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1.1虛擬化技術(shù)的定義。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的虛擬化技術(shù)是指計(jì)算機(jī)內(nèi)的元件進(jìn)行抽象化的運(yùn)行,而不是在真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行操作。虛擬機(jī)軟件(簡稱VM)可以將計(jì)算機(jī)內(nèi)的服務(wù)器、應(yīng)用程序等都分隔開,每一個(gè)虛擬機(jī)都有各自的虛擬化的硬件、軟件、桌面等,這樣可以在各自的硬件上安裝不同的應(yīng)用程序和操作系統(tǒng),應(yīng)用程序就可以獨(dú)立運(yùn)行而不受干擾,計(jì)算機(jī)的資源利用效率也得到顯著提高。另外,每一個(gè)VM機(jī)都設(shè)置了不同的訪問限制、IP地址、應(yīng)用程序等,所以每一個(gè)獨(dú)立的虛擬機(jī)的運(yùn)行和一個(gè)實(shí)體的主機(jī)的運(yùn)行差別不大。
1.2虛擬化技術(shù)的發(fā)展趨勢。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,虛擬化技術(shù)已經(jīng)逐漸深入到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中,不斷改變計(jì)算機(jī)運(yùn)行管理模式。虛擬化技術(shù)可以對計(jì)算機(jī)的服務(wù)器進(jìn)行虛擬化,也可以將計(jì)算機(jī)不同網(wǎng)絡(luò)的軟件和硬件資源信息整合成一個(gè)虛擬化的整體。一直以來,刀片服務(wù)器都是應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的固定服務(wù)器,而如今,隨著虛擬化技術(shù)的提高,刀片服務(wù)器受到網(wǎng)口接口限制和VM限制,很多企業(yè)已經(jīng)不再會(huì)選擇刀片服務(wù)器了。近年來,隨著多核系統(tǒng)以及云計(jì)算的不斷發(fā)展,虛擬化技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用在商業(yè)市場中。虛擬化技術(shù)不僅降低了計(jì)算機(jī)運(yùn)行成本,而且系統(tǒng)的安全性也得到保障。
2虛擬化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
2.1虛擬化技術(shù)可以在線轉(zhuǎn)移服務(wù)器中的文件。用戶可以根據(jù)自己的需求對應(yīng)用了虛擬化技術(shù)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行拷貝或者轉(zhuǎn)移文件,這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)的每一個(gè)獨(dú)立的虛擬機(jī)都會(huì)形成一個(gè)目錄,計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)可以升級(jí)成統(tǒng)一的版本,計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)是連續(xù)且可轉(zhuǎn)移的。虛擬機(jī)器的在線轉(zhuǎn)移可以使虛擬機(jī)在開機(jī)狀態(tài)下持續(xù)地提供服務(wù),將一臺(tái)虛擬機(jī)內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移到另一個(gè)服務(wù)平臺(tái)中。
2.2虛擬化技術(shù)可以提高服務(wù)器的利用效率以及降低成本。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科技的水平不斷提高,越來越多的企業(yè)采用計(jì)算機(jī)來推廣和管理產(chǎn)品,因此,對計(jì)算機(jī)服務(wù)器的要求也越來越高。采用虛擬化技術(shù)的服務(wù)器可以分隔成獨(dú)立的服務(wù)器,不同的軟件可以在不同的操作系統(tǒng)下自由的運(yùn)行。將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中可以整合不同服務(wù)器的資源,計(jì)算機(jī)服務(wù)器的利用效率也受到很大的提高。
