基于微服務架構(gòu)體系的醫(yī)院一體化治療平臺設計與實踐

姜又琳，張紅，張金輝

中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院 信息管理中心，北京 100053

引言

隨著醫(yī)院信息化的快速發(fā)展，2018年8月，國家衛(wèi)健委發(fā)布了《關于堅持以人民健康為中心推動醫(yī)療服務高質(zhì)量發(fā)展的意見》[1]；2021年6月，國務院辦公廳印發(fā)了《關于公立醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展的意見》[2]，這2個重要文件中，中共中央、國務院均要求醫(yī)院以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為目標，規(guī)劃頂層設計，進一步強調(diào)信息化的支撐作用；醫(yī)院需全力推動醫(yī)療服務與云計算、大數(shù)據(jù)、5G等新信息技術深度融合。同時2個文件均重點強調(diào)要推進電子病歷、智慧服務、智慧管理“三位一體”的智慧醫(yī)院建設和醫(yī)院信息標準化建設。2020年5月，國家衛(wèi)生健康委印發(fā)了《關于進一步完善預約診療制度加強智慧醫(yī)院建設的通知》[3]，明確強調(diào)醫(yī)院信息化建設需以電子病歷為核心，進一步推進醫(yī)院信息化建設，全面提升臨床診療工作的智慧化程度。按照《電子病歷系統(tǒng)應用水平分級評價管理辦法（試行）及評價標準（試行）的通知》[4]要求，需推進醫(yī)院內(nèi)部信息系統(tǒng)集成整合。

我院高度重視信息化建設在醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展中的支撐作用，圍繞“優(yōu)勢突出、服務領先、管理科學、患者滿意、員工幸福”的總體目標，按照網(wǎng)格化布局，總體規(guī)劃、分步實施，全面推進一體化管理，構(gòu)建形成與高質(zhì)量發(fā)展相一致的醫(yī)療、服務、管理“三位一體”的智慧醫(yī)院體系[2]。

在智慧醫(yī)院信息化建設過程中發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院大部分科室在對患者治療的過程中仍采用傳統(tǒng)手工記錄的形式，針對患者的治療預約處于無序狀態(tài)，治療過程各環(huán)節(jié)無記錄和留痕。因此，亟需新建醫(yī)院一體化治療平臺。本研究基于微服務架構(gòu)體系[5]，探索微服務技術在院內(nèi)一體化治療平臺設計中的優(yōu)勢及可行性，旨在滿足醫(yī)院治療一體化平臺的應用需求，對治療過程中各環(huán)節(jié)均有記錄，實現(xiàn)各科室治療全流程閉環(huán)管理。

1 國內(nèi)治療信息系統(tǒng)現(xiàn)狀及需求

從國內(nèi)外治療信息系統(tǒng)的發(fā)展來看，國內(nèi)治療信息系統(tǒng)起步較晚。目前，國內(nèi)醫(yī)院的治療信息系統(tǒng)大多是針對?？萍膊』蛘邇H單一部門應用的專科治療系統(tǒng)[6-7]，沒有支持全院各科室治療的記錄信息系統(tǒng)，以及能形成治療全流程的閉環(huán)管理的綜合一體化平臺。2018年，國家衛(wèi)健委發(fā)布的《關于印發(fā)電子病歷系統(tǒng)應用水平分級評價管理辦法（試行）及評價標準（試行）的通知》[4]中明確強調(diào)，治療信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要互聯(lián)互通，并能在統(tǒng)一的平臺上展示；同時，該系統(tǒng)需具備過程數(shù)據(jù)采集、記錄與共享功能，實現(xiàn)治療全流程閉環(huán)管理。

