夏張濤,童基均,張世明
(1.浙江理工大學計算機學院,浙江 杭州 310018;2.上海諾基亞貝爾股份有限公司)
心血管疾病被公認為是全球致死率最高的疾病之一。根據(jù)中國國家心血管病中心發(fā)布的《中國心血管健康與疾病報告2020》[1]可知,目前中國心血管疾病患者推算有3.3 億人,患病率仍處于持續(xù)上升階段。心血管疾病患者數(shù)量十分龐大,為了對后續(xù)的各種科研工作提供更有效的數(shù)據(jù)支持,有必要將這些臨床數(shù)據(jù)進行結構化存儲和調(diào)閱[2]。
近十年來,心血管介入技術發(fā)展迅速,各種新設備、新技術大量涌現(xiàn),極大的豐富了介入信息,介入中心信息化、智能化建設迫在眉睫。目前心血管介入領域存在幾大不足。①介入手術數(shù)據(jù)采集和管理很大程度上依賴手工,缺乏有效的臨床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),不能滿足數(shù)據(jù)結構化、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和研究、圖文報告生成等臨床需求。②介入領域的手術信息缺乏統(tǒng)一的管理平臺,患者的就診數(shù)據(jù)沒有得到有效的整理,不利于后續(xù)查看與研究。此外,數(shù)據(jù)存儲往往以醫(yī)院為獨立單位,區(qū)域內(nèi)各醫(yī)院的數(shù)據(jù)沒有共享。③介入領域中的臨床實踐在“院后隨訪”部分有所欠缺,導致患者容易忽略院后護理和康復過程,這會導致再入院率的提高,并且容易消耗更多的醫(yī)療資源。④醫(yī)學影像設備在使用中能產(chǎn)生大量醫(yī)學影像數(shù)據(jù),在臨床診斷治療中這些影像數(shù)據(jù)信息可以提供大量價值[3],但他們的存儲和傳輸卻容易受到傳輸速率、延遲等限制。許多基層的醫(yī)院為了發(fā)展購置了各種醫(yī)學影像設備,但卻缺乏精通設備使用的影像技術人才,患者往往選擇前往上級醫(yī)院進行診療,這不利于分級診療的推行[4]。
隨著第五代移動通信技術(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)的快速普及,其高可靠、低時延、高速率等特性在醫(yī)學信息中心特別是影像中心的建設中,將顯示出極大的應用優(yōu)勢,解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題。我們采集患者的基礎信息、電子病歷數(shù)據(jù)和醫(yī)學影像數(shù)據(jù),建立基于5G的區(qū)域介入云中心,共享醫(yī)療衛(wèi)生信息資源,實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)介入手術信息、介入影像數(shù)據(jù)的充分共享和高效協(xié)作,降低醫(yī)療成本,推動分級診療,發(fā)揮醫(yī)聯(lián)體作用。
多業(yè)務邊緣計算(Multi-Access Edge Computing,MEC)硬件:使用用戶端口功能(User Plane Function,UPF)的MEC 方案,同時建設移動邊緣平臺(MEC Platform,MEP),供第三方應用程序進行安裝,直接完成區(qū)域內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理。具體需要的硬件設備如下:RH2288H V5,作為UPF 的硬件設備;RH2288H V5,作為MEP 部署的硬件設備;RH2288H V5,為第三方應用程序的部署提供硬件資源;交換機CE6865,業(yè)務架頂式交換機(Top Of Rack,TOR);交換機CE5855,設備管理TOR。
介入云中心設備:數(shù)據(jù)采集使用醫(yī)院的電腦設備(酷睿i3 處理器,4GB 內(nèi)存,1GB 顯存的獨立顯卡及以上配置),在IE 瀏覽器上進行訪問,并接入院內(nèi)5G 網(wǎng)絡對云端醫(yī)療影像進行查看。需要接入醫(yī)療監(jiān)護儀,來獲取患者的生理參數(shù)。云服務器操作系統(tǒng)使用Windows Server 2012 系統(tǒng),配置在4 核8GB 及以上,存儲空間2TB以上。
