蔡金芷，皮喜田，劉洪英,2，練 陽

(1.重慶大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，重慶 400044；2.重慶市醫(yī)療電子工程技術(shù)研究中心，重慶 400044；3.華為技術(shù)有限公司成都研究所，成都 610097)

個人健康管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)

蔡金芷1，皮喜田1，劉洪英1,2，練 陽3

(1.重慶大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，重慶 400044；2.重慶市醫(yī)療電子工程技術(shù)研究中心，重慶 400044；3.華為技術(shù)有限公司成都研究所，成都 610097)

個人健康管理系統(tǒng)能夠幫助人們獲得大量有價值的健康信息，為了實現(xiàn)一款安全、高效的個人健康管理系統(tǒng)，在充分考慮用戶實際需求的前提下，對該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行了設(shè)計與實現(xiàn)；首先對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行了全面的需求分析，然后進行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計，形成實體聯(lián)系(E-R)圖，并將(E-R)圖進行邏輯結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，根據(jù)三范式的要求形成數(shù)據(jù)關(guān)系表，同時，在設(shè)計過程中通過犧牲一定存儲空間的反范式操作，來換取更加快速的查詢速度；通過上述方法，最終設(shè)計并實現(xiàn)了一款個人健康信息數(shù)據(jù)庫；該數(shù)據(jù)庫能夠滿足個人健康管理系統(tǒng)的實際開發(fā)需求，并且保證系統(tǒng)的查詢運行效率，讓用戶能夠更加方便，快捷的使用該系統(tǒng)對健康數(shù)據(jù)進行管理，達到幫助用戶獲得更多、更有價值的健康信息的目的。

個人健康管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；概念結(jié)構(gòu)設(shè)計；邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計；數(shù)據(jù)庫表

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷地提高，公眾的健康意識不斷增強[1]。人們從以前的“有病才治”的治病觀念轉(zhuǎn)向為“預(yù)防為主”的治療“未”病的方式[2-3]，這種預(yù)防為主的健康觀念重點依賴于個人的健康管理[4]。

個人健康管理系統(tǒng)涉及大量健康信息的存儲[5]，因此系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)框架設(shè)計以及數(shù)據(jù)庫的安全穩(wěn)定與否，關(guān)系到系統(tǒng)的運行速率和運行結(jié)果，是系統(tǒng)實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)[6]。本文重點介紹了該健康管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫從需求分析到設(shè)計實現(xiàn)的全部過程，滿足系統(tǒng)需求的同時對系統(tǒng)的查詢速率進行了優(yōu)化提升。

1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的需求分析

健康信息管理系統(tǒng)是一類涉及流動數(shù)據(jù)種類多樣、數(shù)目較多的信息管理系統(tǒng)[7]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括用戶注冊信息，成員關(guān)系管理，各項健康數(shù)據(jù)，用戶以及管理員對用戶的健康管理操作等模塊。對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的需求分析大致如下：

①對注冊用戶進行檔案管理，包括個人基本信息的查詢、添加等，對用戶和子用戶之間的關(guān)聯(lián)進行查詢和統(tǒng)計操作。

②對健康信息進行管理，包括測量數(shù)值，測量時間，測量地點，看護人員，管理維持情況等內(nèi)容。

③對用戶健康檔案進行管理，包括用戶基本信息，用戶過敏原，疾病史，家族遺傳病史，體檢結(jié)果等內(nèi)容。

④對注冊醫(yī)生進行管理，包括醫(yī)生個人信息，醫(yī)生所在醫(yī)院，所屬科室，醫(yī)生與其負(fù)責(zé)板塊的關(guān)系等內(nèi)容。

⑤對注冊用戶進行的操作進行管理，包括管理員對用戶健康信息的改動(增、刪、改、查)以及用戶自己對信息的改動等操作內(nèi)容。

⑥對注冊用戶與其所管理的家庭用戶進行管理，包括二者關(guān)系，內(nèi)容公開程度等。

⑦對用戶及其管理員的操作進行保存記錄。

系統(tǒng)開發(fā)前對數(shù)據(jù)庫進行全面的需求分析，能夠有效的減少數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生問題，和后續(xù)系統(tǒng)維護的代價[8]。

2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

依照需求分析階段的數(shù)據(jù)庫需求，本文采用自下而上逐步細化的設(shè)計方式[9]，將現(xiàn)實中的用戶、數(shù)據(jù)、相互關(guān)系等具體實物抽象為實體、屬性、鍵等概念模型。

