本文通過分析現(xiàn)今主流的數(shù)據(jù)庫存儲模型,，對基于MML標(biāo)準(zhǔn)的電子病歷構(gòu)建存儲模型。針對對象一關(guān)系型和關(guān)系型2種存儲模型比較分析,，給出了基于MML標(biāo)準(zhǔn)的電子病歷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲模型設(shè)計方案,。
1 引 言
MML(Medical Markup Language)作為一套不同醫(yī)療信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換規(guī)格于1995年開發(fā)，是一套比較完整的使用XML結(jié)構(gòu)電子病歷交換標(biāo)準(zhǔn),，目前最新版本是3．0,。采用MML標(biāo)準(zhǔn)可以將基于異構(gòu)電子病歷的醫(yī)療信息系統(tǒng)很好的結(jié)合起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享,。
目前大多數(shù)采用電子病歷醫(yī)療信息系統(tǒng)的醫(yī)院都使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,，主要考慮到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有強(qiáng)大易用的查詢分析工具和易與醫(yī)院遺留系統(tǒng)整合的能力。但是由于基于MML的電子病歷映射到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫時,，原有的層次結(jié)構(gòu)信息將丟失,，此外關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對基于MML的電子病歷內(nèi)的嵌套和遞歸結(jié)構(gòu)支持也較弱。
2數(shù)據(jù)庫類型選擇
針對醫(yī)療信息系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn),，兩類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)操作是必須的：操作類型(例如,，統(tǒng)計、分析),；研究類型(例如,，查詢)。在分析應(yīng)當(dāng)選取何種類型的數(shù)據(jù)庫存儲模型作為研究對象時,，首要前提是要支持這兩類操作?，F(xiàn)有3種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以作為MML電子病歷的存儲模型，分別是XML原生數(shù)據(jù)庫,、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和對象一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,。
XML原生數(shù)據(jù)庫是專門為存儲XML數(shù)據(jù)設(shè)計的，支持DOM模型和斷言查詢,。但現(xiàn)在缺乏商業(yè)級的產(chǎn)品,，同時開發(fā)人員需要花費相當(dāng)?shù)臅r間來熟悉和適應(yīng)，在未來可能作為XML存儲的重要應(yīng)用但這里不作為分析研究的重點,。
對于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),，當(dāng)MML電子病歷映射到數(shù)據(jù)庫時，文檔內(nèi)在的層次關(guān)系將丟失,。這可能不影響操作類型的操作,，可是對審計跟蹤將有一定影響,。作為現(xiàn)在主流的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有豐富強(qiáng)大的查詢和分析工具,，各種優(yōu)化技術(shù)又使得性能高效,，因此將其作為研究MML電子病歷系統(tǒng)存儲模型的對象。
相比之下對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為較新的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),，其在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫之間搭起了一座橋梁,。對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫基于關(guān)系模型，存儲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)訪問都是基于標(biāo)準(zhǔn)的面向?qū)ο蟀姹镜腟QL,。因為引進(jìn)了OO概念,，對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫也附加了、繼承和多態(tài)等OO特性,。對象能存儲在表內(nèi)并包含方法,。由于擴(kuò)展了面向?qū)ο蟮奶匦裕С謴?fù)雜數(shù)據(jù)類型,，對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫比傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫更適合作為MML電子病歷的存儲模型,。