2.3虛擬化技術(shù)可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維持在相對安全的環(huán)境中。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的軟件以及應(yīng)用平臺(tái)都是基于同一個(gè)服務(wù)器和操作系統(tǒng)的,不同的軟件對操作系統(tǒng)的兼容性不一,而且一旦受到攻擊時(shí)整個(gè)計(jì)算機(jī)將無法正常使用。而運(yùn)用了虛擬化技術(shù)的計(jì)算機(jī)將主機(jī)分隔成若干個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),當(dāng)某一系統(tǒng)不能正常運(yùn)作時(shí)并不會(huì)影響到其他的系統(tǒng)。這樣可以確保其他的系統(tǒng)不受到干擾而正常運(yùn)行,使計(jì)算機(jī)維持在一個(gè)相對安全而穩(wěn)定的環(huán)境中。另外,平時(shí)可以對系統(tǒng)文件進(jìn)行備份,一旦子系統(tǒng)崩潰時(shí)可以在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常。
3虛擬化技術(shù)在醫(yī)療信息管理中的應(yīng)用
3.1虛擬機(jī)種類的選擇。常用的虛擬機(jī)軟件有三種,分別是VMwareWorkstation(簡稱VMware)、MicrosoftVirtualPC(簡稱VPC)和VirtualBox(簡稱VBox),其中,VMware的功能最為強(qiáng)大。VMware可以對team進(jìn)行虛擬化,還可以對虛擬機(jī)添加注釋說明。(1)VMware服務(wù)器可以創(chuàng)建服務(wù)器并對其進(jìn)行編輯和運(yùn)行,另外,它還可以運(yùn)行VirtualPC產(chǎn)品的虛擬機(jī)。VMware服務(wù)器具有遠(yuǎn)程控制管理的功能,運(yùn)行過程中需要得到基層操作系統(tǒng)的支撐,不能充分利用計(jì)算機(jī)的硬件資源。(2)VMwareESX服務(wù)器的硬件在初始化時(shí)可以將本身的Linux系統(tǒng)替換掉,并且提供了很多例如遠(yuǎn)程控制臺(tái)的管理界面。這種服務(wù)器可以更好地控制虛擬機(jī)對資源的分配以及較少了管理的成本,系統(tǒng)的安全性能也得到很大的提高。(3)VMwareWorkstation是VMware公司最暢銷的軟件之一,該軟件包含一個(gè)X86的虛擬機(jī)套裝,每個(gè)虛擬機(jī)可以獨(dú)立運(yùn)行windows、Linus等操作系統(tǒng)。VMwareWorkstation不支持遠(yuǎn)程管理功能,而且處理效率相對較低,所以這種版本的軟件可以在學(xué)習(xí)或者測試的環(huán)境下使用。
3.2醫(yī)院可以運(yùn)行的信息系統(tǒng)。(1)醫(yī)囑傳輸系統(tǒng)是醫(yī)院的主要業(yè)務(wù)系統(tǒng),它是其他所有系統(tǒng)的支架。醫(yī)囑傳輸系統(tǒng)主要用在急診部門、住院部門和行政管理部門中,采用AIX服務(wù)器操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫采用的是Oracle。醫(yī)囑傳輸系統(tǒng)具有自動(dòng)更新升級(jí)的功能,系統(tǒng)管理員將新的更新文件程序上傳到FTP服務(wù)器后,醫(yī)囑傳輸系統(tǒng)的程序在啟動(dòng)時(shí)就會(huì)檢測到新版程序信息,程序會(huì)自動(dòng)完成下載和安裝的過程。(2)醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的軟件開發(fā)商和OCS不同,它采用的是SQLserver數(shù)據(jù)庫。這種系統(tǒng)可以將患者的檢驗(yàn)樣本經(jīng)過儀器的檢測后計(jì)算出相關(guān)檢測數(shù)據(jù),通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將檢驗(yàn)報(bào)告?zhèn)鞯结t(yī)生工作的計(jì)算機(jī)中,這樣醫(yī)生可以及時(shí)、快捷的看到病人的檢查結(jié)果。(3)醫(yī)學(xué)影像歸檔與通信系統(tǒng)(PACS)可以對圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和處理,它是PACS系統(tǒng)的主要組成部分。醫(yī)學(xué)影像歸檔與通信系統(tǒng)采用的是SQLServer數(shù)據(jù)庫,是基于JAVA系統(tǒng)運(yùn)行的。該系統(tǒng)需要利用數(shù)據(jù)庫中間表來和OCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。
