基于云平台构建乳腺癌数据库及应用

薛 丽 陈彩萍 韩 超 邢 丹 陆 翔

嘉兴市第一医院，314001浙江 嘉兴

乳腺癌是危害妇女健康最常见的恶性肿瘤之一［1］。手术、化疗、放疗、内分泌治疗、靶向治疗等治疗方式对乳腺癌均有效。乳腺癌治疗过程漫长，以内分泌治疗为例，高复发风险的患者手术后需要接受10年甚至更长时间的辅助内分泌治疗［2-3］。即使完成了全部治疗，医护人员也需要对乳腺癌患者进行全程管理，包括患肢功能锻炼、饮食建议、体重控制等。发病率高、治疗手段多、治疗时间长等原因致使当前存在大量乳腺癌患者需要医护人员进行专业管理，但是临床使用的电子病历系统并不适合这个需求。因此建立一个专门用于乳腺癌患者的数据库管理系统十分必要。2 011年某医院基于微软公司access软件构建了乳腺癌数据库管理系统［4］，该系统稳定运行至今，辅助乳腺癌患者的全程管理、随访和科研工作。该系统属于单机数据库，无远程网络访问功能，随着医院办公区域的扩大、数据库用户的增加，也暴露出一些不足。2019年某医院基于云平台开发了新的乳腺癌数据库管理系统，具备远程网络访问能力，增加了数据自动备份、用户分级权限、数据库审计等功能，现报告如下。

1 乳腺癌数据库的软硬件设计

1.1 系统架构

系统采用浏览器／服务器（Browser／Server，B／S）架构，用户操作客户端浏览器通过互联网访问云服务器的数据库系统，实现数据录入、编辑、查询、浏览等功能。云服务器2台，分别存储和运行主数据库、备份数据库。主数据库用于保存数据库信息，备份数据库用于备份数据，主数据库实时同步至备份数据库。2台云服务器分别存放于不同的城市，以互联网宽带连接。软件代码运行在云服务器上，负责处理用户输入的各项指令。用户操作客户端浏览器通过互联网访问云服务器的数据库系统。见图1。

图1 系统架构图

1.2 云服务器配置

采用租赁方式分别获得阿里云和腾讯云公司的云服务器，2者软硬件配置相似。见表1。

表1 阿里云和腾讯云服务器的软硬件配置比较

1.3 数据库结构

主数据库采用MySQL关系型数据库，内建多个数据表，每个数据表存储一种特定类型的信息，如病理诊断、手术记录等。以病理诊断表为例，该表每行存储一份病理报告，包括患者编号、标本部位、组织学类型、肿瘤直径、腋窝淋巴结等46个字段，上述字段涵盖了乳腺癌病理报告的各项内容。一个患者如有多份病理报告，则分多行存储。患者编号为唯一字段，一个患者有且仅有一个患者编号。通过在各个表中查找包含该患者编号的全部记录，即可得到该患者的全部资料。数据库中同时存储辅助用表，如数据库用户权限表用于存储数据库用户的用户名、密码、操作权限等；日志表用于存储数据库登录、查询、修改等日志信息；科研用表用于存储各临床研究的数据。

备份数据库采用与主数据库一致的结构，两者间采用实时同步模式，主数据库内容的更改通过互联网实时同步至备份数据库中，当主数据库损坏时，备份数据库可作为主数据库来使用。

1.4 系统软件代码设计

软件代码采用HTML＋PHP的动态网页编程技术实现，提供的功能主要包括：（1）用户注册、登录；（2）数据录入、修改、查询；（3）数据呈现；（4）数据库日志记录；（5）数据库审计和管理。软件代码是用户与数据之间的桥梁，是本系统好用与否的关键，也是本次开发的重点与难点。

数据录入以规范化＋高效为设计理念，尽可能多地采用选择式输入，即用户通过点选即可输入数据。对于一些重复输入的内容采用半自动输入的方式，例如登记化疗信息时，系统自动检测该患者既往是否接受过化疗，如既往有化疗记录，则系统根据该患者的化疗方案自动生成一个新的化疗记录，用户核对无误后点击保存即可，既提高录入效率又降低错误率。

