智能化分布式架構(gòu)的康復(fù)醫(yī)療服務(wù)設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)建

林強(qiáng)，張文宇，紀(jì)凱

（牡丹江醫(yī)學(xué)院附屬紅旗醫(yī)院，黑龍江 牡丹江 157011）

0 引言

近年來，基于大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療快速發(fā)展，為醫(yī)療信息化提供更多的發(fā)展機(jī)會[1]。通過醫(yī)療信息化的手段，提高了診斷、治療的效率，極大的改進(jìn)、提高了醫(yī)療服務(wù)的水平。醫(yī)學(xué)康復(fù)的目的是幫助患者改善生活質(zhì)量，重歸社會，其途徑為訓(xùn)練患者運(yùn)動能力、認(rèn)知功能與語言功能[2]。在患者醫(yī)療康復(fù)過程中，產(chǎn)生大量醫(yī)療信息數(shù)據(jù)。應(yīng)用康復(fù)醫(yī)療海量信息數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，幫助用戶主動的、精準(zhǔn)的、個體化的獲取信息，是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展趨勢[3]。國內(nèi)外對康復(fù)醫(yī)療信息化做了大量的研究，并取得了很多的成果，微軟、谷歌、英特爾等國際大公司已分別構(gòu)建了各自的醫(yī)療服務(wù)平臺，在康復(fù)醫(yī)療服務(wù)上發(fā)揮重大的社會效益。我國在康復(fù)醫(yī)療服務(wù)體系建設(shè)中，近些年也取得了一些成果，一些省份已建立了覆蓋全省的康復(fù)醫(yī)療服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[4-7]。隨著醫(yī)療信息化的蓬勃發(fā)展，我國也由越來越多的機(jī)構(gòu)、家庭、個人加入康復(fù)醫(yī)療信息化進(jìn)程中。

本研究目的在于通過構(gòu)建醫(yī)療康復(fù)大數(shù)據(jù)平臺，建立康復(fù)醫(yī)療的信息化服務(wù)，實現(xiàn)個體化、精準(zhǔn)化的信息數(shù)據(jù)挖掘。

1 需求分析

1.1 功能需求

基于分布式Hadoop架構(gòu)的醫(yī)療康復(fù)系統(tǒng)須滿足個體化的康復(fù)信息查詢，實現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練精準(zhǔn)化。醫(yī)療康復(fù)系統(tǒng)的功能模塊為：①系統(tǒng)管理：醫(yī)療康復(fù)系統(tǒng)后臺設(shè)置按不同賬號權(quán)限進(jìn)行區(qū)分。即分為普通用戶、管理員用戶兩個等級。管理員具有最高管理權(quán)限，可對系統(tǒng)的信息進(jìn)行增加、修改、發(fā)布以及對普通用戶的權(quán)限予以管理；②普通用戶個體化信息查詢：康復(fù)患者根據(jù)自己的病情在系統(tǒng)上進(jìn)行個體化的定制康復(fù)訓(xùn)練視頻引導(dǎo)信息，按照自己需要進(jìn)行訓(xùn)練。普通用戶可進(jìn)行查詢、記錄，并可以跟康復(fù)顧問進(jìn)行互動，參與康復(fù)訓(xùn)練集體活動、討論等。所有操作信息記錄自動保存到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，作為系統(tǒng)推薦、指導(dǎo)的依據(jù)；③系統(tǒng)自動記錄：系統(tǒng)將普通用戶的使用系統(tǒng)期間產(chǎn)生的就進(jìn)行存儲，所有記錄可作為患者隨訪數(shù)據(jù)和醫(yī)療信息記錄數(shù)據(jù)；④系統(tǒng)康復(fù)指導(dǎo)功能：系統(tǒng)根據(jù)普通用戶使用康復(fù)訓(xùn)練的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、數(shù)據(jù)挖掘，網(wǎng)絡(luò)爬蟲，最終形成智能化的康復(fù)建議。

1.2 系統(tǒng)界面友好

系統(tǒng)界面應(yīng)界面簡潔、友好。在界面設(shè)計上，盡量避免采用菜單式，尤其是避免出現(xiàn)三級菜單。應(yīng)突出功能選擇一步到位，讓用戶使用系統(tǒng)時快速、準(zhǔn)確的實現(xiàn)功能定位。界面應(yīng)合理布局，注重用戶體驗，操作流場。

1.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性

在康復(fù)患者使用系統(tǒng)過程中，系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定可靠，尤其是在大量用戶登錄系統(tǒng)時，系統(tǒng)確保無宕機(jī)現(xiàn)象，尤其是避免系統(tǒng)出現(xiàn)服務(wù)器崩潰。系統(tǒng)應(yīng)在穩(wěn)定運(yùn)行的同時，不出現(xiàn)病毒、網(wǎng)絡(luò)攻擊致使系統(tǒng)無效運(yùn)行，崩潰以及數(shù)據(jù)丟失。因此，系統(tǒng)存在穩(wěn)定與安全性的保障機(jī)制。

2 基于分布式Hadoop架構(gòu)的醫(yī)療康復(fù)系統(tǒng)架構(gòu)

醫(yī)療康復(fù)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)組成分別由客戶端、后臺Web服務(wù)器、Hadoop數(shù)據(jù)處理層等組成。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）客戶端：醫(yī)療康復(fù)系統(tǒng)支持用戶使用手機(jī)端、PC端。用戶訪問系統(tǒng)HTTP請求發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器響應(yīng)請求。

