基于医院信息系统的临床模拟教学云平台设计研究

刘政良 雷音

摘 要：根据当前医学生临床技能培养的现状，结合云计算技术，设计了基于医院信息系统的临床模拟教学云平台并对各个功能模块进行了详细说明，希望通过该平台对提高医学生的临床实践能力和临床思维能力有一定的帮助。

关键词：云计算；临床技能；模拟教学

中图分类号：TP315 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）05-0065-04

一、问题的提出

随着医学模式的转变、医疗法规的实施以及患者自我保护意识的提高，医学生的临床实践机会越来越少，临床技能的培养受到严重影响，教学质量有所下降，这已经成为医学人才培养中的最大瓶颈之一。为了满足临床教学的需要，保证医学生的培养质量，寻找一条行之有效的临床能力培养途径就显得尤为重要。

近年来，随着计算机网络的快速发展，研究学者开始关注如何利用信息技术培养医学生的临床实践能力。如邱峰、张际平认为，目前医学教育中的临床技能培养存在要求高、难度大、实践机会少等问题，通过构建了远程医学临床技能培训平台，实现远程医学教育、协同诊断、手术观摩、三维虚拟手术实验等功能，缩短了医学院学生、各类医务人员从理论学习到临床具体操作的时间，提升了整体的临床技能综合水平[1]。在实践方面，哈尔滨医科大学第二临床医学院构建了网络实践教学体系，通过为医学生提供网络典型病例库用于网上自学，从而提高医学生的疾病诊治能力[2]。

随着近年来国家加大对医疗信息化建设的投入，在医疗信息化建设领域中，已经将“云计算”技术广泛应用于医疗信息化建设中。但是云计算技术在临床模拟教学方面的应用，几乎为空白，还属于一个全新的领域。本研究通过将云计算技术与临床模拟教学相结合，通过数据采集接口直接将医院的医院信息系统（HIS）、实验室信息系统（LIS）、影像归档和通信系统（PACS）、电子病历系统（EMR）等系统产生的教学信息进行抽取处理，搭建基于云端的模拟教学系统，提供给医学生进行使用，这对于提升医学生的临床实践能力和临床思维能力，具有非常积极的意义。

二、云计算技术及其在教学当中的应用

云计算（Cloud Computing）是并行计算、分布式计算和网格计算的发展，是虚拟化（Virtualization）、效用计算（UtilityComput）、将基础设施作为服务IaaS（Infrastructure as a Service）、将平台作为服务PaaS（Platform as a Service ）和将软件作为服务SaaS（Software as a Service）等概念混合演进并跃升的结果[3]。云计算按照服务的类型可以分为基础设施云、平台云和应用云。云计算的目标是用户通过网络能够在任何时间、任何地点最大限度地使用虚拟资源池，处理大规模计算问题。

近年来，随着云计算技术的成熟和不断发展，云计算在教学当中得到越来越广泛的应用。云计算应用于教育领域，可以在课堂教学、实验教学和辅助教学等诸多方面提供高效服务。利用云计算技术可以提供信息化基础设施租赁服务、实现教育信息资源的共建共享、实现新的网络教学模式以及促进网络学习空间建设与应用。云计算为学习者在任何时间任何地点学习提供了有利的技术支持，带来了更多方便的学习工具，提高了学习效率。例如，美国北卡罗来纳州立大学与IBM合作推出为大学和中小学服务的名叫“虚拟计算实验室”的云计算平台，包括在线使用教育材料、应用软件，计算和储存。随着技术的成熟，云计算正走进学校大门，为教育提供其强大的服务。

三、网络环境下开展临床模拟教学的可行性和优势分析

1.可行性分析

目前，医院基本上都建有HIS、LIS、PACS、EMR等各类信息系统。一方面，这些系统中储存着的各类信息能够为开展临床模拟教学提供海量的数据和资源；另一方面，由于医院的HIS、LIS、PACS、EMR等信息系统当中存有的数据量巨大，结构极为复杂，这些数据必须经过一定的技术处理才能应用于教学当中。而现在，随着云计算机技术的不断发展和成熟，其强大的数据处理能力为建立基于医院各类信息系统的临床模拟教学云平台提供了可能性。

同时，互联网在师生的日常学习、生活当中得到广泛的应用，尤其是随着国家“互联网+”行动计划的出台，基于网络环境开展教学已经在各个高校蓬勃发展起来，师生普遍都具有较高的信息素养，因此师生基于模拟教学平台开展教学和学习活动基本上不存在技术方面的障碍。

2.优势分析

传统医学教学模式为教师单方向为学生提供“填充式”教学服务。教学期间，学生缺乏实际操作体验，接收知识效率较慢，且学生学习积极性不高。模拟教学云服务平台可以提高学生实践经验和动手能力，改进了传统的“填充式”教学方法，学生能很快进入角色，避免传统教学模式的被动局面，并能提高医学教学质量。

同时，通过为学生构建身临其境的学习环境，激发学生的学习兴趣，变“要我学”为“我要学”。使教师在学校的日常教学活动中提前对学生开展“角色教育”，让学生在探究和思考中成长为学习主体，提高了学生的主观能动性。

