李思雨, 王曉華, 方 婷, 冉梅梅

1(貴州大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 貴陽 550025)

2(遵義醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院, 遵義 563003)

3(遵義醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校 網(wǎng)絡(luò)中心, 遵義 563006)

隨著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展, 各個組織的業(yè)務(wù)實現(xiàn)與其他外部組織的參與聯(lián)系越來越緊密, 對業(yè)務(wù)過程進行建模不僅可以描述各個任務(wù)之間的執(zhí)行順序和執(zhí)行關(guān)系, 還可以描述任務(wù)交互過程中的資源和約束條件. 直接建立業(yè)務(wù)過程建模將導(dǎo)致跨組織交互活動和私有活動之間的關(guān)系緊耦合, 不具備靈活性[1].

針對以上問題, 文獻[1]基于關(guān)注點分離原則提出了一種基于Petri網(wǎng)的多視角跨組織業(yè)務(wù)過程建模方法； 文獻[2]中結(jié)合Petri網(wǎng)和CCS提出了進程標(biāo)號遷移系統(tǒng)PLTS, 在支持業(yè)務(wù)過程協(xié)同的形式驗證的同時避免單一運用Petri網(wǎng)與進程代數(shù)建模業(yè)務(wù)過程時面臨的問題； 文獻[3]基于Petri網(wǎng)和pi演算提出了一種多視圖建模方法反映跨組織業(yè)務(wù)過程協(xié)同中所表現(xiàn)出來的自治、異步等特性. 但是以上研究都只對業(yè)務(wù)流程中的活動關(guān)系進行描述, 并未對其中涉及到的資源信息和約束條件進行表達(dá)； 而且隨著組織業(yè)務(wù)流程復(fù)雜程度的不斷增加, 基于Petri網(wǎng)的業(yè)務(wù)建模容易產(chǎn)生活動節(jié)點過多, 狀態(tài)空間爆炸等問題.

多色集合理論作為一種系統(tǒng)理論和信息處理的數(shù)學(xué)工具, 核心思想是使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型來仿真不同的對象及其元素間的層次結(jié)構(gòu)和復(fù)雜關(guān)系. 目前多色集合在路線規(guī)劃[4], 裝配序列規(guī)劃[5], 以及資源優(yōu)化配置[6]等方面都得到了廣泛的應(yīng)用. 同時, 多色集合在系統(tǒng)建模、復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)和關(guān)系描述、問題的形式化表示以及高效的計算機處理等方面也具有優(yōu)勢[6]. 冉梅梅等人[7]基于多色集合和多色圖構(gòu)建了醫(yī)院異常工作流處理模型； Gao等人[8]提出了基于多色集合理論的新的工作流動態(tài)變化和實例遷移方法, 對頻繁的工作流動態(tài)變化進行建模和描述； Zhao等人[9]采用多色集合理論的方法對模型中的對象、行為、約束以及相關(guān)關(guān)聯(lián)等信息進行形式化描述, 實現(xiàn)了故障行為模型的形式化描述同時也便于計算機表達(dá)和操作. 以上文獻對于多色集合的研究表明利用多色集合對組織的業(yè)務(wù)流程建模不僅能夠提高形式化描述的效率, 而且可以清晰地體現(xiàn)出各活動之間的關(guān)聯(lián)和約束關(guān)系； 基于多色集合的形式化可以更好地實現(xiàn)流程的推理且易于計算機進行實現(xiàn).

在現(xiàn)階段對電子病歷進行共享的研究中, 數(shù)據(jù)的集成和共享往往在跨組織環(huán)境中進行, 信息跨越不同的組織邊界進行交互. 本文擬提出一個跨組織支持電子病歷調(diào)度的數(shù)據(jù)交互平臺架構(gòu), 該平臺作為一個調(diào)度中心并不存儲電子病歷數(shù)據(jù), 只記錄醫(yī)院注冊、請求、服務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)、接收、使用電子病歷的相關(guān)信息,同時針對平臺支持下的電子病歷訪問模型進行研究.首先對多色集合和圍道矩陣的相關(guān)概念進行介紹； 從多個視角分別將跨組織電子病歷交互過程中各組織的內(nèi)部活動和外部活動以及業(yè)務(wù)過程中涉及到的交互資源提取出來, 根據(jù)其業(yè)務(wù)流程構(gòu)建圍道矩陣描述活動之間的關(guān)系； 最后根據(jù)組織之間的交互規(guī)則構(gòu)建外部活動—資源交互模型. 該模型具有良好的擴展能力, 同時能夠?qū)顒又g的約束關(guān)系進行描述.

1 多色集合理論

多色集合[10]作為傳統(tǒng)集合的擴展, 能夠?qū)险w本身及其組成元素同時涂上不同的“顏色”, 在表達(dá)出集合的整體性質(zhì)的同時體現(xiàn)出集合內(nèi)各個元素的性質(zhì)[7]. 多色集合由以下6個成分組成:

其中,A表示研究對象的集合,F(A)是對象的統(tǒng)一著色,F(a)表示集合中元素的個人顏色.

2 基于多色集合的跨組織建模

跨組織業(yè)務(wù)過程中, 私有活動作為組織內(nèi)部流程的內(nèi)部視角, 描述組織內(nèi)部進行信息交互時各個活動的依賴關(guān)系, 私有活動的進行只與組織內(nèi)部的資源信息有關(guān), 不參與和其他組織的交互； 交互活動的進行則需要組織之間滿足特定的資源交互進行觸發(fā). 對交互活動的抽取可以滿足在隱藏組織內(nèi)部的流程關(guān)系同時表達(dá)組織之間的活動關(guān)系.

