許國泰 陳兵 余景原

摘要：該文闡述了一個基于4G的大型醫(yī)療設(shè)備日志數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于從當(dāng)今醫(yī)院中大量的高值醫(yī)療設(shè)備中采集日志數(shù)據(jù)，并加以整理挖掘，供醫(yī)院獲取其中有價值的部分。該系統(tǒng)包括了一個放在醫(yī)院中的基于ARM處理器的智能盒子以及云服務(wù)器，盒子可以通過各種通信線路從醫(yī)療設(shè)備中讀取日志，并通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云服務(wù)器，服務(wù)器上配備有數(shù)據(jù)庫可以存儲日志數(shù)據(jù)，也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘并且生成報表供客戶瀏覽。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療設(shè)備；日志；采集；智能盒子；云服務(wù)器；4G

中圖分類號：TP331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）21-0018-03

現(xiàn)今醫(yī)院中擁有大量高值的大型醫(yī)療設(shè)備，如數(shù)字X光機(jī)、MRI（核磁共振）、CT（電腦斷層掃描）、PET（正電子發(fā)射）、B超、攝片打印機(jī)、洗消機(jī)等等。這些設(shè)備在使用過程中會產(chǎn)生大量的日志數(shù)據(jù)，其中蘊(yùn)含了許多有用的信息，但是往往被忽略，而只是靜靜地躺在醫(yī)療設(shè)備控制電腦的硬盤中。即使醫(yī)院有意愿得到這些數(shù)據(jù)，在沒有制造廠商的支持情況下，也往往沒有能力獲得。在此背景下，搭建和使用一個第三方的日志數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為一件很有必要的事情。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖1所示：

這是一個典型的物聯(lián)網(wǎng)“邊緣計(jì)算”應(yīng)用場景，邊緣計(jì)算設(shè)備為一個基于4G通信的盒子，盒子采用以太網(wǎng)、Wi-Fi、RS485、Zigbee等通信方式連接醫(yī)療設(shè)備和其他傳感器（例如設(shè)備房間的溫濕度計(jì)等）。盒子在采集到數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過本地處理，然后通過4G上傳到云服務(wù)器，云服務(wù)器將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以供日后數(shù)據(jù)挖掘使用。

如果醫(yī)院需要經(jīng)過處理的設(shè)備日志，既可以從本地盒子上通過特定程序來導(dǎo)出，也可以通過云服務(wù)器的程序從數(shù)據(jù)庫中再次輸出。

2 基于4G的日志采集盒子設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的日志數(shù)據(jù)采集盒子是一個使用ARM處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如下。

盒子在硬件結(jié)構(gòu)上包括了ARM處理器、DDR RAM、EMMC Flash、BLE模塊、USB接口、以太網(wǎng)接口、WIFI模塊、UART接口、4G模塊、電源管理、LED等，構(gòu)成了一個功能強(qiáng)大的單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

盒子的軟件資源采用Linux操作系統(tǒng)，內(nèi)存容量在1G以上，F(xiàn)lash存儲容量在8G以上，可以支持起大量的軟件運(yùn)行工作。

2.2 盒子上需要運(yùn)行的軟件規(guī)劃

1）Linux系統(tǒng)；

2）設(shè)備驅(qū)動；

3）Ssh（安全加密傳輸）；

4）Wpa_supplicant（Wifi管理）；

5）Pppd（4G撥號管理）；

6）日志收集任務(wù)管理程序（自行開發(fā)）；

7）日志收集任務(wù)包程序（自行開發(fā)）；

8）任務(wù)包處理插件（自行開發(fā)）。

2.3 日志收集任務(wù)管理程序的功能設(shè)計(jì)

1）周期性的調(diào)度任務(wù)包程序的運(yùn)行；

2）同云服務(wù)器的管理后臺程序進(jìn)行通信，對任務(wù)包程序進(jìn)行管理、添加、刪除、更新任務(wù)包并且配置需要的參數(shù)；

3）升級自身程序；

4）更新操作系統(tǒng)管理腳本；

5）通過心跳包將自身運(yùn)行狀態(tài)上報給管理后臺。

2.4 日志收集任務(wù)包程序的功能設(shè)計(jì)

