智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺技術(shù)方案

1、智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺技術(shù)方案摘 要當前我國醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)發(fā)展不平衡，不同地區(qū)醫(yī)療水平存在巨大差異，醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)獲取成本高。 因此，如何使不同地區(qū)的人享受相同的優(yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)成了急需解決的課題。云計算的出現(xiàn)，帶來了新興的服務(wù)模式1。通過云計算平臺將醫(yī)療服務(wù)搬上云端，形成一個醫(yī)療云服務(wù)數(shù)字化生態(tài)環(huán)境，使得人們可以不受地域經(jīng)濟發(fā)展水平限制地獲取優(yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)。本研究在運用云計算理論以及服務(wù)計算理論基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)醫(yī)療服務(wù)模式進行服務(wù)模式的創(chuàng)新，分析、設(shè)計、實現(xiàn)了開放式、多租戶、可伸縮的智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺。其特征是醫(yī)療服務(wù)中心、醫(yī)療數(shù)據(jù)中心被聚合，統(tǒng)一放在云端供用戶使用；用戶通過智能客戶終端隨時隨地獲取多種醫(yī)療

2、服務(wù)，包括遠程醫(yī)療診斷、預(yù)約掛號、電子健康檔案管理等。本論文以智慧醫(yī)療云服務(wù)計算模型及其相應(yīng)體系結(jié)構(gòu)為核心展開相關(guān)工作。論文首先研究了可彈性伸縮的云服務(wù)模型，對其關(guān)鍵的服務(wù)負載預(yù)測算法進行分析研究，并應(yīng)用一種多指標的預(yù)測算法來構(gòu)建可伸縮的云服務(wù)模型。在此基礎(chǔ)上， 結(jié)合醫(yī)療云的服務(wù)模型提出了智慧醫(yī)療云服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型，基于該計算理論可以指導(dǎo)構(gòu)建并實現(xiàn)智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺。進而，論文依照軟件工程方法論對智慧醫(yī) 療 云 服 務(wù) 平 臺 進 行 需 求 建 模 和 數(shù) 據(jù) 建 模 ， 并 采 用 面 向 服 務(wù) 架 構(gòu)（Service-orentied Architecture,SOA）理論對系統(tǒng)進行分

3、析設(shè)計。最后，利用OpenStack 等云計算開源工具和 J2EE 開發(fā)平臺，開發(fā)實現(xiàn)智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺， 驗證其可行性。測試和應(yīng)用結(jié)果表明：智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺實現(xiàn)了醫(yī)療服務(wù)資源和醫(yī)療數(shù)據(jù)的協(xié)同共享，借助于云計算帶來的海量計算資源和彈性伸縮能力使得醫(yī)療云的服務(wù)性能更加穩(wěn)定，服務(wù)體驗更加出色。智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺有助于緩解醫(yī)療資源分配不均、醫(yī)療服務(wù)獲取不便的現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：智慧醫(yī)療；醫(yī)療云；云服務(wù)平臺； 目錄 HYPERLINK l _TOC_250068 第 1 章緒 論1 HYPERLINK l _TOC_250067 研究課題背景與意義1 HYPERLINK l _TOC_250066 國內(nèi)外

4、現(xiàn)狀研究及分析4國內(nèi)研究現(xiàn)狀4國外研究現(xiàn)狀6 HYPERLINK l _TOC_250065 研究目標與具體研究內(nèi)容8 HYPERLINK l _TOC_250064 論文組織結(jié)構(gòu)8 HYPERLINK l _TOC_250063 第 2 章相關(guān)概念及其技術(shù)基礎(chǔ)11 HYPERLINK l _TOC_250062 醫(yī)療信息化領(lǐng)域相關(guān)概念11醫(yī)院信息系統(tǒng)11 HYPERLINK l _TOC_250061 電子醫(yī)療病歷11 HYPERLINK l _TOC_250060 個人健康檔案12 HYPERLINK l _TOC_250059 云計算12云計算基本概念12云計算分類13 HYPERLIN

5、K l _TOC_250058 云計算相關(guān)開源技術(shù)14 HYPERLINK l _TOC_250057 SOA17 HYPERLINK l _TOC_250056 SOA 基本概念17 HYPERLINK l _TOC_250055 SOA 主要特征18 HYPERLINK l _TOC_250054 SOA 相關(guān)技術(shù)18 HYPERLINK l _TOC_250053 本章小結(jié)19 HYPERLINK l _TOC_250052 第 3 章智慧醫(yī)療云服務(wù)理論研究21 HYPERLINK l _TOC_250051 智慧醫(yī)療概念模型21 HYPERLINK l _TOC_250050 智慧醫(yī)療

6、服務(wù)模式21 HYPERLINK l _TOC_250049 智慧醫(yī)療云服務(wù)資源中心22 HYPERLINK l _TOC_250048 智慧醫(yī)療云服務(wù)數(shù)據(jù)中心22 HYPERLINK l _TOC_250047 醫(yī)療云服務(wù)模型22 HYPERLINK l _TOC_250046 醫(yī)療云服務(wù)的定義22 HYPERLINK l _TOC_250045 醫(yī)療云服務(wù)中的角色23 HYPERLINK l _TOC_250044 可動態(tài)伸縮的云服務(wù)模型24 HYPERLINK l _TOC_250043 服務(wù)彈性伸縮定義24 HYPERLINK l _TOC_250042 服務(wù)彈性伸縮相關(guān)算法分析26

7、HYPERLINK l _TOC_250041 可自動伸縮的云服務(wù)30 HYPERLINK l _TOC_250040 智慧醫(yī)療云服務(wù)體系結(jié)構(gòu)31 HYPERLINK l _TOC_250039 本章小結(jié)33 HYPERLINK l _TOC_250038 第 4 章需求分析及模型35 HYPERLINK l _TOC_250037 總體需求35系統(tǒng)目標35系統(tǒng)角色35 HYPERLINK l _TOC_250036 功能性分析36 HYPERLINK l _TOC_250035 系統(tǒng)整體功能36 HYPERLINK l _TOC_250034 智能客戶端口功能37 HYPERLINK l _

8、TOC_250033 云服務(wù)端功能41 HYPERLINK l _TOC_250032 非功能性分析46 HYPERLINK l _TOC_250031 本章小結(jié)47 HYPERLINK l _TOC_250030 第 5 章系統(tǒng)設(shè)計49 HYPERLINK l _TOC_250029 設(shè)計目標和原則49 HYPERLINK l _TOC_250028 總體設(shè)計50 HYPERLINK l _TOC_250027 邏輯架構(gòu)設(shè)計50 HYPERLINK l _TOC_250026 物理架構(gòu)設(shè)計52 HYPERLINK l _TOC_250025 系統(tǒng)詳細設(shè)計53 HYPERLINK l _TOC

9、_250024 服務(wù)治理框架54 HYPERLINK l _TOC_250023 用戶信息管理服務(wù)56 HYPERLINK l _TOC_250022 遠程醫(yī)療診斷服務(wù)57 HYPERLINK l _TOC_250021 遠程預(yù)約掛號服務(wù)58 HYPERLINK l _TOC_250020 個人健康信息管理服務(wù)60 HYPERLINK l _TOC_250019 醫(yī)患咨詢問答服務(wù)61 HYPERLINK l _TOC_250018 數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計63本章小結(jié)68 HYPERLINK l _TOC_250017 第 6 章系統(tǒng)實現(xiàn)69 HYPERLINK l _TOC_250016 開發(fā)環(huán)境及技