3.3虛擬化系統(tǒng)在醫(yī)院中的實(shí)際運(yùn)用。(1)醫(yī)囑傳輸系統(tǒng)(OCS)是將醫(yī)囑信息進(jìn)行數(shù)字化,醫(yī)院的其他任何診療信息都是源自醫(yī)囑信息。在醫(yī)囑信息經(jīng)過一系列傳輸過程后會(huì)產(chǎn)生一定的診療結(jié)果和治療費(fèi)用,因此,醫(yī)囑傳輸系統(tǒng)在醫(yī)院日常業(yè)務(wù)管理中具有重要的作用。醫(yī)囑傳輸系統(tǒng)能夠提高醫(yī)院的工作效率,提高了工作的安全性以及穩(wěn)定性。(2)PACS和LIS主要涉及專門的就診工作,因此需要和相關(guān)的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,而且PACS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量很大。因此,PACS和LIS也是屬于醫(yī)療系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分,在運(yùn)行過程中應(yīng)該采用獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備以及專門的服務(wù)器。(3)在醫(yī)療系統(tǒng)中還存在其他的業(yè)務(wù)系統(tǒng),這些系統(tǒng)包括醫(yī)院內(nèi)部的郵箱服務(wù)、醫(yī)保信息服務(wù)、掛號(hào)和繳費(fèi)服務(wù)等等。這些系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫各有不同,服務(wù)器的配置也不高,運(yùn)行時(shí)只占用少量的空間。
4結(jié)束語
1.1視頻監(jiān)控方式
視頻監(jiān)控模式主要采用的是在醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)生房間、患者病房、開刀室、監(jiān)護(hù)病房處設(shè)置監(jiān)控?cái)z像頭,通過監(jiān)控中心的監(jiān)控系統(tǒng)對房屋內(nèi)外部進(jìn)行全面的監(jiān)控、在醫(yī)療機(jī)構(gòu)的院、科等各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)可以直接在辦公室或者其他重要的工作人員直接進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)查看到監(jiān)控的場景,并能夠統(tǒng)一的管理和處理各種相關(guān)事務(wù)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崟r(shí)的查看到醫(yī)院的最新情況,管理層能夠不出門就能夠處理各種相關(guān)的內(nèi)容,甚至主治醫(yī)生能夠在遠(yuǎn)處可以緊急處理多起急診患者。這能極大的方便醫(yī)生解決問題的時(shí)間和提升醫(yī)院的管理效率。
1.2數(shù)據(jù)監(jiān)控方式
數(shù)據(jù)監(jiān)控方式主要是指使用大型的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控,數(shù)據(jù)監(jiān)控關(guān)鍵點(diǎn)在于通過實(shí)施獲得患者的信息。醫(yī)療專家等在辦公室或家中,只需連入英特網(wǎng),便能方便實(shí)時(shí)查看醫(yī)療機(jī)構(gòu)的監(jiān)控信息,達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)督和管理的目的;監(jiān)控系統(tǒng)還可以在特殊情況下向公安機(jī)關(guān),上級(jí)部門等提供接口,讓這些機(jī)構(gòu)部門可以查看監(jiān)控的歷史資料和實(shí)時(shí)監(jiān)控資料;實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2計(jì)算機(jī)技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)控應(yīng)用展望
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提升,大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨,計(jì)算機(jī)技術(shù)對于醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)提出更多的想象與發(fā)展空間,其不僅能夠進(jìn)一步帶動(dòng)醫(yī)院的管理,而且能夠提升以下幾點(diǎn)的服務(wù):
2.1提升醫(yī)療機(jī)構(gòu)的日常監(jiān)控管理應(yīng)用
對于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的日常內(nèi)部監(jiān)控和管理,主要是指醫(yī)院的安保工作,通過大數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算,及時(shí)的對醫(yī)院中出入口、手術(shù)室、停車場等重要場所進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,及時(shí)返回,讓醫(yī)院的處于安全的保護(hù)當(dāng)中,也有利于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。