1）從設(shè)備采集日志并存儲、上傳；

2）調(diào)用任務(wù)包處理插件對采集到的日志進(jìn)行處理。

2.5 任務(wù)包處理插件的功能設(shè)計(jì)

對日志信息進(jìn)行過濾、篩選、處理并輸出。對應(yīng)的，調(diào)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

在任務(wù)包運(yùn)行過程中，插件即可以是平行調(diào)用也可以是級聯(lián)調(diào)用，如圖4所示。

2.6 從醫(yī)療設(shè)備上獲取日志數(shù)據(jù)的方法設(shè)計(jì)

大型醫(yī)療設(shè)備的控制電腦上通常采用日志文件、數(shù)據(jù)庫等方式來保存日志數(shù)據(jù)，一般以日志文件居多。同時，大型醫(yī)療設(shè)備上通常攜帶ftp或者sftp服務(wù)，日志文件可以以這兩種方式被訪問到。

本文從醫(yī)療設(shè)備上獲取日志數(shù)據(jù)的方法設(shè)計(jì)中，我們采用Python語言工具來完成，因?yàn)镻ython擁有相當(dāng)多的組件，例如ftplib可以用于訪問ftp服務(wù)，paramiko可以用于訪問sftp，requests可以用于http訪問（上傳日志、下載配置），如此便可以方便地搭建任務(wù)包程序。

例如，在設(shè)計(jì)中，使用了ftplib編寫ftp下載的函數(shù)，通過該函數(shù)可以將日志文件從某個偏移量位置開始下載到盒子的內(nèi)存里。

Python同樣擁有方便使用的正則表達(dá)式組件re，可以用于創(chuàng)建任務(wù)包處理插件，在此不再繼續(xù)舉例詳述。

3 云服務(wù)器設(shè)計(jì)

如圖5所示，云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了4G日志數(shù)據(jù)的接入，配備了數(shù)據(jù)庫可以存儲日志數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘并且生成報表供客戶瀏覽，具體各組件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)描述如下：

1）云服務(wù)器從4G網(wǎng)絡(luò)接入。

2）Tomcat是Java Servlet容器，提供供盒子調(diào)用的Web API接口。

3）其中配置服務(wù)是給盒子提供任務(wù)包的配置，以及應(yīng)用程序的升級之用；同時，盒子（日志收集管理程序）通過心跳報文將自身狀態(tài)上報到這個接口。

4）配置服務(wù)后臺數(shù)據(jù)庫采用MySQL。

5）日志服務(wù)接口給盒子上的任務(wù)包提供上傳接口，并將上傳上來的日志存入MongoDB數(shù)據(jù)庫（NoSQL）。

6）報表服務(wù)是通過網(wǎng)頁的形式給用戶提供可視化的統(tǒng)計(jì)報表，其具體呈現(xiàn)的內(nèi)容根據(jù)客戶需求而定。

7）數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)則是以后臺任務(wù)的形式運(yùn)行，將挖掘的結(jié)果同樣存入MongoDB，以供報表服務(wù)調(diào)用。

8）ftp服務(wù)器上存放了用于更新的任務(wù)包以及日志收集管理程序，在需要更新的時候，通過心跳包的返回報文通知日志收集管理程序，由日志收集管理程序登錄到ftp上，下載并更新。

4 結(jié)論

本文所實(shí)現(xiàn)的基于4G的大型醫(yī)療設(shè)備日志數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以從各種醫(yī)療設(shè)備中采集和匯總?cè)罩緮?shù)據(jù)，分析、提取出其中有價值的部分，發(fā)揮其醫(yī)療輔助作用。本文所實(shí)現(xiàn)的智能盒子以及云服務(wù)器，不僅可以應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備日志數(shù)據(jù)的采集、整理和存儲，也可以推廣應(yīng)用到類似需要引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分布分散、數(shù)據(jù)品種多、數(shù)量大、具備數(shù)據(jù)挖掘意義的需求場景中，例如通信機(jī)房設(shè)備日志數(shù)據(jù)采集等等。

目前，本文所實(shí)現(xiàn)的基于4G的大型醫(yī)療設(shè)備日志數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)投入小規(guī)模試用階段，實(shí)際使用過程中也證明了該系統(tǒng)可以發(fā)揮較大的作用。

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【通聯(lián)編輯：張薇】