真实世界复杂交互环境下医院信息系统效能影响研究

文 | 暨南大学附属顺德医院吴庆斌，中国中医药信息学会 黄之怡

一、研究背景

近年来，受新冠肺炎疫情等突发公共卫生事件的影响以及互联网科技持续进步的推动，中国医疗信息化的投入持续加大，行业加速发展。与此同时，医院因信息系统业务程序运行层面的故障造成业务失效，造成经济损失和社会负面影响的事件也屡见不鲜，当下，医疗服务行业的高质量发展对医院信息系统效能提升提出了更高的要求，未来医院信息系统的效能保障将是医院核心竞争力的重要体现。”不太通顺，建议改为：“医疗服务行业的高质量发展对医院信息系统效能提升提出了更高要求，医院信息系统的效能保障未来将是医院核心竞争力的重要体现

传统上，对医院信息系统效能研究通常是以业务职能为单位开展，这种方法忽略了多个信息系统之间的数据交互行为对信息系统效能的影响。在医院信息化的早期，信息系统之间相对独立的环境下，传统方法基本适用；随着数字化手段在医院各领域愈来愈普遍得到综合应用，传统方法的弊端开始显现。2020年7月，有关部门发布《关于印发医院信息互联互通标准化成熟度测评方案（2020年版）的通知》确定医院信息互联互通测评7个等级，2021年12月，《“十四五”国家信息化规划》明确加快推动各级医疗卫生机构信息系统数据共享及业务协同，建设互通互联的各级全民健康信息平台。系统之间的数据交互日趋频繁，数据交互行为对系统效能的影响已经难以忽略，在此环境下，采用传统的信息系统效能分析方法通常只能得出一个局部最优解。应该将互联互通的多个信息系统看成是一个完整的体系，研究优化这个体系的整体效能，以便得到全局最优解。

图1 信息孤岛与数据交互

图2 样本医院类型、系数类型与数量

图3 样本有效系统地区分布

二、研究方法与对象

（一）研究方法

本文计划采用KDD研究方法（Knowledge discovery in database,KDD，指从大型数据库中自动提取知识，目标是发现数据中隐藏的、以前未知的、潜在有用的知识，本质上是在大数据集合中寻找数据间的规则及普遍模式。）研究使用的数据采集工具是“全景软件7.0”，该工具可周期性、同步采集多个不同品牌的目标数据库系统，包括Oracle、SQlserver、Mysql等，同步分析复杂交互环境下多个医院业务系统数据库端的性能数据和故障快照，而且可通过设定阀值的方式对程序事务产生的非空闲等待事件触发式采集与该次等待事件相关的性能开销细节。

（二）研究对象

本文数据来源于课题《基于真实世界的医院业务系统健康风险评估及智能干预研究》（简称：《业务系统健康度研究》），立项文件编号：GDSYY[2021]RWS-0329001号。该课题目前已涉及广东省内二级以上医院约140余家，300余套核心业务系统，所有原始数据全部来自于这些业务系统在医院真实世界下的运行数据。以下为该课题涉及到的医院类型、系统数量、类型等相关统计。

三、结果与分析

（一）真实世界医院信息系统间已实现了广泛的互联互通

通过对HIS、EMR、PACS、LIS四个业务系统的样本数据提取，在其运行过程中，平均连接程序数达到了26.92个。可见，当前绝大多数二级以上医院的信息系统真实运行环境已成为复杂交互环境，即真实世界医院信息系统间已实现了广泛的互联互通。

表1 样本业务系统运行过程中数据库端记录到的访问程序统计

（二）广泛的互联互通会导致信息系统效能下降

对信息系统效能进行评估，最主要的指标是这些信息系统提供的各项信息服务是否响应快捷，是否存在卡、慢现象甚至信息服务失效的情况。选取每日7:00至19:00医院业务时间区间，对所有业务系统数据进行为期15天的采样，统计单次“分钟级以上”的卡、慢事件。之所以选择统计分钟级的卡慢事件，主要的原因是达到分钟级以上的业务延迟是医院业务前端普遍难以接受的，这个时候往往业务端会要求信息管理部门进行人工干预，优化业务效能。通过对业务系统运行过程中的数据提取，显示系统数量越多，发生卡慢事件的可能性越高。相关统计结果见表2。

