基于Echarts技術的糖尿病病理數據可視化系統的設計

張枝令 阮群生

（寧德師范學院信息與機電工程學院 福建省寧德市 352100）

1 引言

伴隨著人們生活方式的不斷改變，糖尿病的患病率也在與日俱增[1]。除了藥物上的治療以外，進行開展糖尿病患者健康管理的重要性也在日益凸顯[2]。信息可視化技術可以輔助醫療人員實現數據處理的簡化，將糖尿病患者復雜龐大的病理數據用更一種直觀的方法來表達，從而達到減輕醫療人員工作負擔，提升醫療系統效率的最終目標[3-4]。

按糖尿病患者管理系統功能層層遞進的角度，可以將國內外主要的管理系統分為三類[5-13]：第一類，自我管理，其將主要重心放在為患者提供血糖相關數據的記錄上，并進行相關控糖知識的介紹。第二類，自我管理+溝通管理，在實現核心功能的基礎上，接入了醫生問診服務和社交服務。第三類，自我管理+溝通管理+第三方服務。通過分析可知，國外糖尿病患者管理系統將主要的核心功能放在了自我管理的這個模塊，沒有過多得加入溝通管理功能以及第三方服務；相比之下，國內的糖尿病患者管理系統提供的功能比較全面，在自我管理的基礎上，會融合溝通管理以及第三方服務等功能。

本文針對糖尿病數據可視化需求，全面闡述系統的設計技術和策略，籍此為糖尿病病理數據可視化系統的研發提供借鑒。

2 系統需求分析

本系統針對的目標用戶主要是糖尿病慢性病的相關醫療人員，包含醫生和護士，以及擁有相關從業資格證的工作人員等。這部分人員擁有專業的醫療知識，并且多年與糖尿病患者打交道，有豐富的糖尿病管理實踐經驗。同時，由于本文國家的醫療系統的現狀，這部分人的時間壓力往往比較大，需要有能夠幫助他們進行診斷，分析病情的工具。

當前，糖尿病這種疾病已然成為擺在全世界人類健康危機面前的非傳染性疾病之一[11]。在本文國家，糖尿病患者的統計數量正在隨著年份地增長而增長，本文國家已經成為這個世界上糖尿病患者數量最多的國家[14]。糖尿病患者管理系統能夠幫助糖尿病患者進行更好的自我管理，也能幫助醫療人員進行輔助管理，還有利于社會第三方接入相關的服務功能。但是大多數糖尿病患者管理系統的醫生服務端都將重點放在了與患者的遠程問診上，而缺少了對醫生端的診斷的輔助?，F在醫生的時間普遍比較緊張，想要了解患者信息就只能通過傳統的醫療數據報告，需要反復地查看患者的血糖數據，各項指標和并發癥概率，而人腦對于書面信息的處理沒有視覺信息處理來的容易，將復雜的醫療數據可視化，能夠加快醫生和患者溝通的效率，提高醫生分析數據的速度，更好地從結果追溯原因，進行分析和決策。醫療人員想要通過糖尿病患者管理系統查看相關病患的各項身體指標，更直觀地了解患者的身體情況，并且快速地與患者進行溝通聯系。同時，醫院方面也希望整合所擁有的全部患者各項數據，從整體上摸清所有患者的管理情況，從而掌握醫院乃至當地的糖尿病患者大樣本分析，尋求糖尿病更高效優秀的管理模式。所以，在這個基礎上，本文充分利用互聯網終端的廣泛應用和平臺優勢，設計一款面向醫療人員的糖尿病患者管理系統，輔助醫療人員進行糖尿病患者的管理。可視化分析與線上管理相結合，滿足醫療人員進行單一患者的病情的快速分析，也滿足醫療人員掌握糖尿病患者整體管理情況的需求。