10、術(shù)平臺69 HYPERLINK l _TOC_250015 系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)69 HYPERLINK l _TOC_250014 云基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)71 HYPERLINK l _TOC_250013 OpenStack 環(huán)境搭建71 HYPERLINK l _TOC_250012 Docker 環(huán)境搭建72系統(tǒng)運行環(huán)境搭建73醫(yī)療云平臺實現(xiàn)74服務(wù)治理實現(xiàn)74 HYPERLINK l _TOC_250011 醫(yī)療服務(wù)實現(xiàn)77 HYPERLINK l _TOC_250010 本章小結(jié)82 HYPERLINK l _TOC_250009 第 7 章 測試與應(yīng)用83 HYPERLINK l _TOC_

11、250008 系統(tǒng)測試83 HYPERLINK l _TOC_250007 測試環(huán)境83 HYPERLINK l _TOC_250006 功能測試83 HYPERLINK l _TOC_250005 性能測試84系統(tǒng)應(yīng)用85 HYPERLINK l _TOC_250004 本章小結(jié)86 HYPERLINK l _TOC_250003 結(jié)論87 第1章 緒 論背景與意義隨著我國經(jīng)濟水平提高，綜合國力不斷增強，人民對于優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的需求也日漸增長。十八屆三中全會在中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定中明確提出，深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革成為全面深化改革戰(zhàn)略中的一部分，要充分利用信息化手段，促進優(yōu)質(zhì)

12、醫(yī)療資源縱向流動，并加強區(qū)域公共衛(wèi)生服務(wù)資源整合，健全全民醫(yī)保體系。但由于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不平衡，地方醫(yī)療資源規(guī)劃滯后所導(dǎo)致的醫(yī)療資源分配不均，成為我國的醫(yī)療行業(yè)所面臨的主要問題2。經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)與落后地區(qū)醫(yī)療條件存在較大差距，同一地區(qū)不同醫(yī)院之間，大型醫(yī)院和社區(qū)醫(yī)院之間都存在明顯的醫(yī)療資源不平衡現(xiàn)象。我國是發(fā)展中國家，正處在全力進行經(jīng)濟建設(shè)的關(guān)鍵時期，財政資源不可能全力投入到醫(yī)療領(lǐng)域，同時由于醫(yī)生的職業(yè)特殊性決定了培養(yǎng)醫(yī)療衛(wèi)生人才的漫長性和復(fù)雜性。據(jù)統(tǒng)計，我國每千人口醫(yī)生數(shù) 2.0 人3。如此大的人才缺口使得我國將在未來相當長的一段時間內(nèi)處于醫(yī)療衛(wèi)生資源緊缺，醫(yī)療人才匱乏，醫(yī)療資源分配不均的狀況中

13、。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在醫(yī)療信息化領(lǐng)域已經(jīng)取得了令人可喜的進步，部分醫(yī)院已經(jīng)實現(xiàn)或部分實現(xiàn)了信息化的改造4。醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)事關(guān)國計民生，而醫(yī)療的信息化程度則關(guān)系著醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)能否在信息時代更好地服務(wù)于患者、服務(wù)于社會，正受到政府部門及相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)越來越多的重視，綜合國力的提高使得我國在醫(yī)療領(lǐng)域的投資規(guī)模逐年增長5。但是由于起步較晚，資金有限，我國的醫(yī)療信息化和國外仍有很大的差距，多數(shù)醫(yī)院信息系統(tǒng)（Hospital InformationSystem，HIS）主要集中在管理信息系統(tǒng)（Managed Information System，MIS） 上，臨床信息系統(tǒng)(Clinical Informat

14、ion System,CIS)、影像歸檔和通信系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）處于探索階段。我國在醫(yī)療信息化領(lǐng)域主要存在以下幾個問題：信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃缺乏統(tǒng)一的醫(yī)院信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范和技術(shù)標準6。各應(yīng)用系統(tǒng)彼此之間相互獨立和各自封閉，數(shù)據(jù)不共享，系統(tǒng)之間沒有互操作性。醫(yī)院管理流程不規(guī)范，信息技術(shù)人才奇缺，不能有效發(fā)揮醫(yī)療信息系統(tǒng)的效用。云計算是最近幾年興起的一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算模式。高性能的服務(wù)器集群通過高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，通過虛擬化技術(shù)形成包括 CPU、內(nèi)存等公共設(shè)施化的計算資源池。云計算不僅僅是計算模式的變革，更是一

15、種服務(wù)模式的創(chuàng)新。云計算的用戶可簡單分為普通消費者以及云服務(wù)開發(fā)者。云服務(wù)開發(fā)者用戶無需關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施的實現(xiàn)細節(jié)和日常運維，只需關(guān)注自身的業(yè)務(wù)，根據(jù)需要獲取計算資源，大大降低了開發(fā)維護成本，加快開發(fā)速度。而普通云服務(wù)消費者則只需通過互聯(lián)網(wǎng)使用云服務(wù)開發(fā)者發(fā)布的服務(wù)即可。云計算無論是對云服務(wù)開發(fā)者還是云服務(wù)的消費者，都采用按需使用，按使用計費的服務(wù)模式。智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺正是依托于云計算技術(shù)，對接各個醫(yī)院、衛(wèi)生機構(gòu)、科研機構(gòu)的信息系統(tǒng)，將各種醫(yī)療服務(wù)部署在云計算平臺上。通過將多種醫(yī)療服務(wù)和醫(yī)療數(shù)據(jù)進行集成和重新整合，從而實現(xiàn)以智慧醫(yī)療云平臺為核心的智慧醫(yī)療云服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。智慧醫(yī)療云服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)如圖

16、 1-1 所示：圖 1-1 智慧醫(yī)療云生態(tài)系統(tǒng)Figure 1-1 Smart Health Cloud Ecosystem智慧醫(yī)療云生態(tài)系統(tǒng)主要包括四類角色，即醫(yī)療云服務(wù)消費者、醫(yī)療云服務(wù)提供者、醫(yī)療云服務(wù)開發(fā)者。醫(yī)療服務(wù)的消費者包括普通患者和醫(yī)療衛(wèi)生組織。普通患者通過各種智能終端快捷地獲取平臺上的醫(yī)療服務(wù)，同時通過智能可穿戴設(shè)備，將用戶的個人健康數(shù)據(jù)上傳到云端進行存儲和分析。而醫(yī)療衛(wèi)生組織則可以利用云平臺積累的醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)據(jù)進行分析、挖掘。醫(yī)療服務(wù)的提供者可以是醫(yī)生、醫(yī)院、科研機構(gòu)、政府衛(wèi)生部分等。醫(yī)護人員通過平臺向患者提供包括醫(yī)療診斷在內(nèi)的健康服務(wù)，醫(yī)療衛(wèi)生組織通過平臺監(jiān)管醫(yī)院及醫(yī)護人員，

17、并發(fā)布公共醫(yī)療衛(wèi)生信息。醫(yī)療服務(wù)的開發(fā)者依托醫(yī)療云平臺的開放接口、開放數(shù)據(jù)等開發(fā)符合市場需求的醫(yī)療健康服務(wù)，并向平臺用戶發(fā)布。綜合來說，依托云計算平臺的醫(yī)療服務(wù)模式相對傳統(tǒng)醫(yī)療信息化的服務(wù)有如下新的特點：醫(yī)療數(shù)據(jù)的跨域共享傳統(tǒng)的醫(yī)療信息化中，各個醫(yī)院掌握和保存各自病人的醫(yī)療信息，包括病人健康檔案，電子病歷等，這就形成了醫(yī)療數(shù)據(jù)的“信息孤島”。以上這些情況給病患跨區(qū)域治療帶來困難。而通過云計算平臺，所有的醫(yī)療數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一約定協(xié)議存儲，并進行統(tǒng)一的存儲和管理，使得病患的醫(yī)療數(shù)據(jù)方便的實現(xiàn)跨區(qū)域的共享。并使得醫(yī)生可以獲取盡可能多的病患歷史數(shù)據(jù)，提高診斷的準確性，進而變相地提高了醫(yī)療資源的利用率。醫(yī)療

