要能够对主题模型数据进行统一采集处理，并按照医院需求完成相关业务分析统计任务，实现MDR 平台上的一系列可视化配置操作。基础数据管理系统能将决策支持型数据处理从事务型数据处理中分离出来。元数据管理系统对管理数据中心(MDR)涉及到的结构、操作、内容进行描述和定义。数据质量管理系统对不同层间的数据做质量控制，保证管理数据中心(MDR)各主题数据与业务系统的数据准确性、一致性。Cube 管理系统（Kylin）是将模型物化成多维立方体（MOLAP Cube），将大批量模型数据预计算后存储到HBase 下、通过标准SQL接口实现对Cube数据的快速查询的系统。

3 设计原则

医院信息平台在方案设计时需遵循以下原则。

⑴先进性和实用性

当今的计算机技术日新月异，因此要求选择的方法、技术、工具、设备不仅要保证具有先进性，而且要保证技术方向的正确性。设计的方案要结合考虑实用和兼顾今后发展的目的，不论在服务器、软件及中间件等软硬件产品方面，还是在方法论、工具方面，都应选择当今国际上成熟的、主流的并领先的产品和技术来适应更高的数据处理要求。

⑵安全性和可靠性

系统的整体设计方案要通过多种安全技术和防护手段，站在医院的全局高度，充分考虑到医院内各个业务系统接入甚至协作医院接入等互联互通需要，并按照国际标准设计接口，确保今后和新增业务系统或其他院区信息平台的衔接，提供严谨的用户权限管理和重要操作监控记录，保证系统使用的安全性，提供可靠的数据传输技术和患者隐私保护措施，保证数据安全。

⑶开放性、互连性和标准化

系统设计严格遵循IHE ITI 技术框架及卫生部“基于电子病历的医院信息平台技术规范”要求，支持HL7、IHE、DICOM、ICD10 等标准，符合国际医疗信息交换技术发展潮。

⑷灵活性与易扩展性

系统建成后要能够满足业务近期、中期甚至长期时间范围的数据和业务快速增长的需要。适应目前需求的基础上，能够满足医院以及相关医疗机构不断发展的信息化需要，充分地为将来可预见和不可预见的性能扩充留有余地，并具备方便地扩展系统容量和处理能力和支持多种应用的能力，可以根据业务发展的需要进行灵活、快速的调整，实现信息应用的快速部署，而且新功能、新业务的增加能够在不影响系统运行的情况下实现。

⑸易管理和易操作性

设计方案支持全面、完善、便捷、统一的系统管理和应急处理预案，保证一旦发生问题能在最短的时间内处理解决。而且，系统应具有良好的用户操作界面、完备的帮助信息。集成完备的运行监视系统、良好的管理界面工具或远程控制台，易于管理人员对其进行管理和维护，系统参数的维护与管理通过操作界面实现。

⑹高效性和稳定性

系统采用Hadoop、ES 等新技术，结合AI-Native分布式数据库-华为GaussDB，支持行存储与列存储，提供PB(Petabyte，2的50次方字节)级别数据量的处理能力。从而保证医院信息平台业务服务快速响应，持续稳定。

4 架构设计

4.1 应用架构设计

基于医院一体化信息平台，将院内各个应用系统的临床诊疗、管理、科研相关数据，通过平台的服务和ETL工具进行数据抽取、清洗、转换、装载等处理，并根据不同的业务，在逻辑上分类存储到临床数据中心、运营数据中心和科研数据中心，如图1所示。

图1 医院一体化信息平台应用架构

4.2 技术架构设计

平台总体架构主要分为三部分，底层数据库存储数据，例如cache 数据库、Hadoop 数据库、MPP 数据库用于贴源层、标化层各类业务数据存储，进而形成各类专题数据中心，包括临床数据中心、科研数据中心和运营数据中心等；中间层业务逻辑，通常采用的是cache 技术和SpringBoot 框架，实现数据传输、加工、处理；最顶层运用方便快捷的easy UI 框架，能够更高效的用于数据展现，实现快速开发，减少项目开发周期，节省项目成本的目的，如图2所示。

图2 医院一体化信息平台技术架构

4.3 存储架构设计

通过数据采集与交换系统采集数据源端前置库和缓存库的数据，首先装载数据至数据湖的贴源层，装载后的数据经质控、标化处理后，数据汇集到数据湖的标化层，数据分别存储在MPP数据库和Hadoop中。

通过对数据湖原始数据的数据整合、标化，形成临床数据库、管理数据库、科研数据库。按应用功能和数据利用情况，使用HIVE 数据库或MPP 数据库对该区数据进行存储，为各应用系统提供各类查询、校验、共享等数据服务，如图3所示。

图3 医院一体化信息平台数据存储架构

5 功能模块设计

5.1 平台管理

为医院提供一个统一的、标准的、可靠的、可扩展的管理平台，主要包含接入平台系统、平台标准服务、平台消息以及行业内各标准的统一管理。平台可以按照不同业务分类的方式进行多平台业务的划分，根据医院业务的实际情况，通过对业务的使用级别和安全级别等因素将多个业务分散到多个平台上，每个平台上服务功能相互独立，其中一个出现问题时，对于其他服务没有任何的影响；当早高峰数据量过大，连接数较多情况下,服务器硬件无法满足需要处理的性能消耗，平台也支持通过负载均衡来实现平台的水平扩展从而提高性能和提高系统的稳定性。

