賈順賀　陳建飛　陳古運(yùn)　周　熠　張　勝

(南京郵電大學(xué)光電工程學(xué)院　江蘇 南京 210046)

0　引　言

隨著社會的發(fā)展，人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)對個(gè)人健康的重視，特別是在美國和日本這樣的發(fā)達(dá)國家。1973年，美國通過了健康維護(hù)法案，該法案使得健康維護(hù)和管理方面有了法律依據(jù)。在日本，各種先進(jìn)的健康儀器和健康系統(tǒng)的開發(fā)也足以說明日本對個(gè)人健康的日益重視。雖然國內(nèi)對健康信息化的研究和發(fā)展起步較晚，但同樣發(fā)展迅速。2009年《健康檔案公用數(shù)據(jù)元(試行)》的編制對我們個(gè)人健康信息管理的開發(fā)和逐步推廣奠定了很好的理論和政策的保障?！督】禉n案公用數(shù)據(jù)元(試行)》旨在促進(jìn)健康和醫(yī)療信息的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)同構(gòu)化，以便規(guī)范化管理系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)[1]。

目前國內(nèi)大多使用國外的健康管理系統(tǒng)產(chǎn)品，然而這些系統(tǒng)大多應(yīng)用于醫(yī)院，康復(fù)中心等醫(yī)療機(jī)構(gòu)，其中面向大眾的產(chǎn)品少之又少。并且這些系統(tǒng)功能單一，使用邏輯復(fù)雜，還無法滿足用戶的健康咨詢及建議需求，所以并非真正意義上的個(gè)人健康信息PHR(Personal Health Record)管理系統(tǒng)。個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)作為一種新興的醫(yī)療信息管理模式，其主要目的是使用戶能自行管理與自身健康狀況密切相關(guān)的健康數(shù)據(jù)和醫(yī)療數(shù)據(jù)。

本文針對個(gè)人對管理自身健康數(shù)據(jù)和醫(yī)療數(shù)據(jù)的需求，對個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析；再根據(jù)分析報(bào)告開發(fā)了一個(gè)面向大眾、功能豐富的個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)；最后進(jìn)行了系統(tǒng)運(yùn)行效果驗(yàn)證。該系統(tǒng)采用安全可靠的信息技術(shù)，不僅擁有及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的信息傳輸和數(shù)據(jù)存儲能力，同時(shí)具有較高的可擴(kuò)展、可移植和易維護(hù)等特性。

1　系統(tǒng)需求分析

本文將個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)用戶分為普通注冊用戶、服務(wù)提供者注冊用戶、系統(tǒng)管理員。除基本的用戶注冊、登錄、基本信息維護(hù)外，普通注冊用戶作為系統(tǒng)主要服務(wù)對象還需要系統(tǒng)為其提供健康檔案管理、健康數(shù)據(jù)管理、健康服務(wù)管理等功能模塊。服務(wù)提供者注冊用戶是指能為普通注冊用戶提供信息咨詢、健康評估、指導(dǎo)建議等內(nèi)容服務(wù)的提供者，例如醫(yī)生、護(hù)理人員和康復(fù)指導(dǎo)員等。系統(tǒng)管理員主要由用戶信息管理和角色權(quán)限管理兩個(gè)功能模塊組成[2-3]。功能分配如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)功能分配圖

1.1　普通注冊用戶功能需求

1.1.1健康檔案管理

個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)作為一個(gè)PHR的管理平臺需要為個(gè)人用戶維護(hù)最基本的和完善的健康檔案信息。健康檔案應(yīng)該符合國家標(biāo)準(zhǔn)、信息覆蓋全面、實(shí)現(xiàn)全生命的特性管理[4]。

1.1.2健康數(shù)據(jù)管理

注冊用戶除了可以查詢自己的健康檔案信息外，還可以通過系統(tǒng)維護(hù)自己的個(gè)人基本資料、查詢診療信息等。一般來說，整個(gè)平臺的核心任務(wù)是數(shù)據(jù)存儲。個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)需要把匯集各地方的個(gè)人健康信息數(shù)據(jù)資源到該平臺上，然后實(shí)現(xiàn)健康數(shù)據(jù)的管理、存儲與共享。由于系統(tǒng)之間的不同使得健康信息數(shù)據(jù)是異構(gòu)的，因此系統(tǒng)需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對健康數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)后再存儲。

1.1.3健康服務(wù)管理

注冊用戶可以查找到已注冊服務(wù)提供者，同時(shí)系統(tǒng)還應(yīng)為用戶提供咨詢、預(yù)約、權(quán)限授予等功能。例如，當(dāng)用戶查找并預(yù)約到醫(yī)療機(jī)構(gòu)就診時(shí)，可以通過管理系統(tǒng)授權(quán)醫(yī)務(wù)人員調(diào)閱健康檔案、查閱過往診療信息、制定健康計(jì)劃、評估健康風(fēng)險(xiǎn)等權(quán)利，從而使得醫(yī)務(wù)人員可以為注冊用戶提供更好的醫(yī)療服務(wù)。

