利用計算機電子工程技術開展醫療信息數據庫系統設計

杜爽

摘要：隨著醫療技術的不斷進步，建立高效、安全、可靠的醫療信息數據庫系統變得尤為重要?；谟嬎銠C電子工程技術進行醫療信息數據庫系統的設計，介紹醫療信息數據庫的系統框架設計思路，并結合硬件設計與軟件設計體現該信息數據庫系統的功能和優勢，最后通過實驗測試基于計算機電子工程技術所設計的醫療信息數據庫系統的實用性和功能性。實驗結果表明：此數據庫系統在提高醫療信息管理效率和質量方面均有顯著效果，對未來醫療發展提供了有力支持。

關鍵詞：電子工程技術???醫療信息???數據庫???系統設計

中圖分類號：R197.324

Design?of?the?Medical?Information?Database?System?by?Computer?and?Electronic?Engineering?Technology

DU?Shuang

（Handan?First?Hospital，?Handan，?Hebei?Province，?056004?China）

Abstract：With?the?continuous?advancement?of?medical?technology，?it?has?become?particularly?important?to?establish?an?efficient，?safe?and?reliable?medical?information?database?system.?Based?on?computer?and?electronic?engineering?technology，?this?paper?designs?the?medical?information?database?system，?introduces?the?design?ideas?of?the?medical?information?database??system?framework，?combines?hardware?design?and?software?design?to?reflect?the?functions?and?advantages?of?the?information?database?system，?and?finally?tests?the?practicability?and?functionality?of?the?medical?information?database?system?designed?based?on?computer?and?electronic?engineering?technology?through?experiments.?The?experimental?results?show?that?the?database?system?has?significant?effects?in?improving?the?efficiency?and?quality?of?medical?information?management，?which?provides?strong?support?for?future?medical?development.

Keys?Words：Electronic?engineering?technology;?Medical?information;?Database;?System?design

醫療信息數據庫系統是醫療機構和醫護人員管理和交流患者信息的核心平臺，對于提高醫療服務的質量、安全性和效率至關重要[1]。隨著醫療信息數據不斷積累，傳統的數據庫系統逐漸暴露出容量不足、響應慢、數據保密性差等問題[2]。在這種背景下，計算機電子工程技術的應用為醫療信息數據庫系統帶來了新的解決方案[3]。本文基于計算機電子工程技術，設計一種醫療信息數據庫系統，使得醫療數據得以高效地存儲、檢索和分析。醫護人員可以更迅速地獲取患者信息，及時做出診斷和治療決策，為患者提供更優質的醫療服務。

1醫療信息數據庫系統框架設計

醫療信息數據庫系統的框架設計是一個復雜而重要的過程，需要考慮數據存儲、隱私保護、安全性、數據訪問和查詢性能等諸多方面，本文是基于計算機電子工程技術設計的醫療信息數據庫系統框架（如圖1所示）。

系統運行的主要目標包括醫療信息數據的采集錄入、數據分類和緩存、信息管理、醫療信息數據訪問等。

2硬件設計

醫療機構中的醫療信息數據本身具有數據量龐大和數據類型復雜等特性[4]。因此系統需要具備足夠的數據儲存空間以及數據高并發處理能力，以滿足醫療人員和外部人員的正常使用。為此，本文設計的醫療信息數據庫系統主要包括：應用服務器（Dell?Power?Edge?R740），其搭配2×Intel?Xeon?Gold?6240（18核心，2.6GHz）處理器，128GB?DDR4?ECC內存，4×1GbE網絡接口，Linux?CentOS?8操作系統；存儲設備（Synology?DS2419）包含12個硬盤插槽，支持SATA/SSD，適用于12×18TB硬盤的總容量；數據庫服務器（HP?ProLiant?DL380?Gen10）搭配2xIntel?Xeon?Silver?4210（10核心，2.2GHz）處理器，64GB?DDR4?ECC內存，4×2TB?SAS硬盤，4×10GbE網絡接口，MySQL8數據庫管理系統；輔助設備包含路由器（Cisco?Catalyst?3850）、交換機（Cisco?Nexus?9000）、醫生工作站（Dell?OptiPlex?7080）以及其他模擬患者設備。

