2019數(shù)據(jù)中心 新一代醫(yī)院信息系統(tǒng)的核心架構.doc

1、數(shù)據(jù)中心新一代醫(yī)院信息系統(tǒng)的核心架構數(shù)據(jù)中心：新一代醫(yī)院信息系統(tǒng)的核心架構、前言我國的醫(yī)院信息化已經經歷了20多年的歷程了，從總體上走過了從單用戶的應用，到部門級應用和全院級管理信息系統(tǒng)應用這三個階段。這20多年中，醫(yī)院信息系統(tǒng)從早期以財務、藥品和管理為中心初級應用，發(fā)展到今天以病人信息為中心的臨床業(yè)務支持和電子病歷應用。近年來隨著新醫(yī)改的深入，醫(yī)院信息化也從典型的院內應用發(fā)展到整個區(qū)域醫(yī)療信息化的有機組成部分。今天的醫(yī)院信息化已經成為醫(yī)院的醫(yī)療活動和管理活動必不可少的支撐手段，我們很難想象沒有相關的醫(yī)院信息系統(tǒng)的支撐，醫(yī)院的門診和住院業(yè)務如何能夠進行。在醫(yī)院業(yè)務的幾乎每一個環(huán)節(jié)，都能發(fā)現(xiàn)有相

2、關信息系統(tǒng)在運轉:收費、藥房藥庫、檢驗檢查、放射、醫(yī)囑、查房、手術麻醉、病人膳食信息系統(tǒng)應用在醫(yī)院幾平是無處不在。在醫(yī)院信息系統(tǒng)應用沿著廣度和深度兩個維度不斷發(fā)展同時，我們也感受到醫(yī)院信息化的發(fā)展遇到越來越多的問題。應該說這二十多年來，信息技術的各個方面，無論是計算技術、存儲技術、集成技術、能源技術等方面都取了長足的發(fā)展，相關技術和產品醫(yī)院信息化的各個環(huán)節(jié)也有了不同程度的應用。計算能力方面，越來越先進的PC級服務器系統(tǒng)和小型機計算系統(tǒng)進入到醫(yī)院；數(shù)據(jù)存儲方面，所有類型的大規(guī)模存儲產品（無論是傳統(tǒng)的SAN架構、IP構架還是IP-SAN架構）都在醫(yī)院信息化中有了應用；應用開發(fā)方面，消息總線等應用集

3、成手段也在應用開發(fā)中得到使用；其他如最先進的備份產品、電源產品、網絡產品、安全產品等也在醫(yī)院里經?？梢钥吹?。雖然所有最先進的信息技術已經在醫(yī)院信息化中得到了應用，但我們感覺醫(yī)院信息應用的易管理性、實時性、可靠性、安全性、易擴展性等方面仍然存在著眾多的問題。本文嘗試通過對醫(yī)院發(fā)展到現(xiàn)階段所遇到的主要問題的深入分析，并借鑒其他行業(yè)成熟IT建設經驗，來探討高度復雜系統(tǒng)的典型實例醫(yī)院信息系統(tǒng)建設中應用數(shù)據(jù)中心架構來解決相關問題的可能性。二、當前醫(yī)院信息化遇到的主要問題1、應用集成問題凸顯我們發(fā)現(xiàn)SingleVendor(同一產品提供商)情境已不再是醫(yī)院信息系統(tǒng)的典型系統(tǒng)狀態(tài)。曾幾何時，完整的應用系統(tǒng)產

4、品線提供商是一個HIS市場的流行語。各個廠商者把能提供全系列的醫(yī)院信息系統(tǒng)模塊作為自己發(fā)展方向和市場定位。醫(yī)院在采購各種模塊的時候，也把同一廠商作為采購時候優(yōu)先考慮的個條件。在醫(yī)院信息化建設的初期，這種singlevendor的構架為醫(yī)院的信息化提供了一種很好的解決方案，回避了各個系統(tǒng)模塊的集成問題，并在很大程度上提高醫(yī)院在采購相關模塊時的性價比。但最近幾年來，隨著醫(yī)院信息系統(tǒng)的發(fā)展從第一階段的以財務、藥品和管理為中心的相關模塊的建設，轉向以病人信息為中心的臨床業(yè)務模塊的發(fā)展階段，我們發(fā)現(xiàn)在醫(yī)院信息化建設中仍然采用singlevendor構架已經不再具有現(xiàn)實的可行性。圖1醫(yī)院信息系統(tǒng)模塊結構組