（2）后臺Web服務(wù)器:后臺Web服務(wù)器采用SSM框架。SSM框架由表1所示。主要包括業(yè)務(wù)層、持久層。

表1 Web服務(wù)器框架

（3）Hadoop數(shù)據(jù)處理層：Hadoop數(shù)據(jù)處理層的處理數(shù)據(jù)機(jī)制。即HDFS被用來處理從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入的的數(shù)據(jù)，經(jīng)清洗與處理后的數(shù)據(jù)生成矩陣，按照算法規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮性能因素，降低代碼的耦合度，因此框架分為四個層次，即表示層、控制層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層[8]。關(guān)聯(lián)不同層，且不同層的功能不同。表示層用于系統(tǒng)界面設(shè)計，支持用戶訪問系統(tǒng)時，服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)，反饋數(shù)據(jù)信息?？刂茖佑糜跇I(yè)務(wù)邏輯層相應(yīng)業(yè)務(wù)功能，對用戶的請求進(jìn)行配置文件?？蛻舳嗽诮拥皆L問請求后，增加參數(shù)方法，調(diào)用不同的功能。業(yè)務(wù)邏輯層用于包裝業(yè)務(wù)邏輯對象，執(zhí)行代碼時調(diào)用接口展示邏輯對象，降低冗余代碼，并對代碼的可讀性進(jìn)行調(diào)整。本系統(tǒng)的接口由系統(tǒng)中的配置文件進(jìn)行配置。數(shù)據(jù)持久層由實體定義系統(tǒng)中得到，實體類由Interface接口形式包裝，在實體類中進(jìn)行再一次定義。

3.2 康復(fù)醫(yī)療數(shù)據(jù)查詢與檢索

康復(fù)醫(yī)療數(shù)據(jù)海量存儲，需要耗費大量成本，因此，實現(xiàn)不同表的關(guān)聯(lián)查詢十分必要。康復(fù)管理系統(tǒng)按照緩存值進(jìn)行調(diào)整查詢速度，采用二進(jìn)制索引的方法，即用映射關(guān)系來確定列、行鍵之間的關(guān)聯(lián)[9-12]。并在數(shù)據(jù)檢索中基于HBase表的查詢功能，限定檢索的范圍，整體提高查詢的性能。在HBase中設(shè)置查詢?yōu)V波器。應(yīng)用索引表與數(shù)據(jù)表查詢，通過查詢、索引建立關(guān)聯(lián)，根據(jù)服務(wù)器配置文件進(jìn)行索引。

3.3 康復(fù)醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲

康復(fù)醫(yī)療系統(tǒng)用戶在執(zhí)行康復(fù)信息使用過程中，系統(tǒng)自動產(chǎn)生康復(fù)信息數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析智能化的選擇個體化的康復(fù)訓(xùn)練指導(dǎo)信息。所有康復(fù)醫(yī)療系統(tǒng)信息為用戶在使用系統(tǒng)時自動保存的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在獲得客戶端觸發(fā)信號后進(jìn)行響應(yīng)，以時間、參數(shù)值形式存儲到數(shù)據(jù)庫中。

3.4 康復(fù)醫(yī)療數(shù)據(jù)處理

康復(fù)醫(yī)療數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，為此，對用戶的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為因子矩陣和其他數(shù)據(jù)矩陣。數(shù)據(jù)預(yù)處理過程，須對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、消除、過濾，實現(xiàn)對異常值的排除、篩選等。因子矩陣通過對用戶的康復(fù)醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，包括合并、統(tǒng)計等。

3.5 康復(fù)醫(yī)療智能化指導(dǎo)算法

康復(fù)訓(xùn)練用戶在使用系統(tǒng)過程中，系統(tǒng)可通過智能化算法推薦、指導(dǎo)用戶進(jìn)行個體化的康復(fù)訓(xùn)練。算法模型采用Spark Streaming計算[13]，根據(jù)用戶使用系統(tǒng)過程中生成的行為結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，生成匹配用戶的矩陣，并結(jié)合用戶的特征數(shù)據(jù)，進(jìn)行混合處理、排序等操作。對用戶行為的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)進(jìn)行向量內(nèi)積預(yù)測整理評分。

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、互聯(lián)網(wǎng)以及智慧醫(yī)療技術(shù)愈發(fā)成熟，在康復(fù)醫(yī)療服務(wù)中，可以發(fā)揮更大的價值。本文在大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、互聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療的技術(shù)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于分布式Hadoop技術(shù)的康復(fù)醫(yī)療系統(tǒng)。系統(tǒng)對用戶的個體化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)康復(fù)患者的需求，制定出針對性的訓(xùn)練指導(dǎo)建議?？祻?fù)醫(yī)療系統(tǒng)平臺架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)采用主流的技術(shù)體系，并對系統(tǒng)的界面、邏輯結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了探討。由于康復(fù)醫(yī)療系統(tǒng)的復(fù)雜性，本文研究也存在一定的不足，在日后中的研究在以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）用戶功能方面進(jìn)行拓展，如康復(fù)醫(yī)療個體化加入大數(shù)據(jù)分析策略；（2）在算法上進(jìn)行多維度的改進(jìn)，如增加數(shù)據(jù)挖掘算法中的聚類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等；（3）系統(tǒng)在開發(fā)過程中采用的測試數(shù)據(jù)不夠，在后續(xù)研究中，應(yīng)加大試驗樣本量；（4）系統(tǒng)中的穩(wěn)定與安全等級不足，因此在后續(xù)研究中，應(yīng)提高系統(tǒng)的流暢度、體驗度、安全性等。