白世坤 邵立洋 楊磊

（1.中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041；2.電子科技大學醫(yī)學院，四川 成都 610054）

0 引言

醫(yī)院科研工作是我國醫(yī)療行業(yè)發(fā)展中的重要組成內(nèi)容，是進一步完善醫(yī)療救助、提高疾病治理成效，從而保障人民群眾身體健康的關(guān)鍵，也是推動醫(yī)院便民惠民服務(wù)的有力支撐[1]?？蒲袛?shù)據(jù)(research data)是指數(shù)字形式的研究數(shù)據(jù)，包括在研究過程中產(chǎn)生的能存貯在計算機上的任何數(shù)據(jù)，也包括能轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的非數(shù)字形式數(shù)據(jù)[2]?？蒲袛?shù)據(jù)的樣本量和準確性對科研結(jié)果有決定性作用，所以科研數(shù)據(jù)的收集與分析在科研過程中十分重要。在醫(yī)學科研過程的數(shù)據(jù)收集階段，科研人員（如醫(yī)護人員）經(jīng)常需要手動記錄數(shù)據(jù)到紙質(zhì)表格，后期再手動錄入電腦電子表格（如Excel表）。因為數(shù)據(jù)收集繁瑣、電子化程度低，容易漏錄、錯錄；在數(shù)據(jù)分析階段，又經(jīng)常需要從紙質(zhì)表單（如化驗單）或其他醫(yī)療系統(tǒng)收集關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，錄入Excel表進行數(shù)據(jù)篩選以及各個維度的分析。因為數(shù)據(jù)的存儲與分析自動化程度低，為科研人員增加了巨大的數(shù)據(jù)分析工作負擔。

微信小程序是微信（一款用戶量達11億的國民級手機APP）的一個功能組件，它可以實現(xiàn)像手機APP一樣的優(yōu)秀交互操作效果。但用戶無需安裝具體APP，只需要掃碼或搜索即可使用。用戶也無需關(guān)注APP的安裝和卸載，做到了隨時隨地可用，實現(xiàn)了“用之即來，用完即走”的理念[3]。

微服務(wù)是目前主流的分布式軟件架構(gòu)技術(shù)。系統(tǒng)架構(gòu)師可按照業(yè)務(wù)功能將龐大的信息系統(tǒng)劃分為具體的原子服務(wù)，每個服務(wù)足夠內(nèi)聚、足夠小，代碼容易理解、開發(fā)效率高；服務(wù)之間可以獨立部署，并支持開發(fā)和部署持續(xù)集成；每個服務(wù)可以各自進行負載均衡擴展和數(shù)據(jù)庫擴展，而且每個服務(wù)可以根據(jù)自己的需要部署到合適的硬件服務(wù)器上；一個服務(wù)宕機并不會讓整個系統(tǒng)癱瘓[4]。

使用微信小程序作為人機交互客戶端，免安裝、方便快捷；使用微服務(wù)進行后臺服務(wù)端軟件架構(gòu)和部署，可以提供分布式的、高容錯的、穩(wěn)定可靠的后臺服務(wù)能力。

1 醫(yī)學科研數(shù)據(jù)收集與分析系統(tǒng)需求分析

針對上述數(shù)據(jù)收集與分析過程中的痛點，可建立圖1所示的使用場景模型。

圖1 場景模型

1.1 模型分析

根據(jù)數(shù)據(jù)準備、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析三個階段，結(jié)合使用者的工作業(yè)務(wù)職能，可劃分三種用戶類型，即分別為系統(tǒng)管理員、超級用戶和普通用戶。

系統(tǒng)管理員一般為醫(yī)院或者科研院所信息技術(shù)中心的技術(shù)人員，負責系統(tǒng)的運行維護，在系統(tǒng)部署階段進行初始化數(shù)據(jù)的導入。初始化數(shù)據(jù)包括用戶基礎(chǔ)信息、科研數(shù)據(jù)模板和數(shù)據(jù)分析模板。用戶基礎(chǔ)信息，即用戶（科研人員）的姓名、編號、角色等基礎(chǔ)信息；科研數(shù)據(jù)模板，即科研數(shù)據(jù)分析使用的模板模型，如調(diào)查研究型、實驗研究型、新技術(shù)、新材料、新方法的開發(fā)應(yīng)用等類型的模板；數(shù)據(jù)分析模板，即科研數(shù)據(jù)分析使用的分析模板，如指標走勢分析、元素統(tǒng)計分析、公式計算分析等模板。系統(tǒng)管理員還在科研的數(shù)據(jù)收集和分析階段進行系統(tǒng)的日常運行維護。