18、服務(wù)的多樣性傳統(tǒng)醫(yī)療信息服務(wù)提供的服務(wù)品種單一，服務(wù)更新緩慢。作為一個完善的醫(yī)療云生態(tài)系統(tǒng)，云平臺本身提供了基礎(chǔ)的醫(yī)療服務(wù)，比如：遠程醫(yī)療診斷、個人健康檔案、遠程預(yù)約掛號等。通過開放策略，使得第三方的開發(fā)者可以利用平臺的服務(wù)接口和數(shù)據(jù)來開發(fā)更多個性化、滿足細分市場需求的醫(yī)療應(yīng)用，并發(fā)布到平臺上，從而極大地豐富平臺中的醫(yī)療應(yīng)用。消費者根據(jù)自身需求按需選擇訂購所需醫(yī)療服務(wù)。醫(yī)療服務(wù)的個性化、可配置智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺提供了豐富多樣的服務(wù)，服務(wù)消費者可以根據(jù)自身需求靈活配置、按需付費。平臺用戶在個人服務(wù)管理中配置所需要的服務(wù)種類，平臺記錄用戶配置，根據(jù)用戶配置提供個性化的服務(wù)組合，并按用戶使用情況計費

19、。由此實現(xiàn)了醫(yī)療服務(wù)的按需配置、定量計費。醫(yī)療數(shù)據(jù)可利用性高隨著時間的推移，平臺會積累大量的病歷、健康檔案、日常健康數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的挖掘分析，為宏觀決策、醫(yī)學(xué)研究、個人健康預(yù)警提供了豐富的研究數(shù)據(jù)，而且，隨著時間的推移，數(shù)據(jù)量的累積，其價值也越來越高。與之相反， 在傳統(tǒng)的醫(yī)療信息化中，醫(yī)療數(shù)據(jù)分散，格式標準不統(tǒng)一，難以提取進行有效的分析和挖掘。醫(yī)療服務(wù)的高可用性鑒于云計算的優(yōu)點，部署在云端的醫(yī)療服務(wù)應(yīng)用，可根據(jù)訪問量需求，按需擴容，服務(wù)不會因為系統(tǒng)處理能力不足而無法服務(wù)。由此，不但避免了購置大量硬件資源的成本，還使得服務(wù)在任何時間段內(nèi)都能保證其可用性。另外，傳統(tǒng)醫(yī)療信息系統(tǒng)中，病患的醫(yī)療

20、數(shù)據(jù)由醫(yī)院保存，由于醫(yī)院缺乏專業(yè)的信息技術(shù)人才和完善的管理機制，一旦發(fā)生自然災(zāi)害、黑客入侵等意外，數(shù)據(jù)必然遭到丟失或泄露。云計算強大的災(zāi)備功能使得存儲在云端的醫(yī)療數(shù)據(jù)獲得了有效的保護。國內(nèi)外現(xiàn)狀研究及分析國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國醫(yī)療領(lǐng)域?qū)υ朴嬎愕氖褂弥饕P(guān)注點在結(jié)合云計算實施醫(yī)療信息化上。另外還包括應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的云存儲和軟件服務(wù)等7。當云服務(wù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域時，可以將空間上分散的醫(yī)療資源整合起來，來進行醫(yī)療資源的共享。周迎、曾鞏在其文章中指出，云計算為醫(yī)療信息化提供了若干類型的服務(wù)，比如在線軟件服務(wù)、醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲服務(wù)、硬件基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)等。林偉偉等人提出了基于云計算的 HIS 體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)有助于

21、解決當前我國醫(yī)療信息系統(tǒng)在擴展性、可維護性、使用便捷性等諸多方面的問題8。胡新平等人針對云計算的特點，并結(jié)合醫(yī)療信息化領(lǐng)域的特點，提出了一種以云計算為核心的軟件服務(wù)和云存儲模型9。在該模型的體系下，醫(yī)院、病人、軟件服務(wù)商、云服務(wù)商多方協(xié)同，共同實現(xiàn)了一個醫(yī)療數(shù)據(jù)協(xié)同的共享的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)在我國的迅速普及，人們對于醫(yī)療的關(guān)注和投入也越來越多，眾多科技公司也紛紛進入醫(yī)療云領(lǐng)域，有部分產(chǎn)品已經(jīng)面世，并被大眾所使用。這其中百度健康云和阿里健康比較具有代表性。百度健康云百度健康云由百度公司和北京市政府共同發(fā)布，其目標通過整合上游智能硬件廠商和軟件開發(fā)商，并結(jié)合百度在海量數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，向

22、廣大市民提供醫(yī)療健康服務(wù)，減少市民和政府在健康領(lǐng)域的花費。百度健康云的工作模式是，用戶通過智能硬件設(shè)備，實時監(jiān)控自身的健康數(shù)據(jù)，并上傳到百度云存儲中。百度利用自身在大數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的優(yōu)勢，對數(shù)據(jù)進行分析和計算。然后將這些數(shù)據(jù)開放給專業(yè)的醫(yī)療服務(wù)商，服務(wù)商利用數(shù)據(jù)開發(fā)有針對性、快速響應(yīng)的醫(yī)療健康服務(wù)。百度健康云的整體架構(gòu)包含三個層次，即智能感知層、健康云平臺層、健康云服務(wù)層，其整體架構(gòu)如圖所示：智能感知層圖 1-2 百度健康云系統(tǒng)Figure 1-2 Baidu Health Cloud System包括多種智能硬件設(shè)備，例如智能手表、體脂測量儀、血壓測量儀、心電測量儀等。智能設(shè)備會通過多種方式，

23、如 4G、WIFI 等將數(shù)據(jù)實時上傳到云端存儲。健康云平臺層健康云平臺在大規(guī)模、分布式、海量數(shù)據(jù)處理集群的基礎(chǔ)上，對感知層采集到的數(shù)據(jù)進行處理。服務(wù)層服務(wù)層將處理好的健康大數(shù)據(jù)結(jié)果提供給專業(yè)的醫(yī)療服務(wù)開發(fā)團隊。開發(fā)者根據(jù)市場需求，開發(fā)高質(zhì)量的醫(yī)療云服務(wù)應(yīng)用。阿里健康阿里健康由阿里巴巴公司主導(dǎo)，主要在個人健康管理、健康云醫(yī)院、藥品電子監(jiān)管平臺等方面進行探索。個人健康管理方面，通過阿里健康 App 實現(xiàn)一個“藥品競價”服務(wù)。用戶在醫(yī)院就診后，通過手機拍攝處方并上傳到云端，由用戶附近多家正規(guī)大型連鎖藥店進行響應(yīng)，藥店根據(jù)用戶處方，提供藥品的價格、藥店信息、是否支持醫(yī)保的等相關(guān)信息，用戶根據(jù)信息綜合評

