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      Caché數(shù)據(jù)庫在醫(yī)院信息系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

      2012-07-28 14:16:58雷舜東吳幫華黃?,?/span>李玉明
      實(shí)用醫(yī)院臨床雜志 2012年1期
      關(guān)鍵詞:應(yīng)用程序信息系統(tǒng)環(huán)節(jié)

      雷舜東,吳幫華,黃?,?,李玉明,張 紅

      (四川大學(xué)華西第二醫(yī)院 a.信息管理部,b.后勤管理部,四川 成都 610041)

      關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是指采用了關(guān)系模型來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫就是由二維表及其之間的聯(lián)系組成的一個(gè)數(shù)據(jù)組織。關(guān)系模型是1970年由IBM的研究員E.F.Codd博士首先提出,在之后的幾十年中,關(guān)系模型的概念得一了充分的發(fā)展并逐漸成為數(shù)據(jù)庫架構(gòu)的主流模型。醫(yī)院信息管理系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫主要有 SQL Server、Oracle、Sybase和DB2等主流數(shù)據(jù)庫不同版本。這些數(shù)據(jù)庫均為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,其應(yīng)用在推進(jìn)醫(yī)院信息系統(tǒng)的發(fā)展方面功不可沒,然而隨著醫(yī)院信息系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展,尤其是臨床醫(yī)療信息系統(tǒng)的深入應(yīng)用,使得關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在處理具有多維特征的醫(yī)療數(shù)據(jù)時(shí)顯得力不從心,而Caché數(shù)據(jù)庫在這個(gè)方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

      1 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在醫(yī)院信息管理系統(tǒng)應(yīng)用方面的不足

      二十多年前,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫被譽(yù)為一項(xiàng)偉大的創(chuàng)新。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)取代了以前單一的、結(jié)構(gòu)不一的數(shù)據(jù)文件,將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在表格中。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是如此的成功,以致查詢語言(SQL)成為了訪問數(shù)據(jù)庫的一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)[1,5]。然而,作為一種技術(shù),有其生命周期和局限性。該技術(shù)的缺點(diǎn)使其在當(dāng)今世界的適應(yīng)性大大降低,主要表現(xiàn)在以下幾方面:快速的開發(fā)程序,程序復(fù)雜性不斷增加,信息系統(tǒng)需要不斷提高,這些都已超出了關(guān)系型技術(shù)的能力。許多要求高性能和高擴(kuò)展能力的關(guān)鍵應(yīng)用從來沒有遷移到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫上,現(xiàn)在即使很簡(jiǎn)單的應(yīng)用也開始觸及到傳統(tǒng)關(guān)系型技術(shù)的極限。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和當(dāng)今開發(fā)技術(shù)的“不匹配阻力”已經(jīng)成為了一個(gè)嚴(yán)重的問題,它使得開發(fā)過程更加復(fù)雜,開發(fā)成本增加,失敗概率大大提高[2]。盡管表格結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔可以支持強(qiáng)大的SQL,但現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)很難分解為這種簡(jiǎn)單的行列結(jié)構(gòu)。結(jié)果就是產(chǎn)生了大量的表,表和表之間的關(guān)系就變得很難記憶和表達(dá)。

      在醫(yī)療領(lǐng)域,醫(yī)療活動(dòng)的復(fù)雜性與多樣性表現(xiàn)為環(huán)節(jié)眾多、環(huán)環(huán)相扣,含幾個(gè)主要的環(huán)節(jié),每個(gè)主要的環(huán)節(jié)中又包含若干個(gè)子環(huán)節(jié),子環(huán)節(jié)中嵌套著下一層子環(huán)節(jié)。為滿足日后臨床需求進(jìn)一步擴(kuò)展細(xì)化,環(huán)節(jié)的層次不能固定[3]。其次;末端環(huán)節(jié)中所包含的醫(yī)療項(xiàng)目數(shù)據(jù)的種類也不能固定,也必須具有擴(kuò)展性,這樣存儲(chǔ)機(jī)制必須具備“樹枝、樹干”的層次,并具有高擴(kuò)展性。顯然,當(dāng)今的主流關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的二維存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不能滿足醫(yī)療行業(yè)特殊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的這些需求。

