吳丹,李鵬,杜明超

（安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，安徽合肥 230022）

1 引言

現(xiàn)今中國明確指出了醫(yī)療行業(yè)信息化發(fā)展的措施與意義，表明了醫(yī)療行業(yè)信息化的重要性[1-2]?，F(xiàn)階段國外發(fā)達(dá)國家已搭建了成熟的大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，我國也初步建立數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化?，F(xiàn)有醫(yī)療大數(shù)據(jù)存儲共享系統(tǒng)硬件軟件存在局限性，故提出基于云計(jì)算的醫(yī)療大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)自動存儲與共享設(shè)計(jì)研究。

2 醫(yī)療大數(shù)據(jù)自動存儲與共享系統(tǒng)整體架構(gòu)

醫(yī)療大數(shù)據(jù)自動存儲與共享整體架構(gòu)如圖1所示，設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體架構(gòu)主要劃分為五個層次[3]。應(yīng)用層主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括數(shù)據(jù)共享、加密、上鏈和檢索；接口層主要起到連接的作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收，包括調(diào)用鏈、合約、接口和身份接口；服務(wù)層相當(dāng)于中間類的作用，服務(wù)于應(yīng)用層與接口層；共識層主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)與驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；存儲層是對接收到并經(jīng)過驗(yàn)證的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，保證數(shù)據(jù)不會丟失。

圖1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖

2.1 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)由數(shù)據(jù)整合上傳部分、網(wǎng)關(guān)本地持久存儲部分及其數(shù)據(jù)解析分類部分構(gòu)成，數(shù)據(jù)資源起到收集數(shù)據(jù)的作用，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)將經(jīng)各種方式收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遷移，最終統(tǒng)一存儲，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，三個部分相互協(xié)作、相互作用，其示意圖如圖2所示。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)主要采用HTTP/TCP/UDP 的傳輸接口，分別選取FTP、SOCKET與HTTP解析適配器[4]。對數(shù)據(jù)引腳進(jìn)行科學(xué)定義，具體如表1所示。

圖2 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)示意圖

表1 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)引腳定義表

2.2 云計(jì)算服務(wù)器

隨著公立醫(yī)院信息化平臺的構(gòu)建，云計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用廣泛，具有運(yùn)算能力強(qiáng)、配置靈活以及成本低廉的特點(diǎn)，云計(jì)算環(huán)境示意圖如圖3所示。

圖3 云計(jì)算環(huán)境示意圖

現(xiàn)今，使用較為廣泛的PC服務(wù)器(x86服務(wù)器)與UNIX服務(wù)器(非x86服務(wù)器)，對兩者性能進(jìn)行比較，具體如表2所示。

如表2內(nèi)容所示，通過對比UNIX服務(wù)器在可用性、可擴(kuò)展性、單機(jī)性能以及應(yīng)用場景都明顯優(yōu)于PC服務(wù)器，更適用于醫(yī)療大數(shù)據(jù)的存儲與共享[5]。UNIX服務(wù)器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

表2 云計(jì)算服務(wù)器性能比較表

圖4 UNIX服務(wù)器結(jié)構(gòu)示意圖

3 醫(yī)療大數(shù)據(jù)自動存儲與共享系統(tǒng)軟件模塊

軟件模塊為數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)共享模塊與數(shù)據(jù)庫模塊，如下所示。

3.1 數(shù)據(jù)存儲模塊

針對患者在就醫(yī)過程中，主治醫(yī)生無法有效獲得患者其他醫(yī)院的醫(yī)療數(shù)據(jù)的情況，故引入私有鏈設(shè)計(jì)。私有鏈模型如圖5所示。依據(jù)私有鏈模型對醫(yī)療大數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，擁有強(qiáng)大的業(yè)務(wù)系統(tǒng)用于信息的共享，為后續(xù)醫(yī)療大數(shù)據(jù)共享做準(zhǔn)備。醫(yī)療數(shù)據(jù)的共享可以了解患者的就醫(yī)情況，方便后續(xù)的治療，并節(jié)省就診時(shí)間，加快對患者的救治。

