基于大數據技術的超大型三甲醫院多院區信息系統

摘要：為了解決現有大型醫院多院區信息系統存在的響應時間過長問題，本文基于大數據技術，針對超大型三甲醫院多院區信息系統展開設計與研究。硬件部分設計了IBM LinuxONE大型主機服務器和SSD儲存硬盤，軟件部分構建了醫院多院區信息化架構，基于大數據技術設計了醫院數據信息處理模型，設計信息系統的功能模塊，實現醫院多院區信息化管理。通過實驗結果表明，設計的醫院多院區信息系統在用戶數量逐漸增加的條件下，響應時間始終保持在3s以下，能夠滿足醫院信息系統的實時性需求，有一定的應用價值，可以作為后續醫院信息系統優化的參考。

關鍵詞：大數據技術；三甲醫院；多院區；響應時間；信息系統

一、引言

為了適應互聯網時代背景下臨床智能化、管理精細化、就醫便捷化和精準醫療發展的需求，許多大型醫院紛紛開始研究多院區信息系統[1]。這些信息具有數據體量大、數據種類多的特點[2]，因此各個信息系統不僅要保持現有系統的原有功能，同時要滿足政策性軟件需求，建設的內容也要與醫院對內對外的其他系統接口對接，推動醫院向一體化、智慧化發展。研究表明，醫院的服務業態、發展形態、創新思維模式、管理模式和服務模式均需要以信息化作支持[3]。

近幾年，我國部分醫院的信息化水平得到了提升，在信息安全、日間手術信息化管理等領域保持領先水平[4]。有研究學者設計針對藥物臨床試驗的信息管理系統，來提高多種信息數據的管理效率，設置項目管理與維護的管理模塊，并對多種項目開展大數據統計與分析，實現數據查詢與質控的信息化管理[5]。但是該系統使用多數據庫信息孤島模式完成數據處理的過程中，容易受到醫院內部信息總量的影響，降低系統的響應能力，導致響應時間過長，不能滿足目前醫院的信息化發展的實時性需求。

大數據技術可以改變現有的數據庫模式，創設高性能、多系統共享數據庫模式，實現醫院業務應用系統的不間斷服務，從而有效地提高信息系統的處理效率。因此，本文基于大數據技術，設計了新型大型醫院多院區信息系統，以期降低系統響應延時，為后續醫院的信息化發展提供一定的技術支持。

二、硬件設計

（一）IBM? LINUXONE設計

為了提高設計系統的網絡傳輸可靠性，本文選取IBM LinuxONE大型主機服務器作為設計系統的核心傳輸中繼設備。IBM LinuxONE劃分為4個LPAR邏輯分區，其中兩個LPAR作為生產分區，兩個LPAR作為測試維護分區，2個LPAR各自裝上一套z/VM虛擬化操作系統，兩個生產z/VM系統各自運行若干套數據庫虛機，數據庫采用Oracle RAC的方式組成集群，Oracle RAC的兩個節點分別部署在兩個z/VM系統上。數據庫虛機虛部署HIS、LIS、OA數據庫等。另外，兩套z/VM系統分別安裝WAVE圖形化軟件以方便運維及測試。IBM LinuxONE的主要參數如下表1所示。

應用IBM LinuxONE大型主機服務器可以快速進行以太網接口轉換，將基于IBM z13，最多可安裝141個處理器、10TB內存，可支持8000臺虛擬機同時工作。支持Apache Spark、MariaDB、PostgreSQL和Chef等開源軟件。實現多個終端設備互聯，提高系統的使用性能，最大程度上降低系統的響應延時。IBM LINUXONE的LPAR邏輯分區和同城異地的oracle數據庫災備能夠保障多院區信息系統的正常運行。

（二）SSD儲存硬盤

設計的多院區信息系統屬于大型信息系統，其涉及的數據文件十分復雜，總量也較高，難以進行儲存，因此本文為了提高系統存取文件的速度，降低系統的啟動耗時，選取SSD儲存硬盤作為系統的固態硬盤，該固態硬盤的組成結構如下圖1所示。

由圖1可知，該固態硬盤主要由緩存中心、主控中心，以及多個閃存顆粒組成，其容量高達256GB，最高順序讀為540MB＼s，最高順序寫為420MB＼s，且兼容SATA 1.5＼3.0＼6.0 Gbps規范[8]。為了提高系統的儲存性能，SSD硬盤內部使用Error Correction Code機制，并結合動態＼靜態wear-leveling技術提高硬盤的使用壽命。不僅如此，該硬盤使用S、M、A、R、T進行動態電源管理[9]，支持Trim and NCQ（Native Command Queuing）管理指令。綜上，選取的SSD儲存硬盤符合系統的動態儲存需求，能有效地提高系統的綜合性能。