首先根據(jù)各自實物的對應(yīng)關(guān)系形成不同的局部概念模型，然后根據(jù)每個局部概念模型之間的關(guān)系，通過“聯(lián)系”將其整合后形成整體系統(tǒng)實體聯(lián)系(E-R)圖[10]。

圖1 數(shù)據(jù)庫E-R圖

在圖1數(shù)據(jù)庫概念模型圖中，將用戶、健康信息和健康指標(biāo)作為實體，使用矩形框表示。每個實體具有他們的一些詳細說明即實體屬性，例如用戶實體有姓名、年齡、性別、家庭住址等屬性。對于兩個有關(guān)聯(lián)的實體之間的聯(lián)系使用菱形與之相連，例如數(shù)據(jù)庫需要儲存的健康信息有很多種，每一種信息實體包含有測量時間、測量地點、看護人員等屬性，而用戶實體跟健康信息實體通過測量這一關(guān)聯(lián)相結(jié)合，而且每個用戶會有多次測量，形成1：n的關(guān)系。同理“用戶”及其管理的子成員可以通過“管理”聯(lián)系關(guān)聯(lián)起來。每個子成員相當(dāng)于是一個小的獨立系統(tǒng)里的“用戶”實體，也有對應(yīng)的“測量”聯(lián)系。另外，“測量指標(biāo)”作為一個實體，擁有自己的屬性，他與健康信息依據(jù)一定的分析機制建立聯(lián)系，健康信息依據(jù)分析機制判定是否屬于健康的指標(biāo)，下階段的任務(wù)實體根據(jù)判斷機制這個“聯(lián)系”與健康指標(biāo)進行關(guān)聯(lián)。局部實體聯(lián)系模型分別建立好以后，在充分考慮命名、屬性、結(jié)構(gòu)等是否沖突之后，將所有的子實體聯(lián)系模型匯合形成全局實體聯(lián)系模型。

2.2 數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計得到的實體聯(lián)系圖是將用戶的需求用抽象的模型表達出來，而邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要工作就是將抽象的概念模型進行調(diào)整和優(yōu)化[11]，形成關(guān)系模型再進行設(shè)計準(zhǔn)則的規(guī)范后形成全局的邏輯結(jié)構(gòu)[12]。

將實體類型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。例如將“用戶”實體轉(zhuǎn)換為一個“用戶”關(guān)系結(jié)構(gòu)，其中帶下劃線的屬性為主屬性，為該實體列表的外鍵。

圖2 實體類型與關(guān)系模型之間的轉(zhuǎn)換示意圖

當(dāng)多對多(m:n)的聯(lián)系轉(zhuǎn)換時，需要在建立兩個不同的關(guān)系模式之后將其聯(lián)系名作為關(guān)系模式名，并將各實體的關(guān)鍵字的并集作為其關(guān)鍵字，如圖3所示。

圖3 m:n聯(lián)系的轉(zhuǎn)換示意圖

2.3 數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計

本文系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫涉及數(shù)據(jù)表數(shù)量較多，部分結(jié)構(gòu)類似，將其分類大致分為：

①用戶信息表(用戶信息表dbo.Login、用戶關(guān)系表dbo.Assistant、醫(yī)生登錄表dbo.Doctor、醫(yī)生關(guān)聯(lián)表dbo.Manager)，如表1所示。

表1 用戶注冊表

②健康數(shù)據(jù)表(體重表dbo.Weight、睡眠質(zhì)量表dbo.HS、血壓表dbo.BP、血糖表dbo.Glucose、急診檔案dbo.Emergency)如表2所示。

表2 用戶體重管理表

③操作管理表(操作記錄表dbo.Action)如表3所示。

表3 操作記錄表

系統(tǒng)設(shè)計每個表都設(shè)定有一個作為標(biāo)識的主鍵列，多個表之間使用外鍵相互關(guān)聯(lián)，或者用級聯(lián)的方式互相聯(lián)系形成關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中表間關(guān)系如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫關(guān)系圖

