王士泉，陳忠民，李 蓉，張 瑞，蔡 玥，李 偉*

（1.東華軟件股份公司，北京100191；2.火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心核輻射損傷與監(jiān)測研究室，北京100088；3.火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心健康管理科，北京100088；4.國家衛(wèi)生健康委統(tǒng)計(jì)信息中心，北京100044）

0 引言

全民健康保障信息化工程一期項(xiàng)目（以下簡稱“全民健康保障信息化工程”）是國家政務(wù)信息化工程建設(shè)中的重點(diǎn)。該項(xiàng)目依托國家電子政務(wù)外網(wǎng)和現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)，以城鄉(xiāng)居民電子健康檔案、中西醫(yī)電子病歷和全員人口信息為核心，綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、新一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，有效整合衛(wèi)生計(jì)生信息資源，實(shí)現(xiàn)跨地域跨部門的信息共享，上下聯(lián)動(dòng)，醫(yī)療、醫(yī)藥、醫(yī)保協(xié)同，從而有效提高我國衛(wèi)生計(jì)生服務(wù)能力、綜合監(jiān)管能力和信息服務(wù)能力，促進(jìn)多部門合力解決社會(huì)突出問題，以滿足人民群眾多層次、多樣化的健康需求。

截至2018年，全民健康保障信息化工程已經(jīng)采集并存儲(chǔ)了大量數(shù)據(jù)，包括全員人口、電子病歷、居民健康檔案、衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)、委屬（管）醫(yī)院上報(bào)等信息。但是這些業(yè)務(wù)信息分散在各應(yīng)用系統(tǒng)中，亟須匯聚融合并有效利用，因此需要在擁抱信息化、迎接大變革、推動(dòng)大健康、實(shí)現(xiàn)大發(fā)展的時(shí)代背景下構(gòu)建深度應(yīng)用[1]。本研究通過融通各類結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化及半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)資源，建設(shè)一套全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進(jìn)行深度挖掘，輔助全民健康保障信息化工程在分級(jí)診療制度、現(xiàn)代醫(yī)院管理制度、全民醫(yī)保制度、藥品供應(yīng)保障制度、綜合監(jiān)督制度等維度打造示范應(yīng)用[2]。

1 需求分析

健康醫(yī)療領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)分析有別于傳統(tǒng)常規(guī)業(yè)務(wù)工作中的統(tǒng)計(jì)分析，更強(qiáng)調(diào)從大量、多維度的原始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)趨勢以及變化規(guī)律、異?，F(xiàn)象、關(guān)聯(lián)因素等。大數(shù)據(jù)在分析過程中普遍采用人工智能方法，包括量化（如對(duì)病案首頁中文本的處理）、分類（如基于特征提取的疾病分類）、搜索（如多模異構(gòu)病例數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)檢索、模糊匹配）、關(guān)聯(lián)（如人口、死因、體征等信息的融通后表達(dá)）、預(yù)測（如基于病案首頁的費(fèi)用預(yù)測）、推理（如基于流行病學(xué)的擴(kuò)散分析）等[3]。

全民健康保障信息化工程覆蓋了綜合管理、公共衛(wèi)生管理、醫(yī)療健康服務(wù)、基本藥物運(yùn)行監(jiān)測、衛(wèi)生服務(wù)質(zhì)量與績效、全員人口統(tǒng)籌等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如圖1所示，涉及服務(wù)范圍廣、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量大，這對(duì)數(shù)據(jù)分析、業(yè)務(wù)響應(yīng)速度和效率提出了更高的要求。但是傳統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法難以滿足全民健康保障信息化工程對(duì)龐大數(shù)據(jù)量的分析要求，大數(shù)據(jù)技術(shù)卻能提供更好的支撐。全民健康保障信息化工程的六大示范應(yīng)用中均有大數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)需求。從系統(tǒng)集約化建設(shè)角度來看，將六大示范應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)分析的需求進(jìn)行提煉、歸納，并構(gòu)建統(tǒng)一的技術(shù)服務(wù)體系與架構(gòu)顯得尤為關(guān)鍵。

