基于云计算的HIS研究*

林伟伟，齐德昱

（华南理工大学计算机科学与工程学院 广州 510640）

1 引言

近年来，随着信息技术和我国医疗卫生事业的发展，国家“金卫”工程的深入展开，我国在医院信息化方面已取得了令人瞩目的成就，但是信息技术在真正的诊断、手术中应用还很少。随着人们对医疗服务要求的不断提高以及病人信息的不断增长，现有的医疗信息系统已经很难满足医疗服务发展的需要。

当前在医疗卫生机构中使用的医院信息系统存在以下一些亟待解决的问题[1,2]。

·数据共享困难。很多医院都实施了相应的HIS系统，但是由于地域上的距离和网络发展的不平衡性，分院、门诊部、社区卫生服务中心等网络之间缺少互联互通，各网络的信息系统不能共享，造成网络的割裂和医疗信息的孤岛，各医院无法共享专家知识和医疗资源。

·使用不方便。目前HIS大都是基于C/S架构，用户只能在医院内网使用系统，而且C/S的HIS升级很不方便，需要更新服务器程序和各个客户端程序。

·运行维护成本高。随着用户数据的增多，维护成本也越来越高，而且计算机软硬件的频繁升级换代使得HIS的软件和硬件维护成本居高不下。

·系统可扩展性差。现有HIS很难扩展新的功能，而且其结构很难适应系统的规模不断扩展，系统的性能会逐渐下降。

·医疗信息的安全性问题。由于医疗信息全部都是数字化的形式出现，其中含有病人的个人信息，既涉及到病人的隐私，又是具有法律效果的医疗过程记录，如何避免病人个人信息的外泄，防止病历被私自修改，保证病历的完整性和不可否认性等问题都不容回避。

云计算[3，4]的出现为解决医院信息系统存在问题提供了可能。为试图解决传统HIS系统和医疗信息化中存在的问题，本文提出了基于云计算的HIS体系结构，重点是解决HIS系统可扩展性差、维护困难、系统运行成本高等问题，同时为健康信息云服务系统提供可能。

2 相关研究

近年来，随着互联网网络规模的不断扩大，互联网所需要处理的业务量也随着快速增长。如何处理海量的数据与服务，有效地为用户提供方便、快捷的网络服务，成为互联网当前发展面临的一个问题。在这种背景下，基于分布式计算特别是网格技术的发展，产生了一种互联网资源利用的新模式：云计算。云计算已经成为当前国内外的一个研究热点，云计算的优势主要有以下几个方面。

·高可扩展性。云应用所需要的资源可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。

·按需服务。可随时随地访问云的资源，“云”是一个庞大的资源池，可按需购买。

·资源优化。可以根据用户需要灵活地扩大或缩小资源需求，实现资源优化。

·极其廉价。用户不需基础设置投资，如硬件、电力等，而只需要购买廉价的资源服务。

·高安全性。云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。

·使用方便。云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。

·数据共享。云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。在云计算的网络应用模式中，数据只有一份，保存在“云”的另一端，所有电子设备只需要连接互联网，就可以同时访问和使用同一份数据。

·高可靠性。“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。

目前众多科研机构已经开始参与云计算的研究。加州伯克利大学的自适应可靠分布式实验室日前发布了云计算报告Above the Clouds:A Berkeley View of Cloud Computing[4]。该报告指出，云计算就是在互联网上的应用软件服务和数据中心中的硬件、系统提供的服务。同时，该报告认为云计算的发展需要解决服务可用性、数据安全、可扩展存储、性能不可预测性等10个问题，并重点讨论了云计算经济模型。参考文献[5]比较和分析了当前主流的一些计算范型，给出了云计算的定义，重点提出了面向市场的云计算体系结构和面向市场的资源管理策略。为了满足企业日益增长的数据收集和分析需求，参考文献[6]提出一个解决大规模数据密集型批处理问题的云计算系统GridBatch，通过该系统很方便实现针对数据密集型应用的并行程序。参考文献[7]讨论利用云计算实现高性能科学计算应用问题，并利用Amazon弹性云计算成功实现大气海洋模拟实验，虽然实验结果显示基于云计算的高性能计算性能较差，但同时也证明云计算系统实现高性能应用的可行性。随着云计算的研究深入和应用发展，它将成未来主流应用模式。然而，目前无论在理论上还是应用上，云计算的研究还处于初步阶段，还需要进行大量研究和实践。

