黃晞

(1.江蘇大學(xué)附屬武進(jìn)醫(yī)院， 江蘇 常州 213002；2.徐州醫(yī)科大學(xué)武進(jìn)臨床學(xué)院， 江蘇 常州 213002)

0 引言

由于人口結(jié)構(gòu)老齡化，人們對(duì)醫(yī)療健康的需求不斷上漲，醫(yī)療信息管理系統(tǒng)作為集信息管理、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科于一體的新興科學(xué)，在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)下，得到了廣泛應(yīng)用。作為現(xiàn)代化醫(yī)院運(yùn)營(yíng)的必要技術(shù)支撐和基礎(chǔ)設(shè)施，醫(yī)療信息管理系統(tǒng)是醫(yī)院以及人們生活中不可或缺的一部分[1]?；颊呷藬?shù)的增加導(dǎo)致了醫(yī)療信息數(shù)據(jù)也在呈幾何式增加，隨著醫(yī)療病案信息的逐年增長(zhǎng)，其海量數(shù)據(jù)的管理出現(xiàn)了急需解決的問(wèn)題，需要利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)醫(yī)療信息重新檢索并整理。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在西方國(guó)家有許多成功的醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用案例，且取得了醫(yī)學(xué)方面的研究成果，而現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)對(duì)于該技術(shù)的研究尚處在起步階段[2-4]。由于醫(yī)療信息的特殊性，且醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)量大又復(fù)雜，該方面的研究受到了一定程度的限制。為此提出本文研究，優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)水平，提高患者的滿意度。

1 醫(yī)療信息管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 控制器選擇

對(duì)于信息管理系統(tǒng)而言，其中心控制器的選擇是十分重要的，選取由STM32最小系統(tǒng)構(gòu)成的STM32F103ZET6型號(hào)控制器，通過(guò)各接口傳輸控制管理信息，并將其存儲(chǔ)到醫(yī)療數(shù)據(jù)庫(kù)中，具體實(shí)物，如圖1所示。

圖1 主控制器模塊實(shí)物圖

圖1中的控制器模塊采用三十二位Cortex-M3內(nèi)核的ARM微控制器，能夠?qū)⒐ぷ黝l率保持在72 MHz。其核心電路由微控制芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、電源穩(wěn)壓電路和晶振電路等部分構(gòu)成，具體電路設(shè)計(jì)情況，如圖2所示。

由圖2看出，電源穩(wěn)壓電路作為最核心的供電部分，能夠通過(guò)外部連接的5 V電源保證正常供給。利用晶振電路控制時(shí)鐘信號(hào)，在控制器運(yùn)行時(shí)，為其提供時(shí)鐘脈沖[5-7]。在此基礎(chǔ)上將讀寫(xiě)器模塊加以優(yōu)化，為后續(xù)的軟件設(shè)計(jì)提供支持。

圖2 電路設(shè)計(jì)圖

1.2 讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際情況，考慮醫(yī)療信息管理的實(shí)際需求，將讀寫(xiě)器部分的設(shè)計(jì)劃分為電源模塊、射頻模塊和控制模塊，如圖3所示。

圖3 讀寫(xiě)器模塊設(shè)計(jì)圖

由圖3可知，在原有讀寫(xiě)器模塊的基礎(chǔ)上，采用兩種不同頻段的射頻模塊，分別實(shí)現(xiàn)與無(wú)線數(shù)據(jù)中繼器以及管理終端間的通信。由于兩者的頻段特性與運(yùn)行要求皆不相同，利用對(duì)照比較，分析該模塊性能，如表1所示。

表1 433M與2.4G有源射頻識(shí)別模塊性能對(duì)比

由表1的對(duì)照分析得出:433M有源射頻識(shí)別模塊的傳輸距離遠(yuǎn)，且穿透力較強(qiáng)，能夠在復(fù)雜的醫(yī)療環(huán)境當(dāng)中完成通信任務(wù)；而2.4G有源射頻識(shí)別模塊的識(shí)別速度較快，且能夠有效減少串?dāng)_，其兩者各有特點(diǎn)，能夠結(jié)合實(shí)際需求，選擇更為合適的工作方式[8-10]。至此完成醫(yī)療信息管理系統(tǒng)硬件部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，設(shè)計(jì)其軟件部分。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的醫(yī)療信息管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

