3. 数字化工程总体架构

康复训练方案数字化工程不是把纸质处方简单录入电脑，而是要让“医生开的方案”能够被系统理解、被设备执行、被数据回传、被疗效评估。要做到这一点，必须先把整个系统拆成职责清晰、接口稳定的若干层。本节采用四层架构：数据层、算法层、应用层、集成层，并明确它们与医院信息系统（HIS、EMR、LIS/PACS）以及康复设备之间的接口关系。

一、四层架构的职责划分

数据层是整个工程的地基，负责“存什么、怎么存、存多久”。它包含三类数据：患者主数据与诊断信息（来自 HIS/EMR）、康复评估与训练过程数据（来自评估量表、可穿戴传感器、康复设备）、方案与执行记录（处方内容、实际完成度、不良事件）。数据层通常采用关系库存结构化数据（患者、处方、评估得分），用时序库存高频信号（关节角度、肌电、压力分布，采样率可达 100～1000 Hz），用对象存储保存影像与视频。关键设计是统一患者标识：以 HIS 的患者 ID 为主键，避免同一患者在多个子系统中“一人多号”。

算法层负责把原始数据变成可用的判断。典型算法包括：评估量表自动计分、运动学参数计算（关节活动度 ROM、步态对称性）、异常动作识别、训练难度自适应调整、疗效趋势预测。算法层不直接面向用户，它通过标准化函数接口被应用层调用，输入是数据层提供的结构化记录，输出是评分、标签、建议参数。例如输入一段膝关节屈伸角度序列，输出“屈曲 0～95°，伸展滞后 8°，建议增加终末伸展训练”。

应用层是医生、治疗师、患者直接接触的部分，包括方案编辑、训练任务下发、实时监控、疗效报告、患者端 App。应用层不关心数据存在哪里、算法怎么算，只负责交互与业务规则，例如“同一患者每日训练不超过 3 次”“疼痛评分≥7 分时暂停并提醒治疗师”。

集成层是连接内外的“插座与转换器”，负责与 HIS/EMR 交换患者与医嘱、与康复设备交换控制指令和状态数据、与第三方平台交换标准格式。它解决协议差异（HL7 v2、FHIR、厂商私有协议）、数据格式差异（JSON、二进制帧）和时序差异（同步请求、异步消息）。

二、与医院信息系统的接口关系

与 HIS/EMR 的接口主要解决三件事：取患者、取医嘱、回写执行。取患者通常通过患者 ID 或住院号查询，返回姓名、性别、年龄、诊断、过敏史等；取医嘱是获取康复科开立的治疗项目与频次；回写执行是把实际训练时间、完成次数、疼痛评分写回 EMR，供医生查阅。接口方式上，若医院支持 FHIR，可用 Patient、ServiceRequest、Procedure 资源；若只支持 HL7 v2，则用 ADT 消息同步患者、ORM 消息接收医嘱、ORU 消息回传结果。集成层需要做字段映射，例如把 HIS 的“治疗项目代码”映射为本系统的“训练方案模板 ID”。

三、与康复设备的接口关系

康复设备接口分两类：控制类与采集类。控制类接口把方案参数下发给设备，例如等速肌力训练设备接收“角速度 60°/s、屈曲 0～90°、重复 10 次、组数 3”；采集类接口把设备状态和过程数据回传，例如实际完成角度、力矩峰值、疲劳指数。常见协议包括厂商私有串口/网口协议、Modbus TCP、以及部分设备提供的 REST API。集成层需要处理采样率差异：设备可能以 200 Hz 上报角度，而应用层只需每秒一个汇总值，因此要在集成层做降采样或窗口聚合。

四、一个可落地的接口配置示例

假设某康复科要接入一台步态训练设备，设备通过 TCP 发送 JSON 行协议，每 50 ms 一帧。集成层配置如下（示例参数，非实测）：

{
  "device_id": "GAIT-001",
  "protocol": "tcp-json-line",
  "host": "192.168.10.21",
  "port": 9100,
  "sample_interval_ms": 50,
  "fields": {
    "left_knee_angle": "float",
    "right_knee_angle": "float",
    "cadence": "float",
    "step_symmetry": "float"
  },
  "aggregation": {
    "window_sec": 1,
    "output": ["mean", "max", "min"]
  },
  "mapping": {
    "patient_id": "from_session_context",
    "plan_id": "from_task_dispatch"
  }
}

这段配置说明：设备每 50 ms 上报一次左右膝角度、步频和对称性；集成层按 1 秒窗口聚合出均值、最大值、最小值，再写入数据层；患者 ID 和方案 ID 来自当前训练会话上下文，而不是设备本身。这样算法层拿到的就是“每秒一条、带患者标识”的干净记录，可直接计算步态对称性趋势。

五、分层带来的部署与排障优势

分层之后，部署可以按层独立进行：数据层先建库建表，算法层以容器方式部署，应用层走 Web 前端，集成层单独配置接口。排障时也能快速定位：如果医生看不到患者列表，先查集成层与 HIS 的接口日志；如果训练数据缺失，先查设备到集成层的连接状态；如果评分异常，先查算法层输入字段是否完整。每一层都有明确的输入输出契约，避免“一改全改”。

总体来看，四层架构把“数据从哪来、怎么算、给谁用、怎么连”拆成可独立演进的模块。数据层保证可追溯，算法层保证可复用，应用层保证可交互，集成层保证可对接。只有四层职责清晰、接口稳定，康复训练方案才能真正从纸面走到设备旁，再回到医生的决策中。