数据呈现采用模块化代码结构，包括查询模块和显示模块。查询模块依据关键词在数据库中查询符合条件的信息，主要包括姓名、性别、出生年月、住院号、临床诊断、病理诊断等39项，依据用户权限，可查询的范围有所不同。查询模块获得的结果通过数据接口传输给显示模块，显示模块根据不同的查询内容个性化呈现数据。如在查询病理诊断时将病理报告的肿瘤大小、淋巴结、ER、PR、HER2等字段作为重点显示。

数据库日志记录和审计均与数据库安全有关。数据库日志记录包括登录、查询、修改等所有与数据库操作有关的信息。以登录日志为例，包括记录每次登录的时间、IP地址、用户名、是否非法访问等内容。审计是指将上述日志记录分门别类呈现给系统管理员，对非法操作的内容标红高亮显示，便于管理员查看，及时发现安全性问题。

1.5 安全性设计

系统安全性主要包括：（1）保护数据免于物理损坏，如火灾、地震等导致服务器故障、数据丢失。本系统的主数据库服务器和备份数据库服务器分别部署于上海、广州2个相距1 200余公里的城市，通常情况下此类灾害不会同时影响上述2个城市。（2）保护数据不被恶意盗取。首先依托云平台供应商提供的Web应用防火墙、云安全中心、漏洞扫描等功能构建安全的数据库运行环境；其次对用户密码采用n位随机数＋哈希加密处理，增加黑客破解数据库的难度；最后对患者隐私信息（如姓名、身份证号、联系方式等）以密文存储，即使数据被盗，也只能看到密文，避免泄露患者隐私。（3）制定安全相关制度。首先采用实名制注册，根据用户实际职级和工作需要分配相应权限，如数据录入、查询、修改、删除等；其次定期对用户进行操作培训和安全培训，提醒用户妥善管理密码，合理使用系统，避免人为原因造成数据外泄；最后执行数据库审计制度，数据库管理员定期对日志进行审计，一旦发现异常操作可以及时找到对应的用户，取消其权限，并对数据进行恢复。

1.6 客户端要求

本系统支持多种类型的客户端，包括台式机、笔记本、智能手机等任何可以运行浏览器访问互联网的设备均可作为客户端使用。系统在收到客户端的访问请求后自动识别客户端类型，对于台式机及笔记本电脑等显示屏较大的设备呈现的内容相对详细，对于手机等屏幕较小的设备呈现的内容相对简洁，但2种客户端均能实现相同的功能。

1.7 科研数据表设计

系统提供科研管理数据表功能。每个科研项目独立建表，存储患者编号、组别及科研相关数据，通过联合查询自动制作包括患者诊断、病理、手术、放化疗、随访等信息的综合表格，该表格可被统计软件SPSS直接读取，减少人工登记数据的繁琐。

2 乳腺癌数据库的功能

2.1 服务器运行情况

成功建立基于云平台的乳腺癌数据库管理系统（计算机软件著作权登记号：2021SR0484007），其中患者相关的数据表13个（包括患者一般情况表、联系方式表、临床诊断表、病理诊断表、手术表、化疗表、放疗表、内分泌治疗表、靶向治疗表、其他治疗表、随访记录表、生存状态表、住院及门诊号码表），用户权限数据表1个，数据库日志表6个，科研数据表4个。截至2021年2月24日，存储乳腺癌患者2 763例。其中1 991例为单机版access乳腺癌数据库中的资料，导入本系统后，采用双人独立随机抽查各100例患者的方法进行核对无误。其余772例为通过本系统录入的新患者。

创建软件代码文件118个，代码合计2万余行。软件代码文件主要包含客户端登录界面、患者详情界面、数据增改删界面、查询界面、科研数据汇总表格界面以及服务器端数据保存、修改、搜索、加解密功能文件等。

从2019年4月8日服务器开机至今，共经历了系统设计、搭建、软件开发、数据导入、数据维护、日常应用等多个阶段，服务器运行稳定，除为了维护系统而重启以外，未出现服务器意外重启、死机、数据丢失等情况。

2.2 客户端运行情况

已调试通过的客户端设备包括运行Windows操作系统的台式及笔记本电脑、运行安卓系统的华为和三星手机及平板电脑、运行Mac OS操作系统的台式及笔记本电脑、运行iOS系统的苹果手机及平板电脑。在上述客户端中均可登录系统并正常操作，接口网页根据客户端屏幕类型呈现合适的版式。

