基于Caché數據庫混合架構的醫院信息系統的開發

申寶明，劉大偉，祝順東，吳曉雯，辛海燕，陳軍偉

1.青島大學附屬醫院 信息管理部，山東 青島 266003；

2.青島市市南區香港中路街道閩江路社區衛生服務中心，山東 青島 266003

基于Caché數據庫混合架構的醫院信息系統的開發

申寶明1，劉大偉1，祝順東1，吳曉雯2，辛海燕1，陳軍偉1

1.青島大學附屬醫院 信息管理部，山東 青島 266003；

2.青島市市南區香港中路街道閩江路社區衛生服務中心，山東 青島 266003

目的開發安全、高效的醫院信息系統，更好地用于醫院服務醫療工作。方法利用Caché數據庫的數據索引管理優勢，以及C/S和B/S開發架構的特點進行系統開發。結果開發了C/S與B/S的混合架構的醫院信息系統。B/S架構客戶端使用瀏覽器通過Web服務器和面向對象的訪問組件對數據庫進行操作，C/S架構客戶端主要利用應用程序通過數據訪問接口完成對數據庫內業務邏輯的處理。結論本混合架構醫院信息系統實現了對醫療數據分類安全管理，提高了診療效率。

醫院信息系統；客戶機/服務器；瀏覽器/服務器；Caché數據庫；安全管理

引言

隨著醫院信息系統（HIS）在各家醫院經過總體規劃、分步實施，實現了醫院全面信息化運營，使醫院信息化水平有了質的提高，醫院信息系統規范了業務流程，有效提高了醫療服務質量，降低了運營成本[1]。

由于HIS在醫療行為中的核心地位，要求其應具有高的運行效率，靈活的可擴展性，保證以病人為中心的醫院科學管理效能，提高醫院的社會效益[2]。同時，能夠帶動臨床醫療水平的發展、深入科研教學的研究，適應醫療衛生改革的要求。

目前，各家醫院的醫療信息系統并沒有統一的開發標準，各自基于不同的平臺進行開發和使用，發展水平也參差不齊。醫院信息系統系統龐大，數據繁瑣，架構復雜，開發平臺的選擇和架構的設計就尤為重要[3]。因此，本文主要以系統的安全性和高效性為標準，基于Caché數據庫混合架構開發安全性更好、運行效率更高、可擴展性更強的醫院信息系統。

1 Caché數據庫簡介

Caché數據庫的優點來源于它融合了兩類數據庫，即對象型和關系型兩類，被稱為新型的后關系型數據庫，其特點是運行效率高、延展性較好、快速開發應用程序的能力以及優秀的性價比等[4]。

1.1 Caché的開發特點

Caché數據庫相比于其他數據庫具有更加高效的性能、更大的可擴展性、更快速的編程能力和更加便捷的使用性能。HIS選擇Caché數據庫作為數據平臺，除了它具有數據庫技術提供的單純功能以外，還承載了一個應用服務器的功能，這個服務器提供面向高級對象的編程，因此可以集成其他相關開發技術[5]。

Caché數據庫包含高性能的工作室，它是一個創建、調試、測試Caché數據庫應用的高效環境和快速應用開發的有力工具。Caché工作室通過提供許多應用向導，簡化乃至消除了開發過程中很多繁重的工作。Caché工作室為開發復雜的、基于網頁的應用程序提供了豐富的服務器端腳本技術（C Language Service Dage，CSP）。該技術的強大之處在于能夠快速開發、動態產生Web應用程序的能力。CSP技術開發的應用程序對醫療系統的硬件配置要求不高，但是可以完成醫院高密度用戶的訪問請求，體現了平臺的健壯性。

Caché數據庫中的所有數據都是保存在稱為Global的多維數組中,它的每一個節點直接與磁盤和內存中的數據塊相對應，因此可以達到極快的訪問速度[6]。同時，多維數組直接訪問底層，構建樹狀結構，速度極快。HIS中的數據對象是醫療中大量的病人信息數據、病程數據、醫藥衛生材料等，Caché數據庫應用高效的多維數組形式存儲數據，同時將大量的醫療數據進行建模，這樣就減少了對表連接的頻繁處理等過程，所以運用多維數組能夠達到提高運行效率的目的。

