医院移动工作站架构浅谈

蒋友好，乔 非，高彩兰

1 同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系，上海市，201804

2 上海市中医药大学附属普陀医院，上海市，200062

医院移动工作站架构浅谈

【作者】蒋友好1,2，乔 非1，高彩兰2

1 同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系，上海市，201804

2 上海市中医药大学附属普陀医院，上海市，200062

随着互联网技术的发展，无线网已经成为了人们生活中必不可少的一部分。而无线网络、移动终端在医疗方面也开始普及，国外许多医院已将移动互联技术用于医院的医护工作，国内一些大型医院也尝试这方面的工作，并已得到了临床实用。本文以普陀区中心医院为例，对建设移动医疗平台的工作进行了介绍。

移动医疗；系统架构

1 移动医疗现状

医院的移动医疗，是以医院为中心，利用终端虚拟化技术为基础，建立一个云服务平台，可以让医生在任何时间、地点，通过终端访问医院内部系统，如HIS、PACS、LIS，从而更方便地提供医疗服务、诊断、咨询，提高医疗资源的效率。

1.1 终端虚拟化技术

借助现在的虚拟云技术，构建一个使用和运行分离的平台，用户不需要在终端安装程序，数据也不存储在终端，相较于传统模式更高效、便捷、准确，为建设区域卫生信息平台和医院与社区的双向转诊、社区医生到居民家提供了新的就医方式方法。

虚拟化移动医疗系统所能达到的功能包括[1]：(1) 远程医疗 支持各种移动设备、电子病历、影像系统、实验室系统、心电系统、ICU监护系统等，医生可以在移动设备上就查看病人的诊疗信息，开具医嘱，书写病历等多项医疗工作；(2)远程办公 医院的行政管理人员能随时随地接入，完成审批、回复报告、签发文件等各种行政事务，保障医院高效有序的运行，比传统VPN方式更优越且安全；(3) 单机登录、桌面云应用 实现多系统登录口令的自动管理，用户只需登录一次网管应用统一发布平台，即可访问到所有发布的应用程序，无需再次登录，并且对应用系统无任何改动，多平台登录，比原先的单一使用PC平台更加灵活，节约成本；(4) 桌面改造 降低终端成本，延长使用寿命，简化终端的配置和部署，减轻维护压力，减少病毒和漏洞的攻击。

1.2 医学影像的远程传输

医院的移动医疗中，医学影像因为其清晰度要求，通常所占空间较大，并通过影像传输协议DICOM格式保存在PACS系统中，通常一份断层扫描档案就有数百兆，所以通过普通移动医疗传输时，很多医院会将其压缩成较小的JPEG格式。虽然方便传输，保证浏览速度，但会降低影像的分辨率，无法满足对某些病症特征进行仔细观察诊断。因此，针对医学影像，还需要寻找另外的解决方法。

一是化整为零[2]。如EBM开发的基于iOS的移动影像浏览软件EBM iDO Viewe，利用串流技术播放影像数据，通过原有的无线网络环境、传输带宽就可以从移动终端上获取高分辨率的大型影像文件。具体做法是将大型的影像文档分解成小块数据，先将医生要浏览的部分画面传送到平板上重组成影像，医生要浏览哪个部分的影像，就只要传输那个部分的原始图文件数据即可。医生能在平板上迅速浏览这些庞大的高分辨率医疗图像文件而不用费时等待整份数据传输。

二是增加带宽。首先是通过更好的无线路由器提升网络环境，达到增加带宽的目的；然后是设置无线路由器，建立起集中控制式的无线网络；最后在用户端设置无线适配器，设置为与路由器相同的SSID和频道加密属性。这样，限制了能使用此无线网络人数，也增加了专用网络的安全性。

1.3 远程医疗

终端虚拟化是医院内部的移动医疗，而远程医疗则是区域间或者长距离间医院之间的移动医疗。据统计，自2010年起国家已累计投入4个亿，建设各省的远程医疗系统，要达到2～6家省(部)级医院(即区域中心医院)协助省内约30%县级医院[3]。

远程医疗对于医疗服务的提升包括[4]：(1)降低了县医院转诊率，有利分级医疗的实现；(2) 加强了县医院专科建设，医疗服务水平得到提升；(3) 促进了县级医院人力资源素质的提高；(4) 提升县级医院应急反应能力；(5) 推动县域医院信息化建设。

2 移动医疗的实施计划

通过在拥有无线局域网络的病区部署手持数据终端(EDA)、平板便携式数据终端，为病人的床边诊疗活动及同一病人的历次就诊信息的可追溯性管理提供硬件技术保障[5]。

移动医生站：查询病人档案资料、病史记录等相关信息，了解住院病人的护理情况，接收护理人员的报告，查找各种测试和化验报告，并可以根据病人情况及时下达医嘱；实现疑难病人在线会诊功能和无线通知功能，当有紧急事项、特殊情况或临时变动时，医生可以得到及时的通知。实时监控功能、病房监控、手术监控、远程查看病人资料功能、远程查看医务人员相关信息功能、工作日程安排、疑难病人在线会诊等。