四、基于医院信息系统的临床模拟教学云平台的构成

通过对医院信息系统的综合分析，根据临床模拟教学的实际需要以及云计算技术的特征，笔者们设计了基于医院信息系统的临床模拟教学云平台的架构，如图1所示。

临床模拟教学云平台拟从下到上分为三层：基础设施层（IaaS）、平台服务层（PaaS）和应用软件层（SaaS）。每一层都依托在下一层之上，上层使用下层定义的各种服务，下层对上层隐藏实现的细节，在无需过多了解其他层次的基础之上，将每一层作为一个有机整体来理解和设计，进一步通过接口服务设计出整个教学信息云平台。

1.模拟教学云基础设施（IaaS）

（1）云数据中心

基于网络中心搭建模拟教学云基础设施，提供服务器、存储、网络以及其他设备，并进行统一虚拟化，形成虚拟化资源池。基于共享模式提高资源利用率，实现资源的规模效应，降低IT建设的总体投入。在虚拟化资源池之上，部署操作系统、数据库、中间件以及运行环境，最终将基础设施以服务的形式向上层提供。

云数据中心包含主要模拟教学管理系统、教学医院数字医疗业务系统，支持各同构或异构系统的快速、标准接入，增强系统的开放性，增强各类信息采集的主动性，实现教学信息共享。各信息系统不再通过传统的接口方式进行数据交互，而是通过调用公共服务，即通过Web Service远程数据交互方式实现，并遵行相关的数据标准，如：XML、HL7等。避免在流程变化时各系统需修改接口程序的传统作法，降低系统的运维成本。

（2）数据采集、转换、传输接口

云数据中心是在各机构已有信息系统的基础上建立的独立运行的医疗集团协同数据中心，通过汇总各机构私有的业务信息，为构建协同教学模拟平台提供数据支持，支撑信息共享和教学相关文本的互操作。因此，云数据中心必须将现有业务系统的私有数据转换为标准数据，抓取到云数据中心后进行集中存储。数据接口可直接从各级机构中获取数据，根据各系统私有基础数据字典与云数据中心标准数据的映射关系，数据采集接口直接将各系统产生的教学信息转换为标准数据，通过网络直接传输到数据中心，或者按教学文本共享标准和规范生成独立存贮的XML文件，通过移动存贮介质上传到数据中心，以满足数据采集和传输要求。

（3）云平台网络

教学网络云服务是基于稳定网络的，对带宽提出了很高的要求。在处理大数据过程中，对处理单元和存储单元的链接速度要求高，数据长途传输也会引起人们对延迟的担忧，再加上网络的稳定性问题，网络传输速度和质量可能会成为云计算在教学模拟信息化建设中面临的瓶颈。为了解决网络质量和速度问题，需要通过打造稳定的网络基础设施，提升网络质量和速度，以保证云服务的快速响应能力。

网络是云平台的基础，需要提供高可靠性、高安全性、保证服务质量、配置简单、便于故障诊断。网络（即云平台网络）采用双核心、分层次设计，网络设备采用智能、安全、管理功能丰富的设备。整个云平台内网网络采用层次化网络架构设计，分为汇聚层和接入层。

（4）云资源调度管理

云基础设施的核心是云资源调度管理（虚拟化技术），分为计算、存储、通信三个层面。计算层面的虚拟化以Xen、Vmware等虚拟机产品为基础，利用半虚拟化思路实现虚拟机监控器与操作系统的特权控制与超级调度、内存分配与地址转换，最大限度减少虚拟机工作中的指令映射次数，使虚拟机效率接近裸机效率。存储层面的虚拟化以完善数据的抽象层表示方法，首先为不同用户的数据建立一个逻辑空间，然后将逻辑与物理存储空间做一个映射，从而使得不同类型的存储介质对上层应用透明。通信层面的虚拟化为不同用户构建虚拟私有网与虚拟局域网。虚拟局域网利用访问控制技术使得局域网内的使用者只能访问域内资源，虚拟私有网利用签名与认证技术使得未授权使用者无法访问和理解域内资源。

2.模拟教学云端管理平台（PaaS）

模拟教学云端管理平台（PaaS）建设的目标是通过网络提供托管应用程序的平台服务，它为应用系统提供了透明的基础设施访问服务，包括技术支撑层服务（如数据访问引擎、元数据管理、规则引擎、界面开发等）以及领域支撑层服务（如租户管理、用户权限管理、运营者管理等）。构建模拟教学云端管理平台（PaaS）除了提供通用支撑服务，更重要的是建立与业务紧密相关的教学信息平台，实现教学、医疗资源整合，为教学服务提供一体化的支撑，建立标准规范，提高教学数据质量，促进教学信息共享和协同教学。