      2 Caché數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢(shì)

      在世界醫(yī)療衛(wèi)生的相關(guān)領(lǐng)域,Caché成為首選的數(shù)據(jù)庫,70%的美國醫(yī)院使用Caché數(shù)據(jù)庫,世界上最好的電子病歷、最大的HIS系統(tǒng)、最優(yōu)的LIS系統(tǒng)都采用 Caché作為數(shù)據(jù)庫[2]。這些成功應(yīng)用Cache數(shù)據(jù)庫的實(shí)例都充分說明其在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的顯著優(yōu)勢(shì)。

      Caché是后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的領(lǐng)導(dǎo)者,在全世界的醫(yī)療領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位?!昂箨P(guān)系”這個(gè)術(shù)語是用來將Caché與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫區(qū)分出來。與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不同的是,Caché是以多維結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),這種結(jié)構(gòu)可以處理復(fù)雜的數(shù)據(jù),并能更加快速地存取數(shù)據(jù)。

      2.1 Caché數(shù)據(jù)庫的多維存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)適合醫(yī)療數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) Caché數(shù)據(jù)庫的多維存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與醫(yī)療數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求——樹狀結(jié)構(gòu)一致。以屈光手術(shù)為例(見圖1),患者的全部屈光手術(shù)治療為一個(gè)大環(huán)節(jié),這個(gè)環(huán)節(jié)下包含著多次手術(shù)治療過程的子環(huán)節(jié),每一個(gè)子環(huán)節(jié)下包含:病史采集、術(shù)前檢查、綜合評(píng)估和處理、手術(shù)計(jì)劃、手術(shù)記錄、術(shù)后用藥及處理、術(shù)后復(fù)查等環(huán)節(jié)[2]。其中的手術(shù)記錄環(huán)節(jié)可能包括手術(shù)切削參數(shù)、手術(shù)方式等子環(huán)節(jié)。最末端的環(huán)節(jié)如手術(shù)切削參數(shù)將包括多個(gè)記錄項(xiàng)目,如矯正度數(shù)、光學(xué)區(qū)直徑等。矯正度數(shù)的數(shù)據(jù)格式與光學(xué)區(qū)直徑的數(shù)據(jù)格式不一樣。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以理解為樹狀結(jié)構(gòu),其樹干和樹枝代表環(huán)節(jié)的層次,枝頭掛著的一串果實(shí)則代表每一項(xiàng)醫(yī)療數(shù)據(jù)。

      圖1 屈光手術(shù)治療樹狀結(jié)構(gòu)圖

      在Caché數(shù)據(jù)庫中采用路徑法,僅使用2個(gè)Global節(jié)點(diǎn)變量就存儲(chǔ)了上面例子的所有層次信息:

      ^List(“術(shù)前檢查”)=<<$LB(“裸眼遠(yuǎn)視力”,“裸眼近視力”,“常用戴鏡視力”,“電腦驗(yàn)光”,“角膜地形圖”,“檢影驗(yàn)光”,“主覺驗(yàn)光”,“優(yōu)勢(shì)眼”,“眼位及運(yùn)動(dòng)”,“眼瞼及睫毛”,“結(jié)膜”,“角膜”,“前房及房角”,“虹膜”,“瞳孔”,“晶體”,“眼壓”,“玻璃體”,“眼底”,“角膜厚度”,“眼軸長(zhǎng)度”,“特殊檢查”)>>

      ^List(“術(shù)前檢查”,“特殊檢查”)=<<$LB(“淚液功能”,“像差”,“視野”,“調(diào)節(jié)功能”,“對(duì)比敏感度”)>>