5、成示意圖如圖1中所示，醫(yī)院信息系統(tǒng)橫向由管理信息系統(tǒng)、臨床信息系統(tǒng)兩大體系組成，每一體系縱向又各自分為基礎業(yè)務層、知識管理層和決策支持層三大體系?？梢赃@樣說醫(yī)院信息系統(tǒng)的模塊這幾年的發(fā)展趨勢可以總結為細分、專業(yè)、深化這六個字。特別是在臨床信息系統(tǒng)方面，專業(yè)化的發(fā)展趨勢特別明顯。近年來專業(yè)的檢驗信息系統(tǒng)(LIS)提供商、醫(yī)學影像存儲和傳輸(PACS)系統(tǒng)提供商、電子病歷(EMR)系統(tǒng)提供商在行業(yè)里都已經形成了主流的廠商。并且從統(tǒng)計來看，這些提供商專注于相關領域，且它們基本上都不是屬于傳統(tǒng)的HIS廠商。為了采用更好的產品，醫(yī)院在選擇提供商時可能不得不選擇這些專業(yè)提供商提供的性價比好的專業(yè)產品。圖2

6、醫(yī)療業(yè)務平臺中各模塊關系示意圖醫(yī)院信息系統(tǒng)由單一廠商模式轉變成多廠商模式后，應用的集成問題就凸顯出來的了。從圖1和圖2中我們已經發(fā)現(xiàn)各個模塊（或子系統(tǒng)）之間并不是獨立系統(tǒng)，它們之間是具有著不同程度的互操作性需求的。圖2示意了醫(yī)療服務業(yè)務平臺（門診和住院）中各個模塊的相互關系。在這種情境下，我們必須通過應用集成的手段來把滿足應用之間互操作性的需求，如果這種集成仍就采用傳統(tǒng)的點對點的集成方案，那么我們會發(fā)現(xiàn)隨著業(yè)務系統(tǒng)的增加，其復雜度將使得集成工作成為一種不可能完成的任務。所以現(xiàn)在業(yè)界已經引入了應用集成平臺（包括消息服務總線等技術）來解決應用集成的問題。但從集成的層面而方，一般來說采用數(shù)據(jù)集成、界

7、面集成、流程集成的綜合方案是比較合適的。從近年來的實踐來看，現(xiàn)在的獨立應用的架構并不能很好的支撐應用集成的實現(xiàn)，即便是在引入的應用集成平臺的技術以后。2、多應用系統(tǒng)及其支撐環(huán)境管理維護問題日益突出在傳統(tǒng)上，醫(yī)院的信息系統(tǒng)是從簡單二層系發(fā)展而來的，對于二層的系統(tǒng)支撐環(huán)境而言，數(shù)據(jù)庫服務器、存儲、前端客戶機三個層面對于應用開發(fā)商來說是獨立并且透明的。簡單來說，就是用戶提供了獨立的數(shù)據(jù)庫服務器、存儲、前端客戶機后開發(fā)商就可以部署相關應用系統(tǒng)了。醫(yī)院隨著信息化的建設按照應用的要求購置并部署了幾十甚至上百個這樣的環(huán)境，在我們走訪用戶時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在一個典型的三甲醫(yī)院在運行的PC級服務器超過一百個的不在少數(shù)，