24、定，選擇合適的藥品下單購買。健康云醫(yī)院作為連接患者和醫(yī)護人員的中間平臺而存在，通過吸引醫(yī)院和醫(yī)生入住平臺，聚合醫(yī)療服務(wù)資源為患者提供便捷的醫(yī)療云服務(wù)。云醫(yī)院具有診療過程信息化、標準化、提高管理質(zhì)量，并利用先進智能輔助技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析提升醫(yī)療服務(wù)水平。藥品電子監(jiān)管通過在藥品上印制電子監(jiān)管碼實現(xiàn)了對所有藥品的生產(chǎn)、加工、銷售等各個環(huán)節(jié)的過程進行電子監(jiān)管，以確保藥品從制作加工到使用流通等各環(huán) 節(jié)的安全，有效地打擊了制假售假行為。藥品電子監(jiān)管平臺作為公共信息服務(wù)平 臺，主要提供了藥品全流向監(jiān)控、藥品應(yīng)急快速調(diào)撥、藥品違規(guī)實時預(yù)警、藥品 追溯與召回四大功能。藥品電子監(jiān)管業(yè)務(wù)體系，如下圖所示：圖 1-3

25、電子監(jiān)管業(yè)務(wù)體系Figure 1-3 Electronic Supervision Business System國外研究現(xiàn)狀國外在醫(yī)療信息化領(lǐng)域起步較早，已經(jīng)有一些產(chǎn)品和標準出現(xiàn)。IBM 的“智慧醫(yī)療”、GNU Health、HL7 都是這一領(lǐng)域的研究成果。IBM 智慧醫(yī)療IBM 對醫(yī)療服務(wù)進行數(shù)字化處理，例如其大力推動患者電子健康檔案的建立。其通過標準化的業(yè)務(wù)語言組件，實現(xiàn)了患者電子病歷的共享。電子健康檔案使得醫(yī)護人員可以及時查詢患者健康狀況，為疾病的預(yù)防、診斷、康復(fù)提供有力保障。IBM 智慧醫(yī)療實現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)的交換和共享，醫(yī)療服務(wù)的互聯(lián)互通和互操作。通過在醫(yī)院等醫(yī)療機構(gòu)間搭建信息資源共享平

26、臺，促使各醫(yī)療機構(gòu)間的業(yè)務(wù)流程得以整合，醫(yī)療數(shù)據(jù)得以共享，實現(xiàn)跨機構(gòu)的遠程預(yù)約，相互轉(zhuǎn)診，最終實現(xiàn)“小病在社區(qū)，大病進醫(yī)院，康復(fù)回社區(qū)”的良性模式，進而提升醫(yī)療服務(wù)資源的優(yōu)化配置。GNU HealthGNU Health 是免費、開源的健康和醫(yī)療信息系統(tǒng)，包括電子醫(yī)療檔案系統(tǒng)（Electronic Medical Record，EMR），醫(yī)院信息化系統(tǒng)（Hospital Information System）和健康信息系統(tǒng)(Health Informatrion System)三個模塊。電子醫(yī)療檔案系統(tǒng)記錄患者個人健康狀況的各項數(shù)據(jù)和信息，病歷數(shù)據(jù)常在健康信息中用于診斷輔助，并 在不同系統(tǒng)間實

27、現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作；醫(yī)院信息化管理系統(tǒng)用于提高醫(yī)院各項工作的效 率和質(zhì)量，減輕醫(yī)務(wù)人員需要處理的各類事務(wù)性工作，使其集中精力為患者提供 醫(yī)療服務(wù)。在 GNU Health 中，具體包含的功能有患者預(yù)約管理、醫(yī)療器械管理、醫(yī)療費用計算、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、醫(yī)療產(chǎn)品和服務(wù)管理、支付管理、醫(yī)療采購管理 等不同的功能模塊。在實用功能方面，GNU Health 支持 CalDAV 日歷同步，可以將就醫(yī)預(yù)約和住院治療日歷與 Google 日歷或 Apple 設(shè)備進行同步；GNU Health 提供了輕量級的遠程過程調(diào)用協(xié)議 JSON RPC 支持；GNU Health 具備增強型的處方單據(jù)和遵從最新體系的藥劑分類，包

28、含世界衛(wèi)生組織 WHO 提供的最新藥品列表，以及增強的醫(yī)療實驗室模型。作為面向全球化的健康和醫(yī)療信息系統(tǒng)，GNU Health 還提供了最新的翻譯引擎，以便于實現(xiàn)本地化的應(yīng)用。HL7HL7(Health Level 7)是廣泛應(yīng)用于醫(yī)療 IT 系統(tǒng)中的一種傳輸協(xié)議。HL7 通過將多個廠商的應(yīng)用接口進行整合，從而設(shè)計一套標準接口。借助標準的格式，使得醫(yī)療機構(gòu)間異構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互成為可能。HL7 具有完整性、兼容性、可擴展性、可實現(xiàn)性等多方面的特點。HL7 支持多種應(yīng)用場景下的數(shù)據(jù)通訊，同時對多語言、多操作系統(tǒng)提供了支持。HL7 支持兩種通訊方式，包括單數(shù)據(jù)流和多數(shù)據(jù)流，為保證協(xié)議最大兼容性，其預(yù)

29、留了編碼定義、消息段和特殊的表以供不同的協(xié)議使用者9。HL7 具有很強的擴展性，是被廣泛接受的工業(yè)標準。HL7 的遠期規(guī)劃之一就是實現(xiàn)一種可以在不同醫(yī)療機構(gòu)之間進行數(shù)據(jù)交換的通用標準。研究目標與具體研究內(nèi)容本論文基于云計算理論，提出了智慧醫(yī)療云服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型及其工程實現(xiàn)方法。目標是將多個組織的醫(yī)療資源和醫(yī)療服務(wù)聚集于醫(yī)療云中，從而構(gòu)建一個開放式、多租戶、可伸縮的智慧醫(yī)療云數(shù)字化生態(tài)環(huán)境。主要研究內(nèi)容包括：服務(wù)彈性伸縮算法研究云計算平臺的彈性伸縮能力是其有別于傳統(tǒng) IT 基礎(chǔ)設(shè)施的重要標志。本研究首先分析主流伸縮算法，包括反應(yīng)式伸縮算法和預(yù)測式伸縮算法。將預(yù)測式伸縮算法的數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于基于多個

30、性能指標的預(yù)測模型中，以此來提升預(yù)測模型的普適式性。智慧醫(yī)療云服務(wù)計算理論研究針對醫(yī)療領(lǐng)域，研究面向服務(wù)的可彈性伸縮智慧醫(yī)療云服務(wù)計算理論。基于該理論的智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺體系結(jié)構(gòu)模型被提出，目標是將多種類型的醫(yī)療服務(wù)聚集于一個公用設(shè)施化的醫(yī)療云中，從而為智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺的設(shè)計實現(xiàn)提供理論指導(dǎo)。智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺實現(xiàn)依據(jù)軟件工程理論對智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺進行功能性和非功能性需求分析， 從而建立其整個系統(tǒng)的需求分析模型。在需求分析基礎(chǔ)上，按照面向服務(wù)理論設(shè)計智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺系統(tǒng)。設(shè)計完成后，首先使用 OpenStack 和 Docker 來構(gòu)建云計算基礎(chǔ)設(shè)施，然后采用 J2EE 開發(fā)平臺實現(xiàn)智慧

