亞洲健康互聯
優化產業的推手,生醫商機的GPS!

首頁最新消息產業觀測站基於Caché資料庫混合架構的醫院資訊系統的開發

基於Caché資料庫混合架構的醫院資訊系統的開發

來源 : 中國醫療設備 2017年第8期
update : 2017/10/06
引言
 
隨著醫院資訊系統(HIS)在各家醫院經過總體規劃、分步實施,實現了醫院全面資訊化運營,使醫院資訊化水準有了質的提高,醫院資訊系統規範了業務流程,有效提高了醫療服務品質,降低了運營成本。
 
由於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。同時,能夠帶動臨床醫療水準的發展、深入科研教學的研究,適應醫療衛生改革的要求。
 
目前,各家醫院的醫療資訊系統並沒有統一的開發標准,各自基於不同的平臺進行開發和使用,發展水準也參差不齊。醫院資訊系統系統龐大,資料繁瑣,架構複雜,開發平臺的選擇和架構的設計就尤為重要。因此,本文主要以系統的安全性和高效性為標準,基於Caché資料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資訊系統。
 
1 Caché資料庫簡介

 
Caché資料庫的優點來源於它融合了兩類資料庫,即物件型和關聯式兩類,被稱為新型的後關係型數據庫,其特點是運行效率高、延展性較好、快速開發應用程式的能力以及優秀的性價比等。
 
1.1 Caché的開發特點
 
Caché資料庫相比於其他資料庫具有更加高效的性能、更大的可擴展性、更快速的程式設計能力和更加便捷的使用性能。HIS選擇Caché資料庫作為資料平臺,除了它具有數據庫技術提供的單純功能以外,還承載了一個應用伺服器的功能,這個伺服器提供面向高級物件的程式設計,因此可以集成其他相關開發技術。
 
Caché資料庫包含高性能的工作室,它是一個創建、調試、測試Caché資料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嚮導,簡化乃至消除了開發過程中很多繁重的工作。Caché工作室為開發複雜的、基於網頁的應用程式提供了豐富的伺服器端腳本技術(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應用程式的能力。CSP技術開發的應用程式對醫療系統的硬體設定要求不高,但是可以完成醫院高密度使用者的訪問請求,體現了平臺的健壯性。
 
Caché資料庫中的所有資料都是保存在稱為Global的多維陣列中,它的每一個節點直接與磁片和記憶體中的資料塊相對應,因此可以達到極快的存取速度。同時,多維陣列直接訪問底層,構建樹狀結構,速度極快。HIS中的資料物件是醫療中大量的病人資訊資料、病程資料、醫藥衛生材料等,Caché資料庫應用高效的多維陣列形式存儲資料,同時將大量的醫療資料進行建模,這樣就減少了對表連接的頻繁處理等過程,所以運用多維陣列能夠達到提高運行效率的目的。
 
Caché資料庫還具有獨特的分散式資料緩存協定技術,它可大大減少分散式系統中的網路通信輸送量。醫院中的網路屬於院內局域網,單純依靠硬體優化網路成本較高。上述的架構設計使得這種資料庫應用程式在橫向的性能比較測試中,Caché資料庫的回應性能要比關聯式資料庫快20倍。
 
1.2 CSP工作原理
 
Caché資料平臺的主要工作機制CSP在醫院資訊系統中處於較為核心地位,它的開發機制影響著整個系統的性能。
 
CSP是基於標準的Web伺服器工具和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流覽器用戶端通過HTML向Web伺服器發出請求訊息;其次Web伺服器判斷該訊息是否為CSP請求,確定後則將這個請求訊息轉發給Caché資料平臺,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;最後將處理結果以返回一個頁面的形式發給Web伺服器,接著該服務器就將頁面路由回發出請求訊息的流覽器用戶端,見圖1。其中,Web伺服器和Caché伺服器作為抽象的元件可以在一台或者多台電腦上進行部署。在開發期間,通常將它們部署同一台電腦上,而對於部署大規模系統,則被置於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伺服器和Caché,更重要的是生成的頁面來自于應用程式碼CSP將狀態資訊自動保存在流覽器端,應用程式不必因為每頁的請求而訪問資料和保存文檔,這樣就減少了資訊在網路中的傳輸量,從而減輕了伺服器負載。


 
CSP頁面都繼承自類%CSP.Page,並且覆蓋它的OnPage方法,來建立動態的頁面。在CSP伺服器判斷了應當由哪個類來處理一個請求後,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。並且建立處理內容所需的任何物件的實例或變數。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物件資料庫通信,這樣就可以避免使用複雜的中間件軟體將關係資料映射成物件的複雜工作,從而靈活快速的完成面向資料庫的各種應用。
 
1.3 系統功能模組設計
 
系統的主要功能模組有:①臨床管理模組負責醫生工作台、護士工作臺及醫囑通信及管理,核對總和檢查資訊及電子病歷(EMR)管理;②科室管理模組負責藥房、臨床實驗室、放射科、手術室資訊管理;③行政管理模組負責庫存、採購、中央消毒品供應等資訊管理;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。
 
1.3 系統功能模組設計
 
系統的主要功能模組有:①臨床管理模組負責醫生工作台、護士工作臺及醫囑通信及管理,核對總和檢查資訊及電子病歷(EMR)管理;②科室管理模組負責藥房、臨床實驗室、放射科、手術室資訊管理;③行政管理模組負責庫存、採購、中央消毒品供應等資訊管理;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。
 
