郭旭-醫院信息系統技術架構.pdf

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1、新一代醫院信息系統技術架構的挑戰與對策解放軍總醫院信息科 郭旭2023.05CHIMACHIMA 2023個人簡介 2008年到醫院，從事信息系統開發與管理工作，現為醫院信息科軟件開發組組長工作經歷 開發門診掛號、門診醫生站、醫保、績效、銀醫、為軍服務等子系統系統建設 醫學信息工程、醫院信息系統架構研究方向CHIMA 2023目錄 一、技術架構相關概念與特性 二、新一代HIS技術架構需求與挑戰 三、新一代HIS技術架構選型對策CHIMA 2023TOGAF企業架構架構變更管理架構原則、愿景、需求架構定義架構實現動機業務架構信息系統架構技術架構策略運營數據架構應用架構預備階段架構需求架構愿景機會

2、 解決方案 遷移計劃實施治理CHIMA 2023架構相關概念業務架構 OMG組織：企業的業務能力、業務流程、組織結構和業務數據 業務能力通過業務流程體現；業務流程包含業務步驟、業務角色、業務數據、業務實踐、業務規則等數據架構 DAMA：定義了與企業戰略協調的數據資產管理藍圖，以建立戰略性數據需求及滿足需求的總體設計 對企業主要數據類型和數據來源、邏輯/物理數據資產和數據管理等資源的結構與交互的描述應用架構 對一組應用的結構與交互的描述 每個應用都是一個可部署可操作的IT系統，具備一組相關能力，對外提供關鍵業務功能（業務架構）并管理數據資產（數據架構）技術架構 對平臺服務、邏輯/物理技術組件的結

3、構與交互的描述 需要哪些技術平臺服務，選擇哪些技術組件實現平臺服務，服務、組件之間怎樣交互CHIMA 2023關于應用架構和技術架構 有些文獻里單獨提到應用架構或者企業（級）應用架構時，是指應用內部架構，一定程度上類似于TOGAF的技術架構中對邏輯組件劃分與關系的描述 企業應用架構模式（Pattern of Enterprise Application Architecture）TOGAF的應用架構關注點在應用劃分和應用之間的關系，并不涉及任何應用內部CHIMA 2023技術架構實踐的主要步驟分析技術需求識別所需的技術服務、組件和標準明確部署的位置和延遲需求技術架構選型盤點現有技術，是否滿足業

4、務和應用需求選擇技術產品，明確配置信息評估相關影響規模、成本、規劃容量、安裝、管理、遷移CHIMA 2023技術架構變遷單體架構 面向過程、兩層架構（UI、DB緊耦合）分層架構 面向對象、前后端分離、ORM面向服務架構 企業服務總線、標準化、復用微服務架構 RESTful API、DDD、服務治理、可觀測性事件驅動架構 事件溯源、CQRS中臺“架構”業務中臺、數據中臺、技術中臺云原生架構 DevOps、容器、Kubernetes、Service MeshCHIMA 2023不同技術架構之間沒有明晰的邊界 忒修斯之船（The Ship of Theseus）一艘在海上航行了幾百年的戰船，歸功于不

5、間斷的維修和替換部件，只要一塊木板腐爛了，它就會被替換掉，以此類推，直到所有的功能部件都不是最開始的那些了。在公元一世紀，有人提出一個問題：最終產生的這艘船是否還是原來的那艘忒修斯之船，或是一艘完全不同的船？如果不是原來的船，那么在什么時候它不再是原來的船了？技術架構是在不斷演進中的基于Web Service的分布式服務架構服務粒度通信協議注冊中心配置中心負載均衡流量控制API網關可觀測性基于RESTAPI的微服務架構CHIMA 2023架構演進舉例 為了降低單體系統的復雜度、耦合度，引入微服務架構 為了解決大量服務的動態發現問題，引入了注冊中心 為了提高多實例服務的資源使用率、吞吐量，引入了

6、負載均衡器與相關算法 為了解決分布式服務的統一配置管理的問題，引入了配置中心 為了對微服務內部進行監控運維，引入了可觀測性組件 為了防止服務過載，保證系統穩定，引入了流量控制組件 為了對服務訪問進行統一管理，引入了API網關 為了實現微服務的快速靈活部署與彈性擴容，降低資源占用，引入容器 為了解決容器的編排和調度問題，引入 Kubernetes（k8s）為了平衡開發的頻繁交付和運維的穩定可靠，引入DevOps 為了提高基礎架構安全性，將其升級成DevSecOps 為了改善開發體驗、充分利用開發資源，提出平臺工程 為了解決微服務框架的侵入性編碼問題，引入Sidecar模式，搭建Service M

