1、數據中心新一代醫院信息系統的核心架構數據中心：新一代醫院信息系統的核心架構一、前言我國的醫院信息化已經經歷了20多年的歷程了，從總體上走過了從單用戶的應用，到部門級應用和全院級管理信息系統應用這三個階段。這20多年中，醫院信息系統從早期以財務、藥品和管理為中心初級應用，發展到今天以病人信息為中心的臨床業務支持和電子病歷應用。近年來隨著新醫改的深入，醫院信息化也從典型的院內應用發展到整個區域醫療信息化的有機組成部分。今天的醫院信息化已經成為醫院的醫療活動和管理活動必不可少的支撐手段，我們很難想象沒有相關的醫院信息系統的支撐，醫院的門診和住院業務如何能夠進行。在醫院業務的幾乎每一個環節，都能發現有

2、相關信息系統在運轉：收費、藥房藥庫、檢驗檢查、放射、醫囑、查房、手術麻醉、病人膳食信息系統應用在醫院幾乎是無處不在。在醫院信息系統應用沿著廣度和深度兩個維度不斷發展同時，我們也感受到醫院信息化的發展遇到越來越多的問題。應該說這二十多年來，信息技術的各個方面，無論是計算技術、存儲技術、集成技術、能源技術等方面都取了長足的發展，相關技術和產品醫院信息化的各個環節也有了不同程度的應用。計算能力方面，越來越先進的PC級服務器系統和小型機計算系統進入到醫院；數據存儲方面，所有類型的大規模存儲產品（無論是傳統的SAW構、IP構架還是IP-SAN架構）都在醫院信息化中有了應用；應用開發方面，消息總線等應用集

3、成手段也在應用開發中得到使用；其他如最先進的備份產品、電源產品、網絡產品、安全產品等也在醫院里經常可以看至雖然所有最先進的信息技術已經在醫院信息化中得到了應用，但我們感覺醫院信息應用的易管理性、實時性、可靠性、安全性、易擴展性等方面仍然存在著眾多的問題。本文嘗試通過對醫院發展到現階段所遇到的主要問題的深入分析，并借鑒其他行業成熟IT建設經驗，來探討高度復雜系統的典型實例醫院信息系統建設中應用數據中心架構來解決相關問題的可能性。二、當前醫院信息化遇到的主要問題1、應用集成問題凸顯我們發現SingleVendor（同一產品提供商）情境已不再是醫院信息系統的典型系統狀態。曾幾何時，完整的應用系統產品

4、線提供商是一個HIS市場的流行語。各個廠商者把能提供全系列的醫院信息系統模塊作為自己發展方向和市場定位。醫院在采購各種模塊的時候，也把同一廠商作為采購時候優先考慮的一個條件。在醫院信息化建設的初期，這種singlevendor的構架為醫院的信息化提供了一種很好的解決方案，回避了各個系統模塊的集成問題，并在很大程度上提高醫院在采購相關模塊時的性價比。但最近幾年來，隨著醫院信息系統的發展從第一階段的以財務、藥品和管理為中心的相關模塊的建設，轉向以病人信息為中心的臨床業務模塊的發展階段，我們發現在醫院信息化建設中仍然采用singlevendor構架已經不再具有現實的可行性。圖1醫院信息系統模塊結構組

5、成示意圖如圖1中所示，醫院信息系統橫向由管理信息系統、臨床信息系統兩大體系組成，每一體系縱向又各自分為基礎業務層、知識管理層和決策支持層三大體系。可以這樣說醫院信息系統的模塊這幾年的發展趨勢可以總結為細分、專業、深化這六個字。特別是在臨床信息系統方面，專業化的發展趨勢特別明顯。近年來專業的檢驗信息系統（LIS）提供商、醫學影像存儲和傳輸（PACS）系統提供商、電子病歷（EMR源統提供商在行業里都已經形成了主流的廠商。并且從統計來看，這些提供商專注于相關領域，且它們基本上都不是屬于傳統的HIS廠商為了采用更好的產品，醫院在選擇提供商時可能不得不選擇這些專業提供商提供的性價比好的專業產品。圖2醫療

6、業務平臺中各模塊關系示意圖醫院信息系統由單一廠商模式轉變成多廠商模式后，應用的集成問題就凸顯出來的了。從圖1和圖2中我們已經發現各個模塊（或子系統）之間并不是獨立系統，它們之間是具有著不同程度的互操作性需求的。圖2示意了醫療服務業務平臺（門診和住院）中各個模塊的相互關系。在這種情境下，我們必須通過應用集成的手段來把滿足應用之間互操作性的需求，如果這種集成仍就采用傳統的點對點的集成方案，那么我們會發現隨著業務系統的增加，其復雜度將使得集成工作成為一種不可能完成的任務。所以現在業界已經引入了應用集成平臺（包括消息服務總線等技術）來解決應用集成的問題。但從集成的層面而方，一般來說采用數據集成、界面集