2.2.1 系统首页界面

在输入正确的用户名、密码后，系统显示首页界面，上方为新增病例功能区，中部为查询功能区，底部为数据库管理功能区。根据每个用户的权限，系统提供的功能不同。见图2。

图2 ｀系统首页界面

2.2.2 患者详情界面

患者详情界面包括患者一般情况、住院号、联系方式、生存状态、临床诊断、病理诊断、手术、化疗、内分泌治疗、放疗、靶向治疗等信息，点击每项信息的 “修改”按钮可以显示该项信息的详细内容，并可进行修改。页面上方显示患者的一般情况，中间为临床诊断和病理诊断，下方显示治疗方式和随访记录。见图3。

图3 患者详情界面

2.2.3 数据搜索结果界面

数据搜索结果界面可显示患者的姓名、性别、住院号、相关查询数据、生存状态和生存时间等信息。在病理报告查询框选择 “病理诊断”：浸润性乳腺癌、“肿瘤直径”：＞1 cm、“脉管”：有癌栓、“腋窝淋巴结”：阴性，结果得到22个患者，并给出患者的ER、PR、HER2、生存状态等信息，点击右侧 “详情”按钮可以查看每个患者的详细情况（为保护患者隐私已将患者姓名、住院号隐去）。在电子病案管理系统中难以实现类似的查询功能。见图4。

图4 数据搜索结果界面示例图

2.3 用户情况

已为科室医生建立各级账号共10个。根据用户权限分别举行操作培训和安全培训累计6次。通过培训和实际操作，各用户均能正确使用本系统。系统监控和审计未发现异常操作行为。

2.4 模拟系统

建立模拟系统1套，访问地址为http：／／brtumor.top／simulation.php，用户名：test，密码：breast2021。科室新用户培训时以此模拟系统为操作训练平台，读者也可登录该系统进行操作及体会。

3 讨论

疾病数据库管理系统不同于电子病案管理系统，前者以管理特定疾病患者的诊断、治疗、随访信息为主，系统的各项功能为该疾病进行深度优化；后者以管理住院或门诊诊疗经过为主。以本系统为例，主要管理在我科接受诊疗的乳腺癌患者，用户为我科医生。本系统对乳腺癌诊疗进行了深度优化，例如可以对比乳腺癌改良根治术、保乳根治术的复发率差异等，这在电子病案管理系统中是很难做到的。随着乳腺癌发病率增高、治疗效果的改善、临床多中心科研和真实世界大数据研究的开展，临床对乳腺癌患者管理系统的需求也日益增强。

疾病数据库管理系统通常由医院或专科提出需求，委托专业软件公司进行设计开发，耗费较为昂贵，常见于顶级医院，如上海交通大学医学院附属瑞金医院沈坤炜教授主持的网络乳腺癌数据库共享平台，共有16家单位参与，入库超过12 500例乳腺癌病例［5］。对于一般的综合性医院而言，很难争取到大量经费和资源进行疾病数据库管理系统的建设，本系统的成功应用说明基于云平台、采用B／S架构、使用免费的MySQL数据库和PHP编程语言开发的管理系统不失为一种选择。本系统采用的云服务器年费用不超过1 000元／台，是搭建科室级专病管理系统的较好选择。系统架构采用近年来较流行的B／S模式［6-7］，对客户端没有特殊要求，客户端不需要安装特殊的应用程序。PHP语言通过SQL语句可以直接接入MySQL数据库，对数据库进行数据存储、读取、查询等操作，而SQL语句在数据统计方面具有简单易学、高效灵活等优点［8-9］。本系统的软件代码为我科医生利用业余时间开发，系统的各项功能和操作方式可最大限度地符合本科室医生的使用习惯。

安全性问题是专病数据库管理系统需要重点关注的问题［10］，主要包括数据的丢失和外泄，其中患者隐私数据外泄是最严重的安全问题。本系统主要从以下方面着手提高系统的安全性：首先加强用户的安全培训，如不把密码保存在浏览器内、不把密码告诉他人等；其次充分利用云平台提供的防火墙、安全中心等服务减少系统漏洞，避免被黑客攻击；最后对患者隐私数据采用密文保存，减少数据泄露造成的隐私暴露。

综上所述，我科室基于云平台成功开发了乳腺癌数据库管理系统，该系统各项功能达到设计要求、运行稳定、成本低廉、能够满足临床多用户、远程使用的要求，具有较高的安全性。