通過調(diào)研醫(yī)院針灸科、針灸康復科、推拿科和皮科等科室需求，發(fā)現(xiàn)需求信息：① 1個治療療程包含多次治療，不同項目治療間隔時間不同、治療次數(shù)也不相同，系統(tǒng)需要有患者預約和排班功能，同時將治療設備數(shù)和預約數(shù)關聯(lián)；② 需要系統(tǒng)能詳細記錄每次治療中的治療起始時間、治療部位（穴位）、執(zhí)行人等信息；③ 患者治療前后均能進行評估，可觀察患者治療效果；④ 由于患者信息屬于個人隱私信息，系統(tǒng)需具備絕對的安全性，保證患者信息安全；⑤ 當患者多、頻繁訪問系統(tǒng)時需及時響應，并具備穩(wěn)定性；⑥ 針對科室特點，能夠個性化定制系統(tǒng)功能；⑦ 可自動統(tǒng)計治療工作量。

2 系統(tǒng)設計思路

本研究基于Spring Cloud微服務架構(gòu)體系搭建醫(yī)院一體化治療平臺，以Spring Boot為基礎實現(xiàn)微服務框架[8]。針對醫(yī)院各科室治療過程中的特點對信息系統(tǒng)進行個性化設計，它可以按不同科室建立不同的治療子應用，各子應用采用token令牌化進行了統(tǒng)一登錄驗證的設計[9]。該平臺能夠根據(jù)不同業(yè)務部門需求，在同一個通用平臺架構(gòu)布署治療子應用，實現(xiàn)各子應用敏捷開發(fā)、實施、運維管理和持續(xù)升級。在統(tǒng)一的底層基礎平臺、中間件、數(shù)據(jù)資源池、云服務器等通用功能模塊上，新的子應用的搭建只需提交業(yè)務代碼到統(tǒng)一的代碼庫，針對業(yè)務需求進行個性化配置，系統(tǒng)會自動生成科室業(yè)務模型，從而實現(xiàn)個性化治療業(yè)務需求下部門治療子系統(tǒng)的敏捷開發(fā)、應用和運維管理[10]。我院一體化治療平臺總體架構(gòu)設計了4層，分別是數(shù)據(jù)層、基礎層、微服務層和應用層，見圖1。

圖1 醫(yī)院一體化治療平臺總體技術架構(gòu)設計圖

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層運行的是醫(yī)院一體化治療平臺的數(shù)據(jù)庫和本地緩存數(shù)據(jù)。治療平臺的數(shù)據(jù)源主要分為2部分：① 與醫(yī)院管理系統(tǒng)（Hospital Information System，HIS）對接的治療業(yè)務數(shù)據(jù)；② 治療平臺前端應用的數(shù)據(jù)。收集數(shù)據(jù)后，通過統(tǒng)一標準格式將業(yè)務或運維數(shù)據(jù)傳輸至微服務層，并根據(jù)業(yè)務和安全需要進行處理；最后，將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)源處進行二次處理。

2.2 基礎層

基礎層客戶端請求使用https加密保護，使用Nginx對加密請求進行卸載處理。同時，通過動態(tài)路由的方式，服務網(wǎng)關將請求發(fā)送到相關的后端服務集群，本質(zhì)上是對后端服務封裝后統(tǒng)一展示給前端服務。服務網(wǎng)關通過收集訪問日志信息，分析日志內(nèi)容后可以有針對性地對后臺系統(tǒng)進行進一步優(yōu)化。作為內(nèi)部系統(tǒng)的邊界，服務網(wǎng)關還具備限流、容錯、身份認證和安全性監(jiān)控等功能，保證了信息交換、數(shù)據(jù)交互的安全，滿足國家信息安全和保密的相關要求[11]。