7、成、流程集成的綜合方案是比較合適的。從近年來的實踐來看，現在的獨立應用的架構并不能很好的支撐應用集成的實現，即便是在引入的應用集成平臺的技術以后。2、多應用系統及其支撐環境管理維護問題日益突出在傳統上，醫院的信息系統是從簡單二層系發展而來的，對于二層的系統支撐環境而言，數據庫服務器、存儲、前端客戶機三個層面對于應用開發商來說是獨立并且透明的。簡單來說，就是用戶提供了獨立的數據庫服務器、存儲、前端客戶機后開發商就可以部署相關應用系統了。醫院隨著信息化的建設按照應用的要求購置并部署了幾十甚至上百個這樣的環境，在我們走訪用戶時發現，現在一個典型的三甲醫院在運行的PC級服務器超過一百個的不在少數，在線

8、的應用也有上百個。由于應用規模的增加，系統（包括硬件、系統軟件、應用軟件）的維護工作量劇增，甚至在小規模系統時代不用過多考慮的電源、網絡配置等內容都成為具有不小工作量的日常任務。由于每個應用都具有一定的獨立性，即每個應用有自己的應用運行環境，這樣每一個應用環境都有專門的要求，且這些應用之間還具有交互性，這樣系統維護的復雜度較之HIS早期時代的維護工作量而言已經不再是同一個數據級的（大型醫院IT部門需要管理上百臺服務器，上千臺終端已經不再是個別現象了），這對醫院的IT部門來說是個不小的挑戰。并且隨著應用數量的增加以及系統連續運行的時間增加，系統的數據量規模急增，從十幾年前的幾百個M,到現在上百個

9、T的數據量。這樣應用場景下,如何很好的進行系統的備份，以及出現故障后如果及時準確的恢復系統，以保證對業務的影響減少到最小程度，在實踐中也是一件具有挑戰的工作。3、應用系統業務壓力增加，系統性能問題嚴重近些年來，隨著醫院本身業務的快速發展，醫院的日門診量、年出院人數、年收入等指標都逐年快速增長。這樣，對于醫院信息系統而言，核心業務模塊的壓力增加很快。在我們走訪醫院時發現，大部門醫院的核心模塊均出現了性能下降的現象，特別是在業務高峰時，如掛號、收費等窗口模塊性能的下降甚至導致業務的運轉。我們分析發現當業務壓力不足時，性能問題引起的原因包括：歷史數據量、應用軟件本身性能、硬件性能、網絡問題、終端數量

10、劇增（特別是醫生工作站）等。同時我們還發現在部分業務系統性能不足的同時，大部分系統的配置的運行能力在大部分運轉時間存在著極大的浪費。在當前依據應用需求單獨配置的前提下，除了按各子系統運行峰值要求配置以外，沒有其他的辦法可以完全解決系統性能的問題。在OLTPS計的基礎上來完成大量的OLAP®用的開發，也給系統的性能帶來了新的問題。隨著OLA添統在醫院內應用的增加，整體的系統性能問題日益突出。傳統的HIS構架是建立在處理OLTP的基礎上的，相對重視交易處理能力，對于大量的后臺數據處理方面的考慮是不足的。當前以成本核算、績效考核、數據挖掘等OLA成務加載后，對系統的整體性能影響是比較大的。

11、當前各個主流廠商，也針對性能問題提出了各種性能優化的方案，但從實踐的情況來看，總體效果有限，并不能完滿足實際業務的需求。4、系統運行環境復雜，保證系統可靠運行困難當前醫院信息系統運行環境十分復雜，具體表現在：內部子系統眾多，且是異構的。這種異構性體現在應用軟件、系統運行支撐環境等多個層面。與其它行業現存的復雜系統相比，醫院信息系統的復雜性在于整個系統的構建一般是在沒有總體規劃和設計的基礎上進行的。這種復雜性的產生的來源主要是因為醫院的信息系統模塊（包括支撐運行的設備、網絡等要素）是隨著醫院的業務需求逐步增加的，前面的模塊在部署和交付時并沒有考慮到后續的模塊的相關約束。當新的模塊上線時，不僅要受