MML電子病歷包括各種檢驗表、圖形等對象需要專門的方法來查詢,，在這種情形下對象一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫就尤顯優(yōu)勢,。
3存儲模型設(shè)計和實現(xiàn)
采用傳統(tǒng)的ANSI三層數(shù)據(jù)庫模型(外層,、邏輯或內(nèi)層,、物理層)來設(shè)計MML電子病歷存儲模型。概念設(shè)計階段的目標(biāo)是構(gòu)造出獨立于具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫概念模式,。在邏輯層設(shè)計的過程中,，選用特定的數(shù)據(jù)模型將概念模式映射到邏輯模式。最后一步按照物理存儲結(jié)構(gòu)開發(fā)數(shù)據(jù)庫的規(guī)范,，底層算法用來設(shè)計執(zhí)行數(shù)據(jù)榆索和數(shù)據(jù)管理,。
3．1 基于MML電子病歷的ER模型
在概念設(shè)計階段采用廣為使用的實體一關(guān)系(ER)模型。根據(jù)MML電子病歷處理過程,，設(shè)計了包括3個實體和8種關(guān)系的模型,，3個實體分別為：Person，MML-emr和Organization,。
針對設(shè)計出的ER模型(見圖1),，町以選用對象導(dǎo)向的方法或傳統(tǒng)的純關(guān)系數(shù)據(jù)模型方法。下而將詳細(xì)討論對比兩種方法,，找出各自的優(yōu)缺點,。
3．2對象一關(guān)系型存儲模型設(shè)計
在將ER模型映射到對象一關(guān)系模型時，最直接的辦法是采用對象描述實體,。表1為Person對象及其對應(yīng)屬性,。
需要注意的是有4個屬性是對象數(shù)組用以表示PER-AON實體的多值屬性,。MML_emr和Organization對象和Person對象類似。ER圖中的關(guān)系也可映射為對象,，表2為3個實體之間的關(guān)系,。
ER模型中的多值屬性可以用VARRAYS或者嵌套表表示，嵌套表更適合對一組需求的查詢,，如果是要通過單個操作完成的組需求的話VARRAYS效率更好些,。
在對象一關(guān)系模型中，N∶M關(guān)系可以通過在嵌套表上添加REF(類似參考類型指針)實現(xiàn),。以MML電子病歷提供者provider和MML-emr之間的關(guān)系為例,。每一個oo_MML_emr包含有oo_provider的嵌套表，每個oo_provider屬性指向一個person對象,。在對象-關(guān)系模型中只需兩張表MML_emr和person就可以表示出這個N∶M的關(guān)系,。而在關(guān)系型模型中需要MML_emr，per-son和MML_emr_person三張表,。
l：M關(guān)系的實現(xiàn)在2種模型相似,，在對象一關(guān)系模型中使用REF類型，而在關(guān)系模型中使用外鍵,。
3．3 關(guān)系型存儲模型設(shè)計
采用標(biāo)準(zhǔn)算法將ER模型映射到關(guān)系型模型,。首先為ER模型中的每個實體創(chuàng)建1張表；再對ER模型中的每個多值屬性創(chuàng)建表,；1∶M類型的關(guān)系通過添加外鍵來實現(xiàn),；N∶M類型的關(guān)系使用單獨的表。由于基于MML的電子病歷包括大量的多值屬性和N∶M類型關(guān)系,，所以相對于對象一關(guān)系模型會產(chǎn)生大量的表,。
鑒于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在信息系統(tǒng)中的設(shè)計問題已經(jīng)有了詳盡深入的研究，這里就不詳細(xì)展開了,。
4 比較
在前述段落提到的分析結(jié)果我們認(rèn)為基于MML電子病歷的數(shù)據(jù)庫存儲模型的最佳選擇是對象一關(guān)系類型,。針對對象一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有2種設(shè)計方法，一種是把包括數(shù)據(jù)成員和方法的對象存儲到表中,；另一種是在只使用傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法不能滿足需求時才采用面向?qū)ο蟮姆椒▉聿僮鲗ο蟆?br />
就分別采用這2種方法設(shè)計和實現(xiàn)對象一關(guān)系模型過程中存在的問題和對執(zhí)行結(jié)果的分析來討論二者的優(yōu)劣,。
4．1 實現(xiàn)問題
對象關(guān)系模型創(chuàng)建的表的數(shù)量較關(guān)系型模型少許多，且使用基于對象方法的簡單表達(dá)式使得查詢也趨于簡單化,。但是對象方法要認(rèn)真設(shè)計實現(xiàn),，否則某些查詢因為沒有設(shè)計合適的對象方法將無法完成。
