張凌,陳晗

(浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院 信息中心，浙江 杭州 310003)

1 引言

醫(yī)療設施的建設力度逐漸增加，接診患者的數(shù)量逐漸增加，外加醫(yī)院運營過程中產(chǎn)生的各類海量的數(shù)據(jù)和醫(yī)療信息[1]，使醫(yī)院管理難度增大，醫(yī)院各部門之間的信息無法有效共享。除此之外，醫(yī)療機構內(nèi)存有海量的就診信息，但是由于缺乏有效的集成、管理手段，導致對信息的有效利用程度較低，則對醫(yī)療服務水平的提升造成較大影響[2]。因此，醫(yī)療信息管理的信息化，成為當下國家醫(yī)療領域的重點關注問題[3]。

實現(xiàn)醫(yī)院信息化管理，則需要保證所有的信息數(shù)據(jù)有效存儲。云計算技術作為一種分布式計算技術，具備虛擬化、可擴展等優(yōu)勢，可低成本、高效率實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的劃分處理，高效完成數(shù)據(jù)處理以及資源共享等[4]。結合當下醫(yī)療發(fā)展情況、醫(yī)療服務水平以及醫(yī)療機構的管理現(xiàn)狀，本文以云計算技術為基礎，設計基于云計算技術的醫(yī)療信息管理系統(tǒng)，采用有效方法和措施完成醫(yī)院信息管理和共享，實現(xiàn)醫(yī)院信息管理的信息化。

2 基于云計算技術的醫(yī)療信息管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體結構

由于醫(yī)院信息類別較多，并且涉及諸多個人隱私，因此，系統(tǒng)在實現(xiàn)信息共享過程中，需保證信息的隱私安全。系統(tǒng)總體結構，如圖1 所示。系統(tǒng)由基礎層、管理層和服務層組成，基礎層通過部署的服務器集群以及存儲設備，構建虛擬數(shù)據(jù)庫，完成醫(yī)療信息存儲，并提供網(wǎng)絡服務完成系統(tǒng)各層之間的信息傳送，管理層接收服務層發(fā)送的業(yè)務請求后，調(diào)取基礎層數(shù)據(jù)庫中的信息[5]，并通過相關算法完成業(yè)務處理，將處理結果回傳至服務層。

圖1 系統(tǒng)架構

管理層作為系統(tǒng)的核心層，其是由多模塊組成，其中邏輯模塊是該層內(nèi)的關鍵模塊，該模塊實現(xiàn)醫(yī)療信息的集成、存儲、共享以及交互等[9]。該層包含集成安全網(wǎng)關、云存儲以及應用服務器，信息集成和共享模塊依據(jù)服務需求，將需要共享或者可交互的信息通過安全網(wǎng)關，完成信息通信；同時該模塊可完成患者的醫(yī)療影像相關數(shù)據(jù)信息的存儲[10]，并支持所有移動終端的訪問，完成身份驗證后可實行相應權限內(nèi)的操作，實現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)信息的交互和共享。

虛擬化通信是硬件中用于保證信息通信安全的主要部分，其可實現(xiàn)用于的身份認證、安全信道以及保證信息傳輸?shù)耐暾?。安全信道是基于虛擬網(wǎng)計算域實現(xiàn)，其包含共有和私有，其是系統(tǒng)中所有需安全管理的網(wǎng)絡終端的統(tǒng)稱。該網(wǎng)絡終端的為保證服務的安全性，需經(jīng)由安全接入方式完成接入，與基礎的安全管理域相連。其主要由虛擬主機和虛擬存儲設備構成，完成不同類型業(yè)務的執(zhí)行以及提供相關應用服務。

虛擬接入用戶需通過虛擬內(nèi)網(wǎng)訪問系統(tǒng)內(nèi)的相關應用。因此，醫(yī)療信息數(shù)據(jù)的相關管理和應用，是在系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的計算域完成，但其是由虛擬接入域Y接入后進入該域內(nèi)網(wǎng)N，實現(xiàn)相關信息業(yè)務執(zhí)行。

綜上所述，虛擬網(wǎng)關部署在系統(tǒng)的各個關鍵位置，信息的所有訪問、共享、交換等業(yè)務的執(zhí)行，均由虛擬網(wǎng)關控制，保證信息在各個環(huán)節(jié)中的安全性，以此保證系統(tǒng)運行的安全程度。

2.2 系統(tǒng)軟件

2.2.1 基于等級密鑰的信息安全共享

醫(yī)療信息在共享過程中，其隱私安全尤為重要，信息申請訪問者需發(fā)送共享請求，需經(jīng)過信息所有方的身份驗證和授權，獲取私有信息和加密密鑰后，方可完成其權限范圍內(nèi)的信息共享。用戶群組用V表示，V={V1，V2，…，Vn}；訪問群組用Vi表示，其由一個或者多個用戶組成，且為具備訪問權限。群組Vi至Vj的間接密鑰為

式中：ki，j和ki，i均表示對稱加密密鑰，分別對應Vi和Vj；私有信息用wi，1、wi，2表示，其為經(jīng)過隨機函數(shù)F處理，僅屬于Vi。

構建規(guī)則如下所述：

(1)Xi和Ai均表示向量，前者屬于私有，后者屬于公開，Vi的對稱加密密鑰即為兩者的內(nèi)積，為：

(2) 為獲取Vi的中間密鑰，在Vi、VjV、(Vi，G)的情況下，為：

(3) 如果Vi、，VjAnc(Vj，G)，則：

算法的詳細步驟如下所述：

(1) 私有信息通過隨機選取由向量中得出，分別為Yi=(yi，1，yi，2)和Zi=(zi，1，zi，2)，且兩者不為0，并屬于Vi。

(2) 采用F對Yi實行映射處理，形成新的向量Wi，該過程由兩個步驟完成：第一步：確定公開參數(shù)r，且為隨機選取，計算wi，1=Fyi，1(r)和wi，2=Fyi，2(r)，i=1，2，…，n。第二步：如果wi，2=0，則需要對r重新確定，由第一步重新開始。