除核心功能中，個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)還為普通注冊用戶提供了健康知識科普、就醫(yī)信息推薦、投訴與建議等周到細(xì)致的服務(wù)。

1.2　服務(wù)提供者注冊用戶功能需求

1.2.1信息咨詢

當(dāng)普通注冊用戶向服務(wù)提供者發(fā)送咨詢，服務(wù)提供者接收到咨詢信息后可以查看普通注冊用戶的性別、年齡、身高、體重、血壓等基本信息用于對咨詢做出基本反饋或建議。服務(wù)提供者反饋?zhàn)稍冃畔⒑罂梢宰龀鱿鄳?yīng)信息記錄以便提高日后對同一普通注冊用戶的反饋效率。

1.2.2健康評估

服務(wù)提供者在接待普通注冊用戶后，登錄系統(tǒng)并完成來訪者基本信息錄入和來訪原由，并可通過使用健康評估功能對來訪者進(jìn)行評估診斷。健康評估主要包括:現(xiàn)今健康狀態(tài)、健康發(fā)展趨勢和愈合恢復(fù)能力等評估內(nèi)容。

1.2.3指導(dǎo)建議

服務(wù)提供者在完成病因診斷和健康評估后，可通過使用健康指導(dǎo)功能，針對性的進(jìn)行健康指導(dǎo)。如飲食注意事項(xiàng)、休息睡眠注意事項(xiàng)及其他可能事項(xiàng)。

1.3　系統(tǒng)管理員功能需求

1.3.1用戶信息管理

系統(tǒng)管理員登錄后可對注冊用戶信息進(jìn)行管理，包括用戶基本信息的修改、用戶意見反饋、垃圾數(shù)據(jù)清理和服務(wù)提供者信息認(rèn)證等。

1.3.2角色權(quán)限管理

系統(tǒng)管理員登錄系統(tǒng)后，使用查找功能，可以查詢服務(wù)提供者賬號、密碼、權(quán)限級別等信息；使用授權(quán)功能，可以對服務(wù)提供者賬號進(jìn)行權(quán)限更改；使用刪除功能，可以對服務(wù)提供者賬號進(jìn)行刪除等操作。

除基本功能性要求外，個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)作為一個(gè)服務(wù)門戶網(wǎng)站應(yīng)該具有以下特性：

可靠性：在系統(tǒng)運(yùn)行期間，應(yīng)當(dāng)保證用戶數(shù)據(jù)安全，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)操作異常，應(yīng)當(dāng)及時(shí)做出數(shù)據(jù)回滾、備份恢復(fù)或垃圾數(shù)據(jù)清理等操作予以補(bǔ)救。

可擴(kuò)展性：Web 應(yīng)用應(yīng)當(dāng)可以為其他平臺客戶端提供訪問接口，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)控制分離，保證數(shù)據(jù)導(dǎo)入不會影響業(yè)務(wù)。

易維護(hù)性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中應(yīng)遵循高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)原則，并提供數(shù)據(jù)遷移、導(dǎo)入等功能，以保證后期維護(hù)便捷。

2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1　系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

為保證系統(tǒng)后期的可擴(kuò)展性以及可維護(hù)性，本系統(tǒng)采用基于J2EE 平臺的MVC模式開發(fā)，達(dá)到降低應(yīng)用程序耦合性的目的。MVC，即模型、視圖、控制器的首字母，它把應(yīng)用程序抽象為功能截然不同的三部分[5]。MVC結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　MVC結(jié)構(gòu)圖

模型層主要負(fù)責(zé)封裝數(shù)據(jù)、提供接口和執(zhí)行操作等。模型層主要作用是通過控制層為多個(gè)視圖提供數(shù)據(jù)。

視圖層主要負(fù)責(zé)將模型層的數(shù)據(jù)顯示給用戶，并實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互。

控制層主要負(fù)責(zé)連接視圖層與模型層。用戶在界面中進(jìn)行的操作，如點(diǎn)擊按鈕、輸入文本等，控制層會按照設(shè)定的規(guī)則將用戶輸入的信息寫入模型層，或者修改模型層的數(shù)據(jù)，另外決定呈現(xiàn)給用戶哪些界面。

使用 MVC 模式的目的是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)代碼的模型，控制器和視圖分離。模型層與視圖層分離的使得系統(tǒng)擁有不同的表達(dá)形式，其中一層發(fā)生需要改動時(shí)，其他各層基本不需要做出大面積修改，這樣就可以增加管理系統(tǒng)的可維護(hù)性。