圖1 全民健康保障信息化工程六大示范應(yīng)用

全民健康保障信息化工程作為國家衛(wèi)生信息化基礎(chǔ)支撐環(huán)境，其大數(shù)據(jù)分析的主要目的是對(duì)基本業(yè)務(wù)應(yīng)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，包括但不限于醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量與績效評(píng)價(jià)分析[基于疾病診斷相關(guān)分組（diagnosis related groups，DRGs）的大數(shù)據(jù)決策分析、重點(diǎn)科室DRGs分析、醫(yī)療資源配置與能力評(píng)估分析]、藥品分析（基本藥物制度運(yùn)行評(píng)價(jià)、藥品價(jià)格比較、藥品應(yīng)用分析）、三大基礎(chǔ)庫分析（電子健康檔案庫分析、電子病歷數(shù)據(jù)庫分析和全員人口庫分析）以及對(duì)國家發(fā)布的一系列與醫(yī)療衛(wèi)生相關(guān)政策的分析，從而輔助國家衛(wèi)生健康相關(guān)政策的制訂，對(duì)政策落實(shí)情況進(jìn)行跟蹤和預(yù)測（包括醫(yī)改政策、公共衛(wèi)生政策、醫(yī)療服務(wù)政策等）。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以“健康中國2030”為主線，按照“整合、優(yōu)化、共享、外包”的理念，整合資源、系統(tǒng)、服務(wù)，建設(shè)全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，從而支撐公共衛(wèi)生、區(qū)域醫(yī)療、臨床科研、個(gè)人健康等服務(wù)。根據(jù)六大業(yè)務(wù)場景（即六大示范應(yīng)用）的劃分，設(shè)計(jì)全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)功能框架，如圖2所示。

國家全民健康數(shù)據(jù)中心為全民健康保障信息化工程提供大數(shù)據(jù)分析所需的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源（全員人口、健康檔案、電子病歷等）、來自于業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源[44家委屬（管）醫(yī)院上報(bào)信息、基層醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)及績效考核評(píng)價(jià)信息、醫(yī)療資源監(jiān)管與服務(wù)信息、醫(yī)療質(zhì)量監(jiān)管信息、婦幼保健信息等]以及歷史數(shù)據(jù)[包括衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)直報(bào)數(shù)據(jù)（機(jī)構(gòu)信息、報(bào)表信息、病案信息等）]和人口數(shù)據(jù)（死亡登記、出生登記等）。

圖2 全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

3 系統(tǒng)技術(shù)路線

大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為全民健康保障信息化工程的基礎(chǔ)系統(tǒng)，涵蓋了從數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)分析、服務(wù)實(shí)現(xiàn)到服務(wù)管理，而不同功能面向的問題域不同，其實(shí)現(xiàn)機(jī)制也不盡相同，因此在系統(tǒng)建設(shè)中需要采用多元化的技術(shù)路線，以滿足系統(tǒng)功能、性能、安全等需求。

系統(tǒng)技術(shù)路線采用以容器、微服務(wù)、DevOps技術(shù)為基礎(chǔ)的云原生技術(shù)體系,從技術(shù)服務(wù)模式上可以劃分為IaaS（Infrastructure as a Service）層面、PaaS（Platform as a Service）層面和SaaS（Software as a Service）層面。

在IaaS層面，由云服務(wù)運(yùn)營商來提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接入與云技術(shù)支撐，包括云計(jì)算服務(wù)、云存儲(chǔ)服務(wù)和云網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其中，云計(jì)算服務(wù)包括x86云主機(jī)、裸金屬、彈性伸縮、鏡像服務(wù)、云桌面及GPU云主機(jī)；云存儲(chǔ)服務(wù)包括云硬盤服務(wù)、對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)、文件存儲(chǔ)服務(wù)、云網(wǎng)盤服務(wù)、云主機(jī)備份及云硬盤備份；云網(wǎng)絡(luò)服務(wù)包括vRouter、Floating IP、負(fù)載均衡、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（network address translation，NAT）網(wǎng)關(guān)、私有網(wǎng)絡(luò)（virtual private cloud，VPC）、域名系統(tǒng)（domain name system，DNS）等。

