数字化医院方案

一、 医疗行业信息化概述

数字化医院是我国现代医疗发展的新趋势。“数字化医院”是指将先进的网络及数字技术应用于医院及相关医疗工作, 实现医院内部医疗和管理信息的数字化采集、存储、传输及后处理，以及各项业务流程数字化运作的医院信息体系。“数字化医院”是由数字化医疗设备、计算机网络平台和医院业务软件所组成的三位一体的综合信息系统。数字化医院工程体现了现代信息技术在医疗卫生领域的充分应用，有助于医院实现资源整合、流程优化，降低运行成本，提高服务质量、工作效率和管理水平。

随着信息技术的发展，更“广义”的数字化医院概念，不仅包含医院内部数字化技术的充分应用，还包含与之配套的社会卫生服务体系的数字化，如高质量的院际信息网络、社区卫生宽带网络、深入家庭的数字化设备及接口等，以实现资源共享和零距离健康服务。 信息系统建设作为医疗行业信息化的核心内容，在近几年的发展中经历了不同的阶段。目前，中国大部分的医院信息系统仍然是以经济核算为中心的管理信息系统（HIS ），仅有10%左右的医院在管理信息系统的基础上开始建立用于临床医疗业务的临床信息系统(CIS)，并且系统建设主要还是集中在大中型医院。临床信息系统的主要功能是支持医院医护人员的临床活动，收集和处理病人的临床医疗信息，丰富和积累临床医学知识，并提供临床咨询、辅助诊疗、辅助临床决策，提高医护人员的工作效率。广义上的临床信息系统包括医生工作站系统、护理信息系统、检验信息系统(LIS)、放射信息系统(RIS)、医疗影像存储与传输系统(PACS)、以及电子病历(EMR)系统等。

二、 医疗行业信息系统概述

数字化医院的业务软件通常有以下几部分组成：

● HIS （Hospital Information System）医院信息系统

● CIS （Clinic Information System）临床管理信息系统

● LIS （Laboratory Information System）检验信息系统

● RIS （Radiology Information System）放射科信息系统

● PACS （Picture Archiving and Communication Systems）医学图像档案管理和通信系统。

● EMR (Electronic Medical Record) 电子病历系统

医院管理信息系统（HIS ）是以财务为中心的，偏重管理。“医院信息系统”是医院的管理中枢，它包含财务、人事、住院、药品、门诊、医技、病程、收费等多个子系统，同时承担着‘临床管理’与‘行政管理’的双重使命。

临床管理信息系统（CIS ）是偏重于病人信息的，这个更加倾向于医疗相关的信息。人们常常把关于病人化验信息、放射的信息，和病人临床检查信息，划为临床信息系统。

“医疗影像系统”（PACS ）是医院的影像中心，它承担着从CT 、X 光机等各类成像检查设备中采集影像资料、对这些资料加以处理和存储、并为一线医师提供查询服务的使命；