超級用戶一般為科研課題的組長，如課題負責人。在課題的準備階段，進行課題項目創(chuàng)建、數(shù)據(jù)模板的選擇、課題成員的添加以及樣本來源的基礎(chǔ)信息錄入等。在數(shù)據(jù)收集階段，也可以進行樣本來源的基本信息錄入，包含患者的姓名、床號、身體基本體征等以及實驗數(shù)據(jù)采集錄入。在數(shù)據(jù)分析階段進行數(shù)據(jù)分析模板的選擇，根據(jù)不同的模板進行數(shù)據(jù)分析。

普通用戶一般為課題成員，如醫(yī)護人員，在數(shù)據(jù)收集階段進行每日的數(shù)據(jù)采集錄入，在數(shù)據(jù)分析階段根據(jù)不同的分析模板進行數(shù)據(jù)分析。

1.2 需求分析

（1）根據(jù)使用場景，系統(tǒng)有以下的基本功能需求。

①用戶管理：用戶的信息錄入，支持Excel表批量導入；用戶權(quán)限控制；用戶登陸鑒權(quán)等；

②科研數(shù)據(jù)模板管理：模板的創(chuàng)建、修改、刪除和導入等；

③數(shù)據(jù)分析模板管理：模板的創(chuàng)建、修改、刪除和導入等；

④課題流程管理：課題創(chuàng)建、階段控制、成員添加等；

⑤樣本源管理：支持小程序掃碼錄入、填寫錄入、批量錄入等；

⑥樣本數(shù)據(jù)錄入：支持小程序填寫錄入、同步測量儀器錄入等；

⑦數(shù)據(jù)分析管理：支持小程序選擇模板、開始分析、結(jié)果查看和下載等；

⑧審計日志管理：支持操作審計記錄；

⑨數(shù)據(jù)備份恢復：支持數(shù)據(jù)自動或手動備份和恢復。

（2）根據(jù)使用場景，系統(tǒng)有以下的基本性能需求。

①服務(wù)端：支持并發(fā)操作，支持動態(tài)擴容；

②客戶端：支持多用戶同時使用。

2 醫(yī)學科研數(shù)據(jù)收集與分析系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

醫(yī)學科研數(shù)據(jù)收集與分析系統(tǒng)定位為科研數(shù)據(jù)收集和分析平臺。采用平臺化設(shè)計，可根據(jù)不同類型不同科研課題的使用需求進行動態(tài)擴展。平臺分為人機交互層、統(tǒng)一服務(wù)路由層、服務(wù)基礎(chǔ)平臺層、業(yè)務(wù)基礎(chǔ)平臺層和服務(wù)運行環(huán)境等（圖2）。

圖2 架構(gòu)設(shè)計

人機交互層提供系統(tǒng)的操作入口和界面呈現(xiàn)。微信小程序按功能需求可劃分為三個功能模塊：設(shè)置配置模塊、數(shù)據(jù)收集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。

統(tǒng)一路由服務(wù)層對請求進行負載均衡以及過載熔斷控制等。

服務(wù)基礎(chǔ)平臺層進行微服務(wù)的注冊、治理監(jiān)控、服務(wù)配置等基礎(chǔ)服務(wù)，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容錯性，可采用微服務(wù)集群模式搭建，即每個基礎(chǔ)服務(wù)部署1到n個服務(wù)到正式部署環(huán)境。服務(wù)注冊中心群包含服務(wù)的注冊與發(fā)現(xiàn)，服務(wù)治理監(jiān)控群包含服務(wù)分布式追蹤、分布式日志、任務(wù)管理等，服務(wù)配置中心群包含服務(wù)配置、容錯配置和安全配置等。