在PaaS層面，由平臺(tái)承建商提供核心能力，包括基礎(chǔ)技術(shù)層與技術(shù)服務(wù)層。其中，基礎(chǔ)技術(shù)層包含大數(shù)據(jù)技術(shù)服務(wù)（包括數(shù)據(jù)平臺(tái)MapReduce、列數(shù)據(jù)庫Hbase、流計(jì)算Storm、內(nèi)存計(jì)算Spark、數(shù)據(jù)倉庫Hive、實(shí)時(shí)計(jì)算Flink、MPP引擎、搜索服務(wù)Elastic-Search）、中間件服務(wù)[包括微服務(wù)架構(gòu)引擎、開發(fā)流水線（應(yīng)用開發(fā)）、API服務(wù)網(wǎng)關(guān)、分布式緩存服務(wù)Redis、分布式消息服務(wù)RabbitMQ、分布式消息服務(wù)Kafka]和數(shù)據(jù)庫服務(wù)（包括云數(shù)據(jù)庫MySQL、SQLServer、PostgreSQL、MongoDB以及分布式關(guān)系型云數(shù)據(jù)庫）。技術(shù)服務(wù)層包括全局序列、分布式任務(wù)調(diào)度、統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一時(shí)間服務(wù)、工作流引擎、規(guī)則引擎、微服務(wù)框架、加密服務(wù)、分布式事務(wù)、數(shù)據(jù)脫敏、分布式緩存、分布式對(duì)象存儲(chǔ)等組件。

在SaaS層面，由各應(yīng)用模塊的具體研發(fā)單位提供業(yè)務(wù)服務(wù)支持。在開發(fā)層，以Java EE Web技術(shù)體系為主。后臺(tái)采用基于模型-視圖-控制器（model-viewcontroller，MVC）模式、對(duì)象關(guān)系映射框架（object relational mapping，ORM）模式以提高系統(tǒng)的靈活性、重用性和維護(hù)性，其中MVC選擇的框架是SpringMVC，ORM選擇MyBatis。前臺(tái)采用HTML5、BootStrap框架。前后臺(tái)交互采用Http+JSON方式實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、NoSQL數(shù)據(jù)庫和分布式文件系統(tǒng)。其中，關(guān)系型數(shù)據(jù)用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源中的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和字典數(shù)據(jù)，主要是各類結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供對(duì)數(shù)據(jù)查詢、信息驗(yàn)證等數(shù)據(jù)服務(wù)的支撐；分布式文件系統(tǒng)用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源中的數(shù)據(jù)倉庫主題數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)庫中的專題數(shù)據(jù)，主要是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和文件，并結(jié)合數(shù)據(jù)批處理技術(shù)，提供對(duì)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的支撐；NoSQL數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)面向應(yīng)用具體需要的緩存數(shù)據(jù)，支撐對(duì)性能、并發(fā)性要求較高的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理主要采用SQL、批處理和流處理相關(guān)技術(shù)，以支撐數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析的需要。在服務(wù)層，系統(tǒng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)，基于高內(nèi)聚、松耦合的設(shè)計(jì)思想，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，將系統(tǒng)對(duì)外提供的共享功能均封裝為服務(wù)，并通過服務(wù)總線進(jìn)行統(tǒng)一管理。對(duì)于需求變化大、訪問并發(fā)數(shù)高的服務(wù)，采用微服務(wù)方式，將服務(wù)細(xì)分為可獨(dú)立部署的微服務(wù)，并采用開發(fā)運(yùn)維工具（DevOps）和容器技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的部署，基于云技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源的彈性伸縮，以滿足性能和擴(kuò)展性要求。同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外服務(wù)接口統(tǒng)一采用Restful Web Service技術(shù)，并通過JSON格式傳遞信息。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)是在可擴(kuò)展的分布式數(shù)據(jù)庫與大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合全民健康保障信息化工程的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的多層、可擴(kuò)展框架結(jié)構(gòu)，如圖3所示。架構(gòu)的核心建設(shè)內(nèi)容分為數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)整合層、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理層、展現(xiàn)與分析層、應(yīng)用發(fā)布層及用戶層6個(gè)部分，數(shù)據(jù)治理服務(wù)貫穿于其中。大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的用戶主要面向國家衛(wèi)生健康委員會(huì)各司局、國家衛(wèi)生健康委統(tǒng)計(jì)信息中心以及中國疾病預(yù)防控制中心等業(yè)務(wù)分析人員，且系統(tǒng)支持與醫(yī)療保障、藥監(jiān)局、民政、公安等外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行信息交互。