2.2　SSH框架實(shí)現(xiàn)MVC架構(gòu)

下面介紹運(yùn)用SSH 框架實(shí)現(xiàn) MVC 架構(gòu)的個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程及方法。使用Struts、Spring和Hibernate 集成SSH框架分別實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和持久層。分層設(shè)計(jì)方法的使用可以使每層中只集中解決特定的問題，有利于最大限度發(fā)揮框架的作用，同時(shí)降低層與層間的耦合關(guān)系。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)工作流程描述如下:

客戶端發(fā)出Http 請求，該請求將在系統(tǒng)中經(jīng)過一系列的過濾器(Filter)到達(dá)Struts 中的FilterDispatcher 控制器。FilterDispatcher控制器再把請求交給ActionProxy代理進(jìn)行處理。代理通過Struts.xml配置文件找到需要調(diào)用的Action類。在調(diào)用Action的過程中，還會伴有相關(guān)攔截器調(diào)用。最后Action Servlet將 Http請求一次轉(zhuǎn)發(fā)給其他相關(guān)頁面實(shí)現(xiàn)響應(yīng)。

Spring主要負(fù)責(zé)類的實(shí)例化，包括Struts 的中 Action、Service、DAO 類和Hibernate 數(shù)據(jù)源等類，同時(shí)還有添加事務(wù)處理等功能[8]。Spring利用 Spring的控制反轉(zhuǎn)IoC(Inversion of Control)容器整合表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和持久層，使用面向方面編程AOP(Aspect-Oriented Programming)實(shí)現(xiàn)DAO類的事務(wù)控制。

作為一個(gè)用戶服務(wù)型系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的持久化( Persistence) 是整個(gè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。持久化是把數(shù)據(jù)保存的存儲設(shè)備中，并將數(shù)據(jù)使用者和數(shù)據(jù)實(shí)體相關(guān)聯(lián)。Hibernate 是實(shí)現(xiàn)持久層的框架，Hibernate通過Configration類解析hibernate.cfg.xml配置文件及映射文件中的信息。同時(shí)應(yīng)用這些信息生成一個(gè)SessionFactory工廠對象用于生成Session對象。通過Session對象的get()、load()、save()和update()等方法，對持久化對象PO(Persistent Object)進(jìn)行加載、保存、更新、刪除等操作。在查詢的情況下， Session對象將生成一個(gè)Query對象執(zhí)行查詢操作。最后如果沒有異常，負(fù)責(zé)事務(wù)的Transaction對象將提交這些操作結(jié)果到數(shù)據(jù)庫中，完成持久化過程[8]。

2.3　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與創(chuàng)建

2.3.1用戶信息(users)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

作為健康類服務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)過程中把血型、體重、身高等最為基本的健康數(shù)據(jù)作為基本信息進(jìn)行考慮。因此用于存儲用戶基本信息資料的數(shù)據(jù)表包括如表1所示數(shù)據(jù)。

表1　users信息表

2.3.2用戶信息(users)數(shù)據(jù)表創(chuàng)建

考慮到系統(tǒng)后期維護(hù)、擴(kuò)展和升級操作，在創(chuàng)建數(shù)據(jù)時(shí)使用MySQL的標(biāo)準(zhǔn)SQL語句的方式創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。同時(shí)為了更好地兼容中文字符，數(shù)據(jù)庫采用 utf-8 編碼。

創(chuàng)建health數(shù)據(jù)庫：

DROP DATABASE IF EXISTS health;

CREATE DATABASE health DEFAULT CHARACTER SET utf8;

創(chuàng)建users數(shù)據(jù)表：

USE health;

DROP TABLE IF EXISTS user;

CREATE TABLE user

(

uid bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,

uname VARCHAR(48) UNIQUE KEY,

name VARCHAR(48) NOT NULL,

password VARCHAR(48) NOT NULL,

sex VARCHAR(24) NOT NULL,

birthday VARCHAR(24) NOT NULL,

weight VARCHAR(24),

height VARCHAR(24),

bloodtype VARCHAR(24),

phone VARCHAR(24) UNIQUE KEY,

phone2 VARCHAR(24),

diploma VARCHAR(24) ,

email VARCHAR(48) UNIQUE KEY,

address VARCHAR(48) NOT NULL,

marry VARCHAR(24) ,

createtime VARCHAR(24) NOT NULL,

role VARCHAR(24) NOT NULL,

illhistory VARCHAR(48) ,

note VARCHAR(128),

CONSTRAINT pk_user PRIMARY KEY (uid)

);

2.3.3單點(diǎn)登錄的實(shí)現(xiàn)

單點(diǎn)登錄SSO(Single Sign On)是在多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，用戶僅需一次登錄就可以訪問其他所有授信應(yīng)用系統(tǒng)的登錄機(jī)制[9]。開發(fā)過程中一般使用Session或者Cookie來保存用戶狀態(tài)，然后Session容易丟失和引起并發(fā)問題，Cookie則容易暴露用戶信息。所以本系統(tǒng)開發(fā)過程中使用Redis來解決以上問題。

