【毕业学位论文】（Word原稿）医疗数据信息服务平台设计与实现-软件工程

I 中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 公开 专 业 硕 士 学 位 论 文 医疗数据信息服务平台 设计与实现 文作者 陈福生 指导教师 张建忠 申请学位 工程硕士 培养单位 软 件 学 院 学科专业 软件工程 研究方向 金融信息化 答辩委员会主席 评 阅 人 南开大学研究生院 二一二年四月 中文摘要 I 摘 要 随着全球 医疗 信息化得不断发展， 医疗数据 信息量的不断增长到达了一个空前的水平 ，当前医疗 信息化已经进入到“爆炸式数据增长”的时代。这些“爆炸增长”的数据分为两类：结构化数据及非结构化数据。结构化数据主要指数据库中的数据，据统计在 医院 整体信息资产中占比约 20%，但其却是信息资产的核心；非结构化数据包括电子邮件、 电子文档资料、 放射 影像等。 本论文将从数据分析角度，通过采用 架，中间件技术、 术等常用的软件设计技术手段，建立一套数据资源共享平台，实现对大量数据的 信息存储、信息处理、信息交换、信息追踪审计、业务数据的迁移等五大功能 。在此基础上采用数据进行分析以及机构化设计思路，实现一个统一的医疗数据信息服务平台。 论文分为绪论、平台的需求分析与总体设计、数据资源平台的设计与实现、详细设计与实现等几个方面进行介绍和说明。需求分析与总体设计对现在医院数据信息的现状进行了阐述说明，同时阐述了下系统建设中所采用的 技术路线和总体设计架构。医疗数据资源平台是整个医疗医疗数据信息平台的基础平台，对于信息的存储、挖掘、数据共享等方面提供了一套统一的标注规范的数据平台，实现了对于各种业务数据的抽取和转换功能。详细设计章节对平台的各种功能进行了说明和描述。 本论文根据 实际医院 项目的业务需求，设计过程中以软件工程开发思想为指导，采用较流行的设计模式，软件质量方面尽可能实现系统的准确性，有效性。本论文以该项目为背景，全面分析了系统的设计与实现过程。其中包括对系统的需求分析、系统架构等做了整体描述，介绍了数据库的设计原则和设计过程中 的一些经验总结，最后对系统中应用的技术 等 进行详细的分析描述。 中文摘要 键字： 数据服务平台 件框架 设计模式s of of of to an an “is in 0% of of it is of of 2EE ML a of of of of of of of of to of is of is on of of is of of to be on of an of of of of as as of of V 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 绪论 . 8 题背景及研究目的和意义 . 8 究背景 . 8 究的意义 . 8 内外现状 . 9 院数据资源现状 . 9 院信息安全保护意识现状 . 10 院信息安全技术防护现状 . 10 要研究内容 . 12 文主要任务 . 12 第 2 章 系统开发关键技术介绍 . 13 台架构 . 13 间件技术 . 14 户技术 . 15 术 . 15 术 . 17 作流技术 . 17 统数据完整性 . 17 层体系结构 . 18 目录 V 统结构设计考虑因素 . 18 第 3 章 需求分析及总体设计 . 21 求分析 . 21 据及其存储格式需求 . 22 息治理基础领域需求 . 24 息架构需求 . 25 计目标 . 26 据库系统主要功能目标 . 26 据库系统的主要业务目标 . 26 计原则 . 27 于应用系统，高于应用系统原则 . 27 务处理分散、数据集中管理原则 . 27 理利用现有成熟技术原则 . 27 个“统一”原则 . 27 率和效益协调原则 . 28 计规范 . 