移动护士站：病人身份识别、病人基本信息、医嘱信息、病人检查报告查询、生命体征查询、生命体征录入、支持必须在床边输入的危重护理记录单、支持必须在床边输入的重症监护单、手术安排查询、会诊单查询、医嘱执行、医嘱执行情况查询、医嘱执行签名、护理评估、药品条码扫描、体温单描述、语音通信功能。

3 系统架构设计

3.1 软件系统架构

多层分布式架构是目前国际信息界公认最先进的信息系统架构，多层分布式架构的关键是中间件，通过引入中间件，把各种商业逻辑从客户端和后台数据库端分离出来，并集中在中间件里。

由于中间件所带来的分散性，可以把中间件所在的应用服务器和数据库所在的数据库服务器分离开，当系统需要处理的工作量不断增大的情况下，可以通过增加服务器的数量来有效支持大量的同时在线用户。而对于二层结构的系统，很快就会到达其所能承担的处理量极限，而导致系统崩溃。多层分布式架构可以提供更好的扩展性[6]。

通过中间件技术，把不同网络协议、不同数据库可能带来的异构化封装起来，实现系统中各个部分的透明连接。由于客户端不能直接访问数据库，而必需通过中间件获取资料，从而为整个平台带来更好的安全性[7]。

以上的多层架构软件体系，可为医院信息系统带来如下优势：

(1) 采用开放式三层架构，扩展性强，维护方便，支持远程维护与升级；

(2) 独立的数据接口引擎支持完整的HL7标准，可以与现有系统做到无缝集成；

(3) 支持Oracle、DB2、SQL Server等多种流行大型数据库；

(4) 业务系统采用.Net/C#/C++/Object C，系统运行效率高。

3.2 硬件系统架构

硬件系统架构见图1，整个系统可由局域网、无线局域网和广域局域网三部分组成。

图1 硬件系统架构Fig.1 Hardware system architecture

3.3 客户端架构

目前可以区分客户端架构的三个基本层次：表示层、逻辑层和通信层。

3.3.1 表示层

客户端应用程序的设计与各种移动设备实现在EMeH Platform.These设备的互操作性可以在许多方面有所不同，如屏幕分辨率，宽高比和像素密度。除了屏幕上的差异，设备可以在不同的操作系统上运行，这对用户界面生成方法也有影响。要获取定义用户界面的统一方式，客户端应用程序使用的屏幕定义需遵守XMLbased协议。首先客户端应用程序要实现Windows Mobile和谷歌Android平台上的运行，并且都使用相同的协议进行用户界面生成。

如果客户端应用程序发送请求到Web服务，那么它含有的信息，将在屏幕上的显示中反应。 Web服务格式以这样的方式反应，它不依赖于移动设备的特性（屏幕参数，操作系统等），从而屏幕定义协议是独立于平台的设计。

这些操作是由客户端的表示层进行，并在整个用户界面管理本身需要分出一定的运算。对于这个问题，我们应用的用户界面，其中有显著提高画面内容的更换时间的双缓冲[8]。它可以在短期内被描述为两个图像缓冲器——首先为当前用户界面的内容（对用户可见）及第二不可见的时刻。当服务响应正在处理，显示在屏幕上的第一个缓冲区的内容。而在用户界面的背景中进行转换。最终，在处理完成时，缓冲器被交换——第二缓冲器成为第一个（在屏幕上可见），同时第一缓冲进入背景。

3.3.2 业务逻辑层

逻辑层是处理服务器的信息，以创建用户界面的系统的一部分。除此之外逻辑层还管理表示层与通过用户交互事件。

消息处理装置识别并响应消息包含的类型取决于该类型适当的操作。有三种类型的服务响应：(1)从客户端应用程序的响应，要求建立新的用户界面，并显示在屏幕上完全新的数据（整个应用程序窗口重新创建）；(2)响应，要求在屏幕上的某些要素的更新，无论元素的任何属性，即时更改（例如文本或选择标签上的颜色替换）；(3)响应，要求客户端应用程序与给定的参数调用一些服务。

从服务的消息可以包含不同类型的几个反应，这使得业务逻辑层接收到许多屏幕修改或服务调用的命令。另外，消息可以包括影响客户端应用程序的行为和元数据的附加数据。元数据可以显示信息窗口，临时值存储在设备上，甚至用于退出应用程序。除了服务响应演绎，逻辑层获取有关通过用户交互触发的事件信息（时间和位置输入的文本，按下按钮，屏幕上触碰等）。