2.3 微服務層

微服務層將應用層的實際業(yè)務，如門戶登錄、患者信息同步、治療評估、治療登記和治療執(zhí)行等拆分成獨立的微服務單元后，每個微服務單元均提供功能點單一、微粒度的服務。它們只處理單一業(yè)務功能，其具備伸縮性好、耦合度低的優(yōu)勢；同時，功能不同的微服務均可獨立開發(fā)，不受限于單一程序語言，具備良好的可擴展性。應用層的所有功能請求均通過動態(tài)配置中心調(diào)用多個目標微服務，每個微服務都是以集群方式布署，它們可互相調(diào)用且有復雜的關聯(lián)性。微服務分為前端服務和后端服務，前端服務主要服務于外部應用請求調(diào)用，單個或多個后端服務經(jīng)過統(tǒng)一封裝，服務于前端服務一次性調(diào)用或多次調(diào)用。微服務層設計包含多個Docker容器，每個Docker容器中可同時運行多個前端微服務和后端微服務，它們以鏡像的形式存在。有別于傳統(tǒng)技術需在每臺服務器上安裝運行環(huán)境的方式，本研究采用Docker容器技術可將基礎環(huán)境鏡像和容器內(nèi)的微服務一起封裝為新的鏡像，以集群的方式簡單快速地布署在服務器上，即使服務器運行環(huán)境發(fā)生改變也不用重新安裝運行環(huán)境，這樣可更好地保證醫(yī)院一體化治療平臺的規(guī)模和模塊的易擴展性[12]。同時，微服務層中的動態(tài)配置中心服務支持微服務運行期間動態(tài)管理微服務參數(shù)，例如，監(jiān)控訪問流量動態(tài)后實施管理數(shù)據(jù)服務。

2.4 應用層

該層根據(jù)中醫(yī)治療業(yè)務的需要，以需求為導向，根據(jù)各個業(yè)務科室不同的治療業(yè)務特點和治療流程設計各業(yè)務治療子系統(tǒng)。應用層還包括統(tǒng)一管理平臺、用戶登錄管理、業(yè)務治療信息采集、查詢和錄入等應用功能。同時，平臺根據(jù)業(yè)務實際情況和網(wǎng)絡三級等保要求布署了相應的安全策略和安全設備。

基于微服務架構(gòu)體系的醫(yī)院一體化治療平臺為了應對高并發(fā)訪問，所有微服務應用以集群形式布署，通過負載均衡的方式動態(tài)配置容量功能[13]。當用戶流量達到閾值，微服務架構(gòu)可以自動調(diào)整容量上限使虛擬服務器保持高性能；同時，可自動分配應用傳入流量到各子應用中。該治療平臺在應用的可靠性、便捷性和易用性方面均有明顯的優(yōu)勢。

3 基于微服務架構(gòu)的醫(yī)院一體化治療平臺的設計與應用

基于微服務架構(gòu)的醫(yī)院一體化治療平臺包含統(tǒng)一門戶登錄、患者管理、治療評估、治療登記、治療執(zhí)行、治療統(tǒng)計、項目維護、文書維護、文書權限、字典管理、權限管理、CA簽名等功能模塊。目前，已在我院具有中醫(yī)特色治療的針灸科、推拿科、針灸康復門診、皮科、放療中心和PICC護理門診等科室上線（圖2）。一體化治療功能架構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 醫(yī)院一體化治療平臺管理界面

圖3 一體化治療功能架構(gòu)

我院治療平臺根據(jù)數(shù)據(jù)標準化原則，堅持以臨床科室治療需求為導向，在保證業(yè)務數(shù)據(jù)安全可靠的前提下對全院治療業(yè)務流程進行統(tǒng)一規(guī)劃和布署，旨在完善患者的治療閉環(huán)管理流程，實現(xiàn)治療過程各個環(huán)節(jié)有記錄、可監(jiān)控。全院不同科室的治療技師和醫(yī)療業(yè)務管理人員均可同時管理來自門診及住院的患者，在該平臺統(tǒng)一進行登記、評估、執(zhí)行、記錄、統(tǒng)計等工作，實現(xiàn)全院治療業(yè)務一體化。從醫(yī)生到技師，業(yè)務流程無紙化，患者信息、診斷信息自動同步HIS，技師無需二次錄入，信息準確、及時，避免誤操作，提高工作效率的同時方便統(tǒng)計查詢與問題回溯。