8、在線的應用也有上百個。由于應用規(guī)模的增加，系統(tǒng)（包括硬件、系統(tǒng)軟件、應用軟件）的維護工作量劇增，甚至在小規(guī)模系統(tǒng)時代不用過多考慮的電源、網絡配置等內容都成為具有不小工作量的日常任務。由于每個應用都具有一定的獨立性，即每個應用有自己的應用運行環(huán)境，這樣每一個應用環(huán)境都有專門的要求，且這些應用之間還具有交互性，這樣系統(tǒng)維護的復雜度較之HIS早期時代的維護工作量而言已經不再是同一個數(shù)據(jù)級的（大型醫(yī)院IT部門需要管理上百臺服務器，上千臺終端已經不再是個別現(xiàn)象了），這對醫(yī)院的IT部門來說是個不小的挑戰(zhàn)。并且隨著應用數(shù)量的增加以及系統(tǒng)連續(xù)運行的時間增加，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量規(guī)模急增，從十幾年前的幾百個M,到現(xiàn)在上

9、百個T的數(shù)據(jù)量。這樣應用場景下,如何很好的進行系統(tǒng)的備份，以及出現(xiàn)故障后如果及時準確的恢復系統(tǒng)，以保證對業(yè)務的影響減少到最小程度，在實踐中也是一件具有挑戰(zhàn)的工作。3、應用系統(tǒng)業(yè)務壓力增加，系統(tǒng)性能問題嚴重近些年來，隨著醫(yī)院本身業(yè)務的快速發(fā)展，醫(yī)院的日門診量、年出院人數(shù)、年收入等指標都逐年快速增長。這樣，對于醫(yī)院信息系統(tǒng)而言，核心業(yè)務模塊的壓力增加很快。在我們走訪醫(yī)院時發(fā)現(xiàn)，大部門醫(yī)院的核心模塊均出現(xiàn)了性能下降的現(xiàn)象，特別是在業(yè)務高峰時，如掛號、收費等窗模塊性能的下降甚至導致業(yè)務的運轉。我們分析發(fā)現(xiàn)當業(yè)務壓力不足時，性能問題引起的原因包括：歷史數(shù)據(jù)量、應用軟件本身性能、硬件性能、網絡問題、終端數(shù)

10、量劇增（特別是醫(yī)生工作站）等。同時我們還發(fā)現(xiàn)在部分業(yè)務系統(tǒng)性能不足的同時，大部分系統(tǒng)的配置的運行能力在大部分運轉時間存在著極大的浪費。在當前依據(jù)應用需求單獨配置的前提下，除了按各子系統(tǒng)運行峰值要求配置以外，沒有其他的辦法可以完全解決系統(tǒng)性能的問題。在OLTP設計的基礎上來完成大量的OLAP應用的開發(fā)，也給系統(tǒng)的性能帶來了新的問題。隨著OLAP系統(tǒng)在醫(yī)院內應用的增加，整體的系統(tǒng)性能問題日益突出。傳統(tǒng)的HIS構架是建立在處理OLTP的基礎上的，相對重視交易處理能力,對于大量的后臺數(shù)據(jù)處理方面的考慮是不足的。當前以成本核算、績效考核、數(shù)據(jù)挖掘等OLAP業(yè)務加載后，對系統(tǒng)的整體性能影響是比較大的。當前

11、各個主流廠商，也針對性能問題提出了各種性能優(yōu)化的方案，但從實踐的情況來看，總體效果有限，并不能完滿足實際業(yè)務的需求。4、系統(tǒng)運行環(huán)境復雜，保證系統(tǒng)可靠運行困難當前醫(yī)院信息系統(tǒng)運行環(huán)境十分復雜，具體表現(xiàn)在：內部子系統(tǒng)眾多，且是異構的。這種異構性體現(xiàn)在應用軟件、系統(tǒng)運行支撐環(huán)境等多個層面。與其它行業(yè)現(xiàn)存的復雜系統(tǒng)相比，醫(yī)院信息系統(tǒng)的復雜性在于整個系統(tǒng)的構建一般是在沒有總體規(guī)劃和設計的基礎上進行的。這種復雜性的產生的來源主要是因為醫(yī)院的信息系統(tǒng)模塊（包括支撐運行的設備、網絡等要素）是隨著醫(yī)院的業(yè)務需求逐步增加的，前面的模塊在部署和交付時并沒有考慮到后續(xù)的模塊的相關約束。當新的模塊上線時，不僅要受到自