設(shè)計實現(xiàn)對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫時,，每個對象都要考慮采用何種類型,，是否使用用戶自定義類型(UDT)。對每個對象可能有的查詢／操作認(rèn)真分析,，據(jù)此設(shè)計用戶自定義函數(shù)(UDF),。例如,，通過名字Bob Smith查詢病人電話列表，下面列出對象一關(guān)系的SQL語句：SELECT o．phoneFROM oo．person o WHERE o．hasName(＇Bob＇,，＇Smith＇),；這里必須為oo．person對象設(shè)計該hasName自定義方法，不然將無法進(jìn)行此查詢,。在對象一關(guān)系模型中需要設(shè)計大量自定義方法,。在傳統(tǒng)關(guān)系型模型，該查詢可以通過下列語句實現(xiàn)：SELECT o．phone FROM person p,，person-name n person-phom o WHERE n．name＝＇Bob Smith＇AND n．id＝p．id AND o．id＝p．id,；需要連接3個表。
對象一關(guān)系模型中表的查詢／操作比傳統(tǒng)的關(guān)系型模型簡單直觀,，但是需要編程實現(xiàn)大量的自定義函數(shù),。此外由于N∶M關(guān)系是通過在對象中添加嵌套表或數(shù)組實現(xiàn)的，設(shè)計人員必須認(rèn)真考慮應(yīng)該將其添加到該關(guān)系相關(guān)的哪個對象上,。
4．2 時延分析
對兩個均包含100份MML電子病歷的對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較,。選取下面4組典型的數(shù)據(jù)庫操作分別在2個數(shù)據(jù)庫上運行，以比較性能：
(1)使用簡單搜索規(guī)則對單個病人進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索,，例如通過名字檢索病人數(shù)據(jù),；
(2)多病人數(shù)據(jù)檢索查詢；
(3)檢索MML emr tab表數(shù)據(jù)(不是病人數(shù)據(jù)),；
(4)增,、刪和更新數(shù)據(jù)。
使用Oracle9i實現(xiàn)2個數(shù)據(jù)庫,，共進(jìn)行13組操作,，每組運行5次取平均時間,。實驗結(jié)果表3所示,，對象一關(guān)系模型包含2列，2個版本的差別在于版本二只在必須的情況下使用用戶自定義函數(shù)(UDF),。Q1到Q3屬于分組一,，在兩種數(shù)據(jù)庫中都沒有使用UDF。Q4到Q6屬于分組二,，分別對oo_person_tab,，oo_organization和oo_MML表進(jìn)行多病人數(shù)據(jù)檢索查詢。以Q4為例,，該查詢需要掃描整個oo_person_tab表以便執(zhí)行hasName(),。Q4的時間復(fù)雜度為O(n)。使用類似hasName(),，hasID()等UDF的查詢依賴于表的行數(shù),。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫采用優(yōu)化技術(shù),，時間復(fù)雜度為O(log(n))，對對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化由于UDF非常復(fù)雜,，難于優(yōu)化,。Q7，Q8和Q9屬于分組三,，在對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫的2個實現(xiàn)中也同樣發(fā)現(xiàn),，版本二由于只在必須時使用UDF，執(zhí)行時延得以大幅縮短,。分組四同樣是使用UDF的緣故,，執(zhí)行效率傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)明顯高于對象一關(guān)系型。
5 結(jié) 語
設(shè)計層次上,，對象一關(guān)系模型因為表的數(shù)量比較少而顯得比較簡潔,，但設(shè)計的過程不如關(guān)系型模型直觀，設(shè)計人員需要認(rèn)真考慮對象間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)如何表示,。實現(xiàn)層次上,，對象一關(guān)系模型需要提供支持多值屬性和關(guān)系的搜索方法的具體實現(xiàn)，可以使用嵌套表或數(shù)組表示,；關(guān)系型模型則采用獨立表,，不需要設(shè)計人員編寫代碼。
查詢和執(zhí)行方面,，在對象一關(guān)系模型上的查詢表達(dá)式簡潔直觀,，但需要事先編程實現(xiàn)對象方法。傳統(tǒng)關(guān)系型模型的數(shù)據(jù)庫操作效率要高過對象一關(guān)系模型,。綜上,，因為基于MML的電子病歷系統(tǒng)的原型非常復(fù)雜，使用對象一關(guān)系型存儲模型可以簡化數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和實現(xiàn),，縮短開發(fā)周期,；同時可以結(jié)合傳統(tǒng)關(guān)系型的優(yōu)點，只在必須用用戶自定義方法的時候才使用UDF,，一方面可以提高執(zhí)行效率,；另一方面可以盡量避免因為沒有提供必要的UDF而不能執(zhí)行電子病歷靈活多樣的數(shù)據(jù)庫查詢操作