3 數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型優(yōu)化

本次設(shè)計按照第三范式(3NF)來對數(shù)據(jù)項進行條件限制[13]，規(guī)定每個非關(guān)鍵字的列都獨立于其他非關(guān)鍵字列同時要依賴于關(guān)鍵字列，且數(shù)據(jù)庫中不能存在傳遞函數(shù)依賴關(guān)系[14]，進行設(shè)計時，數(shù)據(jù)表的設(shè)計也要遵循低范式的一些要求，例如每行每列只能有原子值，不能再對列元素進行分解。按照范式規(guī)范后的數(shù)據(jù)庫可以減少冗余，降低空間占用率。

但是基于我們的系統(tǒng)功能需要，大量的數(shù)據(jù)表之間可能會存在一些關(guān)聯(lián)關(guān)系。當(dāng)我們要求提高各個表的操作效率這一特殊需求時，我們通過使用“反范式”的方法，進行一些與范式要求相反的操作，允許適當(dāng)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)冗余，利用犧牲掉的數(shù)據(jù)空間去換取更快的查詢速度[15]。

例如在本文網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)列表數(shù)量較多，注冊列表和健康信息表格之間的某些列重復(fù)，對Login表與(HS/BP/Glucose/Weight/Sport)這些健康信息分表分別采用級聯(lián)的方式，級聯(lián)的目的在于刪除或者更改Login里的用戶信息(如Email、Username)的時候可以級聯(lián)更新和刪除健康信息分表中的信息，這樣破壞了范式中要求每個非關(guān)鍵字都是只包含單一的值的原則，在健康信息表中添加了冗余的非關(guān)鍵字列，但是增加了刪除、添加和查找的速度，是比較有意義的反規(guī)則做法。

4 結(jié)論

綜上所述，本文首先根據(jù)用戶需求對數(shù)據(jù)庫儲存數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容進行了分析，包括需要包含的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)大小等。其次對數(shù)據(jù)庫的概念模型進行了設(shè)計，繪制E-R關(guān)系圖，然后將其轉(zhuǎn)換為更直觀具體的邏輯模型。最后對類似的結(jié)構(gòu)或者功能將數(shù)據(jù)表進行了歸納分類和設(shè)計，整體滿足3范式的要求，為了增加數(shù)據(jù)庫的運行速率，在數(shù)據(jù)表設(shè)計前期對各表做了一些有意義的反范式操作，通過犧牲一定的數(shù)據(jù)空間來換取更快速的查詢速度。

本文最終設(shè)計并實現(xiàn)了一款個人信息數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫能夠有效的對用戶的個人基本信息、個人健康數(shù)據(jù)進行存儲和查詢，滿足個人健康管理系統(tǒng)開發(fā)需求的，并且保證系統(tǒng)的查詢運行效率。使得用戶能夠更加方便，快捷的使用該系統(tǒng)對健康數(shù)據(jù)進行管理，達到幫助用戶獲得更多、更有價值的健康信息的目的，具有很強的實際應(yīng)用價值。

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Design and Realization of Database for Personal Health Management System

Cai Jinzhi1, Pi Xitian1, Liu Hongying1,2,Lian Yang3

(1.School of Biomedical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China;2.Chongqing Medical Electronic Engineering Technology Research Center, Chongqing 400044, China;3.Huawei Technology Co., Ltd.,Chengdu Institute, Chengdu 610097, China)

Personal health management system can help people get a lot of valuable health information. In order to design a safe and efficient personal health management system, the paper designs and implements a database by giving full consideration to the actual needs of the users .The paper first analyses the demand of the system database and then devises the structures of concept and gets the entity relation diagram(E-R).Through the conversion of logical structure and according to the requirements of the 3 model to form a data relationship table. At the same time, in the design process, through the sacrifice of a certain storage space of the counter paradigm operation, in exchange for a more rapid query speed. Finally, a personal health information database is designed and implemented. The database can meet the actual development needs of personal health management system, and ensure the system query efficiency. Allowing users to more convenient and efficient use of the system to the management of health data and get more valuable health information.

personal health management system; data base; conceptual structure design; logical structure design; database table

2017-01-07；

2017-02-13。

國家支撐計劃課題項目(2013BAI03B04；2015BAI01B14)。

蔡金芷(1992-)，女，四川巴中人，碩士研究生，主要從事健康管理方向的研究。

皮喜田(1976-)，男，湖北人，博士生導(dǎo)師，主要從事新型醫(yī)療儀器設(shè)備、醫(yī)療微系統(tǒng)、醫(yī)療信息化與健康物聯(lián)網(wǎng)方向的研究。

1671-4598(2017)07-0222-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.07.055

TP311

A