按照醫(yī)院的職能劃分，醫(yī)療信息管理問(wèn)題通常由信息科歸口統(tǒng)一處理，醫(yī)院的數(shù)據(jù)信息密集，且信息更新頻繁，所需要處理的信息量按照醫(yī)院業(yè)務(wù)，能夠劃分為患者信息、管理信息、業(yè)務(wù)辦理信息和醫(yī)療費(fèi)用結(jié)算信息四個(gè)部分，如圖4所示。

圖4 基本信息流向

圖4中的患者信息涵蓋了患者的診斷信息、檢查結(jié)果、住院信息以及手術(shù)或用藥情況等基本信息；業(yè)務(wù)辦理信息則包括了患者的預(yù)約，藥品的出入庫(kù)情況，以及患者的入院出院辦理時(shí)間；而管理信息則是根據(jù)業(yè)務(wù)辦理情況，實(shí)時(shí)記錄患者的流動(dòng)情況，身體狀態(tài)的恢復(fù)程度等；醫(yī)療費(fèi)用結(jié)算信息包括了在診治以及用藥、住院或手術(shù)等環(huán)節(jié)的具體花銷(xiāo)[11-13]。

2.1 基于數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在信息管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了該系統(tǒng)能否高效運(yùn)行。如今開(kāi)發(fā)的醫(yī)療信息管理系統(tǒng)普遍采用數(shù)據(jù)與控制分離的觀念，即為了方便對(duì)信息系統(tǒng)以后的業(yè)務(wù)調(diào)整和升級(jí)改造，使信息系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)的功能控制分離。為此，選擇了MVC模型，MVC模型分三層：模型層、視圖層和控制層，如圖5所示。

圖5 mvc三層結(jié)構(gòu)模型圖

其中，模型層主要實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的功能，處理其業(yè)務(wù)流程，制定其必須遵守的業(yè)務(wù)規(guī)則。視圖層主要用于界面展示，負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互，接受用戶請(qǐng)求，并展示處理結(jié)果?？刂茖邮且粋€(gè)中間層，是模型層與視圖層的橋梁，兩者通過(guò)控制層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和操作控制。在充分考慮到醫(yī)療行業(yè)的實(shí)際需求后，將所需要的數(shù)據(jù)信息在不同業(yè)務(wù)模塊中，經(jīng)過(guò)ETL處理，存儲(chǔ)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表當(dāng)中，形成不同主題的數(shù)據(jù)集市,如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)集市設(shè)計(jì)示意圖

對(duì)于每一個(gè)樣例e，計(jì)算其應(yīng)該屬于的類,如式(1)。

(1)

對(duì)于每一個(gè)類i，重新計(jì)算該類的質(zhì)心,如式(2)。

(2)

式中,K表示事先給定的聚類數(shù);ci∈{1,2,…,K}表示樣例e與K個(gè)類中距離最近的那個(gè)類，αi表示對(duì)屬于同一個(gè)類的樣本的質(zhì)心。

定義畸變函數(shù)，如式(3)

(3)

式中，J表示每個(gè)樣本點(diǎn)到其質(zhì)心的距離平方和，使其數(shù)值保持在最小范圍內(nèi)，將α與c同時(shí)收斂，使聚類結(jié)果達(dá)到局部最優(yōu)，依據(jù)概率強(qiáng)度以及關(guān)聯(lián)重要度實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 藥品進(jìn)銷(xiāo)存管理

醫(yī)療信息管理系統(tǒng)在存儲(chǔ)大量患者信息的同時(shí)，也會(huì)整理醫(yī)療器械以及藥品的進(jìn)銷(xiāo)存情況，其目的在于實(shí)現(xiàn)醫(yī)院藥品采購(gòu)銷(xiāo)售，庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)以及藥品分類等業(yè)務(wù)的自動(dòng)化管理，快速地對(duì)藥品情況統(tǒng)計(jì)分析，以此加強(qiáng)醫(yī)院的規(guī)范化管理，其具體管理流程，如圖7所示。

圖7 藥品進(jìn)銷(xiāo)存管理

藥品的進(jìn)銷(xiāo)存管理是每個(gè)醫(yī)院不可忽視的重要環(huán)節(jié)，為方便管理以及后續(xù)藥品使用情況的錄入與查詢，根據(jù)醫(yī)院資源配置的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)項(xiàng)定義表，如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)項(xiàng)定義表