表2 业务系统连接的程序数量（X）与分钟级卡慢事件量（Y）的统计

按业务系统的类型统计，四种最常见的医院业务系统中都不同程度的存在着卡慢现象，严重影响了医院正常运转的效能。

表3 样本业务系统运行过程中卡慢事件量与异常率

（三）多系统复杂交互下的资源争用对效能表现产生重大影响

多系统复杂交互环境下，执行访问任务的程序处理单元称之为事务，事务产生交互的实体是数据，每个业务系统的数据库系统是数据吞吐的节点，事务只有在数据库端受各种数据库锁机制的约束，这套机制既保障了数据只能被顺序访问和操作，也因此使数据库端成为复杂交互环境下主要的系统资源争用节点。未获得资源的程序事务被迫等待，直到获得所需资源为止，此过程的等待时长被称为事务的非空闲等待时间。

在医院的业务处理过程中，单一事务的非空闲等待时长超过一分钟，通常会让相关操作者难以接受，如果这一被迫等待的事务是医院的核心业务事务，如门诊挂号、住院/出院、取药等，将对医院的正常业务运转造成重大负面影响。

随着数字化以及医院互联互通的要求，资源争用的程度越发严重。进程事务之间发生资源争用时，这些进程事务即可能来自于同一业务系统的不同进程，也可能来自于不同业务系统的不同进程。借助进程快照技术工具，对该卡、慢事件背后的情况进行收集，通过KDD方法，发现将故障研究局限于现象所在的单一业务系统时，约50%的故障分析无法自洽，这部分无法自洽的故障主要体现为不同业务系统之间的数据交互影响。进一步对卡慢事件的成因进行分析，如图4所示.

图4中，“程序2”的一个事务（编号ID13），通过数据库锁机制占用了一个表(表A)的资源，确保该事务在使用表A资源期间其他程序都必须等待，所以，当“程序1”的大量事务需要访问表A时，这些事务都被迫等待“程序2”的事务（编号ID13）操作完成，才能释放表A的资源。

图4 样本业务系统运行过程中卡慢事件的成因分析

此类型等待事件的典型特征是，在宏观的客户体验上，表现为信息服务的卡、慢感受。在微观运行上，表现为不同程序事务处理之间因资源争用产生等待时长。

四、总结与建议

（一）资源争用导致的非空闲等待总时长是影响系统效能的核心指标

在数字化升级和互连互通的趋势下，多系统交互对整个医院信息体系的效能影响日益增大，在有些医院已成为一些业务系统效能的主要矛盾。多系统复杂交互下的资源争用导致非空闲等待的总时长是系统效能影响程度的核心指标，研究产生分钟级等待事件的原因是提升整个医院信息体系效能的关键一环。

（二）复杂交互环境下信息系统的健康管理任重道远

明确了资源争用导致的非空闲等待总时长是影响系统效能的核心指标，围绕该指标的合理区域，也就是该指标的健康域和健康边界，以二、三级医院，一周7天业务时段总时长，每天业务服务时段（例：每天7:00至18:00），发生分钟级非空闲等待的时长为统计指标，我们的建议如表4。

表4 医院业务系统一周（7天 7:00~18:00区间）分钟级非空闲等待的健康时长建议

在各行各业的数字化转型如火如荼之际，作为关系国计民生的医疗行业，必将在政策的积极引领下，不断创新模式、提升效能，促进医疗信息化的升级和增效。未来，在复杂交互环境下，对整个信息系统进行健康管理，构建全面的健康管理指标体系，明确各个模块的健康域和健康边界，是医院信息系统效能提升稳扎稳打的根基，是构建以风险识别、风险智能处置为核心的智能运维体系的关键，是提升整个医疗行业数字化、智慧化及竞争力的必经之路。此路任重而道远，值得我们每一位医疗信息化从业者上下求索！