12、身運行環(huán)境的約束，同時還要考慮已經存在的系統(tǒng)的約束。我們發(fā)現(xiàn)，包括醫(yī)院信息系統(tǒng)的網絡、硬件、電源、存儲、消防等方面均存在著這方面的問題。但隨著醫(yī)院的業(yè)務對信息系統(tǒng)的依賴度增加后，業(yè)務對信息系統(tǒng)實時性、可靠性要求提高卻在不斷的提高。從指標方面來年，業(yè)務對信息系統(tǒng)MTBF（MeanTimeBetweenFailures,即系統(tǒng)的無故障平均工作時間），MTTR（MeanTimetoRepair,即系統(tǒng)故障平均修復時間）兩個指標均提出了要求。在當前醫(yī)院信息系統(tǒng)現(xiàn)狀下，不要說大幅度提高可靠性指標，甚至是完成現(xiàn)狀的測算都是非常困難的。從總體上來看，保證系統(tǒng)可靠運行困難的主要原因就是復雜系統(tǒng)建設沒有使用復雜

13、系統(tǒng)的規(guī)劃手段，從來導致大量引發(fā)系統(tǒng)的可靠性的問題隱藏在大系統(tǒng)內部。5、業(yè)務數(shù)據(jù)敏感性提高，系統(tǒng)安全保護困難醫(yī)院的信息系統(tǒng)中因為醫(yī)療業(yè)務的需求，包含了大量的患者個人信息。這些信息的泄漏給公民生活帶來嚴重的影響。早在2008年，深圳市發(fā)生10萬孕產婦信息被泄密事件，不法分子還將預產期當年3月至8月、共計4萬多條信息制成泄密光盤銷售，每條信息0.3元，一張光盤1.2萬元。孕產婦因而持續(xù)受到廣告推銷電話或短信的騷擾，騷擾內容涉及月子保姆、嬰兒奶粉、百日攝影、胎毛毛筆、產婦健身等等。醫(yī)院相關人員出售醫(yī)院統(tǒng)方數(shù)據(jù)受賄的違法犯罪案例也在多個醫(yī)院出現(xiàn)。基于這樣一個現(xiàn)狀，我國個人信息的保護的立法工作已經起步。

14、2009年2月28日第十一屆全國人大常委會第七次會議通過的中華人民共和國刑法修正案（七）將出售或者非法提供公民個人信息的行為界定為犯罪行為。其中規(guī)定,國家機關或者金融、電信、交通、教育、醫(yī)療等單位的工作人員，違反國家規(guī)定，將本單位在履行職責或者提供服務過程中獲得的公民個人信息，出售或者非法提供給他人，情節(jié)嚴重的，處三年以下有期徒刑或者拘役，并處或者單處罰金。隨著電子病歷系統(tǒng)等在醫(yī)院的進一步普及，衛(wèi)生部也已經發(fā)布了電子病歷規(guī)范等法規(guī)性文件，對于電子病歷應用中對于個人隱私信息等的保護進一步提出了要求。坦率地說，在傳統(tǒng)的醫(yī)院信息系統(tǒng)的構建中，安全環(huán)節(jié)特別是隱私保護無論是在業(yè)務規(guī)范和技術規(guī)范方面均處于

15、一個較低的層次。而在當前系統(tǒng)的應用環(huán)境十分復雜，系統(tǒng)涉及內網、公網多個網絡環(huán)境，系統(tǒng)應用人員眾多，如何保證個人信息的安全的確是一個大的問題。醫(yī)院信息系統(tǒng)的其他的安全性要求，在這樣一個多系統(tǒng)集成、分布式部署的環(huán)境下，如何有效的實施遇到重大挑戰(zhàn)。綜合以上分析，我們可以看出在當前醫(yī)院信息系統(tǒng)遇到的問題，主要就是集成問題、管理維護問題、性能問題、可靠性問題和安全性問題共五個方面。縱觀成熟行業(yè)的IT,如電信行業(yè)、證券行業(yè)、電力行業(yè)、金融行業(yè)等，在其成熟的過程中無一例外，也都曾經遭遇過這些問題，并且伴隨著問題有逐步解決行業(yè)IT架構逐步成熟。通過對這些行業(yè)成熟IT模型分析后我們發(fā)現(xiàn)后，基本上這些行業(yè)在解決I