28 据接口标准体系 . 28 口数据命名规范 . 29 口数据结构规范 . 30 换数据格式规 范 . 30 据交换 . 30 体设计 . 30 系结构设计 . 34 据架构设计 . 35 目录 大数据量数据库设计 . 37 储模型设计 . 40 第 4 章 详细设计及实现 . 46 细设计 . 46 统物理结构 . 46 件系统结构 . 47 块结构图 . 48 心数据库结构 . 56 统功能实现方式 . 70 结构化数据归档性能指标 . 72 统组件 . 75 据 访问组件 . 75 据交换组件 . 75 全审计组件 . 75 一消息平台 . 76 统架构设计 . 76 消息服务（ . 77 时消息服务（ . 77 统功能实现 . 78 息检索 . 78 一数据接口 . 80 度及分类管理 . 82 息审核发布管理 . 84 信平台功能 . 87 目录 资料管理功能 . 92 息任务管理 . 94 统管理和工作流功能 . 97 志管理 . 99 计报表 . 102 统配置 . 103 第 5 章 测试 . 105 统测试计划 . 105 元测试 . 105 境核查 . 106 成测试 . 106 能测试用例 . 107 息检索 4 . 107 料管理 . 108 息审核发布管理 . 111 试结果 . 112 试输出信息 . 112 试结果统计 . 113 陷统计分析 . 113 第 6 章 总结与展望 . 115 系统建设的总结 . 115 系统建设的展望 . 115 第 7 章 结论 . 118 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果 . 121 8 第 1章 绪论 题 背景 及研究目的和意义 究背景 很多 医院 在长期的实践中充分认识到信息治理的重要性，明确提出按数据生命周期规律来管理信息。具体项目要求是：在新数据管理流程正常化后，按 医院实际业务需求，尝试利用成熟的技术手段（产品），设置数据分类归档的策略，定 期对在、近和离线数据内容进行有计划性的固定生命周期管理，实现“在合适的时间，将某种类型的数据，存储在合适的介质上。 本项目 的 数据在设计中尽可能实现了准确性，有效性，并涵盖每日各种日常工作项目。 究的意义 系统建设应达到下列目标： 1. 完善的高可靠的安全保密体系 医疗医疗数据信息服务平台的系统建设 将形成严格的内控机制，防止内部人员由于误操作、违规操作（非法连接、非法转储等）、滥用资源、越轨操作等造成的泄密，实现对涉密信息的每条记录的严格控制，确保系统可生成、传输、处理、存储各种密级信息。 2. 业务系统整合与升级改造 通过 对医院数据信息的 统一规划和部署，对现有的应用系统进行整合与升级改造，实现各个业务系统间紧密集成，提高系统集成度；实现统一系统认证，统一数据存储，提高系统运行效率；建设系统综合分析与辅助决策支持功能，实现信息资源的深层次利用，提高整体应用水平和对突发事件的应变能力。 9 3. 信息共享与信息交换 通过统一规划、统一管理，实现信息资源的统一整合与标准化应用，建设有效的数据交换系统支持数据采编、交换、服务，建立信息共享技术规范与运行机制。 4. 规范业务流程实现协同管理 新的信息化系统基于统一标准和规范建设，实现统一的用户 管理、信息资源及权限管理等，用户在规定的权限范围内完成所需各项工作、使用有关的信息资源。建立按人员角色、职务、单位和业务流程定义系统流程。按照软件工程的要求，建立标准化系统制定过程，提高系统稳定性、可扩展性。通过统一系统设计，增强系统间协调性、延续性，为勘探与生产分 医院 总部和各个分支机构部门业务建设持续发展提供技术保障。 内外现状 院 数据资源现状 目前， 很多医院和项目上都 有大量的与审批业务相关的数据资源，这些数据资源具有如下的特点： 1、分散存储：目前，各种数据分散存储在不同的应用系统中。 