基于Echarts技术的糖尿病病理数据可视化系统的设计

张枝令 阮群生

（宁德师范学院信息与机电工程学院 福建省宁德市 352100）

1 引言

伴随着人们生活方式的不断改变，糖尿病的患病率也在与日俱增[1]。除了药物上的治疗以外，进行开展糖尿病患者健康管理的重要性也在日益凸显[2]。信息可视化技术可以辅助医疗人员实现数据处理的简化，将糖尿病患者复杂庞大的病理数据用更一种直观的方法来表达，从而达到减轻医疗人员工作负担，提升医疗系统效率的最终目标[3-4]。

按糖尿病患者管理系统功能层层递进的角度，可以将国内外主要的管理系统分为三类[5-13]：第一类，自我管理，其将主要重心放在为患者提供血糖相关数据的记录上，并进行相关控糖知识的介绍。第二类，自我管理+沟通管理，在实现核心功能的基础上，接入了医生问诊服务和社交服务。第三类，自我管理+沟通管理+第三方服务。通过分析可知，国外糖尿病患者管理系统将主要的核心功能放在了自我管理的这个模块，没有过多得加入沟通管理功能以及第三方服务；相比之下，国内的糖尿病患者管理系统提供的功能比较全面，在自我管理的基础上，会融合沟通管理以及第三方服务等功能。

本文针对糖尿病数据可视化需求，全面阐述系统的设计技术和策略，籍此为糖尿病病理数据可视化系统的研发提供借鉴。

2 系统需求分析

本系统针对的目标用户主要是糖尿病慢性病的相关医疗人员，包含医生和护士，以及拥有相关从业资格证的工作人员等。这部分人员拥有专业的医疗知识，并且多年与糖尿病患者打交道，有丰富的糖尿病管理实践经验。同时，由于本文国家的医疗系统的现状，这部分人的时间压力往往比较大，需要有能够帮助他们进行诊断，分析病情的工具。

当前，糖尿病这种疾病已然成为摆在全世界人类健康危机面前的非传染性疾病之一[11]。在本文国家，糖尿病患者的统计数量正在随着年份地增长而增长，本文国家已经成为这个世界上糖尿病患者数量最多的国家[14]。糖尿病患者管理系统能够帮助糖尿病患者进行更好的自我管理，也能帮助医疗人员进行辅助管理，还有利于社会第三方接入相关的服务功能。但是大多数糖尿病患者管理系统的医生服务端都将重点放在了与患者的远程问诊上，而缺少了对医生端的诊断的辅助。现在医生的时间普遍比较紧张，想要了解患者信息就只能通过传统的医疗数据报告，需要反复地查看患者的血糖数据，各项指标和并发症概率，而人脑对于书面信息的处理没有视觉信息处理来的容易，将复杂的医疗数据可视化，能够加快医生和患者沟通的效率，提高医生分析数据的速度，更好地从结果追溯原因，进行分析和决策。医疗人员想要通过糖尿病患者管理系统查看相关病患的各项身体指标，更直观地了解患者的身体情况，并且快速地与患者进行沟通联系。同时，医院方面也希望整合所拥有的全部患者各项数据，从整体上摸清所有患者的管理情况，从而掌握医院乃至当地的糖尿病患者大样本分析，寻求糖尿病更高效优秀的管理模式。所以，在这个基础上，本文充分利用互联网终端的广泛应用和平台优势，设计一款面向医疗人员的糖尿病患者管理系统，辅助医疗人员进行糖尿病患者的管理。可视化分析与线上管理相结合，满足医疗人员进行单一患者的病情的快速分析，也满足医疗人员掌握糖尿病患者整体管理情况的需求。

本系统依托医疗人员专业的知识和丰富的临床经验，解决糖尿病患者数据利用率低的问题，进行可视化系统的开发，简化医疗人员的信息处理步骤，提高诊断管理的效率，充分挖掘糖尿病患者大样本数据的医疗价值，进而达到帮助患者稳定血糖的目的。系统功能用例图如图1所示。

图1：系统功能用例图

3 系统设计

（1）软件体系架构设计。可以把系统进行分层设计，每层中模块的逻辑功能独立，这样有利于系统的维护，亦有利于系统功能升级换代。在用户层上，系统使用用户仅需安排少量的支持系统运行结果可视化的插件，安装常见的浏览器软件，用户本机可连接英特网前提下，用户即可操作系统功能模块。在应用层上，设计有患者信息查询、其它信息查询、个人中心、患者管理等子模块，其中前三者与信息可视化系统设计数据交互接口，子模块运算的结果由可视化系统进行三维展示，患者管理由通讯信息接口同医院MIS系统进行数据交互，以获取患者的资料。为获取医院MIS系统中的数据，应设计一个服务层，在该服务层上，应设计数据服务和通信服务组件，通过这两个组件为应用层提供不透明的数据和通讯服务。本系统总体架构设计如图2所示。

图2：系统架构

（2）系统技术路线设计。在设计本系统时，前端模块可使用VScode 来进行代码的编辑，开发和优化，使用Django基础架构[15]，利用原生前端开发工具和Bootstrap前端框架来进行前端页面的搭建，并使用Echarts可视化开发工具构建可视化图表，为医疗人员开发构建可视化系统。针对部分系统的数据，可使用Excel软件作为存储和交换的中间载体。系统设计技术路线直观表述如图3所示。