三、軟件設計

（一）構建醫院多院區信息化架構

為適應醫院信息化建設需求，遵循先進的國際醫院管理模式，本文設計的系統采用了全新的設計模式，主要基于微軟公司的NET框架完成開發，其信息化架構如下圖2所示。

由圖1可知，該架構主要包括數據存儲層、數據邏輯層、業務邏輯層、業務服務層和用戶界面層，在面向用戶方面支持PC、C/S、B/S等多種移動終端。在面向數據存儲方面支持Micorsoft、SQL Server、Oracle、 Sybase。該技術架構具有八大技術特點，即采用面向服務架構、高內聚、低耦合技術、國際化支持、自動升級、統一通信、開放式服務，以及跨數據庫技術。

（二）基于大數據技術設計醫院數據信息處理模型

常規的醫院多院區信息系統在面臨較多的數據時難以進行處理，自然響應時長相對較長，為了解決該問題，本文使用大數據技術設計了醫院數據信息處理挖掘算法，最大程度上提高信息處理效率，縮短系統的響應時長，首先可以將醫院內部數據信息劃分成一個異構集群，此時該集群內部消耗的總能量? 如下（1）所示。

（1）

公式（1）中，Ti代表數據節點處理時間，Pi代表數據節點的處理功耗，基于此可以將存在的信息處理任務進行高效處理轉換，轉換式C如下（2）所示。

（2）

公式（2）中，US代表數據異構節點，此時可以判斷各個節點數據的處理情況，此時可以進一步計算各個節點的權值Weight，如下（3）所示。

（3）

公式（3）中，NC（ ni ）代表覆蓋節點集，ti代表處理時間，從而得到合理的醫院數據信息處理模型E，如下（4）所示。

（4）

使用上述公式可以快速地進行數據信息處理，最大程度上減少系統的響應時間。

（三）設計信息化功能模塊

設計系統的功能模塊組成較復雜，本文結合系統的使用需求對其進行了優化設計，首先是用戶登錄模塊，其可以將登錄用戶與數據庫連接用戶相分離，確保數據庫的安全性。系統業務操作人員登錄時，該模塊采用用戶口令認證，結合IP地址和MAC地址進行校驗，防止非指定系統用機，非授權用戶登錄系統。

顯示模塊可以根據客戶需求圖形化地更改消息，其內置了測試架構，只需輸出一個單一文檔即可遷移設定，整合幫助信息，自動生成設計文件。日志處理模塊可以閱覽消息，編輯修改、還可以查看在各個階段的消息的轉換情況，進行長期日志訪問和審計追蹤，上述功能模塊共同為系統提供服務，提高系統的綜合使用性能。

四、系統測試

為了驗證本文設計的大型醫院多院區信息系統的性能，本文搭建了測試平臺，將其與常規的醫院多院區信息系統對比，進行實驗如下。

（一）測試準備

根據系統測試需求，首先可以根據各個模塊的功能配置IHE文件，如下圖3所示。

由圖3可知，本文搭建的測試平臺主要使用嵌入式測試環境進行引擎配置，為了避免測試數據包丟失，本文設計的實驗平臺使用PKI、IPSec、HTTPS、TLS、SSL對測試數據進行了驗證、加密。

為了滿足數據的交換需要，該平臺設置了中間件，其滿足Windows群集的測試需求，可以通過多個引擎對消息進行分類處理，支持更大負荷的消息交換，同時，為了滿足系統測試網絡需求，該平臺支持WSDL 1.1、SOAP 1.1&1.2、WS-Addressing、WS-Security、WS-Policy等多種Service網絡服務標準。

該測試平臺中的核心中間件集成引擎不僅可對數據庫、Web Service端口、數據中心進行直接挖掘，還內置多個優化模型，可以方便快捷地解讀及編譯測試信息，無需進行再度開發，極大地提高了系統測試效率。

（二）測試結果與討論

在上述的測試準備基礎上，可以進行后續的系統測試，即分別使用本文設計的大型醫院多院區信息系統和文獻[5]提出的醫院多院區信息系統進行操作，記錄不同數量用戶下兩種系統的響應時間，測試結果如表2所示。

由表2可知，隨著用戶數量的增加，兩種系統的響應時間也在增加。常規的醫院多院區信息系統在用戶數量逐漸增加的條件下，響應時間從最短的1.652s上升至46.452s；而本文設計的大型醫院多院區信息系統在不同數量用戶下的響應時間始終保持在3s以下，遠遠低于對比系統的響應時間，證明設計的醫院多院區信息系統的性能良好，符合醫院的信息化需求，有一定的應用價值。

五、結束語

綜上所述，隨著計算機技術的進步，我國各個醫院的多院區信息系統急需進行優化。受醫院內部信息增長速度影響，原有的醫院多院區信息系統的響應時間過長，處理效率較低，不滿足醫院的信息化發展需求，因此本文基于大數據技術設計了一種新的大型醫院多院區信息系統。進行系統測試，結果表明，設計的信息系統的性能良好，響應時間較短，符合醫院的實際需求，有一定的應用價值，可以作為后續醫院信息化發展的參考。

作者單位：江峰 萬達信息股份有限公司

參? 考? 文? 獻

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江峰（1985.08.28），男，漢族，浙江奉化，研究方向：云計算、大數據、系統架構。