2、异构性： 现有的各种应用系统的数据种类、内容、格式以及使用的数据库系统均不相同。 3、准确度不同：各个系统、各个时期的数据准确程度各有不同，例如早期数据的准确程度较低，近期数据准确程度较高。 4、数据量大、结构复杂：在现有的应用系统中保存了大量的历史数据，且随着业务量的不断攀升，数据量也会越来越大，同时数据库结构也比较复杂，拥有多张数据库表，数据库表间的关系也比较复杂。 10 院信息安全保护意识 现状 医院 缺乏数据信息安全保护意识 ， 据我国有关调查数据显示，被访 医院 中 68%表示其所在 医院 已安装了 应用防火墙 （全球平均值为 67%）， 59%部署了互联网服务安全保护措施（全球平均值为 58%）。然而，从安全策略及管理方面来看，仅有 34%的 医院 为部署信息技术架构建立了标准和流程（全球平均值为 51%），33%建立了业务持续经营计划或灾难性数据恢复计划（全球平均值为 55%）。由此可以看出，我国 医院 落后于全球平均水平的主要方向在于数据信息安全管理。 目前，虽然 医院 在数据信息安全管理策略方面已 较前几年有所提高，但各类医院 数据信息安全事件仍屡见不鲜，频发的数据信息安全问题使得部分 医院 在激烈的市场竞争中失去了竞争优势，甚至从此退出行业舞台。作为影响 医院 生存发展的数据信息安全问题， 医院 在加大各种 “预防 ”手段的同时，数据修复、数据备份等后续措施也是提升数据信息安全不容小觑的内容。 院 信息安全技术防护现状 加强数据信息安全技术防护是关键 ， 从以往发生的 医院 数据信息安全事件中可以看出，造成数据信息安全问题的原因主要来自两方面，即 医院 重视度不高和防护技术手段缺乏。因此，提高 医院 数据信息安全管理能力除增强 医院 员 工自身数据信息安全保护意识外，另一主要手段就是强化数据信息安全技术的应用。当前针对 医院 数据信息安全的技术产品很多，但大致可分为网络防护（如 防火墙 、杀毒软件 等）、内部办公系统加密（如文件密钥等）以及数据恢复技术（如各种数据 恢复软件、数据恢复设备等）几类。其中，数据恢复软件技术是基于数据丢失后保障数据还原的有利措施，它主要针对 医院 内部 计算机 硬盘 健康检测、丢失数据恢复和内部系统安全管理三方面。 通过以数据恢复软件一体化设备为主构建的 医院 数据信息安全保障 平台，成为目前市场上运用较多且较为成熟的 医院 数据信息安全防护技术之一，如国际著名数据恢复技术研发厂商效率源科技推出的 医院 数据信息安全保障平台，通过数据恢复软件一体化设备 2011 精英版 据恢复大师以 11 及多功能 硬盘 复制机 组建的以数据恢复软件一体化设备防护为主的 医院数据信息安全平台，成为国内外 医院 在数据信息安全管理中应用最多的数据恢复软件一体化设备作业平台。 12 要研究内容 在本文中，将 根据实际项目 需求为背景，描述系统的设计与实现，重点讨论以下几个方面的内容： 1、数据资源管理：管理的门户系统，即用户、信息资源、作业流程、和权限管理的应用系统。 2、元数据生命周期管理：按照元数据标准规范的要求，对元数据的整个生命周期进行注册、登记、更新、归档管理。 3、数据生命周期管理：即不同主题（或类型）数据 的定期归档、备份策略。 4、数据安全管理：内容包括数据加密、用户管理方面的内容。 文主要任务 系 统功能分析：根据 应用 需求，设计出系统的功能模块，对每个模块进行功能分析，实现客户需求。 系统性能分析：确定系统开发及运行环境，采用的开发语言，对于变动性比较大的地方进行分析，对于对性能要求高的地方进行统计，尽量的实现系统的简单性、易用性、可扩展性。 系统设计：在系统开发统一平台上，设计系统基本模块，根据统一平台系统管理模块分配用户权限，同时进行系统的数据库设计和程序设计。 系统实现：建立数据库，编写代码，测试， 系统试运行。 