結(jié)合我院實際情況以及業(yè)務科室醫(yī)生和治療技師的需求，設計適用于我院門診和住院患者治療評估、治療流程的一體化平臺業(yè)務流程，見圖4。

（1）對于門診患者，臨床科室通過門診醫(yī)生站開具治療單，治療系統(tǒng)實時同步HIS中的治療項目，根據(jù)治療單自動分配預約時間段（也可到治療室再預約時間）?；颊叩绞召M處繳費后去治療室進行登記，由治療技師對患者進行治療前的評估，給出治療方案和治療計劃安排?；颊哌M行治療，完成1個治療療程后，對其治療情況進行評估，系統(tǒng)自動推薦后續(xù)治療方案。

（2）對于住院患者，由管床醫(yī)生根據(jù)患者情況在住院醫(yī)生站中開具治療醫(yī)囑，治療系統(tǒng)實時同步HIS中的治療醫(yī)囑，根據(jù)治療醫(yī)囑自動分配預約時間段（也可到治療室再預約時間）?；颊叩街委熓矣芍委熂紟煂ζ溥M行登記、治療前的評估，做好評估后，給出治療方案和治療計劃安排。患者進行治療，完成1個治療療程后，對其治療情況進行評估，系統(tǒng)自動推薦后續(xù)治療方案。住院患者治療自動計費，出院時結(jié)算。

3.1 智能預約排班

智能預約排班功能可以根據(jù)治療器械或設備設置治療預約資源池，治療技師可以根據(jù)設備情況自主定義預約時間段和數(shù)量，可根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整預約號數(shù)量。預約排班可按照周期設置排班模板，排班結(jié)果按照日歷圖形化展示預約明細信息。支持即時打印預約清單，可通知和提醒患者和治療技師預約情況。

智能預約流程可以分為自動預約和手動預約：① 自動預約在系統(tǒng)設置預約時間段后，醫(yī)生站開完治療醫(yī)囑或者治療申請單后根據(jù)設置規(guī)則自動產(chǎn)生治療項目預約時間段；② 手動選擇預約時間為醫(yī)生開具治療醫(yī)囑或者治療申請單后，治療室人員安排患者具體預約時間。

3.2 治療評估

治療評估以療程為評估周期，分為治療前評估和治療后評估，實現(xiàn)患者治療全流程電子記錄，治療電子記錄與全院電子病歷系統(tǒng)互聯(lián)互通。同時該功能支持分級權限控制，完成后鎖定不能修改。

治療前評估是基于患者360°全息視圖中患者的歷次就診情況、檢查檢驗信息和歷史病歷情況制定詳細治療計劃。治療前評估單主要分為3類：① 高風險患者評估表，若患者經(jīng)評定為高風險患者，系統(tǒng)會自動提示；② 治療情況評定量表，如Berg平衡量表評價表、Barthel指數(shù)評價記錄表和上肢關節(jié)活動度評價記錄表等20余個評價表，根據(jù)患者治療情況評定的分數(shù)或者情況信息可以自動推薦治療方案，表單保存支持CA簽名；③ 患者相關治療知情同意書，如水罐治療知情同意書、透皮導入治療（水光針）知情同意書和黑光治療知情同意書等10余項知情同意書，電子知情同意書采用患者CA簽名和指紋錄入的方式，具備法律效力。

患者完成一個療程的治療后，治療室人員會根據(jù)患者治療后的情況進行效果評價，即治療后評價，根據(jù)評價效果系統(tǒng)自動推薦下一次治療方案，評估單完成后即時鎖定不能修改?；颊咴谝惑w化治療平臺中所有的治療信息明細包括治療項目、治療時間、治療次數(shù)和治療評估單等均可在全院電子病歷系統(tǒng)中通過360°全息視圖查詢。

3.3 治療閉環(huán)流程

3.3.1 閉環(huán)流程

當天有治療計劃的患者根據(jù)患者唯一索引號或者姓名（支持模糊查找或掃描條碼/二維碼直接定位患者），檢索出當天信息治療計劃，如果有信息，則分配相應的治療組或者治療技師進行治療登記，分配后僅支持查看本組內(nèi)患者。支持按照治療項目自動進行治療組分配，合理規(guī)劃和安排治療人員的工作任務，減少治療人員的工作量，提高治療室的整體工作效率。治療項目可根據(jù)實際情況再次拆分，轉(zhuǎn)變成為治療技師實際需要進行治療的次數(shù)展示，并可對每次治療項目單獨進行操作和排期。

