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基于4G的大型医疗设备日志数据采集系统

范文

许国泰陈兵余景原

摘要：该文阐述了一个基于4G的大型医疗设备日志数据采集系统，用于从当今医院中大量的高值医疗设备中采集日志数据，并加以整理挖掘，供医院获取其中有价值的部分。该系统包括了一个放在医院中的基于ARM处理器的智能盒子以及云服务器，盒子可以通过各种通信线路从医疗设备中读取日志，并通过4G网络发送到云服务器，服务器上配备有数据库可以存储日志数据，也可以进行数据挖掘并且生成报表供客户浏览。

关键词：医疗设备；日志；采集；智能盒子；云服务器；4G

中图分类号：TP331 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）21-0018-03

现今医院中拥有大量高值的大型医疗设备，如数字X光机、MRI（核磁共振）、CT（电脑断层扫描）、PET（正电子发射）、B超、摄片打印机、洗消机等等。这些设备在使用过程中会产生大量的日志数据，其中蕴含了许多有用的信息，但是往往被忽略，而只是静静地躺在医疗设备控制电脑的硬盘中。即使医院有意愿得到这些数据，在没有制造厂商的支持情况下，也往往没有能力获得。在此背景下，搭建和使用一个第三方的日志数据采集系统成为一件很有必要的事情。

1 系统架构设计

本系统的架构图如图1所示：

这是一个典型的物联网“边缘计算”应用场景，边缘计算设备为一个基于4G通信的盒子，盒子采用以太网、Wi-Fi、RS485、Zigbee等通信方式连接医疗设备和其他传感器（例如设备房间的温湿度计等）。盒子在采集到数据之后，经过本地处理，然后通过4G上传到云服务器，云服务器将数据存储在数据库中，以供日后数据挖掘使用。

如果医院需要经过处理的设备日志，既可以从本地盒子上通过特定程序来导出，也可以通过云服务器的程序从数据库中再次输出。

2 基于4G的日志采集盒子设计

2.1 系統架构设计

本系统中的日志数据采集盒子是一个使用ARM处理器为核心的嵌入式系统，其结构框图如下。

盒子在硬件结构上包括了ARM处理器、DDR RAM、EMMC Flash、BLE模块、USB接口、以太网接口、WIFI模块、UART接口、4G模块、电源管理、LED等，构成了一个功能强大的单板计算机系统。

盒子的软件资源采用Linux操作系统，内存容量在1G以上，Flash存储容量在8G以上，可以支持起大量的软件运行工作。

2.2 盒子上需要运行的软件规划

1）Linux系统；

2）设备驱动；

3）Ssh（安全加密传输）；

4）Wpa_supplicant（Wifi管理）；

5）Pppd（4G拨号管理）；

6）日志收集任务管理程序（自行开发）；

7）日志收集任务包程序（自行开发）；

8）任务包处理插件（自行开发）。

2.3 日志收集任务管理程序的功能设计

1）周期性的调度任务包程序的运行；

2）同云服务器的管理后台程序进行通信，对任务包程序进行管理、添加、删除、更新任务包并且配置需要的参数；

3）升级自身程序；

4）更新操作系统管理脚本；

5）通过心跳包将自身运行状态上报给管理后台。

2.4 日志收集任务包程序的功能设计

1）从设备采集日志并存储、上传；

2）调用任务包处理插件对采集到的日志进行处理。

2.5 任务包处理插件的功能设计

对日志信息进行过滤、筛选、处理并输出。对应的，调度结构设计如图3所示。

在任务包运行过程中，插件即可以是平行调用也可以是级联调用，如图4所示。

2.6 从医疗设备上获取日志数据的方法设计

大型医疗设备的控制电脑上通常采用日志文件、数据库等方式来保存日志数据，一般以日志文件居多。同时，大型医疗设备上通常携带ftp或者sftp服务，日志文件可以以这两种方式被访问到。

本文从医疗设备上获取日志数据的方法设计中，我们采用Python语言工具来完成，因为Python拥有相当多的组件，例如ftplib可以用于访问ftp服务，paramiko可以用于访问sftp，requests可以用于http访问（上传日志、下载配置），如此便可以方便地搭建任务包程序。

例如，在设计中，使用了ftplib编写ftp下载的函数，通过该函数可以将日志文件从某个偏移量位置开始下载到盒子的内存里。

Python同样拥有方便使用的正则表达式组件re，可以用于创建任务包处理插件，在此不再继续举例详述。

3 云服务器设计

如图5所示，云服务器实现了4G日志数据的接入，配备了数据库可以存储日志数据，可以进行数据挖掘并且生成报表供客户浏览，具体各组件设计和实现描述如下：

1）云服务器从4G网络接入。

2）Tomcat是Java Servlet容器，提供供盒子调用的Web API接口。

3）其中配置服务是给盒子提供任务包的配置，以及应用程序的升级之用；同时，盒子（日志收集管理程序）通过心跳报文将自身状态上报到这个接口。

4）配置服务后台数据库采用MySQL。

5）日志服务接口给盒子上的任务包提供上传接口，并将上传上来的日志存入MongoDB数据库（NoSQL）。

6）报表服务是通过网页的形式给用户提供可视化的统计报表，其具体呈现的内容根据客户需求而定。

7）数据挖掘服务则是以后台任务的形式运行，将挖掘的结果同样存入MongoDB，以供报表服务调用。

8）ftp服务器上存放了用于更新的任务包以及日志收集管理程序，在需要更新的时候，通过心跳包的返回报文通知日志收集管理程序，由日志收集管理程序登录到ftp上，下载并更新。

4 结论

本文所实现的基于4G的大型医疗设备日志数据采集系统可以从各种医疗设备中采集和汇总日志数据，分析、提取出其中有价值的部分，发挥其医疗辅助作用。本文所实现的智能盒子以及云服务器，不仅可以应用于医疗设备日志数据的采集、整理和存储，也可以推广应用到类似需要引入物联网技术，分布分散、数据品种多、数量大、具备数据挖掘意义的需求场景中，例如通信机房设备日志数据采集等等。

目前，本文所实现的基于4G的大型医疗设备日志数据采集系统已经投入小规模试用阶段，实际使用过程中也证明了该系统可以发挥较大的作用。

参考文献：

[1] 董建成. 我国医院信息系统现状及原因分析[J]. 中华医院管理杂志， 2003， 19（4）.

[2] 朱敏，代伟，闫雅凤. 医院信息管理数据采集质量控制对策[J]. 中国病案， 2010， 11（6）.

【通联编辑：张薇】

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