13 第 2章 系统开发关键技术介绍 台架构 虑到管理系统的跨平台、跨系统特性要求，以及将来处理海量数据、适应改革变化的需要，我们建议采用 前已成为一个工业标准。围绕着 众多的厂家和产品，其中不乏优秀的软件产品，合理集成以 标准的软件产品构建大型分布式 医院 级应用系统，可以得到较好的稳定性、高可靠性和扩展性 （详见图 。 图 疗数据服务平台结构图 平台来简化诸多与多级 医 院 解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构。 台或 平台的标准版 ,仅巩固了标准版中的许多优点 ,例如 编写一次、到处运行 的特性、方便存取数据库的 术以及能够在 用中保护数据的安全模式等等 ,同时还提供了对 及 12)。 供了一个 医院 级的计算模型 和运行环境用于开发和部署多层体系结 14 构的应用。它通过提供 医院 计算环境所必需的各种服务 ,使得部署在 全性、可扩展性和可靠性。 它的优越性在于： 计算平台支持 言 ,使得基于 准开发的应用可以跨平台地移植 ;言非常安全、严格 ,这使开发者可以编写出非常可靠的代码 ; 供了 医院 计算中需要的所有服务 ,且更加易用 ;多数标准定义了接口 ,例如 ,因此可以和许多厂商的产品配合 ,容易得到广泛的支持 ;立了一个广泛而通用的标准 ,大大简化了应用开发和移植过程。 基于 术的应用服务器（ 要是用来支持开发基于 三层体系结构应用的支撑平台，这一类产品包括东方通 间件技术 随着计算机技术的飞速发展，各种各样的应用软件需要在各种平台之间进行移植，或者一个平台需要支持多种应用软件和管理多种应用系统，软、硬件平台和应用系统之间需要可靠和高效的数据传递或转换，使系统的协同性得以保证。 这些，都需要一种构筑于软、硬件平台之上，同时对更上层的应用软件提供支持的软件系统，而中间件正是在这个环境下应运而生。 比较流行中间件的定义是：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机 / 服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通讯。 从中间件的定义可以看出，中间件是一类软件，而非一种软件；中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；中间件是基于分布式处理的软件，定义中 特别强调了其网络通讯功能。 15 通常情况下，中间件可以分为应用中间件、交易中间件、消息中间件、安全中间件等等。 户技术 门户的概念最早由很多商业网站提出。其意义在于只要登录到本站就不用重新在浏览器地址栏里面输入网址便可以访问到众多其他网站，这正是因为统一接入的思想。信息化技术发展到今天，人们早已给“门户”赋予了更为丰富的内涵。简单的搜索功能已经不能称为一个真正的门户。作为第三代的门户系统，是一个具有统一接入能力，并将后台应用系统集成于统一平台，从而进行统一调度的门户应用系统。 使用门户技术可以实现的功能包括： (1)单一登录：跟统一的安全机制相结合，实现系统的单一访问接口。 (2)个性化：根据系统中配置的个性化规则，对不同的部门和个人显示个性化的界面，使系统的功能和信息按照对用户最方便的方式展现。 (3)应用整合：支持各个层面上的应用整合。 (4)信息资源访问：提供内容管理、查询和统计等功能，实现对内容和数据的访问。 术 务 )是一种分布式的计算技术，在 者 使用 以在 布能满足特定功能的在线应用服务，其他组织可以通过 访问并使用这种在线服务。 务使用的是开放的 准： 务描述语言 (于服务描述 )，统一描述、发现和集成规范 (于服务的发布和集成 )，简单对 16 象访问协议 (于服务调用 )。 互操作性：任何的 为 免了在 来的麻烦。 