基于5G的區(qū)域介入云中心,涵蓋三個主體模塊功能,包括結構化的介入臨床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、臨床??茢?shù)據(jù)庫建設、介入云隨訪系統(tǒng)。總體功能框架如圖1所示。
圖1 5G+區(qū)域介入云中心系統(tǒng)功能框架圖
基于5G+MEC 打造的5G 區(qū)域介入云中心虛擬專網(wǎng)方案,通過靈活部署形成本地專網(wǎng),快速實現(xiàn)互聯(lián)互通。
移動通信運營商為項目提供專有的5G 獨立組網(wǎng)(Standalone,SA)虛擬專網(wǎng),并通過MEC 技術應用,實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)本地分流,醫(yī)護終端院區(qū)外接入需求及現(xiàn)場人員與外界的公網(wǎng)通信需求。
5G 基站通過移動通信傳輸網(wǎng)連接MEC 平臺,MEC 平臺根據(jù)分流策略將本地業(yè)務卸載到本地健康管理平臺上。
核心網(wǎng)MEC,用戶端口功能(User Plane Function,UPF)方案由醫(yī)院隨業(yè)務開展,先使用共享MEC??刂泼嬖谶\營商核心機房,進行用戶鑒權、移動性管理等??刂泼媾cMEC之間通過專線對接,互通多模光纖(Optical Multi-Mode,OM)網(wǎng)絡和N4、N9網(wǎng)絡。傳輸必須具備3 層轉發(fā)能力,將控制信令和用戶數(shù)據(jù)分流在中心機房和數(shù)據(jù)中心機房。同時由于使用MEC 解決方案,保證敏感數(shù)據(jù)不出地市,做到專網(wǎng)專用,保護客戶隱私。
MEC 對接需求:MEC 周邊需要對接的端口包括與SA2.0核心網(wǎng)的OM網(wǎng)絡互通;與SA2.0中的會話管理功能(Session Managment Function,SMF)之間互通N4接口;與傳輸分組傳送網(wǎng)(Packet Transport Network,PTN)之間對接N3接口;與醫(yī)院防火墻進行對接,接入醫(yī)院內(nèi)部網(wǎng)絡。
目前各個邏輯接口都是使用的二個10 萬兆以太網(wǎng)(10 Gigabit Ethernet,GE)的物理端口,在進行業(yè)務隔離的同時,確保主設備有保護。
B/S 架構(Browser/Server)是一種伴隨著Web 技術發(fā)展所興起的一種網(wǎng)絡結構模式,它可以看作是對傳統(tǒng)客戶端/服務器(Client/Server,C/S)架構的一種改造。在B/S 架構下Web 瀏覽器是客戶端的主要應用軟件,通過與服務器主機的連接,在服務器上實現(xiàn)系統(tǒng)的核心部分,從而簡化了客戶端的操作難度。相比于傳統(tǒng)的C/S架構,B/S架構具有輕量化、多并發(fā)、強運營等優(yōu)勢。
系統(tǒng)基于B/S 架構開發(fā),采用三層架構,即表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層。表現(xiàn)層就是展現(xiàn)給用戶的界面、業(yè)務邏輯層是針對具體問題的操作、數(shù)據(jù)訪問層進行數(shù)據(jù)庫的直接操作[5]。各層之間的數(shù)據(jù)通過對象模型的實體類傳遞,并使用接口相互訪問。
系統(tǒng)前端采用了Vue.js 框架。Vue.js 是用于構建前端用戶頁面的漸進式框架。其核心庫只關注視圖層,在易于上手的同時還便于與現(xiàn)有項目整合。此外它還可以方便的與現(xiàn)代化工具鏈以及各種支持類庫結合使用,具有組件化、虛擬DOM、指令系統(tǒng)等特性,是一個靈活高效穩(wěn)定的前端開發(fā)框架。
系統(tǒng)后端采用了SSM 框架。SSM 框架是Spring MVC、Spring 和Mybatis 框架的整合,是標準的MVC模式。其中Spring 實現(xiàn)業(yè)務對象管理,Spring MVC負責請求的轉發(fā)和視圖管理,Mybatis作為數(shù)據(jù)對象的持久化引擎。SSM 框架具有低成本、高擴展性、高可維護性、高開發(fā)效率等優(yōu)點,是目前主流使用的框架之一。