3 基于云计算的HIS体系结构

如图1所示，提出的基于云计算的HIS体系结构分成4层：物理资源层、虚拟资源层、云计算管理层和HIS服务层。最上层是HIS服务层，提供门诊管理服务、住院管理服务、药房管理服务、检查检验管理服务、手术管理服务等，在该层中部署基于云计算资源的各种HIS应用程序，实现高性能、可靠、稳定的HIS服务。下面一层是云计算管理层，提供应用监控、资源管理、动态调度、动态部署和安全管理。应用监控负责监控上层的云应用的执行状态和负载情况；资源管理主要负责虚拟资源信息的维护；动态调度主要实现虚拟资源的动态分配，即为云应用动态配置虚拟资源；动态部署主要完成用户应用映像的动态部署和管理；安全管理保障云计算设施的整体安全，包括身份认证、访问授权、综合防护和安全审计等。再下面一层是虚拟资源层，实现底层物理资源的虚拟化，为云应用提供虚拟化资源，采用目前成熟的虚拟化产品Vmware、Xen等实现软件和硬件资源的虚拟化和重新划分，为云计算资源的高效和动态调整提供基础。最底层是由各种服务器硬件资源组成的物理资源层。

与传统的HIS和基于Web的HIS体系结构相比，提出的基于云计算的HIS体系结构有如下几个创新性和优势：（1）在基于云计算的HIS体系结构的云计算管理层中，应用监控、资源管理、动态调度三个模块协同可以实现资源动态配置算法，该算法不仅可以提高系统资源利用率，而且保证基于云计算的HIS稳定性和可靠性。该算法的基本思想为：当监视到HIS应用负载较重时，可以为HIS应用增加虚拟资源；反之可以减少HIS应用的虚拟资源，从而实现资源的动态配置。（2）医院不再需要投入大笔资金购买HIS运行的硬件设备，只需要向云计算提供商购买云计算资源服务，然后将HIS部署在购买的云计算资源上，可以节省医院成本和降低维护难度。（3）该体系结构支持健康信息云服务功能。传统HIS系统由于参与C/S架构和系统安全等问题，很难为医院病人提供健康信息服务功能；而在基于云计算的HIS系统中，云计算的性能、安全性以及软件模式完全有能力支持健康信息服务功能，能为广大民众提供方便、快捷、个性化的医疗健康信息服务。

4 云计算应用实例：规范化康复诊疗信息系统

一方面，由于康复诊疗业务的不断扩展和康复学科特殊性，传统的HIS很难满足康复科业务需求，急需开发新的HIS系统；另一方面，由于我国康复医学起步较晚，为了实现康复医学的快速发展，需要各个医院需要共享康复诊疗资源和专家知识，以便优势互补、相互促进。因此，急需一套先进的康复诊疗的管理信息系统。在这种背景下，我们采用云计算技术，设计和实现了规范化康复诊疗信息系统。提出的规范化康复诊疗信息系统的体系结构如图2所示，系统的功能主要包括4大模块：医生工作站、治疗师工作站、护士工作站和系统管理。与传统的HIS不同，规范化康复诊疗信息系统的业务功能采用Web方式实现，并部署在基于虚拟机的云计算环境中。系统利用了云计算资源管理的灵活性和可伸缩性，可以保证系统的可靠性，并克服传统HIS不扩展的局限性。目前范化康复诊疗信息系统已经在珠江医院康复医学科和中山大学第一附属医院黄埔分院康复医学科运行使用，并初步体现出系统优越性。

图2 规范化康复诊疗信息系统的体系结构

5 结束语

本文在分析现有HIS系统不足的基础上，提出了基于云计算的HIS体系结构，它由4层组成：物理资源层、虚拟资源层、云计算管理层和HIS服务层，然后描述了基于云计算的HIS实例——规范化康复诊疗信息系统。该系统的实施运行验证了基于云计算的HIS的可行性。为了更好地实现云计算给医疗信息化带来的优越性，我们下一步除了完善规范化康复诊疗信息系统的功能，将重点研究在规范化康复诊疗信息系统中实现资源动态管理，并分析动态调度对系统性能和稳定性等方面的影响。

1 陈春涛.数字化医院信息系统建设与实证研究.华中科技大学，2009

2 李怀成.医院信息系统软件架构的比较与选择.医学信息学杂志，2009(11):26～28

3 陈康，郑纬民.云计算：系统实例与研究现状.软件学报,2009,20(5):1337～1348

4 Michael A,Armando F,Rean G,et al.Above the clouds:a berkeley view of cloud computing,http://www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009-28.html,February 10,2009

5 Rajkumar B,Chee S Y,Srikumar V.Market-oriented cloud computing:vision,hype,and reality for delivering IT services as computing utilities. In: Proceedings of the 10th IEEE International Conference on High Performance Computing and Communications,Dalian,China,Sept 2008

6 Huan L,Orban D.GridBatch:cloud computing for large-scale data-intensive batch applications.In:Proc of 8th IEEE International Symposium on Cluster Computing and the Grid,May 2008

7 Evangelinos C,HillC N.Cloud computing for parallel scientific HPC applications:feasibility ofrunning coupled atmosphere-ocean climate models on amazon's EC2.In:Cloud Computing and Its Applications 2008 (CCA-08),Chicago,IL,October 2008