2.2提升醫(yī)院的掛號(hào)、收費(fèi)的簡潔應(yīng)用
在醫(yī)院的流程當(dāng)中,醫(yī)生開出處方,門診操作員將病人的項(xiàng)目輸入電腦,并給病人打印發(fā)票,寫清楚收費(fèi)明細(xì)。在病人進(jìn)入醫(yī)院之后,病人就處于整個(gè)計(jì)算機(jī)管理監(jiān)控過程中,直至病人出院系統(tǒng)都會(huì)將其開藥品、單據(jù)等詳細(xì)保存至計(jì)算機(jī)當(dāng)中,從中減少了醫(yī)生查詢歷史病歷溝通的環(huán)節(jié),有利病人的醫(yī)療。
2.3提升醫(yī)院病區(qū)管理方面的應(yīng)用
在病區(qū)管理中,病區(qū)管理系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控病區(qū)病人的情況,通過醫(yī)囑管理系統(tǒng)將醫(yī)生的要求直接進(jìn)行管理,并實(shí)時(shí)安排護(hù)理人員按照時(shí)間點(diǎn)去查看病人情況、更換輸液,并能夠通過監(jiān)控直接反饋到專屬醫(yī)生當(dāng)中,以便醫(yī)生能夠更好的了解病患當(dāng)前情況,對癥下藥。
2.4提升藥品管理方面的應(yīng)用
監(jiān)控系統(tǒng)對于藥品管理系統(tǒng)是非常廣泛和嚴(yán)格的,從藥品的計(jì)劃、采購、入庫、調(diào)價(jià)、領(lǐng)藥、消耗、到期等的監(jiān)控都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理,藥庫通過把藥品的信息錄入電腦,讓電腦將當(dāng)前藥品的庫存、藥品信息、以及門診收費(fèi)金額等多種信息傳遞到各個(gè)科室,讓醫(yī)生在開藥的同時(shí),清楚了解此次開單需要花費(fèi)的金額,也讓患者能夠更加清楚的了解整個(gè)醫(yī)療過程中的花費(fèi)。這不但有利于病的醫(yī)治,也降低了醫(yī)療糾紛的產(chǎn)生。
2.5提升遠(yuǎn)程醫(yī)療方面的應(yīng)用
在當(dāng)前遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí),專家通過遠(yuǎn)程觀看手術(shù)畫面,在遠(yuǎn)程就可以和現(xiàn)場的醫(yī)生討論和實(shí)施醫(yī)療方案、指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行。這讓醫(yī)療更加簡單和方便。然而我們可以預(yù)想未來在家就可以讓專家給自己看病,這種方式無疑更加會(huì)提升醫(yī)院的管理效率。
2.6提升遠(yuǎn)程教育方面的應(yīng)用
在醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)當(dāng)中,醫(yī)療遠(yuǎn)程教育也是臨床教學(xué)的重要方向,由于醫(yī)院的環(huán)境有限,醫(yī)生們無法通過實(shí)地的教育讓更多的學(xué)生進(jìn)入到醫(yī)院進(jìn)行同等的學(xué)習(xí),而采用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式,能夠讓更多的實(shí)習(xí)生參與到手術(shù)、現(xiàn)場醫(yī)療的學(xué)習(xí)當(dāng)中實(shí)時(shí)學(xué)習(xí),這擺脫了傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制,也提高了實(shí)踐教學(xué)的安全系數(shù)。
3結(jié)束語
使用秘密共享技術(shù)可利用多個(gè)數(shù)據(jù)中心形成低成本的醫(yī)療數(shù)據(jù)云,實(shí)現(xiàn)云計(jì)算時(shí)代的數(shù)據(jù)管理要求,即不需要自己保管關(guān)鍵數(shù)據(jù),有安全的地方保存關(guān)鍵數(shù)據(jù),任何地點(diǎn)、任何時(shí)間可使用數(shù)據(jù),僅合法用戶可訪問數(shù)據(jù),降低初始投資和運(yùn)營成本,確保業(yè)務(wù)的持續(xù)性。秘密共享也是一種加密技術(shù)。以Shamir[1]的(k,n)門限秘密共享方案為例,其原理是將秘密消息加密并分割成n個(gè)分享份額后分布存儲(chǔ)到不同的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心,多個(gè)數(shù)據(jù)中心構(gòu)成低成本的醫(yī)療數(shù)據(jù)云。每個(gè)數(shù)據(jù)中心存放的單個(gè)分享份額看起來毫無意義,傳輸和存儲(chǔ)不再需要額外的機(jī)密性保護(hù),秘密只能從不同數(shù)據(jù)中心收集滿任意k個(gè)組成的授權(quán)子集中得以恢復(fù),而對于不足k個(gè)分享份額的非授權(quán)子集,即使擁有無限計(jì)算能力和無限大的存儲(chǔ)器也無法恢復(fù)秘密,因?yàn)槊孛芄蚕砑夹g(shù)的安全性不像傳統(tǒng)加密技術(shù)那樣基于復(fù)雜的計(jì)算,而是基于信息理論,所以可保證秘密的長期安全性,目前主要用于安全要求較高的密鑰管理方面。