“电子病历系统”（EMR ）是医院的病历中心，它详细记录了患者的治疗方案和治疗过程，既为医院积累了宝贵的治疗经验，又为处理医患纠纷提供了不可或缺的证明文件；

“社会保险系统”则连通了医院与社保部门的业务后台，它为医院接诊并服务好广大社保患者提供了支持。

三、 医疗行业信息系统需求分析

医疗行业信息系统中最重要的是信息，包括病人临床信息和医院管理信息等。医疗行业IT 部门面临的最明显挑战是由信息数字化造成的信息量持续增长带来的，这些增长来源于：

● 每个医疗过程涉及大量图像加上每年要执行大量扫描，使得存储的医疗记录以超过

70% 的年增长率在增长；

● 更多类型的数据：财务、临床、图像管理，结构化数据（如数据库）及非结构化数

据（如数字影像、报告、视频、演示文稿等）；

● 更多用途的数据：HIS 、EMR/EHR、PACS 、知识管理以及数据挖掘

● 更多设备产生的数据：药征、患者监视、仪器

● 更多管理法规：国家医疗记录保留要求

医疗行业中不同业务应用系统的需求不尽相同。我们以医院的两个最有代表性的应用为例，分析其来自医院业务的需求：

● HIS 系统

– 随着就诊人数的增长，需要保证系统的性能满足业务发展的需要；

– 需要满足7x24小时高可靠运行的业务连续性要求；

– 需要保证数据的安全性和可恢复性，避免因数据丢失引起的医疗纠纷；

● PACS 系统

– 如果仍然采用随影像设备配置的功能简单的医疗影像系统，如何实现全院影

像信息共享和查询？

– 如果实施了全院PACS 系统，则带来数据量的快速增长，如何做到控制成本、

同时提供数据的共享和快速查询？

– 需要满足7x24小时高可靠运行的业务连续性要求；

– 需要保证数据的安全性和可恢复性，避免因数据丢失引起的医疗纠纷；

医疗行业其他应用系统还包括：LIS 、医保、电子病历，银联前置机、合理用药、知识库、排队叫号、病人查询系统、OA 、杀毒系统、文件服务器、WEB 、Email 等。

如今，随着医院不断有新的应用系统上线，数据呈级数增长，原有的系统迫切需要扩容升级。由于医院内的HIS 、PACS 和电子病历等系统是在不同时期分批建成的，导致各系统的数据处于分散存储状态。不仅如此，每个系统所采取的存储方式与存储介质也各不相同，而且有些存储系统已经无法满足业务不断发展的需要。

随着上述系统应用规模的不断扩大，在数据管理方面的问题日益凸显出来，主要表现为：容量不足，数据调用不便；系统结构相对落后，系统稳定性有待提高；最后，分散存储的模式，严重影响了数据资产的管理效率。

总体来讲，医疗行业信息化的关注点在于：

● 如何满足业务连续性要求

– 高性能

– 服务不停顿

– 数据不丢失

● 如何解决数据容量迅速增长带来的成本、管理等问题

● 如何解决应用系统不断增加带来的成本、管理等问题

四、 医疗行业信息系统推荐方案

4.1. 方案综述

EMC 医疗行业解决方案利用一个智能信息基础架构支持您向数字化的过渡。EMC 解决方案可帮助医疗行业及时向获授权的医护人员和研究人员提供信息以加快更安全的患者医疗、诊断、疾病管理、循证式决策支持和医疗信息交换 (HIE)。改进您的医疗知识、临床工作流和生产效率，以加快治疗。

主要优点

患者安全 — 利用一个整合的基础架构来改进诊断、决策和医疗效果。

业务连续性 — 最大限度地减少宕机，部署灾难恢复计划，保护重要的患者数据，同时满足管理法规要求。

隐私和安全性 — 维护患者记录、医疗研究、临床实验、电子邮件和其他敏感信息的保密性和安全性。

集成式系统 — 将您重要的住院、门诊和急救系统与 EMC 和我们的医疗保健渠道合作伙伴提供的解决方案集成起来。

基于前文针对医疗行业信息系统的需求分析，可以总结医院核心应用的特点如下： ● HIS 系统

– 数据类型：数据库(SQL, Oracle等）

– 性能要求：同时访问人数多，并发性能要求高

– 可用性要求：不能停机

– 数据量：几十到几百GB

● PACS 系统

– 数据类型：数据库+文件

– 性能要求：同时访问人数较少，但传输数据量大，带宽要求高

– 可用性要求：不能停机

– 数据量：很大且增长很快，从几TB 到几十TB

根据性能和可用性的分析，可以得出相应推荐的存储系统架构如下：

以下我们分别阐述面向医疗行业的信息基础架构：

● 高可用存储架构

● 备份与恢复解决方案

● 增强型业务连续性方案—数据远程复制

4.2. 高可用存储架构方案

针对医院应用系统的存储需求，建议采用FC SAN+IP SAN的存储架构：

● 将HIS 系统、PACS 系统等核心应用通过FC SAN进行连接，实现高性能、高可

用的存储；

● 同时将一些边缘应用如WEB 、Email 等通过IP SAN进行连接，实现低成本、高

效率的存储。

整体架构从以下几方面综合设计，以满足业务连续性的要求：

● 存储系统的高可用性：采用全球销量超过30万台、经过用户验证达到5个9可用

的存储系统EMC Clariion CX4系列

● 存储网络SAN 的高可用性：采用双光纤交换机组成冗余SAN 网络，配合主机上

的双HBA 卡和多路径管理软件（EMC PowerPath），实现数据访问通道的高可用； ● 应用系统高可用：通过双机集群软件(EMC AutoStart) ，实现服务器和应用系统