3軟件設計

3.1數據庫系統信息錄入

醫療信息錄入主要由醫療內部人員通過醫療機構內部的錄入設備完成操作。為了滿足多個設備同時使用的需求，系統采用了現代化的UI設計工具Sketch，結合React前端框架，構建了一個功能強大且易用的客戶端應用。在客戶端中，用戶驗證是首要步驟，目的在于確保只有授權人員能夠訪問敏感醫療數據。用戶驗證環節借助JavaScript實現，能夠有效驗證用戶輸入的數據是否符合規定格式和要求，提高數據的準確性和完整性。

在數據錄入方面，系統采用HTML表單元素創建數據錄入表單。表單中涵蓋了多種元素，如文本框、下拉框、復選框以及文件上傳組件。通過這些不同類型的元素，系統能夠收集各種關鍵數據，從患者基本信息到醫學影像等內容[5]。

3.2數據表設計與關聯

醫療信息數據種類繁多，包含但不局限于醫療患者信息、醫生信息、診斷記錄、藥物處方信息等各種關鍵數據[6]。

在醫療信息數據表格的設計中，多種表格帶有相同的檢索詞條，其中以醫生字段和患者字段為主。以患者醫療信息為例，建立相關患者信息表和診斷記錄表如表1和表2所示。

由表1可見，患者醫療信息表中主要包含患者自身的基本信息，其中以患者ID作為主鍵。在后續數據檢索中，通過檢索患者ID即可獲取一系列如表中所示的患者基礎信息，診斷記錄表如表2所示。

診斷記錄表中主要包含涉及患者的診斷記錄，其中以記錄ID作為主鍵，可通過不同的記錄ID直接檢索?？紤]到診斷記錄的多樣性，設定患者ID以及醫生ID作為外鍵輔助查詢，由此可通過檢索患者ID查詢到同一患者不同時期不同類型的診斷記錄，或通過醫生ID查詢同一醫生開出的所有不同患者的診斷記錄。對于患者與醫生角色的不同，醫療信息數據庫體現了更高的便利性。

3.3醫療信息管理

醫療信息管理主體體現在數據的安全與改動，數據表錄入信息被完成后，應用服務器會將數據表分別緩存至云平臺與HP?ProLiant?DL380?Gen10數據服務器中，其中云平臺可附屬于醫療機構官網，在官網中加入患者信息查詢模塊，此處采用MVC架構實現模塊化和松耦合的設計，在官網與云平臺數據庫模塊之間建立松耦合的關系，注冊登錄官網的患者可通過點擊此模塊，基于HTML跳轉到信息查詢頁面根據需求查詢信息。此過程不區分患者和醫生的身份，為保證云平臺的數據安全，在后臺MySQL數據庫中設定角色權限，通過云平臺方式查詢信息的角色未賦予增、刪、改的權限，僅支持數據信息的瀏覽查詢。

3.4醫療信息分析

醫療領域的數據非常復雜和龐大，通過可視化分析可以將這些復雜數據以直觀的方式呈現給醫生、研究人員和決策者，幫助他們更好地理解數據趨勢、模式和關聯。面對大量的醫療數據，需要搭配成熟的數據分析和挖掘技術，從而實現對醫療信息的明確分析。本文研究的系統采用數據分析工具Python和可視化工具Matplotlib與MySQL相配合，設計醫療信息分析模塊。在應用服務器中，所有的信息表格可以文件（CSV、Excel等）格式存儲，使用Pandas加載數據文件到DataFrame，計算數據的基本統計量，包括平均值、中位數和標準差。大量患者信息表上的共性數據是數據分析的基礎，為此本文采用決策樹算法構建醫療信息的數據模型，使用患者的醫療特征（年齡、性別、體征）作為特征值，將病情分類為不同的疾病類別。決策樹的核心邏輯在于如何選擇最佳的特征和分裂條件來劃分數據，其中信息熵、基尼不純度用于衡量不純度的減少和分類效果的提升。信息熵Entropy的計算公式如式（1）。