對Zi實行轉換處理，變成維數(shù)為n向量Xi，當在i=1，2和i=3，4，…，n兩種情況下時，則有xi，1=zi，1、xi，2=zi，2、xi，3=xi，4、…、xi，n=0 和xi，1=zi，1、xi，2=zi，2兩種結果，且當j≠1 時xi，j=0，此時向量X可通過公式(5)描述：

(3) 通過檢測判斷X1，X2，…，Xn有無線性獨立，沒有則進入下一步，反之，返回(1)。

(4) 獲取對稱加密密鑰以及求解公開矩陣A，且為所有群組。其主要有3 步完成。第一步：在非無限的域內(nèi)，獲取各個Vi的ki，i，且為隨機確定，并屬于G中；利用公式(1)求解ki，j。第二步：A的線性方程組通過公式(1)得出，如果Kj=(kj，1，kj，2，…，kj，n)、K=[K1，K2，…，Kn]T，那么X×A=K。第三步：求解第二步的方程組，則A=X-1×K。

(5) 向Vi發(fā)送((Yi，Zi)，ki，j)，且經(jīng)由安全信道完成，同時服務提供者則接受F、r和A；完成信息安全共享。

2.2.2 信息交換

信息交換是醫(yī)療信息在管理過程中的重要部分，信息交換，可使醫(yī)生詳細了解患者的歷史就診情況以及病史等。信息交換是由交換總線完成，其交換流程如圖3所示。信息交換請求發(fā)送后，依據(jù)請求的內(nèi)容交換總線根據(jù)不同的請求標識碼實行請求派發(fā)，對應給相應的服務網(wǎng)關，網(wǎng)關通過專用接口完成交換請求，將交換數(shù)據(jù)結果傳送給請求發(fā)送者。

圖3 信息交換流程圖

3 系統(tǒng)的性能測試與分析

選取某地區(qū)三甲級醫(yī)院作為研究對象，將本文所設計的系統(tǒng)應用在其信息管理中，測試文本系統(tǒng)的管理結果。測試內(nèi)容包含系統(tǒng)的功能測試、性能測試以及應用測試。藥品庫存信息管理是醫(yī)療信息管理功能中的重要部分，因此，以該管理功能為例展開相關測試，測試藥品入庫、出庫、退貨信息修改、庫存信息審核等輸出能完全符合期望值，表明系統(tǒng)可實現(xiàn)各項功能操作和執(zhí)行，執(zhí)行結果達到期望標準，說明本文系統(tǒng)可有效完成醫(yī)療信息管理。

醫(yī)療信息管理過程中，信息的共享存在用戶并發(fā)情況，測試文本系統(tǒng)在并發(fā)用戶情況下，實現(xiàn)3GB大小信息共享所需開銷，以此衡量系統(tǒng)的管理性能，結果如圖4所示：并發(fā)用戶數(shù)量的逐漸增加，信息共享所需的開銷隨之增加，當并發(fā)數(shù)量在240人以內(nèi)時，共享所需開銷增長幅度較小，為4.4s；當并發(fā)數(shù)量為280 人時，開銷增長幅度較大，超過8s。結合實際醫(yī)院應用情況，240人的并發(fā)使用標準可滿足實際應用需求，因此，系統(tǒng)可完成信息的并發(fā)共享。

圖4 信息共享效率測試結果

醫(yī)療信息在管理過程中，各類信息呈現(xiàn)不斷插入、增加的狀態(tài)。測試本文系統(tǒng)在單線程情況下，不同類型信息的插入性能，應用期望標準為每秒至少完成0.2 萬個插入數(shù)量，結果如圖5所示：每秒可完成的信息插入結果均呈現(xiàn)差異性變化，正常的依次插入時，兩種信息每秒插入的數(shù)量變化趨勢較為接近，雖然數(shù)據(jù)信息的插入數(shù)量相對較大，但是差距不是很大。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)插入性能測試結果

測試在多線程的情況下，不同查詢條件下的信息查詢情況，應用期望標準為查詢次數(shù)在1 萬次以內(nèi)，結果如圖6 所示：在單條件查詢時，系統(tǒng)完成兩種類型信息查詢所需次數(shù)相對較為平穩(wěn)，數(shù)據(jù)量的增加并沒導致查詢次發(fā)生顯著波動；在雙條件并返回字段查詢時，則查詢次數(shù)隨著數(shù)據(jù)量的增加而緩慢增加。但是查詢所需次數(shù)均未超過期望標準，表明系統(tǒng)的應用性較好，可在理想標準內(nèi)，完成信息管理。

圖6 多線程條件下并發(fā)查詢結果

4 結束語

實現(xiàn)醫(yī)療信息管理的信息化，提升醫(yī)療機構的管理水平、醫(yī)療服務水平，是當下醫(yī)療領域的重要發(fā)展方向。因此，本文設計基于云計算技術的醫(yī)療信息管理系統(tǒng)，通過云計算的特點實現(xiàn)醫(yī)療信息的安全存儲、共享和交換。并通過相關測試驗證系統(tǒng)的應用性能，結果顯示：本文所設計的系統(tǒng)可滿足信息管理需求，各個功能運行良好，可高效完成信息共享，可在期望標準內(nèi)完成信息查詢應用。