Caché數據庫還具有獨特的分布式數據緩存協議技術，它可大大減少分布式系統中的網絡通信吞吐量。醫院中的網絡屬于院內局域網，單純依靠硬件優化網絡成本較高[7]。

上述的架構設計使得這種數據庫應用程序在橫向的性能比較測試中，Caché數據庫的響應性能要比關系型數據庫快20倍。

1.2 CSP工作原理

Caché數據平臺的主要工作機制CSP在醫院信息系統中處于較為核心地位，它的開發機制影響著整個系統的性能[8]。

CSP是基于標準的Web服務器工具和HTML協議對各種行為進行處理操作。CSP處理請求的流程：首先Web瀏覽器客戶端通過HTML向Web服務器發出請求訊息；其次Web服務器判斷該訊息是否為CSP請求，確定后則將這個請求訊息轉發給Caché數據平臺，該請求就會被在該平臺上正在運行的對應CSP服務進行相應處理；最后將處理結果以返回一個頁面的形式發給Web服務器，接著該服務器就將頁面路由回發出請求訊息的瀏覽器客戶端，見圖1。其中，Web服務器和Caché 服務器作為抽象的組件可以在一臺或者多臺計算機上進行部署。在開發期間，通常將它們部署同一臺計算機上，而對于部署大規模系統，則被置于它體系結構的二層或者三層。CSP的工作流程中主要管理的通訊任務來自兩個主體：Web 服務器和Caché，更重要的是生成的頁面來自于應用程序代碼。CSP將狀態信息自動保存在瀏覽器端，應用程序不必因為每頁的請求而訪問數據和保存文檔，這樣就減少了信息在網絡中的傳輸量，從而減輕了服務器負載[9]。

CSP頁面都繼承自類%CSP.Page，并且覆蓋它的OnPage方法，來建立動態的頁面。在CSP服務器判斷了應當由哪個類來處理一個請求后，它調用該類的Page方法。在調用前，CSP將確定為該請求要處理的內容已經正確地設置好的。這包括重新指向標準的輸出設備（$IO）以便使所有的輸出（利用Write命令）均送回給HTTP客戶機。并且建立處理內容所需的任何對象的實例或變量。任何通過這個方法寫到主要設備上的輸出都被自動地送到Web瀏覽器作為Web頁面顯示出來。生成的Web頁面可以直接和內建的對象數據庫通信，這樣就可以避免使用復雜的中間件軟件將關系數據映射成對象的復雜工作，從而靈活快速的完成面向數據庫的各種應用。

圖1 CSP工作原理示意圖

1.3 系統功能模塊設計

系統的主要功能模塊有：① 臨床管理模塊負責醫生工作臺、護士工作臺及醫囑通信及管理，檢驗和檢查信息及電子病歷（EMR）管理；② 科室管理模塊負責藥房、臨床實驗室、放射科、手術室信息管理；③ 行政管理模塊負責庫存、采購、中央消毒品供應等信息管理；④ 財務管理模塊負責應收帳、應付帳、分類帳管理及固定資產管理[10]。

建立命名空間為%SYS，數據（Globals）和程序（Routines）都指向該命名空間。開發主要設計3部分：CSP組件、類和數據表。以住院模塊為例，住院醫囑執行的CSP名是NURSEEXCUTE.csp，包括NURSEXCUTE、NURSETOP這兩個組件，另外，組件DHCORDEXCUTE是護士執行的彈出窗口。類名稱為web.CLCom.cls、web. NurCom.cls、web.CLCNURSEXCUTE.cls。查詢涉及的表如下：醫囑表、醫囑執行表、醫囑代碼表、病人信息表、病人就診表、病人轉科記錄表、病區表、床位表。業務處理：調用CSP組件查詢數據表函數Query:web. CLCNUREXCUTE.FindOrditem，按護士執行設置的條件查找符合條件的醫囑；按病區或按登記號，查找病人醫囑。