16、T問題時最后不約而同的采用了數(shù)據(jù)中心的技術。三、數(shù)據(jù)中心架構如何解決相關的問題1、相關的概念什么是數(shù)據(jù)中心?一般來說在行業(yè)內，數(shù)據(jù)中心的概念有三個層次:第一個層次，數(shù)據(jù)中心主要是一個物理位置的概念。每個醫(yī)院都會有一個聚集了服務器、存儲設備和核心網絡設備的場地。這個物理位置里有整個醫(yī)院計算能力大部分（因為在醫(yī)院里有著大量的二層系統(tǒng)，它們的計算能力主要利用的是客戶端設備），并且存儲著醫(yī)院幾乎全部的業(yè)務數(shù)據(jù)。第二個層次，也就是現(xiàn)在網絡、主機設備提供商講的數(shù)據(jù)中心的概念。其實質是一個硬件及環(huán)境集成的概念。主要是圍繞構建計算能力所需要的設備、網絡，能及為保證其可靠運行提供的電力、溫控、安全的基礎設施的總

17、體設計。第三個層次，數(shù)據(jù)中心本質上是一種系統(tǒng)構架的概念，這種構架從應用特性出發(fā)，穿透了應用層、系統(tǒng)軟件層、計算層、存儲層和網絡層。應用這種架構的設計初期就充分考慮了業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲技術和數(shù)據(jù)倉庫兩個層面的數(shù)據(jù)存儲技術，在計算能力也充分考慮了OLTP和OLAP兩個方面的需求。在基礎的計算能力和存儲能力方面進行了資源的虛擬化的設計，它可以實現(xiàn)計算能力、存儲資源按照應用系統(tǒng)的實時需求的動態(tài)調度，并且對應用透明。我們所謂的數(shù)據(jù)中心架構就是指第三個層次的概念，可以簡單理解就是把應用的設計、開發(fā)和部署放在第二層次數(shù)據(jù)中心架構的基礎上來整體考慮。2、數(shù)據(jù)中心的一些關鍵技術從主流廠商的觀點來看，現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)中

18、心的核心技術主要包括以下六個方面：第一方面，數(shù)據(jù)中心技術立足于標準可擴展的系統(tǒng)平臺。這一核心技術可以幫助解決醫(yī)院的應用不斷增長的現(xiàn)實需求。這一技術主要體現(xiàn)在服務器刀片、存儲刀片和電源刀片等，它的優(yōu)勢就在于根據(jù)數(shù)據(jù)中心業(yè)務系統(tǒng)的發(fā)展，它可以在高密度的基礎上按需求逐步增加服務器、存儲和電源等資源，并現(xiàn)節(jié)能、便捷、應變和精儉的目標。按照這一技術的要求，在數(shù)據(jù)中心建設的初期對于OLTP和OLAP兩類應用都應該有標準化、可擴展的解決方案，并且在OLTP應用和OLAP兩類應用的基礎設施的設計上存在著有機聯(lián)系。在這一技術的支持下，各個應用的性能問題可能通過增加計算資源等方法系統(tǒng)的來解決（當然不排除應用自身調

