multi-distributed EMR tailored to hospital IoT

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K12673
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 竹村 匡正 兵庫県立大学, 応用情報科学研究科, 教授 (40362496)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 電子カルテ / 病院情報システム / 他分散型データベース

Outline of Annual Research Achievements

多くの病院で電子カルテシステムを含む病院情報システムが導入され、業務の効率化および質の担保に貢献している一方で、その高額な導入費用が問題となっている。これは、多くの診療業務が病院情報システムに依存する一方で、「電子カルテの三原則（真正性、見読性、保存性）」を中心とした、システムとしての質の担保が求められるため、旧来のリレーショナルデータベース等を利用したシステム構築を前提とすると高コストになってしまうということが考えられる。
一方で、NoSQLデータベースに見られるような、キーバリュー型のデータ構造を利用して、大規模なデータを高速に取扱うことが可能なアーキテクチャが提案されており、CAP定理に基づく一貫性、可用性、分断耐性を高度に担保しうる分散型アーキテクチャの提案もなされている。
よって、本研究ではNoSQL型分散型データベースを用いて病院情報システム（電子カルテシステム）を構築し、これまでの電子カルテシステムの三原則を満たしうるのかについての基本的な検討を行い、実装することを試みるものである。
本年度は、事前の検討として分散型NoSQLデータベースであるRedisを実装し、病院情報システムのデータモデルを検討した上で、どれくらい一貫性、可用性、分断耐性が担保できるのかについて検討を行った。データモデルとしては患者の時系列データのシリーズ、およびオーダー等を含む各カテゴリに基づくデータのシリーズとしてRedis上で取り扱った上で、大規模なデータの書き込み処理を行うことでデータの一貫性が担保できているか、またその書き込み速度等について検証を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実際にハードウェアによる分散環境の構築まではできなかったが、計算機上で仮想的にクラスターを構成し、実際に実装することができた。

Strategy for Future Research Activity

Redisの分散ロック機能を利用することで、リレーショナルデータベースにおけるトランザクション処理のような排他制御が行えており、データとしては一貫性が担保されていた。また、分散ロックを行わない場合に対しては読み込み・書き込み処理の速度は落ちるものの、一人の患者に対して1000人の医療従事者がアクセスを試みる実験においても秒間104リクエストを処理しており、病院情報システムとして実装可能であると考えられる。
今後は、実際の電子カルテの基本データ項目までデータ拡張し、かつ実際のシステムで実装されているデータ関連図を踏まえた上で、同様のパフォーマンスが出るのかを検討するとともに、GUIを実装した模擬電子カルテシステムを実装する。

Causes of Carryover

まず、基盤上でのパフォーマンスの測定を検討することとしたため、実際のサーバーサイドのクラスタ構築や、ネットワークを介した端末を踏まえたネットワーク環境の構築等を次年度に行うことにした。
構築したテスト環境においては、十分なパフォーマンスが確認できた。