31、醫(yī)療云服務(wù)平臺的系統(tǒng)， 最后對系統(tǒng)進行功能測試和性能測試。論文組織結(jié)構(gòu)本文組織結(jié)構(gòu)上共劃分為七個章節(jié)，每個章節(jié)的主要研究內(nèi)容如下：第一章緒論，闡述了智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺研究課題背景及其研究意義。收集整理國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究成果，在此基礎(chǔ)上確立本文的研究目標與研究內(nèi)容。第二章主要論述智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺的相關(guān)概念和技術(shù)基礎(chǔ)，主要介紹了醫(yī)療領(lǐng)域、云計算、SOA 的相關(guān)基本概念，并確定系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和運行平臺。第三章智慧醫(yī)療云服務(wù)理論研究，從智慧醫(yī)療的概念模型入手，分析了醫(yī)療云服務(wù)的定義，醫(yī)療云服務(wù)中的角色，并重點分析了可自動伸縮云服務(wù)的算法和體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上研究并提出了智慧醫(yī)療云服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型。

32、第四章按照軟件工程理論對智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺進行需求分析，建立需求分析模型，包括系統(tǒng)目標角色分析，功能性分析，非功能性分析。第五章在需求分析模型的基礎(chǔ)之上對智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺進行總體設(shè)計和詳細設(shè)計。首先明確智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺的設(shè)計目標和設(shè)計原則。隨后從邏輯架構(gòu)和物理架構(gòu)兩個維度進行智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺的總體架構(gòu)設(shè)計。最后針對系統(tǒng)中關(guān)鍵子系統(tǒng)，以及核心醫(yī)療云服務(wù)進行詳細設(shè)計，并建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型。第六章系統(tǒng)實現(xiàn)根據(jù)第五章系統(tǒng)設(shè)計，對智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺進行實現(xiàn)。實現(xiàn)過程中首先明確系統(tǒng)的整體技術(shù)架構(gòu)。隨后，利用 OpenStack 和 Docker 搭建一個云環(huán)境實現(xiàn)智慧醫(yī)療云平臺的基礎(chǔ)設(shè)施層。最后對部

33、分核心醫(yī)療云服務(wù)的實現(xiàn)進行了闡述。第七章在完成系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行測試，包括系統(tǒng)的功能測試和性能測試。功能測試覆蓋了系統(tǒng)主要的醫(yī)療云服務(wù)的功能點，性能測試首先對負載預(yù)測算法進行測試，隨后對系統(tǒng)在不同壓力下的運行狀況進行測試。北京工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文第2章 相關(guān)概念及其技術(shù)基礎(chǔ)醫(yī)療信息化領(lǐng)域相關(guān)概念醫(yī)院信息系統(tǒng)醫(yī)院信息系統(tǒng)(Hospital Information System，HIS)是利用計算機和相關(guān)通訊設(shè)備，將患者的就醫(yī)診斷信息以及醫(yī)院的管理信息，經(jīng)過收集、處理后提供給醫(yī)院所屬部門。HIS 是一個包括了臨床信息系統(tǒng)，管理信息系統(tǒng)，辦公自動化等組成的現(xiàn)代化信息管理系統(tǒng)。各子系統(tǒng)

34、當中又包含了財務(wù)、人事、住院、掛號、醫(yī)療、收費、分診、藥品管理等多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在當代信息化浪潮下，醫(yī)院信息管理系統(tǒng)又有了新的擴展： HIS 與實驗室信息管理系統(tǒng)(Laboratory Information ManagementSystem，LIS)、影像存檔與通信系統(tǒng)、放射科信息管理系統(tǒng)(Radiology Information System，RIS)、電子醫(yī)療檔案(Electronic Medical Record，EMR)等外圍系統(tǒng)不斷整合，從而促進醫(yī)院業(yè)務(wù)流程的迭代升級和融合創(chuàng)新；隨著社會大信息系統(tǒng)的不斷完善，HIS 與社保，醫(yī)保，銀行等系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作也變得越來頻繁。HIS

35、 的不斷完善，已經(jīng)越來越成為醫(yī)療行業(yè)進行創(chuàng)新發(fā)展的、不可或缺的核心推動力量。電子醫(yī)療病歷電子醫(yī)療病歷(Electronic Medical Record，EMR)是系統(tǒng)地記錄患者醫(yī)療衛(wèi)生事件的電子存檔。電子醫(yī)療病歷主要包含如下幾大方面的內(nèi)容：病歷概要、門診診斷記錄、住院記錄、健康體檢記錄、轉(zhuǎn)院記錄、法醫(yī)證明及報告、醫(yī)療機構(gòu)信息等。電子醫(yī)療病歷相對于傳統(tǒng)的紙質(zhì)病歷具有多方面的技術(shù)優(yōu)勢：首先數(shù)字化的病歷格式使得病歷信息可以在一個安全的數(shù)字環(huán)境中被不同的醫(yī)療組織進使用和共享。其次，電子醫(yī)療病歷可以持續(xù)地跟蹤患者的治療方案及其效果，并以簡潔、易讀的圖表形式展現(xiàn)出來。最后，通過跟蹤患者狀況，可以對患者進

36、行健康警告和提醒，從而實現(xiàn)一種交互式醫(yī)療檔案。個人健康檔案個人健康檔案(Personal Health Record，PHR)是居民健康管理(疾病預(yù)防、健康保護、健康促進等)過程的規(guī)范、科學(xué)記錄10。個人健康檔案貫穿了居民的整個生命過程，收集和記錄與居民健康相關(guān)的所有記錄，從而為居民的健康保持、醫(yī)療診斷提供科學(xué)的依據(jù)。個人健康檔案不僅記錄所有體檢信息，還要患者收集醫(yī)療事件相關(guān)的電子和紙質(zhì)醫(yī)療記錄，除此之外還包括和一系列非醫(yī)療信息，比如患者的飲食習(xí)慣，睡眠狀況、嗜好(如抽煙、喝酒等)、運動情況、過敏歷史等11-13。PHR 具有以下主要特點：PHR 是居民在長期參與各種醫(yī)療活動中積累得到的。PH

37、R 是具有保存價值的健康文件。該文件可以以紙質(zhì)或電子的形式長期保存，以備未來查找。PHR 的內(nèi)容形式多種多樣，包括但不限于文字、醫(yī)療影像等形式。PHR 是健康的原始記錄。云計算云計算基本概念云計算提供一種按使用量付費的創(chuàng)新計算模式。在該模式當中，云計算的用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)便捷地獲取所需要的計算資源（包括存儲、CPU 網(wǎng)絡(luò)等），這些計算資源的獲取只需要通過簡單的交互即可達成。云計算依托于共享的計算機資源，以達成規(guī)模經(jīng)濟的效果，其通過互聯(lián)網(wǎng)提供類似于水網(wǎng)、電網(wǎng)的公共服務(wù)能力14。云計算的使用者根據(jù)自身業(yè)務(wù)發(fā)展的需要從云計算提供者租賃各種硬件和軟件資源，這些資源可根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展隨時調(diào)整，云計算使用者無需

38、再關(guān)注各種復(fù)雜的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。廣泛的意義上講，云計算提供了一種全新的 IT 服務(wù)模型， 其使得硬件資源，軟件等以服務(wù)的形式按需交付。云計算服務(wù)具備以下特征：按需申請的多租戶計算資源池。通過網(wǎng)絡(luò)進行訪問。資源支持快速彈性伸縮。服務(wù)可計量，按使用付費。對于用戶的 IT 和專業(yè)知識要求低。云計算分類云計算服務(wù)模式中，云服務(wù)提供者將硬件和軟件抽象為資源并封裝為服務(wù)向云服務(wù)消費者提供15。云計算先天就是面向服務(wù)的。云計算服務(wù)模式包括：軟件即服務(wù)(Software as a Service,SaaS)，平臺即服務(wù)(Platform as a Service,PaaS)，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastrue

39、 as a Service,IaaS)。云計算服務(wù)模式如圖 2-1 所示。圖 2-1 云計算服務(wù)模式分類Figure 2-1 Cloud Computing Service Mode Hierarchy軟件即服務(wù),其提供某些專門用途的服務(wù)供消費者使用。消費者通過互聯(lián)網(wǎng)， 以租賃的方式完成服務(wù)的獲取，并可根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求進行付費。比如微軟的office365 等服務(wù)。平臺即服務(wù)除了為用戶提供硬件資源池外，還向用戶提供各種應(yīng)用程序運行時環(huán)境。這些運行時環(huán)境包括多種編程語言的運行框架、應(yīng)用運行依賴的軟件組件等等。典型的案例比如 Google 提供的 GAE(Google App Engine)服務(wù)。

40、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源虛擬化為計算資源池，以服務(wù)接口的方式提供給用戶。用戶無需再關(guān)心具體的物理機器，只需關(guān)系自己業(yè)務(wù)到底需要多少資源即可，并且用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)需求動態(tài)的擴容和縮容。亞馬遜AWS 就是典型的案例。除按服務(wù)模式分類外，按照云計算的部署方式，可將云計算分為公有云、私有云和混合云。公有云公有云是多個用戶共同使用的云計算環(huán)境。IT 業(yè)務(wù)以服務(wù)的方式向所有外部用戶提供服務(wù)。云計算平臺內(nèi)部實現(xiàn)與原理對用戶完全透明。用戶無需針對公有云有深入了解，無需雇傭 IT 人員管理，更無需管理 IT 基礎(chǔ)設(shè)施。按照公有云的定義，亞馬遜 AWS，谷歌的 GAE，阿里云都屬于公有云服務(wù)的范疇

41、。私有云私有云是某組織獨立構(gòu)建和使用的云計算環(huán)境。私有云服務(wù)在組織內(nèi)網(wǎng)范圍內(nèi)為組織內(nèi)部用戶提供服務(wù)。相對于公有云服務(wù)，私有云的資源使用沒有那么多的限制，不會受到網(wǎng)絡(luò)帶寬、安全、法規(guī)等的影響，在業(yè)務(wù)開發(fā)方面具有相當大的靈活性，并且不用擔心對組織核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)失去掌控。混合云混合云結(jié)合了公有云和私有云的優(yōu)勢，用戶將非核心信息外包，托管在第三方公有云上，同時在私有云上掌控組織核心服務(wù)和數(shù)據(jù)。如此可在降低自身 IT 成本的同時，享受核心業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的安全性和靈活性。云計算相關(guān)開源技術(shù)OpenStackOpenStack 是 NASA 和 Rackspace 共同發(fā)起研發(fā)的一套云計算軟件集。其為用戶建立，運

42、行云計算和存儲設(shè)施提供了完整的解決方案。OpenStack 主要面向IaaS 領(lǐng)域建立云服務(wù)。OpenStack 有五個主要的組成部分：Nova 計算服務(wù)、Swift 存儲服務(wù)、Glance 鏡像服務(wù)、Keystone 認證服務(wù)、Horizon UI 服務(wù)。下面分別對這 5 個組件進行說明。NovaNova 是 OpenStack 的控制器，處理和支撐 OpenStack 實例完整生命周期中的各種動作。其可以說是 OpenStack 的管理平臺，負責(zé)整個云計算平臺的計算資源、網(wǎng)絡(luò)等。Nova 本身不提供虛擬化能力，其利用 libvirt 與虛擬機的宿主機交互。SwiftSwift 提供了一種分

43、布式、多副本、可擴展的對象存儲服務(wù)，其具有強大的對象存儲能力。Swift 內(nèi)建冗余和失效備援管理，也能夠處理歸檔和媒體流。GlanceGlance 為 OpenStack 提供鏡像管理服務(wù)，除提供基本的鏡像存儲、注冊功能外，Glance 還實現(xiàn)了鏡像的搜索和發(fā)現(xiàn)功能。鏡像可以被存儲到本地文件系統(tǒng)、Swift 或者 Amazon S3 上。KeystoneKeystone 為所有的 OpenStack 組件提供認證和訪問策略服務(wù)，主要對 Swift、Glance、Nova 等進行認證與授權(quán)。Keystone 支持用戶名密碼和令牌 Token 兩種授權(quán)模式。HorizonHorizon 是管理 O

44、penStack 服務(wù)的多功能 Web 控制面板，用戶可以直接通過Web 頁面操作實例，包括鏡像和容器的創(chuàng)建和部署，密鑰對的創(chuàng)建等。DockerDocker 是 Docker.Inc 公司開源的一個基于 Linux Container 技術(shù)之上構(gòu)建的 Container 容器引擎。目前已經(jīng)獲得包括 Google、IBM、RedHat 在內(nèi)的眾多公司支持。Docker 利用輕量級虛擬化技術(shù)進行資源隔離，并可以將各種環(huán)境依賴和 web 應(yīng)用一起打包，并可方便的移植和重新部署。輕量級虛擬化是 Docker 區(qū)別于 KVM、XEN 等傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)的一大亮點。傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)旨在構(gòu)建一整套操作系統(tǒng)環(huán)境作

45、為上層應(yīng)用的執(zhí)行基礎(chǔ)。而Docker 則將應(yīng)用所依賴的源碼、配置、依賴組件打包為一個鏡像，并利用 cgroup 等資源隔離技術(shù)將應(yīng)用隔離在一個封閉的運行空間中，其不需要安裝操作系統(tǒng)。因此 Docker 相比于傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)具有快速的啟動速度，便捷的創(chuàng)建、銷毀能力。Docker 與傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)的區(qū)別見圖 2-2：圖 2-2 Docker 和傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)的對比Figure 2-2 Docker vs HypervisorZookeeperZookeeper 是一個應(yīng)用于分布式領(lǐng)域的開源分布式服務(wù)協(xié)調(diào)組件。Zookeeper 提供了多種功能，包括名字服務(wù)、分布式同步、分布式協(xié)調(diào)、分布式鎖、集群配

46、置管理等功能。Zoookeeper 通過在內(nèi)存中維持一個類似于文件系統(tǒng)的層級命名空間來輔助分布式進程進行相互協(xié)調(diào)。Zookeeper 的數(shù)據(jù)模型如圖 2-3 所示：圖 2-3 Zookeeper 的層級命名空間數(shù)據(jù)模型Figure 2-3 Zookeeper Hierachical Namespace Data ModelZookeeper 支持分布式集群部署，利用 Paxos 來保證集群內(nèi)所有節(jié)點之間數(shù)據(jù)的一致性。這使得 Zookeeper 可以保證高可用性、擴展性和數(shù)據(jù)一致性。Zookeeper 可以應(yīng)用在眾多分布式應(yīng)用場景下，與本文相關(guān)應(yīng)用場景主要是名字服務(wù)。名字服務(wù)提供這樣一種服務(wù)，即