業(yè)務(wù)基礎(chǔ)平臺提供具體的業(yè)務(wù)功能服務(wù)。按照上章節(jié)分析的業(yè)務(wù)需求，可劃分為用戶管理服務(wù)群、科研數(shù)據(jù)錄入服務(wù)群、科研數(shù)據(jù)分析服務(wù)群、科研模板管理服務(wù)群、分析模板管理服務(wù)群以及操作審計服務(wù)群等。

服務(wù)運行環(huán)境提供整體服務(wù)的運行環(huán)境，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。

整個系統(tǒng)架構(gòu)采用服務(wù)端-客戶端模式。用戶通過人機交互層（微信小程序）操作界面發(fā)送數(shù)據(jù)請求到統(tǒng)一服務(wù)路由層，由路由層對請求進行負載均衡，并請求將具體某個微服務(wù)后的反饋結(jié)果數(shù)據(jù)返回人機交互層展示。整個系統(tǒng)架構(gòu)根據(jù)業(yè)務(wù)請求量可動態(tài)擴展服務(wù)集群，來保證服務(wù)的穩(wěn)定性。

2.1 單個服務(wù)架構(gòu)設(shè)計

單個服務(wù)可使用Spring Boot技術(shù)實現(xiàn)。Spring Boot是Java企業(yè)開發(fā)里最流行的框架，它為各種第三方框架的快速整合提供了自動配置，讓開發(fā)者只需要關(guān)注應(yīng)用中業(yè)務(wù)邏輯功能的實現(xiàn)[5]。

單個服務(wù)使用三層架構(gòu)設(shè)計，即數(shù)據(jù)庫層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)控制層。數(shù)據(jù)庫層提供對數(shù)據(jù)庫增刪改查等數(shù)據(jù)原子操作服務(wù)；服務(wù)層實現(xiàn)具體的功能原子服務(wù)；業(yè)務(wù)控制層組合調(diào)用服務(wù)層從而實現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)功能需求。采用分層設(shè)計，可降低系統(tǒng)的復雜度，使得復雜問題分層簡單化解決，也利于軟件代碼解耦，便于開發(fā)和功能擴展。

2.2 微信小程序架構(gòu)設(shè)計

微信小程序使用模塊化設(shè)計，即小程序基礎(chǔ)功能模塊和業(yè)務(wù)功能模塊?；A(chǔ)功能模塊可分為框架界面模塊、框架全局配置模塊、工具類模塊；業(yè)務(wù)功能模塊可分為用戶登陸模塊、模板管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和備份恢復模塊等。

3 醫(yī)學科研數(shù)據(jù)收集與分析系統(tǒng)部署設(shè)計

圖3 系統(tǒng)部署設(shè)計

醫(yī)學科研數(shù)據(jù)收集與分析系統(tǒng)服務(wù)端可部署在互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)中，如阿里云、騰訊云、華為云等主流云服務(wù)提供商。課題組客戶端無需安裝部署，使用智能手機中的微信APP掃碼使用即可。系統(tǒng)管理員可以使用微信小程序或者瀏覽器進行系統(tǒng)管理配置。

整套系統(tǒng)的部署基于公有云和互聯(lián)網(wǎng)，部署簡單便捷，系統(tǒng)隨時隨地可用。

4 結(jié)論

本文針對臨床醫(yī)學科研實踐過程中數(shù)據(jù)收集繁瑣、電子化程度低以及數(shù)據(jù)的存儲與分析過程中自動化與智能化程度低等實際問題，對使用場景進行了軟件需求分析，利用微服務(wù)架構(gòu)和小程序技術(shù)為醫(yī)學科研過程中數(shù)據(jù)收集與分析設(shè)計了IT軟件系統(tǒng)并提出了部署設(shè)計。本團隊將根據(jù)該架構(gòu)設(shè)計框架，繼續(xù)深入挖掘科研數(shù)據(jù)收集與分析的模板模型，并通過IT技術(shù)，打造醫(yī)學科研數(shù)據(jù)收集與智能化分析平臺。