（1）教学信息协同平台

教学信息是以教学活动为中心的全过程的数据记录。信息平台是建立在电子病历、医嘱、检验、医学影像、心电、手术麻醉、护理、示教等各类信息系统基础上，满足模拟教学现场的信息需求，能够改善教学传统模式的综合信息平台。信息协同平台是指建立在基于云数据中心的教学信息共享基础上，实现各机构之间的教学业务协同，是将所有教学信息，按照教学模拟活动发生的时间顺序组织，实现一体化展示，供多级机构及学员查询。此外，为支持大型医疗集团的信息应用，教学信息协同平台还应能将信息导出为独立的XML文件，以及读取XML格式的教学信息并将之存储到数据中心的功能。教学信息协同平台还应实现教学文本互操作功能，并由权限管理和身份认证系统保证模拟教学文本互操作的安全。

（2）教学资源机构间整合平台

聚合学校的教学与医疗信息化资源，建设“教学资源云端管理平台”，将学校信息化资源分批进行统筹整合。以教学资源信息的采集、存储为基础，能够自动产生、分发、推送工作任务清单，为各类教学服务活动提供支撑。通过整合学校内教学、医疗优质资源，以医学教育业务为核心，建立全校内统一的模拟教学服务云平台。

在网络条件允许的情况下，临床模拟教学云平台可实现学校与其协作教学单位（国内外知名医科学府）的跨机构模拟教学协作，从而实现教学资源跨机构整合。

（3）基于云计算的智能提示服务

智能提示服务是为教师、学生等提供的提示、呼叫等服务。教师在模拟教学过程中，可通过智能提示功能，获得学生各类模拟操作相关信息、提请批阅信息等，从而提高模拟教学质量，提高学生的动手能力、作业环境的适应能力。

3.模拟教学云端应用服务（SaaS）

（1）云端的模拟教学业务应用

基于云计算的模拟教学业务应用将传统的信息管理业务改造成适合云计算的多租户模式，形成一个标准化、集成化的信息平台，实现医学模拟教学信息的规范化、一体化管理，规避“点对点”式的信息共享与交换，并使得学校可以基于信息平台整体上进行教学业务流程优化与管理。

（2）基于模拟教学云的教学流程改造

由于现有的优质教学资源紧张，所以必须借助信息化手段，优化教学业务流程，采取远程示教、远程批阅等手段来提高教学资源利用率。

建立跨校区跨机构模拟教学角色唯一主索引：模拟教学信息化是以教学为枢纽，以临床模拟为基础和主体。在这种情况下，教学角色的唯一、准确识别就显得格外重要。基于同一模拟课件适用于多种学员类型：结合目前教学模式，将同一模拟课件向不同专业、不同学员提供模拟教学服务，提高课件使用效率。基于呼叫平台的短信导教服务：基于呼叫平台，实时告知学员、教师模拟教学时的状态，创新教学模式，减轻教师工作量、丰富学员知识获取渠道。

（3）云端的模拟教学系统

云端的模拟教学系统可以实现统一管理，主要包括模拟医院临床的所有业务系统、示教管理系统。

1）医院临床业务系统

搭建医院实际业务场景所需的主流业务系统，如HIS、LIS、PACS、EMR等，系统的功能涵盖医院实际使用功能，且能满足医院主体业务模拟环境搭建的需求，使学员根据教学需要通过平台的角色及权限体系扮演不同的角色（如医生、护士、检验检查技师等），教师作为模拟环境中的协同方对教学模拟场景中学员所扮演的角色所处理的处方、病历、技师报告及相关医疗质量控制等环节进行评价、指导；在网络条件具备的条件下，与教学协作单位开展远程教学合作，可在模拟场景之外开展远程教学活动，丰富模拟教学的内容。

2）示教管理系统

对模拟教学中学员的角色扮演过程进行后台管理、过程控制、教学成果评价等所需的软件系统，如模拟教学组织功能、学员成绩统计功能、学员模拟点评、课件管理功能等。

（4）云端的教学信息共享与文本互操作

云端的模拟教学共享面向全体教师和学员，实现对模拟教学相关信息的共享及调阅，从而全面掌握模拟环境情况。学员和教师都可使用相关模拟教学信息，同时模拟教学文本的互操作能为教师及学生创造一个实时互动的教学环境。临床模拟教学平台可以支持远程示教，从而为学员提供了更多的实践机会。

五、总结与展望

基于医院信息系统的临床模拟教学云平台通过为学生创设真实的临床实践环境，使学生能够模拟医生角色进行临床诊断，让学生对疾病的临床表现和诊疗思路有系统的认识，从而提高学生的临床技能和临床思维能力。下一步，笔者们将进一步收集和分析师生对临床模拟教学的实际需求，采用软件工程的方法，对该平台进行实际开发并应用于医学生的临床教学当中。

参考文献：

[1]邱峰，张际平.远程临床医学技能培训的实现[J].现代远程教育研究，2012（1）：91-96.

[2]李剑锋，于玲范等.临床模拟教学系统的建立与应用[J].中国医学教育杂志，2008（4）：74-76.

[3]张建勋，古志民，郑超.云计算研究进展综述[J].计算机应用研究，2010（4）：74-76.

（编辑：杨馥红）