本系統依托醫療人員專業的知識和豐富的臨床經驗，解決糖尿病患者數據利用率低的問題，進行可視化系統的開發，簡化醫療人員的信息處理步驟，提高診斷管理的效率，充分挖掘糖尿病患者大樣本數據的醫療價值，進而達到幫助患者穩定血糖的目的。系統功能用例圖如圖1所示。

圖1：系統功能用例圖

3 系統設計

（1）軟件體系架構設計?？梢园严到y進行分層設計，每層中模塊的邏輯功能獨立，這樣有利于系統的維護，亦有利于系統功能升級換代。在用戶層上，系統使用用戶僅需安排少量的支持系統運行結果可視化的插件，安裝常見的瀏覽器軟件，用戶本機可連接英特網前提下，用戶即可操作系統功能模塊。在應用層上，設計有患者信息查詢、其它信息查詢、個人中心、患者管理等子模塊，其中前三者與信息可視化系統設計數據交互接口，子模塊運算的結果由可視化系統進行三維展示，患者管理由通訊信息接口同醫院MIS系統進行數據交互，以獲取患者的資料。為獲取醫院MIS系統中的數據，應設計一個服務層，在該服務層上，應設計數據服務和通信服務組件，通過這兩個組件為應用層提供不透明的數據和通訊服務。本系統總體架構設計如圖2所示。

圖2：系統架構

（2）系統技術路線設計。在設計本系統時，前端模塊可使用VScode 來進行代碼的編輯，開發和優化，使用Django基礎架構[15]，利用原生前端開發工具和Bootstrap前端框架來進行前端頁面的搭建，并使用Echarts可視化開發工具構建可視化圖表，為醫療人員開發構建可視化系統。針對部分系統的數據，可使用Excel軟件作為存儲和交換的中間載體。系統設計技術路線直觀表述如圖3所示。

圖3：系統設計技術路線

（3）系統核心功能模塊設計。為了滿足醫生和患者兩類用戶的需求，系統核心功能模塊可設計有患者管理、個人中心、患者信息查詢等，其中患者管理又需設計查看患者信息、查看患者詳情等子模塊，患者信息查詢又包括病癥關系數據可視化、疾病關系可視化、患者數據交互等子模塊。具體如圖4所示。

圖4：系統核心功能設計

4 系統實現與展示

由于系統功能模塊較多，下面僅列出患者信息查詢功能核心模塊的實現情況。這個模塊主要是從患者整體樣本上進行數據的分析，包括患者樣本中的數據比例，探尋年齡段和以及性別是否與并發癥有關，以及不同疾病之間的共性，從而達到挖掘大樣本數據的價值。主要分為以下三個模塊：

（1）數據分布。主要是由三個餅圖構成，雖然肉眼對面積的大小不敏感，在大部分情況下都是用柱狀圖來代替餅圖進行展示[16]，但是有一種情況比較特殊，就是在成分較少且用來表示占比的情況下，本文的數據分布主要就是用來表示比例：在性別分布圖中，是為了表現出樣本里男女的比例；在并發癥分布圖中，目的是體現患糖尿病視網膜病變這種并發癥的比例；在異常指標分布圖中，可以查看27個體檢指標中異常的比例，同時，為了能夠在異常指標中切換，本文還需要設計一個選擇下拉框，能夠讓醫療人員選擇想要查看的異常體檢指標比例。部分界面設計如圖5所示。

圖5：數據分布

（2）不同年齡段的并發癥比例柱狀圖和血壓啞鈴圖。這部分主要是由兩個圖構成：

1.不同年齡段的并發癥柱狀圖，在不同年齡段的并發癥柱狀圖中，是為了體現不同性別在不同年齡段的患并發癥比例，由于此處的成分比較多，所以不選擇餅狀圖而是選擇堆疊柱狀圖這種占比類圖來表示不同部分數據在總體數據中的占比。在柱狀圖的基礎上，還添加了兩條折線圖，因為折線圖可以用來表達趨勢[17]，所以分別用來表示不同年齡段中糖尿病的患病比例和患糖尿病視網膜病變并發癥的比例，醫療人員可以借此探索分析這兩種疾病與年齡之間的關系。因為在觀察年齡段與并發癥的時候可能要利用到患者的血糖數據，于是，在柱狀圖和血壓啞鈴圖之間構造了一個關聯，通過選擇柱狀圖展示的年齡段，可以篩選在血壓啞鈴圖中展示的年齡段數據。部分界面設計圖如圖6所示。