7、esh架構 為了有更好的底層支撐，引入Istio，運行在k8s上CHIMA 2023目錄 一、技術架構相關概念與特性 二、新一代HIS技術架構需求與挑戰 三、新一代HIS技術架構選型對策CHIMA 2023互聯網應用的主要技術需求 海量用戶（快速擴張）流量突增（幾乎不可預知）可擴展性 可用性（7x24小時不間斷服務）可維護性（發生故障后迅速恢復能力）可靠性 性能（響應時間）易用性（用戶用腳投票）用戶體驗 產品迅速迭代（時間成本昂貴）易維護性 多版本、跨平臺兼容性CHIMA 2023新一代HIS技術架構設計的需求系統碎片化系統不開放系統可擴展性不足系統功能抽象不足缺乏完整的數據中心薛萬國，新一代

8、HIS的架構發展，2023.2：當前HIS存在的問題技術架構需求性能互操作性可擴展性可靠性自主可控/信創/國產替代CHIMA 2023性能需求 數據存儲 對關系數據庫的需求，對響應時間、并發、一致性要求極高 對非關系型數據的需求，如文檔、圖像等數據的存儲 對數據分析的需求，包含大數據、OLAP等 緩存 重點關注數據一致性、緩存過期等問題 服務調用 不同場景下，選擇合適的通信協議、編解碼方式 性能比較：進程內vs跨進程，本地vs遠程，直連vs代理 減少分布式事務 服務/接口的編排與粒度設計 合并，例：通過BFF（Backend-for-Frontend）實現數據聚合 拆分，例：門診處方開單校驗C

9、HIMA 2023互操作性需求 核心系統內部訪問 耦合程度高，互相訪問頻繁，重點關注復雜架構的簡化 支持長連接、異步、高性能的RPC最佳 核心系統對外訪問 依然需要ESB/集成平臺：統一接入管理，支持各類協議 讓“啞巴”系統開口 自我介紹：參考FHIR規范，提供服務級能力聲明（CapabilityStatement），資源+操作 即插即用：注冊本系統的能力/需求，獲取已注冊的能力/需求 聲明方式：RPC+IDL，RESTful API+OAS，Web Service+WSDLCHIMA 2023可擴展性需求 Scalability 通過增加資源提高系統性能的能力線性增長 垂直擴展（拆分，分布式

10、）、水平擴展（負載均衡，集群）醫院內部用戶數量與流量相對穩定，高峰低谷基本可預知，除多租戶架構外，對此項能力要求一般 新一代HIS系統上“云”Extensibility 系統方便地增加組件、擴充功能的能力不以代碼量為評價標準 分而治之：分層、解耦、面向對象的設計模式、服務拆分 國家醫療衛生行業政策、醫院規定復雜多變，對此項能力要求較高CHIMA 2023可靠性需求 穩定、高可用性 減少單點故障：關鍵節點集群部署或全集群化部署 可維護性 傳統架構運維與新一代系統運維差異 從軟硬件分工到應用、基礎設施分工 怎樣配合DevOps方法 統一的管理運維平臺 提供可觀測性數據（日志、指標、分布式追蹤）CH

11、IMA 2023自主可控需求 硬件需求 服務器、存儲、網絡、超融合：國產品牌 CPU：支持多種架構（x86利舊，ARM新購）PC：外設驅動程序支持國產OS 軟件需求 操作系統：國產OS認證 數據庫：從國外商業數據庫向開源、國產數據庫遷移，兩者長時間并存 中間件：開源為主，國內廠商貢獻也很大 開發工具：商業為主，以及一部分開源 云需求 IaaS、PaaS，國產自主可控云產品很多 主要考慮數據安全、平臺功能、價格成本、多云管理、利舊能力等CHIMA 2023技術架構挑戰：從互聯網到HIS？HISCHIMA 2023HIS為什么不能直接照搬互聯網架構？醫院和HIS廠商之間的關系多對多 一家廠商承擔多