的冗余，任何一台服务器故障不会造成业务系统中断；

高可用SAN 存储架构的拓扑结构如图所示：

本方案具有以下特点：

✧ Clariion 99.999%的高可用性

CLARiiON 结构提供最高的可用性。所有组件都实现全面冗余并可热交换。全光纤通道技术允许客户随时随地扩展其存储容量, 可以在不关闭应用或者现有存储能力的情况下，添加其它驱动器或者驱动器架（DAE ，磁盘阵列机箱）。

CLARiiON 系统拥有各种先进的数据保护功能－全局热备用、全面冗余的组件、通向光纤通道磁盘驱动器的双重冗余路径、磁盘扇区嗅探校错技术（Sniffer ）、断电高速缓存数据写入硬盘、端-端数据奇偶校验以及一致性操作环境所提供的其它独特功能，所有这一切都是CLARiiON 享有盛名的原因所在。这种层次的数据保护应该是所有客户的要求，也是任何其它供应商所无法满足的。

中端存储配置发展很快，且变得日益复杂，这是因为较大的系统具有更多的驱动器，并且磁盘驱动器的密度越来越大。UltraPoint 是新一代的 CLARiiON 技术，随着客户将系统向新级别的扩展，它可确保CLARiiON 继续提供最高级别的可靠性和可用性。

UltraPoint 技术将新的点对点光纤通道 DAE 设计与 FLARE 操作环境中新的故障检测和隔离功能结合在一起。UltraPoint 将后端故障探测和隔离的精确度具体到了单个驱动器的级别。这一技术将使 CLARiiON CX 系列能够：

⏹ 在单个磁盘驱动器级别执行故障检测和隔离操作，因此可以采取纠错措施。 ⏹ 在驱动器进入联机状态之前检验驱动器 — 在加电时，在更换驱动器时，以及在增

加容量时。

✧ 高性能与可扩展：一体式分层存储

使用 EMC Clariion CX4存储系统，医疗行业客户可以整合大量不同类型和业务价值级别的数据，通过选择满足特定需要的驱动器选项，实现在一个系统中提供多种性能/成本级别的灵活性。

✧ 动态多路径管理软件EMC PowerPath

与CLARiiON 网络存储相配合的PowerPath 软件，提供了连续的数据可用性，并针对主机环境实现性能优化。

PowerPath 是一种常驻服务器的、性能和信息可用性增强路径管理解决方案。PowerPath 面向开放式服务器平台集成了自动故障切换、动态负载均衡和信息存取优化能力。PowerPath 采用后台工作方式，确保各种应用保持连续可用。PowerPath 的自动故障切换和动态恢复特性允许在服务器和存储间数据路径发生故障时，将数据存取分散至备用数据路径中。这样应用程序就绝对不会因为适配器、电缆或通道控制器的单点故障而出现中断。

PowerPath 运用自动负载均衡特性，对多条I/O流进行智能化管理，并通过在多条路径之间自动调整工作负荷的方式实现性能优化。这种特性确保不会出现某条路径负载过重，而其它路径带宽又没有得到充分利用的情形，避免I/O瓶颈的出现。

PowerPath 确保医院业务应用随时处于运行状态，赋予它们以最高可用性和最高性能，确保它们获得业界领先性能存储系统EMC Clariion的所有优势。

✧ 可选：数据即时保护功能(SnapView)

在有效管理信息增长的同时尽量为用户减少数据丢失和系统中断，尤其是一些关键应用，如HIS 、电子病历、PACS 系统的数据库等，这对于确保医疗行业不间断为患者服务具有至关重要的意义。

EMC SnapView 可将备份和还原窗口的时间减少到几秒钟。有了 SnapView，您还可以按您希望的频率创建拷贝 — 因此，如果遇到数据出了问题，您可以立即还原到一个小时以前的数据，而不是一夜之前。另外，您不必等待还原完成，因为 SnapView 具有完整镜像 BCV 和快照的“即时还原”功能。

SnapView 运行在 CLARiiON CX存储系统上，而不是在主机上运行，所以它是在一个高可用、高性能的环境中运行，使您的重要数据能够得到最大限度的保护。SnapView 既可以创建基于指针的快照，也可以创建完全镜像业务连续性卷 (BCV)。