圖6：不同年齡段的并發癥柱狀圖

2.血壓啞鈴圖。在這個部分中，還有一張血壓啞鈴圖，主要是用來表示樣本中患者的血壓數據：血壓有收縮壓和舒張壓，用綠色的節點來表示正常的收縮壓和舒張壓，為了能夠更快速地提醒醫療人員，對于異常的收縮壓，本文將綠色的節點更改為向上的紅色箭頭，而對于異常的舒張壓，本文采用向下的橙色箭頭用來警示。同時，用不同顏色的線條來表示有無并發癥：橙色線條代表有并發癥，藍色線條代表沒有并發癥。在血壓觀察中，還有一個重要的指標是BMI數據，即身體質量指數，本文將BMI劃分為三個層次：體重正常，體重過輕和體重過重，本文用節點的高低來表示BMI的大小，用顏色的深淺來區分體重的三個指標。在血壓啞鈴圖中，醫療人員有時候需要按照不同的順序來查看患者血壓，所以在系統中添加的三種排序方式，分別是按ID升序，按年齡升序和按BMI升序。同時，為了方便醫療人員在發現異常的時候快速進行跳轉，本文在坐標軸上添加了“查看詳情”按鈕，通過點擊坐標軸就可以快速達到患者信息頁，這樣的操作過程相比于手動搜索能夠更加簡潔。部分界面設計圖如圖7所示。

圖7：血壓啞鈴圖

（3）疾病關系圖。在進行糖尿病相關疾病的調研中，有時候為了找到它們之間的共性和個性，需要利用相關性來進行調查。關系圖能夠充分展示節點之間的相互聯系的關系，本文用節點的大小來表示樣本中患病人數的多少，用節點之間聯系的粗細來表示樣本中同時患兩種疾病的人數的多少。同時，為了調研每種相關疾病與糖尿病及并發癥的關系，在系統中設置了一個環狀餅圖，內圈用來表示患糖尿病視網膜病變并發癥在患該疾病人群中的比例，外圈用來表示患糖尿病在患該疾病人群中的比例。根據需求分析，本文還需要能夠按照相關疾病的重要性對疾病關系圖的節點進行篩選，通過右上角的滑塊，就可以實現按重要性篩選節點。同時，也可以點擊圖例，讓醫療人員能夠按自己需要的角度出發去查看疾病關系。部分界面設計圖如圖8所示。

圖8：不同疾病之間的關系

5 結論

信息可視化的重點就是將定性定量的數據屬性描述轉化為圖形表示，借助各種圖像信息達到圖形和圖像的映射。將信息可視化利用到糖尿病管理系統上，能夠優化醫療人員的工作體驗，從大樣本數據剖析，得到更優秀的血糖管理方案和管理計劃。本文主要在圍繞糖尿病數據可視化系統展開，首先介紹了該類系統的主要功能需求，接著從系統設計框架、系統設計技術路線及功能模塊的設計等多角度，從技術層面，較為全面地闡述了系統設計內容?；谙到y需求分析和系統設計基礎上，本文實現了系統的功能模塊，從系統運行實際結果表明，本文提出的方法較為合理，能夠達到糖尿病患者基礎數據的可視化要求?？蔀獒t生提供有價值的參考。未來工作是采用云端的方式儲存數據，做到聯機使用，開發APP版本以及小程序版本，使得系統能夠被部署在手機、IPAD等便攜式終端，以此方便用戶的使用。