图3：系统设计技术路线

（3）系统核心功能模块设计。为了满足医生和患者两类用户的需求，系统核心功能模块可设计有患者管理、个人中心、患者信息查询等，其中患者管理又需设计查看患者信息、查看患者详情等子模块，患者信息查询又包括病症关系数据可视化、疾病关系可视化、患者数据交互等子模块。具体如图4所示。

图4：系统核心功能设计

4 系统实现与展示

由于系统功能模块较多，下面仅列出患者信息查询功能核心模块的实现情况。这个模块主要是从患者整体样本上进行数据的分析，包括患者样本中的数据比例，探寻年龄段和以及性别是否与并发症有关，以及不同疾病之间的共性，从而达到挖掘大样本数据的价值。主要分为以下三个模块：

（1）数据分布。主要是由三个饼图构成，虽然肉眼对面积的大小不敏感，在大部分情况下都是用柱状图来代替饼图进行展示[16]，但是有一种情况比较特殊，就是在成分较少且用来表示占比的情况下，本文的数据分布主要就是用来表示比例：在性别分布图中，是为了表现出样本里男女的比例；在并发症分布图中，目的是体现患糖尿病视网膜病变这种并发症的比例；在异常指标分布图中，可以查看27个体检指标中异常的比例，同时，为了能够在异常指标中切换，本文还需要设计一个选择下拉框，能够让医疗人员选择想要查看的异常体检指标比例。部分界面设计如图5所示。

图5：数据分布

（2）不同年龄段的并发症比例柱状图和血压哑铃图。这部分主要是由两个图构成：

1.不同年龄段的并发症柱状图，在不同年龄段的并发症柱状图中，是为了体现不同性别在不同年龄段的患并发症比例，由于此处的成分比较多，所以不选择饼状图而是选择堆叠柱状图这种占比类图来表示不同部分数据在总体数据中的占比。在柱状图的基础上，还添加了两条折线图，因为折线图可以用来表达趋势[17]，所以分别用来表示不同年龄段中糖尿病的患病比例和患糖尿病视网膜病变并发症的比例，医疗人员可以借此探索分析这两种疾病与年龄之间的关系。因为在观察年龄段与并发症的时候可能要利用到患者的血糖数据，于是，在柱状图和血压哑铃图之间构造了一个关联，通过选择柱状图展示的年龄段，可以筛选在血压哑铃图中展示的年龄段数据。部分界面设计图如图6所示。

图6：不同年龄段的并发症柱状图

2.血压哑铃图。在这个部分中，还有一张血压哑铃图，主要是用来表示样本中患者的血压数据：血压有收缩压和舒张压，用绿色的节点来表示正常的收缩压和舒张压，为了能够更快速地提醒医疗人员，对于异常的收缩压，本文将绿色的节点更改为向上的红色箭头，而对于异常的舒张压，本文采用向下的橙色箭头用来警示。同时，用不同颜色的线条来表示有无并发症：橙色线条代表有并发症，蓝色线条代表没有并发症。在血压观察中，还有一个重要的指标是BMI数据，即身体质量指数，本文将BMI划分为三个层次：体重正常，体重过轻和体重过重，本文用节点的高低来表示BMI的大小，用颜色的深浅来区分体重的三个指标。在血压哑铃图中，医疗人员有时候需要按照不同的顺序来查看患者血压，所以在系统中添加的三种排序方式，分别是按ID升序，按年龄升序和按BMI升序。同时，为了方便医疗人员在发现异常的时候快速进行跳转，本文在坐标轴上添加了“查看详情”按钮，通过点击坐标轴就可以快速达到患者信息页，这样的操作过程相比于手动搜索能够更加简洁。部分界面设计图如图7所示。

图7：血压哑铃图

（3）疾病关系图。在进行糖尿病相关疾病的调研中，有时候为了找到它们之间的共性和个性，需要利用相关性来进行调查。关系图能够充分展示节点之间的相互联系的关系，本文用节点的大小来表示样本中患病人数的多少，用节点之间联系的粗细来表示样本中同时患两种疾病的人数的多少。同时，为了调研每种相关疾病与糖尿病及并发症的关系，在系统中设置了一个环状饼图，内圈用来表示患糖尿病视网膜病变并发症在患该疾病人群中的比例，外圈用来表示患糖尿病在患该疾病人群中的比例。根据需求分析，本文还需要能够按照相关疾病的重要性对疾病关系图的节点进行筛选，通过右上角的滑块，就可以实现按重要性筛选节点。同时，也可以点击图例，让医疗人员能够按自己需要的角度出发去查看疾病关系。部分界面设计图如图8所示。

图8：不同疾病之间的关系

5 结论

信息可视化的重点就是将定性定量的数据属性描述转化为图形表示，借助各种图像信息达到图形和图像的映射。将信息可视化利用到糖尿病管理系统上，能够优化医疗人员的工作体验，从大样本数据剖析，得到更优秀的血糖管理方案和管理计划。本文主要在围绕糖尿病数据可视化系统展开，首先介绍了该类系统的主要功能需求，接着从系统设计框架、系统设计技术路线及功能模块的设计等多角度，从技术层面，较为全面地阐述了系统设计内容。基于系统需求分析和系统设计基础上，本文实现了系统的功能模块，从系统运行实际结果表明，本文提出的方法较为合理，能够达到糖尿病患者基础数据的可视化要求。可为医生提供有价值的参考。未来工作是采用云端的方式储存数据，做到联机使用，开发APP版本以及小程序版本，使得系统能够被部署在手机、IPAD等便携式终端，以此方便用户的使用。