此外,n個(gè)分享份額具有冗余性,即使任意(n-k)個(gè)分享份額遭到損壞或因網(wǎng)絡(luò)故障不能獲取,也能從其余的k個(gè)分享份額中恢復(fù)出秘密,這可保證業(yè)務(wù)的持續(xù)性。秘密共享方案可以是完美的,也可以是不完美的。(k,n)門限方案具有完美的安全性,即少于門限值k個(gè)的分享份額得不到原始消息的任何信息,完美方案的缺點(diǎn)是每個(gè)分享份額的長度≥原始消息的長度,即所有分享份額的總?cè)萘俊菰枷⒌膎倍,如果用于數(shù)據(jù)量很少的密鑰共享是沒有問題,目前實(shí)際應(yīng)用的幾乎都是完美秘密共享方案,但對于數(shù)據(jù)量較大的醫(yī)療數(shù)據(jù)管理來說,效率和安全一樣重要。
二、提高秘密共享技術(shù)的效率
要提高秘密共享技術(shù)的效率首先可從算法入手,目前典型的秘密共享算法是Shamir[1]的多項(xiàng)式插值法,這種算法的優(yōu)點(diǎn)是不管(k,n)門限方案中k和n取什么值,都能用通用的公式實(shí)現(xiàn)加密和解密。有作者提出了(k,n)門限方案的異或運(yùn)算方法[2-4],異或運(yùn)算的效率要比多項(xiàng)式插值法高很多,這種方法沒有通用的加密或解密公式,不同的k和n取值,需設(shè)計(jì)不同的加密和解密方法,這使得加密和解密方法也成了秘密的一部分,雖然通用性不高,但安全性更高。Yamamoto[5]提出的(k,L,n)秘密共享方案可大幅減少計(jì)算量和傳輸量,該方案被設(shè)計(jì)成1個(gè)原始消息s可從n個(gè)分享份額中的任意k個(gè)分享份額獲得重構(gòu),從任何(k-L)個(gè)或更少的分享份額中得不到原始消息的任何信息,但可能會(huì)從(K-j)(其中,j=1,2,…,L-1)個(gè)分享份額組成的跳板(Ramp)集合中獲得一點(diǎn)兒有關(guān)原始消息的信息,由于該方案可能會(huì)犧牲一點(diǎn)安全性,所以被稱為不完美的秘密共享。但根據(jù)對已有(k,L,n)方案的具體算法的研究發(fā)現(xiàn),Ramp集合的不安全性是可以避免和消除的。此方案的優(yōu)點(diǎn)是:每個(gè)分享份額的位長是原始消息長度的1/L,所有分享份額的總?cè)萘拷禐樵枷⒌膎/L,這將使計(jì)算量和傳輸量比(k,n)方案降低大約L倍。(k,L,n)方案的概念自提出以來,根據(jù)廣泛的國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索結(jié)果顯示,目前國際上實(shí)際的應(yīng)用案例還非常少,迄今還沒發(fā)現(xiàn)任何醫(yī)院使用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)安全管理。
三、秘密共享服務(wù)軟件
我們開發(fā)了秘密共享服務(wù)測試軟件,使用了異或運(yùn)算的(3,2,4)Ramp秘密共享技術(shù),發(fā)現(xiàn)該技術(shù)完全可勝任大容量醫(yī)療數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)。該秘密共享服務(wù)軟件可為用戶提供遠(yuǎn)程備份、遠(yuǎn)程訪問、共享與交換等醫(yī)療數(shù)據(jù)的安全管理功能。用戶通過常規(guī)方式在指定文件夾中存儲(chǔ)1個(gè)文件,該文件就會(huì)被自動(dòng)加密并分割成4個(gè)子文件,子文件又被分布存儲(chǔ)到4個(gè)數(shù)據(jù)中心,每個(gè)數(shù)據(jù)中心存放的單個(gè)子文件毫無意義。用戶隨時(shí)隨地再次登錄并打開文件時(shí),秘密共享服務(wù)軟件又自動(dòng)從不同的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心收集任意3個(gè)子文件,恢復(fù)出原始文件,同時(shí)相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)開啟,文件又可被編輯和瀏覽。任何一個(gè)子文件遭破壞或因網(wǎng)絡(luò)故障無法獲取,也不會(huì)影響文件的恢復(fù)。將秘密共享服務(wù)軟件用于醫(yī)療數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程備份可兼顧安全性和冗余性,從而保證業(yè)務(wù)的持續(xù)性;用于遠(yuǎn)程訪問可使遠(yuǎn)程工作者無需隨身攜帶數(shù)據(jù),隨時(shí)隨地通過賬號(hào)遠(yuǎn)程登錄秘密共享服務(wù)文件夾抽取數(shù)據(jù);通過多用戶共享1個(gè)秘密共享文件夾可為多用戶或多機(jī)構(gòu)的醫(yī)療數(shù)據(jù)交換與共享提供多一種選擇。
四、秘密共享方案的優(yōu)勢