圖3 全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)利用綜合分析工具、數(shù)學(xué)分析模型與展示工具完成衛(wèi)生政策綜合分析與決策支持、委屬（管）醫(yī)院監(jiān)管、醫(yī)改進(jìn)程監(jiān)測、慢性病監(jiān)測與預(yù)警、基本藥物制度監(jiān)測、醫(yī)療服務(wù)價(jià)格和成本監(jiān)測、醫(yī)療資源配置與能力評(píng)估、醫(yī)院運(yùn)行監(jiān)測、成本收益監(jiān)測、醫(yī)療質(zhì)量監(jiān)測等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析[4]。針對(duì)管理者的不同需求，系統(tǒng)還提供多種配置方式，本系統(tǒng)可采用儀表盤、指示燈、曲線圖、直方圖、餅狀圖、報(bào)表等方式展示分析結(jié)果及數(shù)據(jù)[5]。同時(shí)，系統(tǒng)利用各類綜合業(yè)務(wù)分析模型與數(shù)學(xué)模型對(duì)包含區(qū)域分級(jí)診療效果評(píng)價(jià)、醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測、醫(yī)療資源配置與能力評(píng)估、老齡化趨勢在內(nèi)的多項(xiàng)應(yīng)用提供分析工具與分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)在衛(wèi)生政策綜合分析與決策支持、委屬（管）醫(yī)院監(jiān)管、人口決策支持領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)支持[6]。通過集成R語言及Cognos、Beyond BI等多種分析途徑面向業(yè)務(wù)人員提供數(shù)據(jù)挖掘、聯(lián)機(jī)分析、即席查詢和報(bào)表等多種功能[7]。

截止到2020年4月，全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的部分功能已經(jīng)研發(fā)完成并上線，主界面如圖4所示。本文以DRGs分析、健康檔案庫分析、全員人口庫分析作為應(yīng)用示范進(jìn)行說明。

圖4 全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主界面

4.1 DRGs分析

DRGs分析模塊包括重點(diǎn)?？圃u(píng)價(jià)、質(zhì)量安全分析、數(shù)據(jù)模型分析、標(biāo)桿對(duì)比等功能。其中，標(biāo)桿是通過大數(shù)據(jù)測算得出的一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)，分為常規(guī)指標(biāo)與DRG指標(biāo)2種。常規(guī)指標(biāo)包括藥占比、耗材占比、死亡人數(shù)、平均住院日等，DRG指標(biāo)包括組數(shù)、入組率、病例組合指數(shù)（case mix index，CMI）、中低風(fēng)險(xiǎn)死亡數(shù)等。在大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，選中任何一家醫(yī)院都可以與本省標(biāo)桿、全國標(biāo)桿、全國綜合醫(yī)院標(biāo)桿進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示，通過雷達(dá)圖可清晰地看出各指標(biāo)高低。

4.2 健康檔案庫分析

健康檔案庫分析模塊包括雙線轉(zhuǎn)診情況分析、二孩出生情況分析、健康指標(biāo)分析、老年人健康分析、慢性病管理情況分析、健康檔案庫數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。本文以雙向轉(zhuǎn)診情況分析中的雙向轉(zhuǎn)診流向分析功能和二孩出生情況分析為例進(jìn)行說明。