47、客戶端通過名字向 Zookeeper 查詢該名字下對應(yīng)的資源或者服務(wù)信息列表。資源或者服務(wù)一般是數(shù)據(jù)中心中的機器地址， 遠程服務(wù)地址等。SOASOA 基本概念面向服務(wù)架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）是一種架構(gòu)模式，它將應(yīng)用按照面向服務(wù)的思想進行劃分，每一個服務(wù)都提供了處理相近事務(wù)的一系列操作集合且服務(wù)都是可重用的16。服務(wù)之間的溝通通過定義良好的服務(wù)契約進行約束，服務(wù)契約的定義完全獨立于不同的硬件平臺，操作系統(tǒng)，開發(fā)語言。SOA 使得同構(gòu)和異構(gòu)系統(tǒng)之間的服務(wù)可以基于一個統(tǒng)一的標準進行交互。面向服務(wù)架構(gòu)是傳統(tǒng)面向?qū)ο竽Ｊ降囊环N演進17。相對于傳統(tǒng)的面向?qū)?/p>

48、象， 在面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計中，服務(wù)具有松耦合、緊內(nèi)聚的特點。服務(wù)之間依賴程度很低，每一個服務(wù)都可以單獨進行復(fù)用和升級。服務(wù)內(nèi)部則采用面向?qū)ο蠓绞絹碓O(shè)計服務(wù)的功能，服務(wù)之間通過接口實現(xiàn)聯(lián)系。傳統(tǒng)的面向?qū)ο髣t是對象之間緊耦合的，對象之間依賴關(guān)系錯綜復(fù)雜。服務(wù)是 SOA 中的核心概念，服務(wù)是一系列定義良好的獨立業(yè)務(wù)功能實現(xiàn)， 其通過服務(wù)契約定義了一系列服務(wù)接口。SOA 中的服務(wù)相對于傳統(tǒng)的組件具有更粗的粒度18。服務(wù)將一組提供相關(guān)功能的組件封裝在一起，通過簡單服務(wù)接口的調(diào)用，提供完整的服務(wù)流程。服務(wù)的接口都是簡單接口，僅僅暴露必要元素， 復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯全部隱含在業(yè)務(wù)組件內(nèi)部。SOA 的核心不僅僅是服

49、務(wù)，服務(wù)過程的三個參與者之間的關(guān)系也是 SOA 的重要內(nèi)容。三者包括服務(wù)提供者，服務(wù)注冊中心，服務(wù)請求者19。三者之間關(guān)系如圖 2-2 所示。圖 2-4 服務(wù)過程參與者之間的關(guān)系Figure 2-4 Relationship Between Service Process Participants如圖所示，對于一個完整的 SOA 架構(gòu)必須考慮關(guān)鍵的三個功能：服務(wù)發(fā)布、服務(wù)綁定以及服務(wù)查詢。服務(wù)發(fā)布主要實現(xiàn)服務(wù)的注冊和發(fā)現(xiàn)。服務(wù)綁定通過服務(wù)的授權(quán)，賬戶控制等實現(xiàn)服務(wù)的訪問控制。服務(wù)查詢，用戶根據(jù)需求在已發(fā)布的服務(wù)中查詢需要的服務(wù)。SOA 主要特征面向服務(wù)架構(gòu)主要有如下三個特點：服務(wù)可重用，服務(wù)間

50、松耦合面向服務(wù)架構(gòu)當中的服務(wù)都是可重用、松耦合的軟件組件20。服務(wù)可以獨立集群化部署，服務(wù)之間沒有直接的依賴關(guān)系。標準化的服務(wù)接口，精確定義的服務(wù)契約為保證面向服務(wù)架構(gòu)中服務(wù)間的互操作性，SOA 中的服務(wù)擁有統(tǒng)一的標準化服務(wù)契約，比如通過 WSDL（Web Services Description Language）對服務(wù)進行標準化的描述和定義?？缙脚_面向服務(wù)架構(gòu)支持部署于各種操作系統(tǒng)、硬件平臺、編程語言的服務(wù)間的交互。首先通過標準化的服務(wù)契約保證了對服務(wù)語義上理解的一致性，再通過HTTP 等獨立于平臺的通信協(xié)議，使得 SOA 具有了整合異構(gòu)平臺服務(wù)能力21。SOA 相關(guān)技術(shù)WSDLWSDL

51、即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述語言，是描述 Web Services 以及如何對服務(wù)進行訪問的描述語言。WSDL 是基于 XML 的語言，其明確定義了服務(wù)名、服務(wù)接口、服務(wù)位置、支持數(shù)據(jù)類型等信息。WSDL 文檔中包括四個核心的元素，即 portType、message、types、binding，除此之外，這些元素還包括一些子元素，比如 operation、part 等。這些元素共同完成了對一個 Web Service 的完整描述。各元素意義如表2-1 所示。表 2-1 WSDL 元素說明 Table 2-1 WSDL Elements Introduction元素說明Web Service 執(zhí)行的操作We

52、b Service 使用的消息Web Service 使用的數(shù)據(jù)類型Web Service 使用的通信協(xié)議對服務(wù)所支持操作進行抽象描述消息的參數(shù)定義為綁定和網(wǎng)絡(luò)地址組合的單個端點SOAPSOAP（Simple Object Access Protocol）簡單對象訪問協(xié)議是一種基于 XML 的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。SOAP 主要用來訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有跨平臺、跨語言，簡單可擴展的特性。SOAP 消息包含元素如下。表 2-2 SOAP 元素 Table 2-2 SOAP Elements工具說明Envelope定義 XML 文檔為一個 SOAP 消息Header包含命名空間等頭信息Body包含調(diào)用、響應(yīng)信

53、息Fault提供處理期間的錯誤信息本章小結(jié)本章對于本研究課題相關(guān)的基本概念和技術(shù)進行了研究和闡述。主要包括醫(yī)療領(lǐng)域的相關(guān)概念，云計算的相關(guān)概念和技術(shù)和面向服務(wù)架構(gòu)的概念和技術(shù)。通過對相關(guān)概念和技術(shù)的闡述分析，為后續(xù)的研究做鋪墊。第3章 智慧醫(yī)療云服務(wù)總體設(shè)計智慧醫(yī)療概念模型智慧醫(yī)療利用云計算等新興信息技術(shù)，致力于構(gòu)建一個以患者為中心的醫(yī)療信息服務(wù)體系。智慧醫(yī)療通過整合醫(yī)療服務(wù)資源，創(chuàng)新醫(yī)療服務(wù)模式，提高醫(yī)療服務(wù)效率，來打造一個醫(yī)療服務(wù)新體驗。智慧醫(yī)療服務(wù)模式智慧醫(yī)療云服務(wù)的服務(wù)模式對傳統(tǒng)醫(yī)療 IT 系統(tǒng)進行了服務(wù)模式的創(chuàng)新。智慧醫(yī)療云服務(wù)與傳統(tǒng)醫(yī)療 IT 系統(tǒng)的對比如圖 3-1 所示：圖 3-

54、1 傳統(tǒng)醫(yī)療 IT 系統(tǒng)和醫(yī)療云服務(wù)平臺對比Figure 3-1 Traditional Health IT System vs Health Cloud傳統(tǒng)的醫(yī)院 IT 系統(tǒng)建設(shè)各自為戰(zhàn)，系統(tǒng)之間相互獨立，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，系統(tǒng)之間缺乏互操作性。醫(yī)療數(shù)據(jù)不能共享，導(dǎo)致各個系統(tǒng)雖然積累了很多數(shù)據(jù)，但是無法被有效挖掘利用。智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺借助云計算的服務(wù)模式， 將分散的醫(yī)療資源、醫(yī)療數(shù)據(jù)搬上云端，構(gòu)建醫(yī)療服務(wù)資源中心、數(shù)據(jù)中心。使得醫(yī)療服務(wù)跨區(qū)域共享、醫(yī)療數(shù)據(jù)的跨系統(tǒng)共享成為可能。醫(yī)院、科研機構(gòu)、疾控中心等醫(yī)療機構(gòu)將其自身的醫(yī)療服務(wù)能力發(fā)布到云端后，患者就可以隨時、隨地通過醫(yī)療云服務(wù)端口享受