治療執(zhí)行模塊會詳細記錄治療閉環(huán)全流程的時間點和實際治療時長，以及實際治療閉環(huán)過程中治療明細信息，如部位、方式、強度、頻次和備注等信息。治療執(zhí)行過程中可以查詢患者360°全息視圖信息、歷次治療歷史記錄、治療評估單和開單醫(yī)生等信息。每次治療結(jié)束記錄中包括時間點在內(nèi)的所有治療明細信息均會鎖定，不能修改，并共享到全院電子病歷系統(tǒng)記錄中。治療項目可以根據(jù)實際情況取消或者退回，并對高風險和未完成知情同意書的患者進行智能提醒和限制操作。

3.3.2 具有中醫(yī)特色的系統(tǒng)功能

我院一體化治療平臺在系統(tǒng)功能上也具備中醫(yī)特色的治療平臺的功能，包括：① 治療過程中評估表單的評估信息中包含辨證施治，中醫(yī)望、聞、問、切四診，舌象，脈象，辨證依據(jù)，治則治法等中醫(yī)特色的內(nèi)容；② 治療項目信息錄入功能中支持錄入非藥物中醫(yī)技術治療項目，提供非藥物中醫(yī)技術治療項目標準字典；支持針灸治療項目錄入穴位、治法、針法、灸法及留針時間等內(nèi)容；支持推拿治療項目錄入部位、治法、手法、治療時間等內(nèi)容[14-15]。

3.4 治療統(tǒng)計

治療統(tǒng)計功能支持各治療科室分別按照不同的規(guī)則進行工作量的計算統(tǒng)計與展示：① 按科室病區(qū)統(tǒng)計：可選擇科室（全院所有科室）、病區(qū)（全院所有病區(qū)）、搜索（按項目搜索）顯示相應數(shù)據(jù)；② 按照治療組統(tǒng)計：統(tǒng)計范圍（本人、本組、本科）、執(zhí)行日期篩選、搜索（按項目、醫(yī)生維度查詢，列表）顯示相應的數(shù)據(jù)。避免以前手工統(tǒng)計紙質(zhì)表單的繁瑣工作，實現(xiàn)臨床治療全流程無紙化。

4 應用效果

醫(yī)院一體化治療平臺在針灸科、推拿科、皮科和康復科等多個科室上線以來，實現(xiàn)了患者治療全流程閉環(huán)管理和治療預約，滿足了智慧醫(yī)院建設中電子病歷和智慧服務建設的指標要求。上線6個月以來，我院治療一體化平臺記錄患者數(shù)據(jù)達158426人次，治療項目的結(jié)構(gòu)化記錄數(shù)達362533條，其中各科室患者治療執(zhí)行記錄完整性高達95%以上。

本平臺對各科室治療業(yè)務進行統(tǒng)一監(jiān)管，它存儲了全院所有治療項目的治療情況?？赏ㄟ^系統(tǒng)監(jiān)控后臺得到全院治療科室的治療服務請求數(shù)、系統(tǒng)吞吐量、單個請求響應時間等系統(tǒng)運行指標；系統(tǒng)還可以通過預警及時解決系統(tǒng)異常、服務異常、數(shù)據(jù)異常等問題。以2022年1—6月為例，系統(tǒng)運行指標統(tǒng)計情況如表1所示。由圖5可以看出，自2022年1月上線以來系統(tǒng)通過不斷地優(yōu)化和推廣，一體化治療平臺的日平均請求數(shù)和系統(tǒng)吞吐量上升明顯，6月的日平均請求數(shù)較1月提升1.5倍，吞吐量提升41倍。表明該系統(tǒng)性能極大提升的同時，系統(tǒng)運行也日趨穩(wěn)定。

