重慶三峽醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校 向波 鄭代坤

區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)通過(guò)對(duì)健康數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)分析，提高健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的再利用價(jià)值。設(shè)計(jì)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)，探討平臺(tái)的環(huán)境構(gòu)建，采用Hadoop架構(gòu)和軟件生態(tài)圈，分析健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集模式、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用系統(tǒng)功能。

近年來(lái)，健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用受到社會(huì)各方越來(lái)愈多的關(guān)注和重視。國(guó)家將健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)作為重要基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源的定位，根據(jù)國(guó)家的政策導(dǎo)向和激勵(lì)，全國(guó)各個(gè)地方紛紛建設(shè)區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)或健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)中心，為本區(qū)域的健康醫(yī)療行業(yè)提供大數(shù)據(jù)技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在區(qū)域“智慧城市”建設(shè)大框架下建設(shè)區(qū)域健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)有效采集本區(qū)域健康醫(yī)療數(shù)據(jù)，對(duì)匯聚數(shù)據(jù)進(jìn)行治理和集成，數(shù)據(jù)共享應(yīng)用[1,2]。

1 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的整體系統(tǒng)架構(gòu)采用當(dāng)前流行的大數(shù)據(jù)技術(shù)模式，系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 System architecture desig

2 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的系統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)

健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)的系統(tǒng)環(huán)境的設(shè)計(jì)，主要包括物理硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)要考慮大數(shù)據(jù)平臺(tái)的技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式、數(shù)據(jù)計(jì)算模式，同時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注平臺(tái)的易擴(kuò)充性。綜合技術(shù)調(diào)研和發(fā)展趨勢(shì)等各種因素，區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的系統(tǒng)環(huán)境采用現(xiàn)在流行的Hadoop架構(gòu)和軟件生態(tài)圈[3]。

2.1 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)包括大數(shù)據(jù)服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防火墻等。平臺(tái)采用了大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)集群模式，一個(gè)大數(shù)據(jù)集群?jiǎn)卧捎肏adoop存儲(chǔ)架構(gòu)，如圖2所示，平臺(tái)整體物理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和數(shù)據(jù)計(jì)算處理量，可集成設(shè)置多個(gè)大數(shù)據(jù)集群。

圖2 Hadoop存儲(chǔ)集群Fig.2 Hadoop storage cluster

2.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括大數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件、虛擬化軟件、大數(shù)據(jù)技術(shù)工具軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)處理軟件等。軟件系統(tǒng)采用Hadoop生態(tài)和Spark生態(tài)組件，軟件基于Apache開源社區(qū)。主要包括HDFS、HBase、Yarn、MapReduce、Hive、Zookeeper、Flume、Kafka、Redis、Storm、MongoDB等。

3 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

3.1 健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的有效采集設(shè)計(jì)

健康醫(yī)療數(shù)據(jù)采集來(lái)源多樣化。它的采集接口要求能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)安全等功能模塊。

3.2 健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)也是多樣化，例如有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等多種形式。在對(duì)數(shù)據(jù)處理前需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要能實(shí)現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，完成集中式、分布式等多種模式健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模。

4 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在匯聚存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)建多個(gè)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的分析系統(tǒng)，包括公共衛(wèi)生大數(shù)據(jù)篩查和分析、基于電子病歷的病癥相關(guān)度大數(shù)據(jù)分析、慢病大數(shù)據(jù)分析、青少年健康大數(shù)據(jù)分析（學(xué)生）、婦幼大數(shù)據(jù)分析、健康產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)分析、基于區(qū)域環(huán)境因素與居民健康相關(guān)度大數(shù)據(jù)分析等。如圖3所示。重點(diǎn)舉例介紹如下：

圖3 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)Fig.3 Health care big data analysis system

4.1 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)

構(gòu)建相關(guān)專題數(shù)據(jù)庫(kù)，從各個(gè)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析專題服務(wù)，支撐相關(guān)的數(shù)據(jù)應(yīng)用提供服務(wù)。統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)以數(shù)據(jù)來(lái)源于電子健康檔案、電子病歷、醫(yī)學(xué)影像和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等為主的健康醫(yī)療服務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。(2)數(shù)據(jù)來(lái)源于多種類型的醫(yī)療保險(xiǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。(3)數(shù)據(jù)來(lái)源于突發(fā)公共衛(wèi)生事件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、傳染病報(bào)告數(shù)據(jù)等公共衛(wèi)生系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。(4)數(shù)據(jù)來(lái)源于居民在各類藥房購(gòu)買相關(guān)藥品等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。(5)數(shù)據(jù)來(lái)源于區(qū)域相關(guān)地域內(nèi)的空氣污染物、氣候狀況等環(huán)境和健康相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

