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1、智慧医疗云服务平台技术方案摘 要当前我国医疗卫生系统发展不平衡，不同地区医疗水平存在巨大差异，医疗卫生服务获取成本高。 因此，如何使不同地区的人享受相同的优质医疗服务成了急需解决的课题。云计算的出现，带来了新兴的服务模式1。通过云计算平台将医疗服务搬上云端，形成一个医疗云服务数字化生态环境，使得人们可以不受地域经济发展水平限制地获取优质医疗服务。本研究在运用云计算理论以及服务计算理论基础上，对传统医疗服务模式进行服务模式的创新，分析、设计、实现了开放式、多租户、可伸缩的智慧医疗云服务平台。其特征是医疗服务中心、医疗数据中心被聚合，统一放在云端供用户使用；用户通过智能客户终端随时随地获取多种医疗
2、服务，包括远程医疗诊断、预约挂号、电子健康档案管理等。本论文以智慧医疗云服务计算模型及其相应体系结构为核心展开相关工作。论文首先研究了可弹性伸缩的云服务模型，对其关键的服务负载预测算法进行分析研究，并应用一种多指标的预测算法来构建可伸缩的云服务模型。在此基础上， 结合医疗云的服务模型提出了智慧医疗云服务体系结构模型，基于该计算理论可以指导构建并实现智慧医疗云服务平台。进而，论文依照软件工程方法论对智慧医 疗 云 服 务 平 台 进 行 需 求 建 模 和 数 据 建 模 ， 并 采 用 面 向 服 务 架 构（Service-orentied Architecture,SOA）理论对系统进行分
3、析设计。最后，利用OpenStack 等云计算开源工具和 J2EE 开发平台，开发实现智慧医疗云服务平台， 验证其可行性。测试和应用结果表明：智慧医疗云服务平台实现了医疗服务资源和医疗数据的协同共享，借助于云计算带来的海量计算资源和弹性伸缩能力使得医疗云的服务性能更加稳定，服务体验更加出色。智慧医疗云服务平台有助于缓解医疗资源分配不均、医疗服务获取不便的现状。关键词：智慧医疗；医疗云；云服务平台；目录5第 1 章绪 论11.1 研究课题背景与意义11.2 国内外现状研究及分析41.2.1 国内研究现状41.2.2 国外研究现状61.3 研究目标与具体研究内容81.4 论文组织结构8第 2 章相
4、关概念及其技术基础112.1 医疗信息化领域相关概念112.1.1 医院信息系统112.1.2 电子医疗病历112.1.3 个人健康档案122.2 云计算122.2.1 云计算基本概念122.2.2 云计算分类132.2.3 云计算相关开源技术142.3 SOA172.3.1 SOA 基本概念172.3.2 SOA 主要特征182.3.3 SOA 相关技术182.4 本章小结19第 3 章智慧医疗云服务理论研究213.1 智慧医疗概念模型213.1.1 智慧医疗服务模式213.1.2 智慧医疗云服务资源中心223.1.3 智慧医疗云服务数据中心223.2 医疗云服务模型223.2.1 医疗云服
5、务的定义223.2.2 医疗云服务中的角色233.3 可动态伸缩的云服务模型243.3.1 服务弹性伸缩定义243.3.2 服务弹性伸缩相关算法分析263.3.3 可自动伸缩的云服务303.4 智慧医疗云服务体系结构313.5 本章小结33第 4 章需求分析及模型354.1 总体需求354.1.1 系统目标354.1.2 系统角色354.2 功能性分析364.2.1 系统整体功能364.2.2 智能客户端口功能374.2.3 云服务端功能414.3 非功能性分析464.4 本章小结47第 5 章系统设计495.1 设计目标和原则495.2 总体设计505.2.1 逻辑架构设计505.2.2 物
6、理架构设计525.3 系统详细设计535.3.1 服务治理框架545.3.2 用户信息管理服务565.3.3 远程医疗诊断服务575.3.4 远程预约挂号服务585.3.5 个人健康信息管理服务605.3.6 医患咨询问答服务615.4 数据库模型设计635.5 本章小结68第 6 章系统实现696.1 开发环境及技术平台696.2 系统整体技术架构696.3 云基础设施实现716.3.1 OpenStack 环境搭建716.3.2 Docker 环境搭建726.3.3 系统运行环境搭建736.4 医疗云平台实现746.4.1 服务治理实现746.4.2 医疗服务实现776.5 本章小结82第
7、 7 章 测试与应用837.1 系统测试837.1.1 测试环境837.1.2 功能测试837.1.3 性能测试847.2 系统应用857.3 本章小结86结论87第1章 绪 论1.1 背景与意义随着我国经济水平提高，综合国力不断增强，人民对于优质医疗资源的需求也日渐增长。十八届三中全会在中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定中明确提出，深化医药卫生体制改革成为全面深化改革战略中的一部分，要充分利用信息化手段，促进优质医疗资源纵向流动，并加强区域公共卫生服务资源整合，健全全民医保体系。但由于区域经济发展不平衡，地方医疗资源规划滞后所导致的医疗资源分配不均，成为我国的医疗行业所面临的主要问题