      ^Tree(“術(shù)前檢查”,“裸眼遠(yuǎn)視力”)=Physical I-tems.Vision

      ^Tree(“術(shù)前檢查”,“裸眼近視力”)=Physical I-tems.Vision

      ^Tree(“術(shù)前檢查”,“特殊檢查”,“淚液功能”)=Physical Items.Tear Function

      ^Tree(“術(shù)前檢查”,“特殊檢查”,“像差”)=PhysicalItems.Aberration

      下面解釋一下以上2個(gè)Global節(jié)點(diǎn)變量的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),多維數(shù)組Global是Caché數(shù)據(jù)庫的核心存儲(chǔ)機(jī)制,是其一切數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基礎(chǔ),所有數(shù)據(jù)存取都是以Global的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。在Caché環(huán)境中,可以把Global理解為是一種數(shù)據(jù)類型。^Global變量維度是無限的,其下標(biāo)和值可允許數(shù)字或字符(含中文),其長(zhǎng)度僅受限于數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)空間。在^List節(jié)點(diǎn)里存儲(chǔ)了所有的路徑信息(層次信息),可歷遍整個(gè)樹狀結(jié)構(gòu),也可根據(jù)指定的下標(biāo)進(jìn)行快速定位。^Tree節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于連接“果實(shí)”的小枝,其下標(biāo)由絕對(duì)路徑構(gòu)成,保存的值為類名稱,即指向某一具體醫(yī)療數(shù)據(jù)項(xiàng)目的類名稱。由于Caché專門針對(duì)多維數(shù)組的存取進(jìn)行了優(yōu)化,因此路徑信息的檢索、存取速度非???。此外,多維數(shù)組的變量值更新和維度擴(kuò)充的方便性,也就決定了醫(yī)院信息系統(tǒng)比較良好的層次結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性。

      2.2 以Caché為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)其執(zhí)行效率高SQL數(shù)據(jù)訪問就是使用一種標(biāo)準(zhǔn)的語言查詢各種類型的數(shù)據(jù)。SQL數(shù)據(jù)訪問的工作方式是在簡(jiǎn)單的、標(biāo)準(zhǔn)化的格式(由行和列組成的兩維表)中瀏覽所有數(shù)據(jù)。盡管這種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)模型支持了這種強(qiáng)大的查詢語言,但卻要付出昂貴的代價(jià)。由于現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜,因此現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)并不能自然地表示成為簡(jiǎn)單的行和列,所以現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)往往被分解成多個(gè)表。這樣即使是進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù),也要對(duì)這些表進(jìn)行連接操作。這樣就導(dǎo)致了兩個(gè)問題:①由于需要連接多個(gè)表(常常是復(fù)雜的外連接),查詢語句就很難寫;②當(dāng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫需要處理復(fù)雜數(shù)據(jù)時(shí),處理任務(wù)就是一項(xiàng)非常巨大的工程。Caché使用有效的多維數(shù)據(jù)引擎,多維數(shù)據(jù)引擎能夠?qū)?fù)雜的現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀、有效的建模[4]。與關(guān)系型系統(tǒng)不同的是,Caché在處理事務(wù)的時(shí)候不需要從多個(gè)表中集成數(shù)據(jù),消除了伴隨事務(wù)處理所需要的表連接,所以與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相比,SQL的性能提高了20倍。Caché數(shù)據(jù)庫中內(nèi)置的Caché ObjectScript腳本語言,可以直接訪問多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這樣可以獲得最高的性能和最好的存儲(chǔ)利用率。應(yīng)用Caché,單個(gè)的事務(wù)處理運(yùn)行得更快,更多事務(wù)處理能夠同時(shí)并發(fā)處理。

      數(shù)據(jù)庫的性能極大地依賴于索引的創(chuàng)建,在查詢數(shù)據(jù)庫時(shí)這些索引經(jīng)常使用。眾多數(shù)據(jù)庫都使用索引,然而Caché獨(dú)一無二地提供了事務(wù)型位圖索引。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的傳統(tǒng)位圖索引受兩個(gè)問題的困擾:①當(dāng)要更新關(guān)系型數(shù)據(jù)庫時(shí),它將變得很慢;②它可能會(huì)占據(jù)太多的存儲(chǔ)空間[4]。而Caché中的事務(wù)型位圖索引可以利用多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來消除這兩個(gè)問題。這樣一來更新這些位圖要比更新傳統(tǒng)的索引更快。并且他們利用復(fù)雜的壓縮技術(shù)顯著地降低了所需的存儲(chǔ)空間。結(jié)果是:在一個(gè)在線事務(wù)處理數(shù)據(jù)庫中搜索成百萬條記錄時(shí),不到一秒鐘。正是由于Caché中面向?qū)ο蟮奶匦院推洫?dú)特的索引技術(shù)適合醫(yī)療領(lǐng)域頻繁的查詢搜索和大量的并發(fā)事務(wù),使其在整個(gè)醫(yī)療信息系統(tǒng)的執(zhí)行效率高。