12、所醫院的信息化建設 一所醫院集成多家廠商的數字化產品 醫院個性化需求與HIS產品標準化之間天然存在矛盾 由于醫院機構規模、業務流程、管理模式不同 最終導致 部分產品（包括SaaS產品）碎片化、多樣化、定制化，直至項目制 部分需求響應慢，甚至得不到滿足 HIS也是企業信息系統，要實現“數智化轉型”互聯網企業成熟的2C架構解決方案，在醫院2B+2G的場景中，水土不服 醫院相對于互聯網企業，數字化文化建設意識與領導力不強，極度缺乏數字化技術人才CHIMA 2023什么樣的系統不是新一代HIS 對既有系統“修修補補”對大型醫院現有系統不斷打補丁，不觸及核心架構的 對醫聯體/醫共體系統進行簡單改造，缺少

13、一體化設計的 新系統不能帶來本質性提升 上“云”后僅解決部分IaaS需求的，與技術架構對容器、Serverless、PaaS需求不匹配 建設“中臺架構”，但基礎設施、業務能力、數據資源不能復用的 套用全家桶，解決方案又大又全，毫不裁剪優化，性能不佳的 系統復雜度、運維難度大幅提升，但成本效益比不高的CHIMA 2023目錄 一、技術架構相關概念與特性 二、新一代HIS技術架構需求與挑戰 三、新一代HIS技術架構選型對策CHIMA 2023技術架構選型對策給醫院 選擇成熟技術棧，上下游生態豐富的架構 微服務技術棧：Spring Cloud、Dubbo2、基于k8s+Docker自研 云原生服務網

14、格：Istio、Dapr、Linkerd、OSM 開發語言：Java、Go、Python、C、C+、C#遠程調用：REST API、gRPC、Dubbo2、Dubbo3、基于Netty自定義 選擇開放、可擴展的架構 不僅僅是對外接口開放，甚至內部服務（RPC）、事件（MQ）、數據（Database Schema）開放 具備二次開發能力，方式不限于低代碼、插件化（如反射、Java SPI）開發 主要技術組件具備可替代性，支持異構系統，支持多種編程語言 選擇基礎設施一體化的架構 服務能力一體化：業務中臺、數據中臺、技術中臺 支撐平臺一體化：IaaS（VM、Docker）、PaaS（數據庫、分布式中

15、間件等）、平臺具備可替代性 開發運維一體化：信息科主動加入閉環，但并不是“黑盒”越少越好，而是分工越明確越好 選擇可演進的架構 整個軟件開發體系在不斷變化，技術工具更新周期越來越短CHIMA 2023技術架構設計對策給廠商 建設一體化、緊耦合的核心業務系統 為了賣產品，解耦合，舍本逐末 加強頂層設計，而不是“修修補補”改造適配，目前看傳統HIS建設普遍滯后于EMR 基于互聯網技術架構，把握行業特點 大膽裁剪，能屈能伸，提供中小醫院的All-in-one打包、輕量級平臺、最小化部署 內外有別，區分內外網，優化不同客戶端的南北向訪問策略，提高東西向訪問性能 探索“標準化+個性化”的最佳實踐 找到不

16、變與可變的部分，例如醫療服務主體流程基本穩定、醫療管理根據政策頻繁變化 對不變的部分，提供標準化產品，不斷提高性能 對可變的部分，提供個性化規則庫，能夠實現HIS領域特定語言（DSL），打造行業規則 持續打磨開發交付運維的新模式 明確開發、二次開發、部署運維的方式與邊界，探索具備行業特點的DevOps模式“賦能”客戶、打造“生態”的理想，依靠哪種模式？開源、ISV、低代碼？加深DDD的貫徹程度 指導領域、限界上下文（微服務）劃分，指導領域模型建立，指導代碼分層結構開發CHIMA 2023展望 從單體到分布式微服務架構架構 從核心業務應用上云到全面云原生部署 從IaaS、PaaS到SaaS云底座

17、 從國外產品到自主可控國產化軟硬件自主可控CHIMA 2023參考文獻 TOGAF 9.1,9.2,10 企業應用架構模式 Microsoft.NET企業級應用架構設計 數據密集型應用系統設計 業務架構 應用架構 數據架構 中臺架構與實現基于DDD和微服務 HIS內核設計之道醫院信息系統規劃設計系統思維 薛萬國：新一代HIS的架構發展 薛萬國：新一代HIS需要打破對既有系統的“修修補補”劉敏超：醫院信息系統開放性對設計實現的影響 以上均為個人觀點，限于技術交流，不代表任何官方意見CHIMA 2023感謝聆聽 敬請批評指正新一代醫院信息系統技術架構的挑戰與對策解放軍總醫院信息科 郭旭2023.05CHIMACHIMA 2023