2 C/S與B/S的混合多層架構模式

醫院業務主要面向病人，存在多個PC的分布，因此需要將HIS合理進行部署。目前醫院采用的HIS訪問架構主要有：瀏覽器/服務器（B/S）模式和客戶端/服務器（C/S）模式。

2.1 C/S架構適用性分析

C/S架構的優點：C/S模式的用戶處于特定的區域內，這樣就可以保證數據的安全處于可控范圍；C/S模型的構建較為直接，所以使用者可以較易的理解與掌握，處理各種事務和各類繁瑣的數據。C/S架構的不足：C/S軟件的一體性使得運營和維護系統的成本較高；C/S架構主要的工作在于使用終端的軟件設計，這樣不可避免的造成了各個終端繁重復雜的架構；C/S架構對底層網絡協議支持的要求較高，造成了對有些需要兼容的不通過底層協議軟件程序的排斥性，多樣性平臺的使用適應能力較弱；C/S架構軟件平臺在包括局域網、廣域網或者內網、外網之間的有機整合上稍顯不足[11]。

2.2 B/S架構適用性分析

B/S體系結構是建立在廣域網基礎上，主要利用不斷成熟的瀏覽器技術，結合瀏覽器的多種腳本語言，通過瀏覽器實現了原來需要復雜的專用軟件才能實現的強大功能。其優點： B/S模式的客戶端是PC上通用的瀏覽器，運營成本比C/S模式低；客戶端具有較好的用戶體驗基礎，易于操作；B/S模式軟件適于內網與外網的溝通，以及多樣性平臺的交叉部署。B/S架構的不足：B/S架構軟件的網絡適用范圍較廣，未知用戶的操作可控性不足，使得信息安全難與C/S架構相比較；B/S架構程序的應用模式是頁面式的，對于用戶需要操作非常態量數據時會出現訪問堵塞現象，使得信息交互的動態性不及C/S架構，造成了事務處理的延緩性[12]。

2.3 B/S與C/S的混合訪問架構

結合醫院日常業務的運轉情況，醫院信息系統總體軟件發展方向應是C/S與B/S同時存在，即利用C/S的響應高速性完成核心業務；利用B/S的易集成、易共享性建立綜合運營平臺[13]。

本文混合訪問架構的優化策略具有較強的擴展性。可以根據臨床的需要，配置不同科室、不同權限人員的訪問菜單界面，限制各自權限內的操作行為。如：醫生登錄界面具有開醫囑、書寫電子病歷等權限，護理登錄界面具有費用錄入、書寫護理記錄等權限。從而既可以避免瀏覽器端不必要的功能負擔，又符合輕量化瀏覽器客戶端的要求，又可以使得界面簡化直觀方便用戶操作，同時管理員可以安全地操作后臺數據。

本文的C/S和B/S實現均是基于Cache數據庫。B/S架構是Caché自身提供的前端實現方式，使用它進行開發可以達到與Caché服務器端最緊密的配合；C/S架構通過Caché提供的COM 組件連接到Caché服務，可以獲得對象和關系型的訪問能力。

在HIS中居于核心地位的是數據服務器管理的數據庫，兩個主要的訪問架構B/S與C/S，前者使用瀏覽器通過Web服務器和面向對象的訪問組件對數據庫進行操作[14]，而后者主要利用客戶端的應用程序通過數據訪問接口完成對數據庫內業務邏輯的處理[15]。

HIS根據訪問類型劃分內外區分模型和操作區分模型，將安全等級低的查詢操作開放給通過網絡瀏覽器訪問Web服務器的客戶，經過應用服務器來調取數據庫服務器的信息，完成基本的信息瀏覽行為。采用C/S架構的用戶主要是為了執行對數據進行維護和修改行為，且訪問量較大。據此設計的HIS網絡拓撲結構圖，見圖2。

圖2 HIS網絡拓撲結構圖

B/S模式的使用遍及了臨床醫療的主要業務：門診、急診子系統在客戶端通過瀏覽器訪問HIS處理病人診療、退藥申請、退費申請等；醫技子系統用于處理檢驗、檢查的申請、登記、補錄費用等；住院子系統分為醫生操作端和護士操作端，醫生端主要操作有醫囑單醫生醫囑錄入、電子病歷、手術管理和會診管理；護士端主要行為有醫囑處理和執行、費用管理、護理病歷；藥房管理子系統主要處理發藥行為；手術室管理子系統負責手術的安排進程管理。