式（1）中：是類別數，是第個類別在數據集D中的占比?；岵患兌龋℅ini?Impurity）用于度量數據集中隨機選擇的兩個樣本，其類別標簽不一致的概率公式如式（2）。

將決策樹可視化，展示每個節點的特征判定條件和分類結果，通過顏色、形狀等方式區分不同的類別。醫生通過交互式操作，輸入患者的特征值，系統則根據決策樹模型預測可能的病情。將不同的疾病類型、藥物方案、治療流程等作為決策樹的分裂節點，從根節點開始，逐層判斷每個節點的分裂條件，根據條件進入左子樹或右子樹，繼續往下遍歷，直到達到葉節點，得到最終的預測類別。醫生需要為患者推薦適合的治療方案，而決策樹模型可以基于患者的癥狀和疾病類型進行分類，在每個節點根據患者的癥狀特征和醫學知識，選擇最佳的治療方案。

4測試實驗

4.1實驗準備

此實驗旨在評估醫療信息數據庫系統在不同查詢負載下的性能表現，根據本文研究的框架建立醫療信息系統，使用模擬數據生成工具模擬10?000名患者的醫療記錄，包括患者基本信息（姓名、年齡、性別）、診斷記錄（疾病編碼、診斷日期、治療方案）和醫生信息（姓名、專業領域）。設計以下3種查詢類型，模擬不同的實際使用情境。（1）根據患者姓名和日期范圍查詢診斷記錄；（2）統計某種疾病的患者數量；（3）根據醫生姓名查詢其負責的患者列表。

4.2實驗結果

將10?000名患者的醫療記錄導入到應用服務器MySQL數據庫中，醫療機構內部設備和外部移動設備分別執行3種查詢類型，每種查詢執行100次，記錄每次查詢的執行時間。同時，計算平均查詢時間、最大查詢時間和最小查詢時間，實驗結果如表3所示。

分析實驗結果數據可知，內部設備在高負載查詢的平均時間為18.76?ms，低負載查詢的平均時間為5.22?ms；外部設備高負載查詢的平均時間為22.13?ms，低負載查詢的平均時間為5.7?6ms。由此可見，在當前硬件和數據規模下，外部查詢和內部查詢的流暢度幾乎一致，系統能夠滿足基本醫療信息查詢的性能要求。

5結語

基于計算機電子工程技術，設計一種綜合性的醫療信息數據庫系統，充分利用MySQL數據庫的特性，設計出系統中醫療信息在數據查詢、數據安全以及數據分析等多方面的實施方法，最終通過實驗表明該系統可為醫療機構和專業人員提供高效、安全的數據存儲、訪問和分析，可更好地服務于醫療健康事業的發展。

參考文獻

[1] 王維佳.醫院計算機信息數據庫系統設計方法[J].數字技術與應用，2022，40（7）：193-196.

[2] 王士泉，侯志國，陳忠民，等.新型醫院信息系統設計[J].醫療衛生裝備，2022，43（3）：38-45.

[3] 宗華，宇應濤，褚代芳，等.基于瀏覽器與服務器架構的藥品管理系統設計與實現[J].中國醫學裝備，2022，19（1）：152-156.

[4] 張晉峰.計算機電子工程技術的有效應用與發展探析[J].現代工業經濟和信息化，2021，11（11）：230-231.

[5] 黃晞.基于數據挖掘的醫療信息管理系統設計[J].微型電腦應用，2021，37（3）：35-38.

[6] 崔金廣，竇一峰，蒙文濤，等.基于ETL技術的醫院質控數據庫系統設計與實現[J].醫學信息，2021，34（4）：16-21.