根據(jù)上述數(shù)據(jù)項(xiàng)定義表能夠有效簡(jiǎn)化藥品進(jìn)銷(xiāo)存管理步驟，提高信息管理效率。藥品的盤(pán)點(diǎn)與庫(kù)存管理間聯(lián)系密切，藥品的盤(pán)點(diǎn)需要建立在庫(kù)存數(shù)據(jù)信息正確的前提下，并在完成盤(pán)點(diǎn)后更新庫(kù)存數(shù)據(jù)[14-15]。至此完成基于數(shù)據(jù)挖掘的醫(yī)療信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為測(cè)試所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的效果，提出如下對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

3 系統(tǒng)性能測(cè)試

為檢測(cè)將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療信息管理系統(tǒng)當(dāng)中后，該系統(tǒng)的性能變化，設(shè)計(jì)仿真對(duì)照實(shí)驗(yàn)，模擬醫(yī)院在運(yùn)用過(guò)程中，其信息管理系統(tǒng)的運(yùn)行情況，將所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間高并發(fā)模式下的數(shù)據(jù)吞吐量與其他兩種常規(guī)系統(tǒng)相比較，分析三者之間的差異性，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.1 測(cè)試準(zhǔn)備過(guò)程

由于患者的信息數(shù)據(jù)是受到國(guó)家法律保護(hù)的，為保護(hù)患者的個(gè)人隱私，實(shí)驗(yàn)中所采用的數(shù)據(jù)并非患者的真實(shí)數(shù)據(jù)。但為了保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性以及所得結(jié)果的真實(shí)性，在獲得醫(yī)院及患者準(zhǔn)許的前提下，利用醫(yī)院所提供的100名患者的真實(shí)信息數(shù)據(jù)，利用相關(guān)程序生成100萬(wàn)條模擬醫(yī)療數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)當(dāng)中,如圖8所示。

圖8 導(dǎo)入模擬數(shù)據(jù)

導(dǎo)入完成后開(kāi)始運(yùn)行系統(tǒng)，在登錄界面中完善相關(guān)信息,如圖9所示。

圖9 信息管理界面

模擬查看、修改、刪除、存儲(chǔ)等操作，記錄數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行情況，分析在高并發(fā)情況下的系統(tǒng)運(yùn)行情況。

3.2 結(jié)果對(duì)照分析

在上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備完成后，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，利用所準(zhǔn)備的100萬(wàn)條醫(yī)療數(shù)據(jù)，測(cè)試系統(tǒng)在超高并發(fā)下的數(shù)據(jù)吞吐情況，系統(tǒng)每隔10秒采集一次指令完成情況，得到測(cè)試結(jié)果，如圖10所示。

(a) 對(duì)照組1測(cè)試結(jié)果

圖10為所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間高并發(fā)模式下的寫(xiě)入數(shù)據(jù)吞吐量變化情況，與其他兩種常規(guī)系統(tǒng)的對(duì)比結(jié)果。由三者之間的對(duì)比能夠得知，常規(guī)的信息管理系統(tǒng)在并發(fā)數(shù)較低時(shí)能夠保障系統(tǒng)的順利運(yùn)行，但在高并發(fā)情況下，其寫(xiě)入速度明顯無(wú)法滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，對(duì)照組2的測(cè)試結(jié)果雖然比對(duì)照組1相對(duì)穩(wěn)定，但仍達(dá)不到所需標(biāo)準(zhǔn)。而將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，其數(shù)據(jù)寫(xiě)入速度雖然在執(zhí)行一段時(shí)間后開(kāi)始降低，但很快又趨于穩(wěn)定，且始終保持在可控制范圍內(nèi)，保障了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 總結(jié)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)中嶄露頭角，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在醫(yī)療管理方面應(yīng)用頻繁，患者信息的實(shí)時(shí)更新以及查詢?yōu)獒t(yī)療活動(dòng)提供了極大的便利，上述研究利用該技術(shù)，優(yōu)化了醫(yī)療信息管理系統(tǒng)，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的研究提供理論基礎(chǔ)，但由于研究時(shí)間不足，尚有部分內(nèi)容需要在后續(xù)研究中加以完善。