圖5 2022年1—6月治療一體化平臺系統(tǒng)運行指標趨勢圖

表1 2022年1—6月一體化治療平臺系統(tǒng)運行指標統(tǒng)計（±s）

表1 2022年1—6月一體化治療平臺系統(tǒng)運行指標統(tǒng)計（±s）

時間 日平均請求數(shù)/次 吞吐量/（請求數(shù)/s） 單個請求平均響應時間/ms 日均錯誤數(shù)/次1月 183025.35±345.27 83.26±14.72 1165±254 375.27±35.13 2月 235607.28±256.32 142.65±29.21 680±186 322.46±25.36 3月 281054.65±245.72 430.11±85.28 456±124 326.19±23.37 4月 327806.33±186.27 847.50±47.70 354±75 152.50±18.60 5月 454343.27±152.60 2912.62±168.25 103±25 114.33±16.74 6月 465788.50±145.67 3529.40±155.28 85±21 48.60±12.30

基于微服務架構(gòu)體系，該平臺可通過負載均衡的方式動態(tài)配置系統(tǒng)容量，能更高效地實時處理多科室多患者的并發(fā)性治療服務應用請求，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性均優(yōu)于院內(nèi)同等量級信息系統(tǒng)。針對不同治療業(yè)務流程，有別于傳統(tǒng)信息系統(tǒng)開發(fā)流程，該一體化治療平臺均可根據(jù)科室特點定制化設計該科室治療業(yè)務系統(tǒng)，最短在3個工作日內(nèi)完成該科室治療系統(tǒng)的上線，較傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)省略了再次研發(fā)和測試環(huán)節(jié)，僅通過微服務模塊化配置，極大地縮短了系統(tǒng)上線周期，可進一步滿足院內(nèi)各科室業(yè)務定制化需求。同時，通過治療系統(tǒng)可以個性化預約患者治療時間，支持按照治療項目自動進行治療組的分配，合理地規(guī)劃和安排治療人員的工作任務，減少治療人員的工作量，提高治療室的整體工作效率。

5 討論與總結(jié)

本文的一體化治療平臺以臨床科室治療需求為導向，通過Spring Cloud的微服務框架搭建醫(yī)院一體化治療平臺，根據(jù)業(yè)務需求在同一個通用平臺架構(gòu)布署治療子應用，實現(xiàn)各子應用敏捷開發(fā)、實施、運維管理和持續(xù)升級。在保證業(yè)務數(shù)據(jù)安全可靠的前提下，對全院治療業(yè)務流程進行統(tǒng)一規(guī)劃和布署，更好地實現(xiàn)了治療過程中各環(huán)節(jié)有記錄、可監(jiān)控且能追溯的目的，最終完成患者治療過程的閉環(huán)管理。基于微服務架構(gòu)體系，本治療管理系統(tǒng)用戶便捷性和擴展性均優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信息系統(tǒng)；同時，平臺通過負載均衡的方式動態(tài)配置系統(tǒng)容量，能更高效地實時處理多科室多患者的并發(fā)性治療服務應用請求，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性均優(yōu)于院內(nèi)同等量級信息系統(tǒng)。全院治療項目均可通過該一體化治療平臺進行預約、過程記錄和效果評價，極大地提升了醫(yī)護人員的工作便利性和工作效率，實現(xiàn)了治療全流程閉環(huán)管理的目標。隨著信息化的不斷發(fā)展，治療服務還需要與云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、5G等新一代信息技術深度融合，形成分區(qū)域、分層級和分階段的治療服務體系平臺和治療信息大數(shù)據(jù)平臺，并借助治療平臺應用數(shù)據(jù)的積累，通過人工智能和數(shù)據(jù)挖掘技術將治療?？茢?shù)據(jù)形成知識庫，應用于科研課題。通過對治療?？茢?shù)據(jù)的有效處理和應用，傳承治療過程中名醫(yī)經(jīng)驗，進而向患者提供更安全、高效的治療服務。