5.2 服务管理

服务管理是数字化医院综合平台医疗信息交换层的核心内容，主要解决数字化医院综合平台与医院各业务信息系统间数据交换的问题。通过服务接口的标准化，使得服务可以提供给在任何异构平台和任何用户接口使用。服务请求者很可能根本不知道服务在哪里运行、是由哪种语言编写的，以及消息的传输路径，而是只需要提出服务请求，然后就会得到答案。

服务管理包括服务注册中心、服务发布中心两个模块：

⑴服务注册中心

服务注册是指服务提供者向服务注册管理中心发布服务的功能，服务提供者是服务的所有者，负责定义并实现服务，对服务进行详细、准确、规范地描述，并将该描述发布到服务注册管理中心，供服务请求者查找并绑定使用。服务注册管理中心具有目录服务、监控、负载均衡、安全控制、分布式强健壮、适用于高并发等功能。

⑵服务发布中心

服务发布是由总线自身生成相应服务并对外进行发布，服务请求者使用服务描述中的绑定细节（调用者的身份、位置、方法和策略等描述性属性信息）来定位、联系并调用服务。服务发布中心将所有的服务部署到一台或者多台物理服务器上，形成一个整体对外提供服务，服务发布中心对所有发布服务进行统一的管理调配。各个业务系统直接访问服务发布中心查找需要调用的接口位置进而调用，不需关心下游系统使用情况。

5.3 流程管理

为了支撑全院级的医院信息系统协同，在服务总线的基础上增加业务流程管理。流程管理作为SOA架构的重要组件，为未来医疗信息系统的业务发展和业务创新，提供了灵活高效的技术平台。流程管理主要提供灵活有效的方法，提高了快速定义、创建和部署灵活的解决方案的能力，通过集成业务流程内部的服务、数据、规则、角色来满足不断变化的客户需求。为单一、简单的基于网络服务的平台提供了一个强劲的框架，可以通过将应用服务器与流程引擎和企业服务总线（由一个集成的开发环境（IDE）来支持）相结合，来构造、部署和管理合成的随需应变的应用流程。工作流引擎将复杂的业务抽象分解为一套简单业务处理单元组成的工作流，由一个专门的管理系统对各个简单业务处理单元进行控制和调用，以达到不改变系统本身而对业务处理的灵活性和可变性。将医院原有复杂业务通过细化分解，拆分成流程化运转模式，大大提高系统的业务处理能力和适应性，使系统真正被用户驾驭，不编码即实现业务流程再造成为可能，将业务细化分解，帮助用户优化业务流程提高经营效率等。平台本身自带的多个组件随时灵活配置成新的流程处理，还可以通过自定义组件生成配置新的流程和业务处理功能。在管理方面，它包含可客户化的图形操作界面，提供启动、管理和监视流程的功能，并能够很好的与门户服务器集成。

工作流引擎组件包括：调用组件、代码组件、逻辑判断组件、循环组件、延迟组件、警告组件、异常组件等，共30多种。

5.4 监控管理

集成平台监控系统对当前信息集成平台上运行的所有内容进行监控和管理，提供图形化用户界面，能够实时查看测数据交换平台上硬件服务器情况、数据库性能情况、各个系统组件的状态、日志、异常等内容，并进行记录、统计与分析。同时通过Web 浏览器方式，为系统管理员提供远程性能监控与远程日志查看功能，彻底实现了信息化的透明性，并且直观而有效的为信息科管理提供助力。

平台监控管理的功能包括以下内容：

⑴平台参数与报警参数配置。对平台的各项参数进行配置。包括配置各个监控参数的报警阈值等。

⑵监控各个系统组件的状态。对平台各个系统模块的状态进行监测。

⑶ 记录平台日志和异常信息。记录平台的日志，显示与查询异常信息。

⑷监控对象的启停控制。对被监控对象进行启动、停止、重启操作。

⑸能够及时了解当前的监控信息，当监控对象的性能参数超过告警阈值时，产生报警。告警阈值能够分级设置，不同级别产生不同的告警。通过多种告警手段提供现场和远程告警，并且可定制发送方式和告警的优先级。

⑹通过图形化方式直观地显示监控信息，并能进行统计分析。

6 结束语

本文设计的医院一体化信息管理平台从促进院内业务互联出发，以统一的数据字典和消息接口方式为标准，在优化业务数据管理的同时，为科研项目提供辅助决策。医疗大数据的未来，影响着医疗行业的未来，大数据是决定着医疗能否真的变得智慧的重要因素之一。随着基于大数据技术的医院信息一体化平台的逐步成熟和完善，智能化医学探索必将为人类在各个活动领域内提供便利，也会为人类攻克更多的医学难题增添新的途径。