C/S模式的使用主要有臨床子系統和檢驗檢查子系統，它不僅在臨床信息管理上成功集成了電子病歷、檢驗科室信息處理和PACS的功能，完成各系統的信息通訊，并且保障了性能穩定的可靠運行、節約數據庫存儲空間、易于進行數據庫的管理維護。

3 硬件布局

HIS的部署硬件起著關鍵作用。系統客戶端采用聯想一體機；機房主機/應用系統（包括服務器和存儲器）：HIS數據庫小型機為IBM POWER 770，HIS應用服務器為IBM X3850 X5；機房網絡設備，骨干交換機為Cisco 6509（VSS）、服務器交換機為Cisco 4900M和Cisco 4948，為了便于平衡訪問量減少集中訪問服務器的負擔，使用了負載均衡網絡的F5 BIG-IP 3600[16]。

4 運行效果

HIS的主要使用對象是醫生和護士，對運行效率普遍反應較為實時，通過對比就診量，效率有了一定程度的提高，從而提高了診療速度。同時系統數據管理人員也反映，數據安全性提高了，掉線發生率極低、數據庫同步備份能力強了。醫生及護士工作站界面，見圖3～4。

醫生工作界面功能菜單可根據需要自由配置，并提供集成界面可查看病人的歷次就診檢驗和檢查報告，方便根據病史確診、治療；醫囑錄入作為作為原始數據的唯一來源支持高效模糊查詢醫囑名、對于接收科室的智能選擇以及頻次、用法的提取；醫囑模板欄醫生可以將自己專科的藥物、操作維護好，減少重復輸入。

護士工作界面集成了護理工作的業務，護士能快捷完成護理工作，并自動生成護理記錄，使得護士能安全可溯的完成工作，并能從繁重的文書記錄中解脫出來。

患者數據包括基本信息、病史、診療過程、藥物使用情況、檢驗檢查報告等都能有效存儲，數據運行安全性好，數據運行效率高。

5 總結與展望

本文利用Caché數據平臺的優勢，開發了C/S與B/S混合架構的HIS，從而對數據實現了分類分權限管理，保證了系統的安全性和高效性。

但是，隨著人們對醫療服務的要求越來越高，更加重視服務體驗的高效性，因此需要進一步優化該系統架構，已期契合以病人為中心的理念。同時，后臺安全管理數據復雜性的提升也需要深入挖掘Caché數據庫的性能。

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圖3 醫生工作站界面

圖4 護士工作站界面

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本文編輯 王博潔

Development of Hospital Information System Based on Caché Database Hybrid Architecture

SHEN Bao-ming1, LIU Da-wei1, ZHU Shun-dong1, WU Xiao-wen2, XIN Hai-yan1, CHEN Jun-wei1

1.Department of Information Management, the Affiliated Hospital of Qingdao University, Qingdao Shandong 266003, China;
2.Community Health Service Center in Minjiang road, Hong Kong middle street, South District of Qingdao, Qingdao Shandong 266003, China

ObjectiveTo develop a safe and efficient hospital information system (HIS) and provide better hospital service.MethodsThe HIS was developed based on the advantage of the Caché data index management and the characteristics of C/S and B/S development framework.ResultsThe HIS based on C/S and B/S hybrid architecture was developed. The client of B/S architecture used browser to operate database through Web server and the object-oriented access components, and the client of C/S mainly used application program to handle business logic in database through data access interface.ConclusionThe new HIS has achieved the classification and safety management of the medical data, which can improve the efficiency of diagnosis and treatment.

hospital information system; C/S; B/S; Caché database; safe managment

TP311.52

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.08.032

1674-1633(2017)08-0120-05

2016-11-17

2017-03-03

本文作者：申寶明，碩士，工程師，主要研究方向為醫院信息系統、數字認證、數據挖掘。

作者郵箱：158974781@qq.com