圖5 DRGs分析——標(biāo)桿對(duì)比

雙向轉(zhuǎn)診主要是充分利用各社區(qū)醫(yī)院的服務(wù)功能和網(wǎng)點(diǎn)資源，促使基本醫(yī)療逐步“下沉”到社區(qū)，讓社區(qū)群眾危重病、疑難病的救治轉(zhuǎn)到大中型醫(yī)院。雙向轉(zhuǎn)診流向分析功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同年份各省、市公立醫(yī)院轉(zhuǎn)往基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)住院患者占比與基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)向醫(yī)院轉(zhuǎn)診患者占比2個(gè)指標(biāo)間的數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖6所示。其中，公立醫(yī)院轉(zhuǎn)往基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)住院指標(biāo)的計(jì)算方法為：年末公立醫(yī)院轉(zhuǎn)往基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)住院患者數(shù)/基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)住院患者總數(shù)×100%；基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)向醫(yī)院轉(zhuǎn)診患者指標(biāo)計(jì)算方法為：（年末基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)向上級(jí)醫(yī)院轉(zhuǎn)診人次數(shù)+轉(zhuǎn)入上級(jí)醫(yī)院的住院人數(shù)）/[基層醫(yī)療（門診人次數(shù)+住院人數(shù)）]×100%。

圖6 健康檔案庫分析——雙向轉(zhuǎn)診流向分析

同時(shí)，二孩出生情況分析中可以以柱狀圖的形式展現(xiàn)二孩出生人數(shù)的年度分布情況及各省份分布情況，如圖7所示。

圖7 健康檔案庫分析——二孩出生情況分析

4.3 全員人口庫分析

全員人口庫分析模塊包括人口出生及死亡情況分析、人口老齡化分析、人口分布構(gòu)成分析、人口婚姻狀況統(tǒng)計(jì)分析等功能。其中，對(duì)人口出生及死亡情況分析以柱狀圖的形式展現(xiàn)人口的出生人數(shù)、出生率、死亡人數(shù)、死亡率，以表格形式展現(xiàn)各省份的總?cè)丝?、城?zhèn)人口、城鎮(zhèn)人口占比、鄉(xiāng)村人口、鄉(xiāng)村人口占比、人口出生率、人口死亡率和人口自然增長率。各指標(biāo)中出生率指某一地區(qū)在一段時(shí)期之內(nèi)（通常指1 a）出生人數(shù)與平均人口之比，可反映出人口的出生水平；死亡率指某一地區(qū)一段時(shí)間內(nèi)的死亡人數(shù)與該時(shí)期平均總?cè)藬?shù)之比。人口出生死亡情況分析如圖8所示。

人口老少比是反映一個(gè)國家或地區(qū)人口年齡結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。人口老少比分析功能利用柱狀圖展現(xiàn)少年、老年人口數(shù)量，用折線圖展現(xiàn)老少比的變化趨勢，如圖9所示。人口老少比的數(shù)據(jù)來源于全員人口庫，人口數(shù)量指人口的絕對(duì)量，即人口總體中所包含的生命個(gè)體的多少。老少比的計(jì)算方式為：（≥65周歲人口數(shù)÷0～14周歲人口數(shù)）×100%。

5 結(jié)語

大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為全民健康保障信息化工程的亮點(diǎn)，其所支持的業(yè)務(wù)和采用的技術(shù)是不斷變化的，因此系統(tǒng)建設(shè)不是一蹴而就的，而是要經(jīng)過一個(gè)逐漸完善和演進(jìn)的過程，將其提供的業(yè)務(wù)服務(wù)內(nèi)容逐步豐富、粒度逐步細(xì)化[8]。通過實(shí)施全民健康保障信息化工程大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)與分析方法，對(duì)醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量與績效、三大基礎(chǔ)庫進(jìn)行分析，可以有效提升衛(wèi)生行政部門科學(xué)決策、綜合監(jiān)管以及信息服務(wù)能力，促進(jìn)多部門合力解決社會(huì)突出問題。當(dāng)然，本系統(tǒng)在界面友好性、兼容性、數(shù)據(jù)分析粒度與維度以及跨機(jī)構(gòu)應(yīng)用場景拓展等方面仍有不足之處，將在后續(xù)工作過程中逐步完善[9]。

圖9 全員人口庫分析——人口老少比分析