4.2 區(qū)域疾病譜流行預(yù)測(cè)分析服務(wù)

構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的人口基礎(chǔ)信息庫(kù)，例如包含居民的性別、年齡、職業(yè)等信息[4]。通過(guò)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)挖掘算法，構(gòu)建疾病發(fā)生和診療情況的基本規(guī)則，與人口基礎(chǔ)信息庫(kù)中的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)比對(duì)，通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則得出相應(yīng)價(jià)值的醫(yī)學(xué)關(guān)系及規(guī)律模式。構(gòu)建疾病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警指標(biāo)，以此指標(biāo)為基礎(chǔ)建立疾病流行預(yù)測(cè)分析算法模型，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)時(shí)間、區(qū)域、人群特征等進(jìn)行多維度分析重點(diǎn)病例特征，實(shí)現(xiàn)通過(guò)慢病、傳染病病例特征分析進(jìn)行重點(diǎn)疾病的智能預(yù)警[5]。

5 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

構(gòu)建業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，研發(fā)多個(gè)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的挖掘開發(fā)利用，達(dá)到數(shù)據(jù)價(jià)值的最大化應(yīng)用。應(yīng)用系統(tǒng)包括健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)科研系統(tǒng)、健康教育大數(shù)據(jù)AI系統(tǒng)、慢病管理及AI預(yù)警系統(tǒng)、公共衛(wèi)生大數(shù)據(jù)篩查預(yù)測(cè)系統(tǒng)、政府健康政策決策系統(tǒng)、醫(yī)養(yǎng)結(jié)合康養(yǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)白皮書、區(qū)域醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展大數(shù)據(jù)系統(tǒng)等。如圖4所示。

圖4 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)Fig.4 Health care big data application system

5.1 區(qū)域健康大數(shù)據(jù)白皮書綜合服務(wù)系統(tǒng)

區(qū)域健康大數(shù)據(jù)白皮書綜合服務(wù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)在區(qū)域海量的各種居民健康體檢指標(biāo)數(shù)據(jù)、醫(yī)療診治數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)影像和檢驗(yàn)等檢查數(shù)據(jù)、區(qū)域流行病數(shù)據(jù)、區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上建立區(qū)域健康指數(shù)，構(gòu)建區(qū)域健康大數(shù)據(jù)白皮書，為政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、居民提供區(qū)域健康綜合咨詢指導(dǎo)服務(wù)。從例如人群、產(chǎn)業(yè)、環(huán)境等不同的維度，對(duì)不同行業(yè)、不同地域等人群，關(guān)注區(qū)域內(nèi)的重點(diǎn)人群，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的重點(diǎn)疾病統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的主要健康問題，與區(qū)域內(nèi)的環(huán)境狀況等元素進(jìn)行綜合分析構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的健康全景圖，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析思想、方法和工具，從多個(gè)方面、多個(gè)層級(jí)來(lái)評(píng)估區(qū)域的健康整體狀況，以及預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)健康的發(fā)展趨勢(shì)能夠比較真實(shí)和全面的反映本地區(qū)的健康狀況、環(huán)境狀況，以及環(huán)境對(duì)健康的影響情況。

5.2 公共衛(wèi)生大數(shù)據(jù)篩查預(yù)測(cè)系統(tǒng)

主要功能是針對(duì)區(qū)域內(nèi)的公共衛(wèi)生領(lǐng)域，對(duì)例如艾滋病、結(jié)核病等傳染疾病進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)。(1)構(gòu)建公共衛(wèi)生應(yīng)急知識(shí)庫(kù)，包括基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)和防控應(yīng)急知識(shí)庫(kù)，能夠提供相應(yīng)的知識(shí)查詢功能。(2)構(gòu)建疾病流行分析預(yù)警模型。(3)構(gòu)建公共衛(wèi)生大數(shù)據(jù)智能預(yù)測(cè)模型，對(duì)重點(diǎn)的相關(guān)癥候群、相關(guān)藥品、相關(guān)檢驗(yàn)檢查項(xiàng)目等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地可視化展示。