12、到自身運行環境的約束，同時還要考慮已經存在的系統的約束。我們發現，包括醫院信息系統的網絡、硬件、電源、存儲、消防等方面均存在著這方面的問題。但隨著醫院的業務對信息系統的依賴度增加后，業務對信息系統實時性、可靠性要求提高卻在不斷的提高。從指標方面來年，業務對信息系統MTBF（MeanTimeBetweenFailures,即系統的無故障平均工作時間），MTTR（MeanTimetoRepair,即系統故障平均修復時間）兩個指標均提出了要求。在當前醫院信息系統現狀下，不要說大幅度提高可靠性指標，甚至是完成現狀的測算都是非常困難的。從總體上來看，保證系統可靠運行困難的主要原因就是復雜系統建設沒有使用

13、復雜系統的規劃手段，從來導致大量引發系統的可靠性的問題隱藏在大系統內部。5、業務數據敏感性提高，系統安全保護困難醫院的信息系統中因為醫療業務的需求，包含了大量的患者個人信息。這些信息的泄漏給公民生活帶來嚴重的影響。早在2008年，深圳市發生10萬孕產婦信息被泄密事件，不法分子還將預產期當年3月至8月、共計4萬多條信息制成“泄密光盤”銷售，每條信息0.3元，一張光盤1.2萬元。孕產婦因而持續受到廣告推銷電話或短信的騷擾，騷擾內容涉及月子保姆、嬰兒奶粉、百日攝影、胎毛毛筆、產婦健身等等。醫院相關人員出售醫院統方數據受賄的違法犯罪案例也在多個醫院出現。基于這樣一個現狀，我國個人信息的保護的立法工作已

14、經起步。2009年2月28日第十一屆全國人大常委會第七次會議通過的中華人民共和國刑法修正案（七）將出售或者非法提供公民個人信息的行為界定為犯罪行為。其中規定，"國家機關或者金融、電信、交通、教育、醫療等單位的工作人員，違反國家規定，將本單位在履行職責或者提供服務過程中獲得的公民個人信息，出售或者非法提供給他人，情節嚴重的，處三年以下有期徒刑或者拘役，并處或者單處罰金"。隨著電子病歷系統等在醫院的進一步普及，衛生部也已經發布了電子病歷規范等法規性文件，對于電子病歷應用中對于個人隱私信息等的保護進一步提出了要求。坦率地說，在傳統的醫院信息系統的構建中，安全環節特別是隱私保護無論

15、是在業務規范和技術規范方面均處于一個較低的層次。而在當前系統的應用環境十分復雜，系統涉及內網、公網多個網絡環境，系統應用人員眾多，如何保證個人信息的安全的確是一個大的問題。醫院信息系統的其他的安全性要求，在這樣一個多系統集成、分布式部署的環境下，如何有效的實施遇到重大挑戰。綜合以上分析，我們可以看出在當前醫院信息系統遇到的問題，主要就是集成問題、管理維護問題、性能問題、可靠性問題和安全性問題共五個方面。縱觀成熟行業的IT,如電信行業、證券行業、電力行業、金融行業等，在其成熟的過程中無一例外，也都曾經遭遇過這些問題，并且伴隨著問題有逐步解決行業IT架構逐步成熟。通過對這些行業成熟IT模型分析后我

16、們發現后，基本上這些行業在解決IT問題時最后不約而同的采用了數據中心的技術。三、數據中心架構如何解決相關的問題1、相關的概念什么是數據中心？一般來說在行業內，數據中心的概念有三個層次:第一個層次，數據中心主要是一個物理位置的概念。每個醫院都會有一個聚集了服務器、存儲設備和核心網絡設備的場地。這個物理位置里有整個醫院計算能力大部分（因為在醫院里有著大量的二層系統，它們的計算能力主要利用的是客戶端設備），并且存儲著醫院幾乎全部的業務數據。第二個層次，也就是現在網絡、主機設備提供商講的數據中心的概念。其實質是一個硬件及環境集成的概念。主要是圍繞構建計算能力所需要的設備、網絡，能及為保證其可靠運行提供

17、的電力、溫控、安全的基礎設施的總體設計。第三個層次，數據中心本質上是一種系統構架的概念，這種構架從應用特性出發，穿透了應用層、系統軟件層、計算層、存儲層和網絡層。應用這種架構的設計初期就充分考慮了業務系統數據存儲技術和數據倉庫兩個層面的數據存儲技術，在計算能力也充分考慮了OLTP?口OLAFW個方面的需求。在基礎的計算能力和存儲能力方面進行了資源的虛擬化的設計，它可以實現計算能力、存儲資源按照應用系統的實時需求的動態調度，并且對應用透明。我們所謂的數據中心架構就是指第三個層次的概念，可以簡單理解就是把應用的設計、開發和部署放在第二層次數據中心架構的基礎上來整體考慮。2、數據中心的一些關鍵技術從