結構化的介入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對介入術前、術中、術后的所有數(shù)據(jù)和影像進行科學地、規(guī)范地全程化管理,降低數(shù)據(jù)的重復錄入率,提高醫(yī)護人員工作效率,保證數(shù)據(jù)的高精確性,并最終推動所有數(shù)據(jù)上云。其主要功能包含介入手術登記和排臺、護理數(shù)據(jù)采集、手術的術種數(shù)據(jù)采集、介入手術報告自動生成、后臺數(shù)據(jù)維護。其中系統(tǒng)架構如圖2所示。
圖2 結構化的介入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構圖
⑴手術術前登記模塊:手術術前登記模塊中患者信息獲取方式分為手工登記和醫(yī)院信息系統(tǒng)(Hospital Information System,HIS)讀取,登記和讀取的信息主要有患者基本信息、手術排班信息和手術狀態(tài)信息,還包括患者本次手術的總體耗材記錄。
⑵手術術中管理模塊:手術術中管理模塊根據(jù)參與角色主要分為護士和醫(yī)生。護士主要使用護理模塊和用藥記錄模塊,用于記錄護士術中、術中、術后對病人所做的檢查和治療操作。醫(yī)生則使用冠狀動脈造影記錄等多個術種模塊和影像操作模塊[6]。最后根據(jù)錄入的結構化數(shù)據(jù)和模板,自動生成手術經(jīng)過、手術結果、術后醫(yī)囑內(nèi)容,醫(yī)生可在此基礎上做修改。所有模塊的數(shù)據(jù)都通過結構化的形式存儲到數(shù)據(jù)庫中,方便手術信息的二次利用。
⑶手術術后管理模塊:手術術后管理模塊支持通過報告模板與已經(jīng)錄入的結構化數(shù)據(jù)自動化生成報告,不再需要醫(yī)生手動總結,并且報告的模板支持個性化定制。圖3為某一冠脈造影手術記錄單?;颊呦嚓P的報告也會保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中,方便醫(yī)生對患者歷史檢查報告進行查閱,進而了解患者既往情況,對治療手術方案的評估和確定提供輔助診斷。
圖3 冠脈造影報告模板
通過介入臨床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集結構化數(shù)據(jù),對患者的術前、術中、術后數(shù)據(jù)進行全生命周期的存儲與管理,建立一個以患者為中心的心血管領域的臨床??茢?shù)據(jù)庫[7]。臨床研究的基礎是詳細的臨床資料,數(shù)據(jù)庫的建立不僅可以滿足大型臨床研究對臨床病例數(shù)據(jù)收集的需求,也可以為未來多因素復雜疾病和臨床科研信息管理系統(tǒng)提供專項的信息數(shù)據(jù)平臺[8]。臨床??茢?shù)據(jù)庫可記錄數(shù)據(jù)類型如圖4所示。
圖4 臨床專科數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)類型
采集的詳細數(shù)據(jù)如下:
⑴患者基線信息,采集患者基線信息包括入院史、既往史、家族史、吸煙史等;
⑵介入手術信息,根據(jù)上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集介入手術信息,包括冠狀動脈介入、電生理、起搏器、瓣膜介入等;
⑶患者住院信息,采集患者住院信息包括檢查信息、護理信息、不良事件記錄、處理記錄、用藥記錄等;
⑷術后隨訪信息,采集術后隨訪信息包括基礎信息、癥狀描述、用藥狀況等。
患者及其家屬可以在個人計算機、手機、平板端訪問介入云中心內(nèi)患者的手術信息,并依靠5G網(wǎng)絡實時查看影像記錄。此外,區(qū)域內(nèi)的分院、合作醫(yī)院、社區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院也可通過區(qū)域介入云中心實現(xiàn)介入影像共享,與區(qū)域內(nèi)的各醫(yī)院進行更好的協(xié)作,利用互聯(lián)網(wǎng)手段,加強患者術后管理,實現(xiàn)更加緊密的“醫(yī)療聯(lián)合體”。