      2.3 適應(yīng)目前面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 對(duì)象編程和對(duì)象數(shù)據(jù)庫是實(shí)際工作中為了模擬復(fù)雜的大腦活動(dòng)而產(chǎn)生的一種技術(shù)。所以,程序應(yīng)該不僅能夠處理復(fù)雜行為而且能夠隱藏其復(fù)雜性,這是當(dāng)今頂尖應(yīng)用程序所需的兩大特征。在對(duì)象技術(shù)中,數(shù)據(jù)的復(fù)雜性被封裝在對(duì)象中,數(shù)據(jù)訪問通過一個(gè)簡(jiǎn)單統(tǒng)一的接口[4]。關(guān)系技術(shù)雖然也提供一個(gè)簡(jiǎn)單統(tǒng)一的接口,但是,由于關(guān)系技術(shù)不能處理現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性,所以用戶或者程序員必須處理這種復(fù)雜性。Caché數(shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫,同時(shí)支持對(duì)象擴(kuò)展的SQL查詢語言。跟關(guān)系表不一樣,Caché數(shù)據(jù)庫中的對(duì)象把數(shù)據(jù)和代碼捆綁在一起。例如,一個(gè)發(fā)票對(duì)象可以保存有數(shù)據(jù)(如發(fā)票編號(hào)和總金額)同時(shí)具有執(zhí)行某種行為的代碼(如print()),這樣就完全與面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)相吻合。在Caché數(shù)據(jù)庫中直觀的數(shù)據(jù)建模對(duì)象技術(shù)使得開發(fā)者以簡(jiǎn)單和真實(shí)的方法思考和使用信息,甚至是十分復(fù)雜的信息,就提高了應(yīng)用程序開發(fā)的效率。Caché完全支持面向?qū)ο蟮木幊谭桨?,包括封裝,嵌入對(duì)象,多重繼承,多態(tài)等。內(nèi)嵌的Caché腳本語言可以直接操縱對(duì)象,Caché也可以把Caché類轉(zhuǎn)化為 Java,EJB,COM,NET,C++類,并且提供了與對(duì)象建模工具(如Rational Rose)和網(wǎng)頁設(shè)計(jì)工具(如Dreamweaver)的高效聯(lián)接。Caché數(shù)據(jù)庫的這些面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)和與當(dāng)今流行的面向?qū)ο箝_發(fā)工具兼容使得開發(fā)者能夠非常快速的創(chuàng)建基于Caché后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。Caché數(shù)據(jù)庫以其優(yōu)秀的性能及后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè),更大的優(yōu)勢(shì)在于其自帶的Web Service為數(shù)據(jù)在不同的信息系統(tǒng)間交互,提供了可靠的性能及保障,其快速、便捷的接口開發(fā),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)的有力支持[6]。

      2.4 使用Caché數(shù)據(jù)庫能夠繼續(xù)延用現(xiàn)存的技術(shù)和應(yīng)用程序 Caché的關(guān)系網(wǎng)關(guān)能夠使在Caché中產(chǎn)生的SQL查詢導(dǎo)入到其他關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行處理。通過使用網(wǎng)關(guān),Caché應(yīng)用系統(tǒng)能夠提取和更新存儲(chǔ)在多數(shù)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。另外,如果Caché數(shù)據(jù)庫類是使用CachéSQLStorage編寫的,網(wǎng)關(guān)能夠允許Caché應(yīng)用系統(tǒng)透明地訪問關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,這樣程序員能夠繼續(xù)延用現(xiàn)存的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),逐步引入對(duì)象技術(shù)[4]。如果應(yīng)用程序直接訪問Caché這個(gè)后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,它將運(yùn)行得更快,且更具有擴(kuò)展性。同時(shí)許多基于SQL的應(yīng)用程序能夠不做任何改變而直接在Caché上運(yùn)行——尤其那些用獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的工具編寫的應(yīng)用程序。在醫(yī)院有多個(gè)信息系統(tǒng)存在的情況下,使用Caché數(shù)據(jù)庫技術(shù),能讓這些系統(tǒng)共存,而不必將醫(yī)院的既有系統(tǒng)推倒重來。