3.3.3 通信层

通信层负责服务的调用。因为它的描述被分为两种类型：Web服务和本地服务。 Web服务基本上部署在运行即时环境的Web服务的应用程序的基础上，具有共同的接口作为访问方法。

另一方面本地服务是位于移动设备的服务。本地服务类似于位于插件（如共享库)，它可以应客户端应用程序的请求执行操作。它们可以作为例如库设备的I/O操作的外围设备，如条形码扫描器，射频识别收发器，GPS接收器等。

3.4 无线技术的选择

目前，无线移动系统有两种典型的解决方案：FAT AP解决方案和FIT AP解决方案。简单来讲，如果仅仅作无线数据接入、只需要二层漫游，对安全性、管理性各方面没有复杂要求的话，FAT AP方案就可以胜任；如果需要高安全性、管理性及三层漫游切换、需要承载无线语音，且网络规模较大，那么只有选择FIT AP方案才可以。本院的系统中应用FIT AP技术，两者对比见表1。

表1 FAT AP与FIT AP对比Tab.1 FAT AP contrast with FIT AP

本院FIT AP病区无线移动系统由三个部分组成：无线平板电脑/移动查房推车/EDA、AP、无线交换机及用户认证系统。医生用无线平板电脑/移动查房推车，护士用无线EDA，经过AP无线接入点接入医院网络系统，必须要通过无线认证系统的安全认证和授权，才能够访问病人的诊疗业务数据。

3.5 中间件管理系统

基于可扩展的系统架构，数据网格提供大规模并行处理能力，管理软件可以藉此来实时进行信息搜索、分类和汇总。通过让数据缓存更靠近管理软件，以利用独特的硬件功能，数据网格提供了全天 24 小时为大量用户提供支持所需的可扩展性、可靠性和高吞吐量。不过，数据网格依赖于软件和硬件的协同性。

Oracle提供了从应用系统到磁盘皆可作为一个系统进行部署、支持和管理的紧密集成的集群计算解决方案。该解决方案将业界领先的Oracle WebLogic服务器、Oracle Coherence以及创新的Oracle服务器和存储系统组合成一个集成和经过测试的解决方案，旨在最大化面向Web的应用性能，同时最小化风险。集成集群计算方案见图2。

图2 集成集群计算方案Fig.2 Integrated cluster computing solutions

Oracle服务器和存储系统与Oracle WebLogic套件和Oracle Coherence相结合来为用户提供Web服务。Oracle的平衡架构将智能软件的优势与平台创新相结合，为医院信息系统提供了一个坚实的Web服务基础。相较于普通的三层架构系统而言，Oracle WebLogic服务器和Oracle Coherence结合共同构建了一个内存数据网格，提供的内置服务有助于支持和增强信息流[9]。数据自动进行分区并移近应用程序，以减少延迟和提高性能。

3.6 集成平台配套基础架构

本平台的建设，需要增配Oracle数据库、数据库服务器及数据库存储设备。相对于分别采购，各品牌厂商协作集成合作运维的繁琐工作，一体化资料平台为医院提供了一个全面集成、一体化的软件、服务器、存储和网络系统，并为各种自主开发和打包的在线事务处理 (OLTP) 和数据仓库应用程序提供了高可用性数据库服务。

(1) 硬件配置

基于目前系统配置的负荷现状与数据库容量，可考虑配置1/4机架Exadata SAS磁盘配置，其可提供如下处理能力：

① 在选择高容量SAS磁盘配置时，提供21 TB以上非压缩存储空间，若考虑压缩，可提供84 TB左右有效空间，完全满足系统现在及未来存储空间的需求。

② 提供1.1 TB闪存卡存储，意味着系统可将大部分活动数据完全存于闪存和内存中，极大的提高处理性能。

③ 闪存提供22.5万左右读IOPS及＜1 ms的瞬间数据库块响应能力。

④ 基于磁盘，提供5.4 GB/s的恒定数据扫描能力，对于数据库中的全表扫描提供极大的改善，估计快5～10倍。

⑤ 11 GB/s的基于闪存的数据扫描能力，基于现有活动数据基本可完全驻留于闪存的预期，可提供比现有闪存快15～30倍的表扫描能力。

⑥ 1 TB/h的数据加载能力。

⑦ 24核数据库层Intel Xeon CPU + 36核存储层Intel Xeon CPU，2.93 GHz/core的主频大大超过目前HP-PA CPU的处理能力。