普遍性： 务使用 此，任何支持这些技术的设备都可以拥有和访问 易用性： 务的概念易于理解，任何开发语言都可以用来编写 前已经有许多工具可以开发和部署 务 ,还有一些工具可以将已有的 署为 由于 得 面向 务以一种松散的服务捆 绑集合形式 (也可以说是一个特别的解决方案 )，能够快速地开发、发布、发现和动态地绑定应用服务。就目前 务的技术发展水平来看， 下图是一个使用 户使用 览器可以访问应用服务器的信息，应用服务器作为 户端可以访问驻留在各个政府的应用系统中的 务。 17 图 用服务图 术 样，都来自 即标准通用标记语言，简称 将 易用性结合到了应用中。 留了 可扩展功能，允许定义数量不限的标记来描述文档中的资料，允许嵌套的信息结构。 全名是以扩展的标记语言 )，它的语法类似 都是用标签来描述数据 能使用不能修改； 没有预先定义好的标签可以使用，而是依据设计上的需要，自行定义标签 据不同的行业和语义，由它可以派生出许许多多的协议和规范。不同的行业和领域都可以制订自己的 范， 用于横向和纵向的信息交流和数据传输，从而形成特定领域（如政府、商业等）的标记语言，为该领域中的数据和信息交换提供统一规则。 作流技术 工作流技术是建设流程类业务应用系统的核心技术。现代的工作流系统应具备图形化工作流定义工具、工作流引擎、工作 流监督和管理工具、工作列表等必备模块，支持子工作流、应用集成、超时处理、工作流变量等基本功能，具有较高的性能、可靠性、事务处理能力和失效恢复能力，具备清晰的 口，既能够用于支持办公流程的开发，也能够支持业务流程的开发和集成，形成各应用系统的流程支撑平台。 统数据完整性 系统中所有的数据都必须保证数据的完整性，因为一般情况下，硬件生存期是 3 5 年，软件生存期是 5 7 年，而数据生存期则长达 10 年至永久。数据是网站中最重要的资产。所以保证系统中的数据的完整性就显得尤其重要。 18 为了保证数据的完整性，可通过数 据库实现数据完整性，包括采用以下手段： 数据定义的声明约束 调用过程的业务数据规则触发器 系统应具备详细完整的数据备份功能，同时应尽量避免使用仅由特定关系数据库厂商支持的非标准产品。 层体系结构 采用多层体系结构，完全脱离基于老式大型主机结构的巨型系统，或基于小型应用。使系统的应用技术不再被单一的厂商所控制。系统中所有层次都支持多维扩展。灵活选用不同的技术，以适合各个层次的不同需要。一个层次的更改不会影响到其它层次。在系统建设过程中，允许各个层次的并行开发和建设，并且各个层次相互之间不会相互影响。 另外，采用多层结构，不仅可以减少更换组件带来的影响，而且可以把应用层与系统服务分开，建立程序员间的明确的分工，也有助于简化软件方面的维护，从而大大增强系统的可维护性。 统结构设计考虑因素 坚固性与灵活性 足够的坚固性（性能和可靠性），以支持系统的业务需要（交易量、数据量、响应时间、可靠性要求等）。 足够的灵活性，以满足可预测的交易量和数据量的扩大，以及业务功能的扩展。这样，在开发模块时，如果基础设计需要修改，对站点的其他部分就不会有大的影响。 采用标准技术 采用的关键技术应是符合开放的业界标准的主流技术 ，得到主要厂商或厂商 19 联盟的支持（保证技术的可持续性）。 支持实施和移植计划 可以支持实施和移植计划，将风险控制在可接受和可负担的水平（特别适用于转换项目）。 系统的可扩充性 尤其是商业服务，因为面向公众，其数据量的增长具有不可测性，这方面最好是通过多层的宽频结构来实现。 通用的数据交换格式 以前的商业信息管理系统由于缺少统一的资料格式定义，通常两个已经存在的系统的集成，只能是一个系统基于另一个系统重建。如果要实现多个系统的集成，就造成了很长的集成周期和集成成本，采用一种通用的信息交换标准，能大大地减少集成的 工作量。 安全和审计机制 有效的安全和审计机制，如将系统的活动