5.3 健康教育大數(shù)據(jù)AI系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)科研和健康教育的功能。構(gòu)建健康醫(yī)療教育知識(shí)庫(kù)，主要包括例如常見慢病預(yù)防治療、運(yùn)動(dòng)康復(fù)、膳食營(yíng)養(yǎng)、心理保健、中醫(yī)養(yǎng)生、急救處理、醫(yī)養(yǎng)咨詢等健康專業(yè)知識(shí)和常識(shí)，表現(xiàn)形式包括文字、圖片、動(dòng)畫、短視頻等，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、載體包括網(wǎng)頁(yè)、手機(jī)App、微信小程序、微博等，或利用手環(huán)、平板、可穿戴物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備等技術(shù)手段，讓教師、學(xué)生、醫(yī)護(hù)人員、社會(huì)群眾進(jìn)行檢索、咨詢、健康知識(shí)普及學(xué)習(xí)，或者利用AI算法進(jìn)行個(gè)性化的精準(zhǔn)推送。此系統(tǒng)能發(fā)送可能擴(kuò)大健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的服務(wù)人群，增強(qiáng)服務(wù)效果，提高健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的社會(huì)價(jià)值。

5.4 醫(yī)養(yǎng)結(jié)合康養(yǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)

醫(yī)養(yǎng)結(jié)合康養(yǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)本地區(qū)居民康養(yǎng)的大數(shù)據(jù)管理。在社區(qū)基層醫(yī)院或衛(wèi)生院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)建設(shè)居民健康檢測(cè)點(diǎn)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、健康檢測(cè)基礎(chǔ)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)居民健康指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集，建立居民健康檢測(cè)檔案，構(gòu)建相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，將居民的健康檢測(cè)數(shù)據(jù)、醫(yī)療診治數(shù)據(jù)、電子病歷數(shù)據(jù)、日常藥品使用數(shù)據(jù)等進(jìn)行大數(shù)據(jù)比對(duì)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，設(shè)置健康預(yù)警值，及時(shí)推送健康指標(biāo)給居民，指導(dǎo)居民的健康判斷。

5.5 數(shù)據(jù)安全等級(jí)保護(hù)設(shè)計(jì)

區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)匯聚的海量數(shù)據(jù)包括健康數(shù)據(jù)、臨床醫(yī)療數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)檢查數(shù)據(jù)、藥品使用數(shù)據(jù)等涉及個(gè)人健康醫(yī)療信息，是特別敏感的數(shù)據(jù)，為了保護(hù)個(gè)人隱私和數(shù)據(jù)安全，在數(shù)據(jù)清洗階段就要做脫敏處理，在數(shù)據(jù)應(yīng)用階段保障數(shù)據(jù)安全，需要通過(guò)三級(jí)等保認(rèn)證設(shè)計(jì)，來(lái)確定數(shù)據(jù)安全和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的安全性。

6 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用交互界面設(shè)計(jì)

應(yīng)用界面主要設(shè)計(jì)了以主頁(yè)、移動(dòng)App、微信小程序、物聯(lián)網(wǎng)終端為主。主頁(yè)是區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的門戶網(wǎng)站，主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)信息的發(fā)布和認(rèn)證用戶的接口。

需要設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)的移動(dòng)App、微信小程序，利于平臺(tái)各類用戶通過(guò)移動(dòng)設(shè)備使用平臺(tái)。移動(dòng)App也可以考慮為用戶主要的接口，主便用戶減小對(duì)使用環(huán)境的限制。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家層面大健康發(fā)展的政策導(dǎo)向，支持將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新一代信息技術(shù)應(yīng)用到健康醫(yī)療領(lǐng)域的改革和發(fā)展中。健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的研究和應(yīng)用，是對(duì)健康醫(yī)療行業(yè)的強(qiáng)力補(bǔ)充，能夠提供新的思想、技術(shù)和方法。

引用

[1] 國(guó)務(wù)院.關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的指導(dǎo)意見[Z].2016.

[2] 重慶市市委.重慶市以大數(shù)據(jù)智能化為引領(lǐng)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020年) [Z].2018.

[3] 李偉,王士泉,于楠,等.區(qū)域健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)解決方案策劃與初步設(shè)計(jì)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2018(7):34-40.

[4] 解明.基于Hadoop的醫(yī)療健康檔案大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建研究[J].電子世界,2020(10):82-83.

[5] 陳宇翔.智慧城市背景下健康大數(shù)據(jù)系統(tǒng)搭建探索[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化,2021(12):16-18.