⑧ 192 GB数据库层内存 + 72 GB存储层内存，可确保目前的数据库服务器的计算基本在闪存和内存中进行。

(2) 数据库

Oracle Exadata采用Oracle 数据库 11g 第二版[10]，Exadata 软件在数据库服务器和 Exadata 单元之间进行了优化分割。数据库服务器和 Exadata Storage Server Software 使用 iDB(智能数据库协议)通讯。 iDB 在数据库内核中实施并将数据库操作透明地映射到 Exadata 增强的操作中。除了数据库提供的传统数据块传输外，iDB 还实施了一种功能传输体系结构。可以用 iDB将 SQL 操作向下传输到Exadata 单元以执行或向数据库内核返回查询结果集。Exadata单元仅返回满足 SQL 查询的行和列，而非数据库块。和现有的I/O 协议类似，iDB 也可以直接从磁盘读取以及向其写入若干字节，因此当无法进行卸载处理时，Exadata 和传统存储设备一样服务于 Oracle 数据库。但是，当可行时，数据库内核中的智能就会启动，例如，传输表扫描已在 Exadata Storage Server 上执行，这样只将请求的数据返回至数据库服务器。

但是在访问数据库时，由于服务器使用的是集群RAC(Real Application Cluster，实时应用集群)方式[11]，是由多个服务器管理一个数据库来分散设备的工作流，但是此模式可能出现不规律的TNS超时现象，并且是与网络带宽无关的问题。这是由于外部终端通过防火墙访问服务器时，NAT所做的地址转换、将之分配到相对空闲的服务器的过程中，分配的空闲地址与内部协议地址矛盾所造成的。因此修改了TNS配置文件，连接单一服务器。这样虽然会放弃负载均衡的支持，但是因为医院移动工作站相对于公共网络对负载均衡的需求很低，并不会造成影响，并且是最快速有效的解决方法。

(3) 存储管理

自动存储管理 (ASM) 是 Exadata 的存储管理基础。ASM 将存储资源虚拟化并提供先进的 Exadata 卷管理和文件系统管理功能。在可用的Exadata 单元和磁盘间均匀地条带化数据库文件可以均衡所有存储硬件中的 I/O 负载。ASM 执行无干扰资源分配和重新分配的能力是在Exadata 环境中实现共享网格存储功能的关键因素。ASM 监视和故障组功能为 Exadata 环境提供了大部分的数据保护和弹性。通过 ASM，用户可在单元间镜像数据，以确保单元发生故障时的高可用性。

3.7 安全监控系统

能够对不同操作系统平台、数据库平台等进行监控和安全告警，帮助用户在第一时间迅速了解IT系统的运行状况。网络结构见图3。同时，实现综合监管平台后，运行维修团队人员的工作将从重复的日常巡检中解放出来，在保证系统正常运行的情况下，将更多的时间和精力节省出来，把日常的 IT 管理数据转化为服务提供的决策信息，进而更好地为企业服务，提升IT部门的服务能力。IT 系统管理的目标是保障IT 系统的性能和可用性；保障数据和其他信息资源的完整性；保护系统的安全。

例如：系统管理人员，可根据一段时间(周、月、季度)的磁盘、CPU、内存等使用率趋势图，判断是否有必要在未来某段时间，对服务器容量进行扩容。

网络管理人员，可根据网络设备的资源使用情况，判断是否需要对网络环境进行调整优化。针对网络设备的故障率、资源利用率，判断是否需要更新网络设备。

应用管理人员，可据应用的运行性能趋势，进行资源的调整，确保应用的可用性、可靠性。

数据库管理人员，可从表空间使用率、锁冲突、SGA的性能趋势，分析是否需要对数据库进行调优，同时，根据TOP 10 SQL，可针对使用资源最大的前10位SQL语句进行针对性的调优等。

图3 网络结构Fig.3 Network structure

4 结论

移动医疗能在医院发挥巨大作用，让医护人员能更方便地随时随地办公，提供医疗服务，更好地利用了时间资源，为患者提供更优质的医疗服务。

在普陀区中心医院的移动医疗工作平台刚进开始实行，相信其能对医护人员的工作起到相当的帮助作用。但仍需要对实践效果进行进一步的调查统计，并对其存在的缺陷进行进一步的改造升级，更好地达到预期的效果。

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Discussion on the Hospital Mobile Workstation Architecture

【Writers】JIANG Youhao1,2, QIAO Fei1, GAO Cailan2
1 Department of Control Science and Engineering, School of Electronic and Information Engineering, Tongji University, Shanghai, 201804
2 Putuo Hospital Aff liated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai, 200062

With the development of internet technology, the wireless network now has become an indispensable part of people's life. Wireless networks and the mobile terminal began to spread in the medical areas. Many foreign hospitals have mobile internet technology for hospital medical work, some large domestic hospitals also try to work in this area, and have got some clinically practical. In our institute, there has launched a mobile medical construction work, this paper is about our hospital construction of mobile medical platform work.

mobile medical, system architecture

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2016.05.006

1671-7104(2016)05-0336-05

2016-06-27

蒋友好，E-mail: jyouh_0416@163.com