登錄的處理流程如圖4所示：用戶在登錄頁面提交用戶名和密碼。系統(tǒng)對用戶名和密碼進(jìn)行驗(yàn)證，登錄成功后生成token，并把用戶信息保存到Redis。保存過程中Key就是token，value就是use對象轉(zhuǎn)換成json。然后使用String類型保存Session信息，可以使用“前綴:token”為key，并設(shè)置key的過期時(shí)間來模擬Session的過期時(shí)間。最后把token寫入Cookie中，Cookie在關(guān)閉瀏覽器時(shí)失效。

圖4　登錄處理流程圖

當(dāng)已登錄用戶發(fā)出頁面請求時(shí)，系統(tǒng)從Cookie中取出token，并在Redis中進(jìn)行查詢。如果查詢到token對應(yīng)用戶信息則返回請求頁面，否則跳轉(zhuǎn)到用戶登錄界面。

3　系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試是系統(tǒng)開過的最后一步，也是保證系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵步驟，本系統(tǒng)在開發(fā)過程中進(jìn)行了單元測試和功能性測試。單元測試主要測試了代碼邏輯和基礎(chǔ)功能模塊的正確性。功能性測試主要通過人工模擬用戶使用過程，進(jìn)行功能完整性測試，包括Cookies測試、鏈接測試、表單測試和數(shù)據(jù)庫測試等。最后，在保存功能性完整前提下進(jìn)行了性能測試。

3.1　測試環(huán)境

測試環(huán)境如表2所示。

表2　測試環(huán)境

3.2　性能測試

在系統(tǒng)性能測試過程中，利用系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和丟包率兩個(gè)指標(biāo)來對系統(tǒng)的并發(fā)性能、響應(yīng)客戶的性能進(jìn)行測試。限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和服務(wù)器性能對性能指標(biāo)有較大影響，測試過程中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選定為學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器為擁有全新系統(tǒng)的單機(jī)服務(wù)器和具有兩個(gè)單機(jī)服務(wù)器的集群，測試工具為Mercury LoadRunner。利用Mercury LoadRunner制造并發(fā)訪問，對單服務(wù)器環(huán)境下的系統(tǒng)和具有兩個(gè)服務(wù)器的集群環(huán)境下的系統(tǒng)進(jìn)行性能測試，并對記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5　單服務(wù)器環(huán)境測試結(jié)果

圖6　集群環(huán)境測試結(jié)果

由測試結(jié)果可以看出，在單服務(wù)器環(huán)境下當(dāng)并發(fā)量為400時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和丟包率開始有明顯變化，在具有兩個(gè)服務(wù)器的集群環(huán)境下當(dāng)并發(fā)量為700時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和丟包率開始有明顯變化。所以在單機(jī)服務(wù)器環(huán)境下最接近該系統(tǒng)的并發(fā)服務(wù)數(shù)量應(yīng)為400，在具有兩個(gè)服務(wù)器的集群環(huán)境下最接近該系統(tǒng)的并發(fā)服務(wù)數(shù)量應(yīng)為700。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)性能能夠滿足預(yù)計(jì)需求，在多系統(tǒng)環(huán)境下可以復(fù)用，通過后期擴(kuò)展可進(jìn)一步提升性能。

最后通過更換MySQL數(shù)據(jù)庫為PostgreSQL數(shù)據(jù)庫后重復(fù)上述測試，測試結(jié)果同更換前測試結(jié)果基本一致，進(jìn)一步說明系統(tǒng)同時(shí)具有較好的可移植性和易維護(hù)性。

3.3　運(yùn)行效果圖

圖7是部分關(guān)鍵界面運(yùn)行效果圖。

圖7　用戶主界面

4　結(jié)　語

本文通過分析國內(nèi)外目前健康管理的現(xiàn)狀，結(jié)合我國國情確定設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于MVC架構(gòu)的個(gè)人健康信息管理系統(tǒng)。本文通過對系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析后，把管理系統(tǒng)的用戶分為普通注冊用戶，服務(wù)提供者注冊用戶和系統(tǒng)管理員。同時(shí)根據(jù)用戶類別細(xì)化了功能性需求，以便后期的功能開發(fā)和測試。為了使模塊劃分方面完全滿足高內(nèi)聚、低耦合的特點(diǎn)，在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中使用了MVC架構(gòu)思想。Struts、Spring和Hibernate三大主流框架的使用也極大地提升了系統(tǒng)在可維護(hù)性和擴(kuò)展性。最后對各個(gè)模塊進(jìn)行了全面單元測試、功能性測試和性能測試，以保證系統(tǒng)能夠滿足用戶在功能上和性能上的需求。

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