建立命名空間為%SYS,數據(Globals)和程式(Routines)都指向該命名空間。開發主要設計3部分:CSP組件、類和資料表。以住院模組為例,住院醫囑執行的CSP名是NURSEEXCUTE.csp,包括NURSEXCUTE、NURSETOP這兩個元件,另外,元件DHCORDEXCUTE是護士執行的快顯視窗。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、病人資訊表、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元件查詢資料表函數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的分佈,因此需要將HIS合理進行部署。目前醫院採用的HIS訪問架構主要有:流覽器/伺服器(B/S)模式和用戶端/伺服器(C/S)模式。
 
2.1 C/S架構適用性分析
 
C/S架構的優點:C/S模式的使用者處於特定的區域內,這樣就可以保證資料的安全處於可控範圍;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資料。C/S架構的不足:C/S軟體的一體性使得運營和維護系統的成本較高;C/S架構主要的工作在於使用終端的軟體設計,這樣不可避免的造成了各個終端繁重複雜的架構;C/S架構對底層網路通訊協定支援的要求較高,造成了對有些需要相容的不通過底層協定軟體程序的排斥性,多樣性平臺的使用適應能力較弱;C/S架構軟體平臺在包括局域網、廣域網路或者內網、外網之間的有機整合上稍顯不足。
 
2.2 B/S架構適用性分析
 
B/S體系結構是建立在廣域網路基礎上,主要利用不斷成熟的流覽器技術,結合流覽器的多種指令碼語言,通過瀏覽器實現了原來需要複雜的專用軟體才能實現的強大功能。其優點:B/S模式的用戶端是PC上通用的流覽器,運營成本比C/S模式低;用戶端具有較好的用戶體驗基礎,易於操作;B/S模式軟體適於內網與外網的溝通,以及多樣性平臺的交叉部署。B/S架構的不足:B/S架構軟體的網路適用範圍較廣,未知用戶的操作可控性不足,使得資訊安全難與C/S架構相比較;B/S架構程式的應用模式是頁面式的,對於使用者需要操作非常態量資料時會出現訪問堵塞現象,使得資訊交互的動態性不及C/S架構,造成了事務處理的延緩性。
 
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,醫院資訊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的回應高速性完成核心業務;利用B/S的易集成、易共用性建立綜合運營平臺。
 
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、不同許可權人員的訪問功能表介面,限制各自許可權內的操作行為。如:醫生登錄界面具有開醫囑、書寫電子病歷等許可權,護理登錄介面具有費用錄入、書寫護理記錄等許可權。從而既可以避免流覽器端不必要的功能負擔,又符合輕量化流覽器用戶端的要求,又可以使得介面簡化直觀方便使用者操作,同時管理員可以安全地操作後臺資料。
 
本文的C/S和B/S實現均是基於Cache資料庫。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伺服器端最緊密的配合;C/S架構通過Caché提供的COM元件連接到Caché服務,可以獲得物件和關聯式的訪問能力。
 
在HIS中居於核心地位的是資料伺服器管理的資料庫,兩個主要的訪問架構B/S與C/S,前者使用流覽器通過Web伺服器和物件導向的訪問元件對資料庫進行操作,而後者主要利用用戶端的應用程式通過資料訪問介面完成對資料庫內業務邏輯的處理。
 
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路流覽器訪問Web伺服器的客戶,經過應用伺服器來調取資料庫伺服器的信息,完成基本的資訊流覽行為。採用C/S架構的用戶主要是為了執行對資料進行維護和修改行為,且訪問量較大。據此設計的HIS網路拓撲結構圖,見圖2。


 
B/S模式的使用遍及了臨床醫療的主要業務:門診、急診子系統在用戶端通過流覽器訪問HIS處理病人診療、退藥申請、退費申請等;醫技子系統用於處理檢驗、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髮藥行為;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,它不僅在臨床資訊管理上成功集成了電子病歷、檢驗科室資訊處理和PACS的功能,完成各系統的資訊通訊,並且保障了性能穩定的可靠運行、節約資料庫存儲空間、易於進行資料庫的管理維護。
 
3 硬體佈局
 
HIS的部署硬體起著關鍵作用。系統用戶端採用聯想一體機;機房主機/應用系統(包括伺服器和記憶體):HIS資料庫小型機為IBM POWER 770,HIS應用伺服器為IBM X3850 X5;機房網路設備,骨幹交換機為Cisco 6509(VSS)、伺服器交換機為Cisco 4900M和Cisco 4948,為了便於平衡訪問量減少集中訪問伺服器的負擔,使用了負載均衡網路的F5 BIG-IP 3600。
 
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即時,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。同時系統資料管理人員也反映,資料安全性提高了,掉線發生率極低、資料庫同步備份能力強了。醫生及護士工作站介面,見圖3~4。


 
醫生工作介面功能功能表可根據需要自由配置,並提供集成介面可查看病人的歷次就診核對總和檢查報告,方便根據病史確診、治療;醫囑錄入作為作為原始資料的唯一來源支持高效模糊查詢醫囑名、對於接收科室的智慧選擇以及頻次、用法的提取;醫囑範本欄醫生可以將自己專科的藥物、操作維護好,減少重複輸入。
 
護士工作介面集成了護理工作的業務,護士能快捷完成護理工作,並自動生成護理記錄,使得護士能安全可溯的完成工作,並能從繁重的文書記錄中解脫出來。
 
患者資料包括基本資訊、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,資料運行安全性好,資料運行效率高。
 
5 總結與展望
 
本文利用Caché資料平臺的優勢,開發了C/S與B/S混合架構的HIS,從而對資料實現了分類分許可權管理,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,後臺安全管理資料複雜性的提升也需要深入挖掘Caché資料庫的性能。