SnapView 功能包括：

∙ 加速备份：在数秒内创建生产数据的快照/BCV

∙ 加快还原：“即时还原”提供了数据到生产卷的即时还原功能，可实现应用程序的

快速重新启动

∙ 便于实施：基于向导的安装适用于所有主要的操作系统和应用程序

∙ 易于使用：通过 Navisphere Manager 进行管理，通过 Navisphere CLI（命令行

界面）的脚本实现自动化

本方案推荐的产品包括：

● EMC CLARiiON CX4系列存储系统

● EMC Connectrix光纤交换机

● EMC PowerPath 软件

● EMC AutoStart 软件

● EMC SnapView 软件

4.3. 备份与恢复解决方案

医疗信息系统记录的数据是患者的相关信息，贯穿整个诊疗过程的各种数据是医院的重要资产；保证数据的安全性和可恢复性，可以进一步增强业务连续性，可以避免因数据丢失而引起的医疗纠纷。

引起数据丢失的原因很多，备份系统解决的问题主要在：

● 硬件故障造成的数据丢失

● 应用程序/数据库损坏造成的数据丢失

● 人为错误造成的数据丢失

● 黑客攻击/病毒感染造成的数据丢失

● 软硬件系统升级与维护前的数据备份

为避免以上问题造成的数据丢失，建议对医院的核心应用系统，如HIS 系统数据库、PACS 系统、电子病历系统数据库等，进行定期的数据备份，并定期进行数据恢复验证测试，确保备份数据的可恢复性。

传统的的数据保护方式是采用磁带库作为备份介质。但是许多客户的磁带环境在性能和可用性方面无法满足所需的服务水平协议 (SLA)。原因是备份窗口正在缩小，并且数据量继续膨胀，恢复时间目标和恢复点目标变得日益紧迫，。

磁带在性能方面面临的一些挑战包括：

● 当进行恢复数据，磁带必须启动和停止时，总吞吐量会急剧下降；

● 同时处理多个请求的效率很低。

磁带在可用性方面面临的一些挑战包括：

● 磁带库不是使用冗余组件构建的，它们有单点故障；

● 磁带库所产生的问题越来越多，时时威胁着数据的安全，其中包括： 磁带库机

械故障，磁带失效、卷带等潜在的隐患会导致备份丢失。

● 磁带介质不具有任何像 RAID 这样的数据保护方案；

基于以上的数据保护的需求，建议采用EMC Networker 集中备份管理软件，实现关键应用系统的在线备份；采用基于磁盘介质的备份设备，如利旧原有的磁盘阵列、新增一台SATA 磁盘阵列或虚拟磁带库等，可以实现数据的快速恢复，并保证数据可恢复（相对于磁带备份设备）。

如果用户已经在使用基于物理磁带库的备份，但是遇到了前面所述的磁带可用性和恢复性能的问题，则可以在现有的备份系统中加入虚拟磁带库，将最新的数据备份到虚拟带库中，将需要长期保存的历史备份迁移到物理带库上。这样不但可以提高备份系统的恢复速度，满足数据恢复的服务水平要求(SLA)；还能够充分利用原有磁带设备，满足降低总体拥有成本的要求。

备份方案的拓扑结构如下图所示：

按照上述结构部署备份方案之后，备份系统将具有如下突出特点：

针对关键业务系统，实现自动化、集中化备份作业管理；

如果出现前面提到的任何原因引起的数据丢失，可以恢复到前一个备份时间点（通

常不超过一天）；

备份到磁盘（B2D ）采用的备份设备（磁盘阵列或虚拟磁带库）提供RAID 保护，

确保数据可恢复，满足快速恢复的服务水平要求(SLA)；

EMC 磁盘备份解决方案使您能够快速而可靠地备份，以满足当今关键的恢复时间要求。利用磁盘备份解决方案，您可以从总体上改进对HIS 、EHR 、PACS 等关键应用数据的保护。主要优点：

加快了备份和恢复 — 满足时间安排更紧的备份窗口的要求，并可以在需要的时间内（而不是几天）恢复关键应用程序。

减少了备份窗口 — 最大限度地减少备份窗口以减少对应用程序和系统可用性的影响。 减少了业务风险 — 使用内置的硬件冗余和 RAID 保护，快速而准确地恢复数据。 提高了 IT 效率 — 节省大量用于备份/恢复管理工作的员工时间，大大提高用户生产效率。