8、2。经济发达地区与落后地区医疗条件存在较大差距，同一地区不同医院之间，大型医院和社区医院之间都存在明显的医疗资源不平衡现象。我国是发展中国家，正处在全力进行经济建设的关键时期，财政资源不可能全力投入到医疗领域，同时由于医生的职业特殊性决定了培养医疗卫生人才的漫长性和复杂性。据统计，我国每千人口医生数 2.0 人3。如此大的人才缺口使得我国将在未来相当长的一段时间内处于医疗卫生资源紧缺，医疗人才匮乏，医疗资源分配不均的状况中。经过多年的发展，我国在医疗信息化领域已经取得了令人可喜的进步，部分医院已经实现或部分实现了信息化的改造4。医疗卫生事业事关国计民生，而医疗的信息化程度则关系着医疗卫生事业能
9、否在信息时代更好地服务于患者、服务于社会，正受到政府部门及相关领域企业越来越多的重视，综合国力的提高使得我国在医疗领域的投资规模逐年增长5。但是由于起步较晚，资金有限，我国的医疗信息化和国外仍有很大的差距，多数医院信息系统（Hospital InformationSystem，HIS）主要集中在管理信息系统（Managed Information System，MIS） 上，临床信息系统(Clinical Information System,CIS)、影像归档和通信系统（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）处于探索阶段。我国在医疗
10、信息化领域主要存在以下几个问题：(1) 信息系统建设规划缺乏统一的医院信息系统建设规范和技术标准6。(2) 各应用系统彼此之间相互独立和各自封闭，数据不共享，系统之间没有互操作性。(3) 医院管理流程不规范，信息技术人才奇缺，不能有效发挥医疗信息系统的效用。云计算是最近几年兴起的一种基于互联网的计算模式。高性能的服务器集群96通过高速互联网络连接在一起，通过虚拟化技术形成包括 CPU、内存等公共设施化的计算资源池。云计算不仅仅是计算模式的变革，更是一种服务模式的创新。云计算的用户可简单分为普通消费者以及云服务开发者。云服务开发者用户无需关注基础设施的实现细节和日常运维，只需关注自身的业务，根据
11、需要获取计算资源，大大降低了开发维护成本，加快开发速度。而普通云服务消费者则只需通过互联网使用云服务开发者发布的服务即可。云计算无论是对云服务开发者还是云服务的消费者，都采用按需使用，按使用计费的服务模式。智慧医疗云服务平台正是依托于云计算技术，对接各个医院、卫生机构、科研机构的信息系统，将各种医疗服务部署在云计算平台上。通过将多种医疗服务和医疗数据进行集成和重新整合，从而实现以智慧医疗云平台为核心的智慧医疗云服务生态系统。智慧医疗云服务生态系统如图 1-1 所示：图 1-1 智慧医疗云生态系统Figure 1-1 Smart Health Cloud Ecosystem智慧医疗云生态系统主要
12、包括四类角色，即医疗云服务消费者、医疗云服务提供者、医疗云服务开发者。医疗服务的消费者包括普通患者和医疗卫生组织。普通患者通过各种智能终端快捷地获取平台上的医疗服务，同时通过智能可穿戴设备，将用户的个人健康数据上传到云端进行存储和分析。而医疗卫生组织则可以利用云平台积累的医疗卫生数据进行分析、挖掘。医疗服务的提供者可以是医生、医院、科研机构、政府卫生部分等。医护人员通过平台向患者提供包括医疗诊断在内的健康服务，医疗卫生组织通过平台监管医院及医护人员，并发布公共医疗卫生信息。医疗服务的开发者依托医疗云平台的开放接口、开放数据等开发符合市场需求的医疗健康服务，并向平台用户发布。综合来说，依托云计算
13、平台的医疗服务模式相对传统医疗信息化的服务有如下新的特点：(1) 医疗数据的跨域共享传统的医疗信息化中，各个医院掌握和保存各自病人的医疗信息，包括病人健康档案，电子病历等，这就形成了医疗数据的“信息孤岛”。以上这些情况给病患跨区域治疗带来困难。而通过云计算平台，所有的医疗数据按照统一约定协议存储，并进行统一的存储和管理，使得病患的医疗数据方便的实现跨区域的共享。并使得医生可以获取尽可能多的病患历史数据，提高诊断的准确性，进而变相地提高了医疗资源的利用率。(2) 医疗服务的多样性传统医疗信息服务提供的服务品种单一，服务更新缓慢。作为一个完善的医疗云生态系统，云平台本身提供了基础的医疗服务，比如：
14、远程医疗诊断、个人健康档案、远程预约挂号等。通过开放策略，使得第三方的开发者可以利用平台的服务接口和数据来开发更多个性化、满足细分市场需求的医疗应用，并发布到平台上，从而极大地丰富平台中的医疗应用。消费者根据自身需求按需选择订购所需医疗服务。(3) 医疗服务的个性化、可配置智慧医疗云服务平台提供了丰富多样的服务，服务消费者可以根据自身需求灵活配置、按需付费。平台用户在个人服务管理中配置所需要的服务种类，平台记录用户配置，根据用户配置提供个性化的服务组合，并按用户使用情况计费。由此实现了医疗服务的按需配置、定量计费。(4) 医疗数据可利用性高随着时间的推移，平台会积累大量的病历、健康档案、日常健
15、康数据。通过对这些数据的挖掘分析，为宏观决策、医学研究、个人健康预警提供了丰富的研究数据，而且，随着时间的推移，数据量的累积，其价值也越来越高。与之相反， 在传统的医疗信息化中，医疗数据分散，格式标准不统一，难以提取进行有效的分析和挖掘。(5) 医疗服务的高可用性鉴于云计算的优点，部署在云端的医疗服务应用，可根据访问量需求，按需扩容，服务不会因为系统处理能力不足而无法服务。由此，不但避免了购置大量硬件资源的成本，还使得服务在任何时间段内都能保证其可用性。另外，传统医疗信息系统中，病患的医疗数据由医院保存，由于医院缺乏专业的信息技术人才和完善的管理机制，一旦发生自然灾害、黑客入侵等意外，数据必然遭到丢失或泄露。云计算强大的灾备功能使得存储在云端的医疗数据获得了有效的保护。1.2 国内外现状研究及分析1.2.1 国内研究现状我国医疗领域对云计