      2.5 使用Caché數(shù)據(jù)庫能降低成本及易于擴(kuò)展與大小相同的關(guān)系型應(yīng)用相比,基于Caché的應(yīng)用對(duì)硬件要求很低,系統(tǒng)管理和操作非常簡(jiǎn)單。更快更具擴(kuò)展性,Caché虛擬機(jī)技術(shù)能夠直接訪問數(shù)據(jù)庫,這樣使得應(yīng)用程序能夠運(yùn)行得更加快速,并且應(yīng)用程序在低性能的硬件上也能夠擴(kuò)展到上萬個(gè)用戶,這樣就不必象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在面對(duì)眾多客戶端的情況下,對(duì)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器硬件要求極高,從而為用戶節(jié)約大量成本。每個(gè)Caché過程使用“命名空間”來訪問數(shù)據(jù)庫。通常,除了一些系統(tǒng)信息,命名空間的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)單一的數(shù)據(jù)庫中。命名空間是一個(gè)邏輯圖,這個(gè)圖把多維global數(shù)組和代碼映射到數(shù)據(jù)庫,所以如果一個(gè)數(shù)據(jù)庫從一個(gè)磁盤移動(dòng)到另一個(gè)磁盤或者從一個(gè)計(jì)算機(jī)移動(dòng)到另一個(gè)計(jì)算機(jī),只要命名空間做一下更新就可以了,應(yīng)用程序本身不需要更新[4]。命名空間支持靈活的結(jié)構(gòu),允許任意映射,通常一個(gè)命名空間是幾個(gè)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的映射,也可以包括其他計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫,這對(duì)以后數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展極其方便。Caché的多維數(shù)據(jù)模型允許基于Caché的應(yīng)用程序擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)客戶端,而不影響其高性能。這是因?yàn)橄鄬?duì)關(guān)系型模型,多維數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫的大小和復(fù)雜性并不顯著地影響數(shù)據(jù)的訪問。Caché數(shù)據(jù)庫對(duì)硬件要求不高及極易擴(kuò)展的特點(diǎn)降低了醫(yī)院的成本和對(duì)醫(yī)院歷史數(shù)據(jù)在在線保存及查詢提供了極大的方便。基于后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Cache的HIS具有速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)、維護(hù)方便且成本低的優(yōu)點(diǎn),較基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

      3 結(jié)論

      目前,國內(nèi)許多醫(yī)院都建立了自己的醫(yī)院信息管理系統(tǒng),系統(tǒng)的正常運(yùn)行與進(jìn)一步擴(kuò)展依賴于具有高性能、高擴(kuò)展性的數(shù)據(jù)庫。基于后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Cache的HIS具有速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)、維護(hù)方便且成本低的優(yōu)點(diǎn),較基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值[7]。鑒于國外醫(yī)療行業(yè)使用Caché數(shù)據(jù)庫的情況,及Caché數(shù)據(jù)庫相對(duì)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在醫(yī)療領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),Caché數(shù)據(jù)庫在我國醫(yī)院信息化建設(shè)和管理中有巨大的應(yīng)用前景,對(duì)提高醫(yī)療服務(wù)水平、提高醫(yī)院效率、降低成本、縮短醫(yī)院信息系統(tǒng)開發(fā)周期、提高醫(yī)院信息系統(tǒng)的使用方便性和減少日后的維護(hù)工作量,提高醫(yī)院競(jìng)爭(zhēng)能力將產(chǎn)生重要影響。

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      [2]王曉幸,木霄挺,楊杰.基于Caché數(shù)據(jù)庫的電子病歷存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[EB/OL].http://www.intersystems.cn/cache/analysts/cache_ehr.html,2010.

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