在數(shù)據(jù)安全上,從數(shù)據(jù)可用性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)隱私性三個維度進行了考慮。在可用性上,為了應對突發(fā)狀況,對數(shù)據(jù)進行冗余備份,以此來提高系統(tǒng)的可靠性;在完整性上,采用數(shù)字簽名的方法,保證數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中未作任何修改或變動,此外,醫(yī)護管理人員對數(shù)據(jù)修改后,系統(tǒng)會有修改人員信息記錄,可追溯;在隱私性上,采用嚴格的身份管理機制,確保只有授權的人員和共享的人員能夠訪問,對不同類別的用戶賦予不同的權限,第三方無關人員無權進入。
該系統(tǒng)將實現(xiàn)基于區(qū)域的介入云隨訪系統(tǒng),系統(tǒng)架構如圖5所示,分六大模塊。
圖5 介入云隨訪系統(tǒng)架構圖
⑴患者管理:介入科室醫(yī)生從HIS 系統(tǒng)獲取或手工登記患者信息,獲取患者信息后,可對患者定制隨訪任務。
⑵云隨訪任務:醫(yī)生從醫(yī)院HIS獲取將要進行隨訪的患者,根據(jù)手術及其他信息,為患者定制隨訪周期,之后系統(tǒng)將依據(jù)患者手術及出院時間給出隨訪任務單。醫(yī)生依據(jù)隨訪任務,定期的在系統(tǒng)中給出隨訪問卷,供患者填寫。
⑶數(shù)據(jù)云連接:根據(jù)系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù),通過服務器在云內(nèi)連接,實現(xiàn)上下級醫(yī)院和家屬之間的相互連接,這樣患者可以根據(jù)自身具體情況選擇不同級別的醫(yī)院,可以促進醫(yī)療資源更合理、更有效率的發(fā)揮作用[9]。
⑷進度管理:對患者的隨訪是一個長期的過程,一般持續(xù)二年及以上,因此需要對長達二年的隨訪周期進行管理,將其劃分為比較小的時間段,分別進行管理。
⑸關懷管理:醫(yī)生可以通過系統(tǒng)與出院患者及其家庭進行相互聯(lián)系,回答患者的相關問題,對患者進行健康關懷。能有效的節(jié)約醫(yī)療資源,并降低患者的再入院率。
⑹醫(yī)患交互:系統(tǒng)提供了醫(yī)患交互功能,通過醫(yī)患之間的即時通信,時刻關注患者的健康狀況,并監(jiān)控患者的心電數(shù)據(jù),幫助醫(yī)生把控患者的病情狀況,方便對其治療方式、藥物處方等進行調(diào)整。
本文在建設智慧醫(yī)療的大背景下,針對心血管介入科室定制了介入云中心系統(tǒng),根據(jù)臨床需求完整實現(xiàn)了從患者登記到出院前的全流程數(shù)據(jù)管理,目前該系統(tǒng)已在浙江省內(nèi)多家醫(yī)院的心血管介入科室上線應用。對于醫(yī)生和護士,該系統(tǒng)能夠滿足臨床的基本工作需求,能夠很好的節(jié)省數(shù)據(jù)錄入和報告制作的時間,為醫(yī)護人員提供便利。對于科研人員,結構化的數(shù)據(jù)管理對科研工作人員提供了極大的幫助,省去了以往對文本數(shù)據(jù)進行處理的繁瑣步驟,對后續(xù)的一系列調(diào)查研究有著積極意義。對于患者和家屬,能在系統(tǒng)上更方便的配合醫(yī)生完成隨訪,降低再入院率,同時可隨時在自己的設備上訪問云中心內(nèi)的手術信息,查看影像記錄,做好自身的健康管理和監(jiān)督。
信息化是醫(yī)院發(fā)展的大勢所趨,其中建設??茢?shù)據(jù)庫更是有著重要意義。數(shù)據(jù)庫中收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過信息系統(tǒng)初步處理,可將臨床與科研緊密結合[10]。此外,醫(yī)院的介入科室每天會產(chǎn)生大量的復雜數(shù)據(jù),如果僅僅使用醫(yī)院本地的服務器來管理數(shù)據(jù)會對其產(chǎn)生過大的壓力。隨著云計算技術的成熟、安全性能的提高,遵循信息化的可持續(xù)性和可擴展性原則,在介入中心信息管理上應用云服務能夠解決這個問題,并且不需要對服務器進行大規(guī)模的升級和轉換,能有效減少介入中心信息化建設的開支,值得各家醫(yī)院推廣。