圖5 私有鏈模型示意圖

3.2 數(shù)據(jù)共享模塊

在醫(yī)療大數(shù)據(jù)共享的過程中需保障醫(yī)療大數(shù)據(jù)的安全性，因此醫(yī)療大數(shù)據(jù)共享算法流程如圖6所示。內(nèi)部包含用戶屬性集Role=(r1，r2，…，rn)、ID 以及公私鑰(Keypub，keypriv)[6]。利用哈希函數(shù)生成主密鑰，表達(dá)式為

圖6 醫(yī)療大數(shù)據(jù)共享算法流程圖

式(1)中，keymas表示的是主密鑰；Hash(·)表示的是哈希函數(shù)；keypriv表示的是私鑰；R表示的是安全隨機(jī)數(shù)。

區(qū)塊共識依據(jù)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，其表達(dá)式為：

式(2)中，proofHash 表示的是計(jì)算結(jié)果；nonce 表示的是挖礦難度；Target表示的是目標(biāo)值；numOfCoin 表示的是代幣數(shù)量。

用戶獲取醫(yī)療數(shù)據(jù)需要向節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求，上交自身的身份屬性集合Role=(r1，r2，…，rn)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相驗(yàn)證并索引區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)庫模塊

數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)主要體現(xiàn)為表結(jié)構(gòu)[7]，此研究由于篇幅限制只對部分表結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行展示，具體如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)庫表

通過軟件模塊，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療大數(shù)據(jù)自動存儲與共享的運(yùn)行。硬件單元和軟件模塊的結(jié)合，保障了數(shù)據(jù)共享和存儲的基礎(chǔ)，還提高了大數(shù)據(jù)自動化的智能性。數(shù)據(jù)存儲和共享智能化的發(fā)展在一定程度上節(jié)省了以往數(shù)據(jù)處理的弊端，還提高了數(shù)據(jù)處理的效率。

4 系統(tǒng)應(yīng)用性能分析

驗(yàn)證應(yīng)用性能差異，采用MATLAB軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[8]，MATLAB 軟件具有簡單易用、處理強(qiáng)大等特點(diǎn)，具體實(shí)驗(yàn)過程如下所示。

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建

對實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境與軟件環(huán)境進(jìn)行合理地配置，實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境配置情況如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境配置表

采用MATLAB軟件中的LoadRunner 11測試，具體實(shí)驗(yàn)步驟：業(yè)務(wù)場景評測-選取場景編制腳本-調(diào)試腳本確認(rèn)功能是否正常-生成測試報(bào)告。

4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

構(gòu)建醫(yī)療數(shù)據(jù)樹結(jié)構(gòu)具體如圖7所示。

圖7 醫(yī)療數(shù)據(jù)樹結(jié)構(gòu)示意圖

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)圖7形式處理，保障數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一性。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

醫(yī)療大數(shù)據(jù)自動存儲與共享實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)獲得應(yīng)用性能數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 應(yīng)用性能數(shù)據(jù)表

通過上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間保持在12ms以下，并且隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，響應(yīng)時(shí)間也沒有變長，而現(xiàn)有系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間幾乎都超過了20ms，說明設(shè)計(jì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較短，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶并發(fā)數(shù)隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，幾乎呈現(xiàn)遞增的趨勢，并且一直高于現(xiàn)有系統(tǒng)的用戶并發(fā)數(shù)，充分證實(shí)了設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備更好的應(yīng)用性能。

5 結(jié)束語

此研究應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)對醫(yī)療大數(shù)據(jù)進(jìn)行自動存儲與共享，縮短了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，提升了用戶并發(fā)數(shù)，助力醫(yī)療的發(fā)展，也為醫(yī)療大數(shù)據(jù)的存儲與共享研究提供一定的參考。