55、醫(yī)療服務(wù)；而這些機構(gòu)反過來也可以利用其它機構(gòu)的數(shù)據(jù)進行挖掘研究，以提高自身醫(yī)療服務(wù)能力。最終形成一個可以不斷自我演進、自我豐富的智慧醫(yī)療云服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。智慧醫(yī)療云服務(wù)資源中心智慧醫(yī)療通過將多種醫(yī)療服務(wù)整合，構(gòu)建一種新的醫(yī)療服務(wù)模式，即醫(yī)療云服務(wù)資源中心。其特征是：第一，具有類型豐富的服務(wù)種類。醫(yī)療服務(wù)資源中心包括多種不同的服務(wù)，例如，遠程醫(yī)療診斷、預(yù)約掛號、健康數(shù)據(jù)分析、重大疫情預(yù)警等等。第二，服務(wù)之間松耦合、相互獨立。各個醫(yī)療服務(wù)之間沒有強關(guān)聯(lián)性，各自獨立運行，不會出現(xiàn)因某項服務(wù)出現(xiàn)故障后，影響其他服務(wù)。第三，服務(wù)之間具有互操作性，可協(xié)同共享。服務(wù)之間可相互通信、調(diào)用，共同為用戶服務(wù)。第四，

56、對不同類型的用戶提供不同的服務(wù)視圖。云服務(wù)資源中心面向多種類型的用戶，例如患者、醫(yī)生、醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)、協(xié)同醫(yī)療服務(wù)提供商等。不同角色的用戶對于醫(yī)療服務(wù)的需求差異很大，所以不同角色的用戶看到的可用服務(wù)列表是不同的。智慧醫(yī)療云服務(wù)數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)醫(yī)院信息系統(tǒng)中的各種患者病歷數(shù)據(jù)、醫(yī)療影像數(shù)據(jù)、醫(yī)療活動單據(jù)等分散存儲，數(shù)據(jù)無法共享，且不易于長久保存。智慧醫(yī)療云服務(wù)數(shù)據(jù)中心是醫(yī)療數(shù)據(jù)的集聚，通過將以上各種醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲于云端，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的大規(guī)模聚集。這就使得醫(yī)療數(shù)據(jù)可以大規(guī)模跨組織，跨地域共享。比如，患者就醫(yī)就可以通過智慧醫(yī)療云服務(wù)數(shù)據(jù)中心共享其電子病歷。同時，分散存儲的數(shù)據(jù)無法完全發(fā)揮其應(yīng)用價值，通過將分散

57、在各個醫(yī)療組織中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在云端，可以對如此海量的醫(yī)療數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘處理，以提高數(shù)據(jù)的利用效率。醫(yī)療云服務(wù)模型服務(wù)可以被定義為一個自包含、獨立開發(fā)、可部署、可管理和可維護的軟件實現(xiàn)。服務(wù)提供特定的與業(yè)務(wù)相關(guān)的功能。作為公用設(shè)施化的、服務(wù)可持續(xù)集成的醫(yī)療云服務(wù)平臺，其核心就是如何構(gòu)建、管理多種部署于云端的醫(yī)療服務(wù)。醫(yī)療云服務(wù)的定義服務(wù)可以被認為是一組方法接口的集合，這些接口彼此獨立，但是其共享一整個命名空間。例如，對于遠程預(yù)約掛號服務(wù)，其可提供建立預(yù)約、取消預(yù)約、修改預(yù)約、查詢預(yù)約等接口。這些接口之間相互獨立，互不依賴，但是共同提供預(yù)約掛號這個服務(wù)。對于一個領(lǐng)域特定的服務(wù)其必然包含與之相關(guān)

58、的一系列服務(wù)接口契約。除此之外還包括具體使用服務(wù)時所必須的服務(wù)位置和通信協(xié)議。醫(yī)療云服務(wù)的定義如圖 3-1 所示：圖 3-2 醫(yī)療云服務(wù)定義Figure 3-2 The Defination of Cloud Service接口契約就是指服務(wù)所包含的一系列服務(wù)接口的描述。包括接口名稱、輸入、輸參數(shù)等。數(shù)據(jù)類型指定服務(wù)接口所接受參數(shù)的數(shù)據(jù)類型。服務(wù)位置表示服務(wù)發(fā)布后在互聯(lián)網(wǎng)中的定位，也即服務(wù)的 URI。通信協(xié)議用于綁定服務(wù)到具體的通信協(xié)議上。目前應(yīng)用最普遍的是通信協(xié)議為 HTTP 協(xié)議。醫(yī)療云服務(wù)中的角色按照不同用戶在醫(yī)療云服務(wù)中所起的作用，智慧醫(yī)療云服務(wù)平臺將所有參與用戶劃分為四種角色：醫(yī)療服

59、務(wù)消費者、醫(yī)療服務(wù)提供者、醫(yī)療服務(wù)開發(fā)者、醫(yī)療服務(wù)管理者，如圖 3-2 所示。圖 3-3 醫(yī)療云服務(wù)中的角色Figure 3-3 Role of Health Cloud Service醫(yī)療云服務(wù)消費者是醫(yī)療云服務(wù)的終端用戶。整個云平臺對于終端用戶而言是透明的，其使用云服務(wù)的方式和傳統(tǒng)的應(yīng)用程序類似。服務(wù)消費者不僅包括普通患者，還包括政府衛(wèi)生部門、醫(yī)療科研機構(gòu)等。任何使用發(fā)布在醫(yī)療云服務(wù)平臺上服務(wù)的用戶都可以被定義為醫(yī)療云服務(wù)消費者。醫(yī)療云服務(wù)提供者是通過醫(yī)療云向服務(wù)消費者提供服務(wù)能力的人和組織。例如，醫(yī)生以及醫(yī)療機構(gòu)可以通過醫(yī)療云向患者提供咨詢、診斷、掛號等醫(yī)療服務(wù)能力。而像政府衛(wèi)生部門以及

60、醫(yī)療科研機構(gòu)也可以作為醫(yī)療云的服務(wù)提供者。例如，疾控中心可以發(fā)布重大疫情預(yù)警，醫(yī)療科研機構(gòu)可以發(fā)布醫(yī)學(xué)研究成果等。醫(yī)療云服務(wù)管理者是醫(yī)療云的實際運營方。其主要職責(zé)包括醫(yī)療云服務(wù)使用的計量、計費，服務(wù)資源使用的監(jiān)控和調(diào)度，平臺整體安全性的保證，平臺用戶的管理。醫(yī)療云服務(wù)開發(fā)者根據(jù)市場需求，開發(fā)相關(guān)醫(yī)療云服務(wù)，并發(fā)布到醫(yī)療云平臺上。服務(wù)發(fā)布后，開發(fā)者還負責(zé)自身提供服務(wù)的運行情況監(jiān)控、統(tǒng)計以及服務(wù)的升級維護?？蓜討B(tài)伸縮的云服務(wù)模型服務(wù)彈性伸縮定義彈性伸縮是云計算的重要特點之一，部署在云端的醫(yī)療云服務(wù)應(yīng)用需要根據(jù)服務(wù)的負載情況增加或者減少計算資源使用。對于計算的伸縮性來說，一般包括垂直伸縮和水平伸縮。