本方案推荐的产品包括：

● EMC Networker 备份管理软件

● EMC DL3D 1500 虚拟磁带库

4.4. 增强型业务连续性—数据远程复制方案

为了进一步满足客户提出的业务连续性需求，例如：因为单台存储系统的问题造成数据不可访问，从而影响业务运行的问题；或由于某种意外原因造成数据中心核心系统（如HIS ）中断运行，可以采用进一步的数据和系统保护手段，实现核心业务系统的持续运行，从而保证医院能正常为患者服务。

“数据远程复制”是容灾方案的技术核心，只有生产系统的相关数据按预定的要求复制到灾备中心，才可以在此之上构建完整的灾难恢复技术平台。

增强型的业务连续性方案有两种实现方式：

１、基于主机的数据远程保护：适合仅需要保护一至两个关键业务系统(如HIS) ，且

系统运行在Windows 操作系统上；

２、基于存储的数据远程保护：适合需要保护多个关键业务系统(如HIS 、PACS 等) ，

且数据量很大或应用性能要求很高；

4.4.1 基于主机的数据远程保护

采用基于主机系统的数据远程保护是利用主、备中心间的IP 网络建立数据传输通道，通过主机数据管理软件Replistor 实现数据的远程复制，当主数据中心的数据遭到破坏时，可以随时从备份中心恢复应用或数据，从而给医院提供了增强的业务连续能力。

为了实现生产数据的复制，在生产中心和灾备中心的服务器上配置EMC RepliStor数据复制软件，实现生产中心和备份中心的数据复制，确保生产中心与备份中心存储间的数据完全一致。

通过实时监控受保护的数据文件和目录，RepliStor 可以记录下所有的数据更新操作，并且瞬时传输到目标服务器进行同步更新操作。当受保护的数据中心发生硬件系统故障或生产数据丢失等灾难性事件时，RepliStor 可以帮助客户以最快的速度从网络上将所有

受保护的数据复制回源服务器中。为了能有效利用网络传输带宽，RepliStor 的数据远程同步采用了数据压缩技术。

采用基于主机的数据复制技术有以下特点：

● 本方案不依赖于底层存储平台，后备数据中心可以采用与主中心不同的存储平台，

或备用系统仅有服务器（采用内置磁盘）；

● 支持Windows 平台；

● 基于IP 网络, 没有距离限制；

● 后备数据中心可以根据备份系统对可靠性、性能、成本的综合考虑，选择部署一

台较低端存储或采用服务器内置磁盘存储复制过来的数据。

本方案推荐的产品包括：

● EMC Replistor 数据复制软件

4.4.2 基于存储的数据远程保护

同步数据复制容灾方案的具体技术实现如下：

● 建立一个备用机房（可以在同一个院区的另一栋楼，或分院区），在主数据中心和灾备

机房分别部署基于EMC Clariion CX4存储系统的SAN 网络，两数据中心间采用光纤连接；

● EMC CX4的光纤端口不但可提供主机连接，同时可作为容灾端口使用，即通过FC 端口

实现远程复制；

● 通过基于存储的数据远程复制软件MirrorView 同步方式，将核心应用系统的数据从主

中心复制一份到备用机房， 10KM之内可以保证没有任何数据丢失（RPO=0）；

● 可以利用灾备中心的数据恢复主数据中心的业务系统，从而能够让医院的业务运营快速

回复到灾难发生前的正常运营状态；

● 如果备用机房还部署了备用的应用服务器，则在主机房发生故障的情况下，可以在很短

的时间内将应用接管，从而为业务在意外情况下的持续正常运作提供良好的支撑。 本方案的拓扑结构如下图所示：

采用EMC MirrorView同步模式数据复制技术有以下特点：

● 主数据中心出现任何故障造成应用系统停机，可以较短时间内在备用机房重起应

用，从而保证业务连续；

● 无数据丢失(RPO=0)---两个阵列的数据完全保持一致，没有任何数据差异；

● 不需要服务器资源---独立于服务器操作系统、应用程序和文件系统；

● 最好的系统可扩展能力---对应用、操作系统、数据库透明，使扩展很方便，包

括容量的扩展、应用的扩展；

● 操作简单---采用基于 Web 的 Navisphere 管理软件进行设置和管理。