19、優(yōu)來做為補充的解決方案）；第二方面，綠色節(jié)能與動態(tài)散熱是數(shù)據(jù)中心的另一關鍵技術；基于數(shù)據(jù)中心構架的應用今天所占用的能耗已經不再是一個可以忽視的數(shù)字了。按照傳統(tǒng)的方案，大量的服務器、存儲設備、安全設備、空調設備對電力的需求，已經使得數(shù)據(jù)中心的能力擴展受到極大的限制。所以當前的數(shù)據(jù)中心從兩個方面來處理節(jié)能的問題。一是使用低功率處理器、低功耗內存，到服務器與存儲設備，再到主動式散熱風扇等機箱級節(jié)能技術等；二是動態(tài)智能散熱等數(shù)據(jù)中心級節(jié)能技術，借助安裝在機柜上熱傳感器實時收集與傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)的技術及與數(shù)據(jù)中心制冷設備的動態(tài)互動控制，動態(tài)智能散熱技術可將數(shù)據(jù)中心的散熱成本降低15%到40%,減少了二氧化碳

20、的排放量。在這兩種技術的使用下，使得在電力能力一定的情況下，數(shù)據(jù)中心的計算能力的擴展能提高到一個新的水平；第三方面，主動的安全技術。在醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心里，隨著應用環(huán)境的復雜化和數(shù)據(jù)敏感性的增加，安全問題日益突出。數(shù)據(jù)中心的主動安全技術，包括了三個方面。第一是IT資源安全，包括服務器、網絡等，從硬件到軟件都要保證系統(tǒng)安全。第二是數(shù)據(jù)安全，在存儲、訪問每一個設備都需要做到安全，不僅僅包括在線數(shù)據(jù)，還包括離線的沒有在使用的數(shù)據(jù)。第三是每個用戶身份的安全。當然我們也需要認到安全問題不僅是一個技術問題，跟管理制度也是息息相關關。第四方面，自動化管理技術。對于醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心而方，管理包括網絡設備、服務器、存

21、儲、電源等基礎設施的日常管理工作，同時還包括數(shù)據(jù)備份與恢復等工作兩個主要方面。在基礎設施的日常管理方面，由于醫(yī)院數(shù)據(jù)中心擁有大量不同廠商不同時期的產品，數(shù)據(jù)中心的自動化管理技術讓管理人員可使用統(tǒng)一的界面、同樣的邏輯去管理，單個管理員即可管理上百臺系統(tǒng)。另外，統(tǒng)一的基礎設施管理還能夠通過標準化事件響應等技術，實現(xiàn)快速解決問題的目標。第五方面，虛擬化技術。虛擬化概念的提出，最重要的一個原因是要提高IT資源的利用率。因為用戶當初采購系統(tǒng)的時候，都是按照最高負載來采購的,但據(jù)統(tǒng)計實際的資源利用率不超過25%。通過虛擬化技術把資源都利用起來，可以大大節(jié)約成本。根據(jù)實際的統(tǒng)計，我們可以達到70%的能耗方面

22、的節(jié)省，原來幾百臺的服務器，現(xiàn)在只需要幾臺就夠了。虛擬化有幾個好處，第一是降低成本，第二是提升系統(tǒng)的靈活性，第三是提升整個服務質量。把所有的設備能力統(tǒng)一在資源池中，就可以充分發(fā)揮所有設備的能力，這一技術在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心中對于解決性能問題特別有益。第六方面，資源的動態(tài)調度技術。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心需要支撐的應用數(shù)目眾多，這些應用的負荷曲線各不相同，數(shù)據(jù)中心需要根據(jù)各個應用負荷的差別設定不同的動態(tài)調度計劃，以實現(xiàn)使用最小的資源滿足業(yè)務系統(tǒng)性能的要求。這種資源的動態(tài)調度技術不僅有利于實現(xiàn)低碳而且對于充分發(fā)揮數(shù)據(jù)中心計算能力，減少投入至關重要。四、當前數(shù)據(jù)中心架構在解決醫(yī)院信息化問題的主要局限通過對當前業(yè)界數(shù)據(jù)中心技術的研究，我們可以認為如果充分的利用數(shù)據(jù)中心的關鍵技術，對于解決醫(yī)院信息系統(tǒng)當前存在的大多數(shù)問題顯然是有效的。但我們同時也認識到，當前的數(shù)據(jù)中