18、主流廠商的觀點來看，現階段的數據中心的核心技術主要包括以下六個方面：第一方面，數據中心技術立足于標準可擴展的系統平臺。這一核心技術可以幫助解決醫院的應用不斷增長的現實需求。這一技術主要體現在服務器刀片、存儲刀片和電源刀片等，它的優勢就在于根據數據中心業務系統的發展，它可以在高密度的基礎上按需求逐步增加服務器、存儲和電源等資源，并現節能、便捷、應變和精儉的目標。按照這一技術的要求，在數據中心建設的初期對于OLT濟口OLAFW類應用都應該有標準化、可擴展的解決方案，并且在OLTF®用和OLAFW類應用的基礎設施的設計上存在著有機聯系。在這一技術的支持下，各個應用的性能問題可能通過增加計算

19、資源等方法系統的來解決（當然不排除應用自身調優來做為補充的解決方案）；第二方面，綠色節能與動態散熱是數據中心的另一關鍵技術；基于數據中心構架的應用今天所占用的能耗已經不再是一個可以忽視的數字了。按照傳統的方案，大量的服務器、存儲設備、安全設備、空調設備對電力的需求，已經使得數據中心的能力擴展受到極大的限制。所以當前的數據中心從兩個方面來處理節能的問題。一是使用低功率處理器、低功耗內存，到服務器與存儲設備，再到主動式散熱風扇等機箱級節能技術等；二是動態智能散熱等數據中心級節能技術，借助安裝在機柜上熱傳感器實時收集與傳輸環境數據的技術及與數據中心制冷設備的動態互動控制，動態智能散熱技術可將數據中心

20、的散熱成本降低15唯J40%減少了二氧化碳的排放量。在這兩種技術的使用下，使得在電力能力一定的情況下，數據中心的計算能力的擴展能提高到一個新的水平；第三方面，主動的安全技術。在醫院的數據中心里，隨著應用環境的復雜化和數據敏感性的增加，安全問題日益突出。數據中心的主動安全技術，包括了三個方面。第一是IT資源安全，包括服務器、網絡等，從硬件到軟件都要保證系統安全。第二是數據安全，在存儲、訪問每一個設備都需要做到安全，不僅僅包括在線數據，還包括離線的沒有在使用的數據。第三是每個用戶身份的安全。當然我們也需要認到安全問題不僅是一個技術問題，跟管理制度也是息息相關關。第四方面，自動化管理技術。對于醫院的

21、數據中心而方，管理包括網絡設備、服務器、存儲、電源等基礎設施的日常管理工作，同時還包括數據備份與恢復等工作兩個主要方面。在基礎設施的日常管理方面，由于醫院數據中心擁有大量不同廠商不同時期的產品，數據中心的自動化管理技術讓管理人員可使用統一的界面、同樣的邏輯去管理，單個管理員即可管理上百臺系統。另外，統一的基礎設施管理還能夠通過標準化事件響應等技術，實現快速解決問題的目標。第五方面，虛擬化技術。虛擬化概念的提出，最重要的一個原因是要提高IT資源的利用率。因為用戶當初采購系統的時候，都是按照最高負載來采購的，但據統計實際的資源利用率不超過25%通過虛擬化技術把資源都利用起來，可以大大節約成本。根據

22、實際的統計，我們可以達到70%勺能耗方面的節省，原來幾百臺的服務器，現在只需要幾臺就夠了。虛擬化有幾個好處，第一是降低成本，第二是提升系統的靈活性，第三是提升整個服務質量。把所有的設備能力統一在資源池中，就可以充分發揮所有設備的能力，這一技術在醫院數據中心中對于解決性能問題特別有益。第六方面，資源的動態調度技術。醫院數據中心需要支撐的應用數目眾多，這些應用的負荷曲線各不相同，數據中心需要根據各個應用負荷的差別設定不同的動態調度計劃，以實現使用最小的資源滿足業務系統性能的要求。這種資源的動態調度技術不僅有利于實現低碳而且對于充分發揮數據中心計算能力，減少投入至關重要。四、當前數據中心架構在解決醫院信息化問題的主要局限通過對當前業界數據中心技術的研究，我們可以認為如果充分的利用數據中心的關鍵技術，對于解決醫院信息系統當前存在的大多數問題顯然是有效的。但我們同時也認識到，當前的數