2.1 基于多色集合的工作流活動之間的關(guān)系

定義工作流程圖中的活動集合為A,A={a1,a2,a3,···,an}, 各組織內(nèi)部活動節(jié)點之間執(zhí)行的順序關(guān)系表示為矩陣[A×A], 同時該矩陣也可以描述此時組織內(nèi)部的工作流程, 定義矩陣中的元素如下:

其中,

2.2 基于多色集合的交互活動定義

將跨組織交互業(yè)務(wù)過程中兩個組織的活動集合分別定義為A和B, 其中,A={a1,a2,···,ai,an},B={b1,b2,···,bk,bm}, [A×B]表示兩個組織活動之間的關(guān)系, 該活動矩陣可能并非是對稱矩陣, 活動ai可以觸發(fā)活動bj的執(zhí)行, 但是活動bj可能并不能影響活動ai的執(zhí)行.

如果abij的取值不為空, 表示活動ai需要與其他組織的活動bj進行交互, 執(zhí)行順序按照2.1節(jié)所述, 此時定義活動ai和bj為外部交互活動； 如果abij取值為空, 表示兩個組織之間的活動ai和bj的進行互不相干, 兩者沒有交互關(guān)系, 此時定義活動ai和bj為各組織的內(nèi)部活動. 根據(jù)矩陣[A×B]可以分別得到兩個組織的對外交互活動集合AO和BO.

2.3 基于多色集合集合的外部交互資源定義

由于資源的交互需要各組織中的活動進行交互來傳遞, 將跨組織業(yè)務(wù)交互過程中的資源信息定義為集合業(yè)務(wù)過程中的資源信息分為組織之間交互資源MO和 組織內(nèi)部資源MI, 資源m分 割為＜mO,mI＞. 定義交互活動和資源之間的矩陣為[＜AO×AO＞×M].

如果dij=1, 表示資源mj為各組織之間的外部交互資源, 兩組織交互時活動的進行需要對資源進行傳輸來觸發(fā)； 如果dij=0 , 表示資源mj為各組織內(nèi)部資源.

2.4 基于多色集合的組織間交互過程建模

在不同的業(yè)務(wù)場景中, 參與組織對外提供不同的交互活動, 根據(jù)不同的場景進行外部活動建模, 在組織內(nèi)部流程發(fā)生改變時并不會對其他交互流程產(chǎn)生影響,實現(xiàn)了各組織之間交互建模的弱耦合性. 分別提取各組織中的內(nèi)部活動集合AI, 交互活動集合AO, 內(nèi)部資源集合MI和交互資源集合MO. 以組織A和組織B為例,建立矩陣 [＜AO×BO＞×MO]描述A和B之間的交互過程.

其中,wij=1 時, 表示外部活動aOi和bOi之間的交互需要外部交互資源mOj的參與才能進行； 反之,wij=0時,外部活動aOi和bOi之 間的交互與外部交互資源mOj無關(guān).

3 醫(yī)院間電子病歷互訪平臺的跨組織工作流過程交互建模

跨組織電子病歷互訪平臺作為一個調(diào)度中心并不存儲電子病歷數(shù)據(jù), 由相關(guān)的醫(yī)院提供所需的病歷, 平臺只負(fù)責(zé)對用戶身份注冊進行審核, 對病歷請求進行審核轉(zhuǎn)發(fā), 轉(zhuǎn)發(fā)病歷并記錄電子病歷交互過程的相關(guān)信息； 在病歷的交互過程中需要得到患者的授權(quán), 保證患者對其病歷的控制權(quán).

在醫(yī)院間電子病歷互訪平臺的交互過程中:

(1)首先由醫(yī)院醫(yī)務(wù)處在平臺進行身份審核認(rèn)證；

(2)注冊成功以后當(dāng)病患在醫(yī)院就醫(yī)時, 病患提供身份證明；

(3)由醫(yī)生提交病歷訪問申請, 在申請中要添加能夠證實患者身份的信息；

(4)平臺進行身份審核確認(rèn)身份無誤后將病歷申請單轉(zhuǎn)發(fā)到被申請醫(yī)院；

(5)核實當(dāng)前該病歷是否被外借出去進行研究或已被他人作為診斷依據(jù)；

(6)當(dāng)病歷未被其他醫(yī)院申請作為診斷依據(jù)時, 響應(yīng)方醫(yī)院將病歷發(fā)送給平臺, 由平臺進行轉(zhuǎn)發(fā)；

(7)在病歷被接收并且確認(rèn)無誤后, 申請方醫(yī)院向平臺發(fā)送反饋確認(rèn)單, 由平臺轉(zhuǎn)發(fā)給響應(yīng)方醫(yī)院；

(8)最后要將整個過程中出現(xiàn)的錯誤、沖突等交互記錄生成相應(yīng)的記錄單保存在平臺中作為交互各方的交互證明和信譽憑證.

根據(jù)整體流程建立的交互過程圖如圖1所示. 在整個交互過程中, 涉及到的組織包括申請方醫(yī)院A, 交互平臺, 以及響應(yīng)方醫(yī)院B, 根據(jù)業(yè)務(wù)流程, 定義三者的業(yè)務(wù)集合以及涉及到的資源信息集合.

圖1 電子病歷互訪平臺交互過程

申請方醫(yī)院業(yè)務(wù)集合Q={q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8,q9}:q1醫(yī)生在醫(yī)務(wù)處認(rèn)證,q2醫(yī)務(wù)處在平臺認(rèn)證,q3完成注冊,q4病患就醫(yī),q5醫(yī)生經(jīng)醫(yī)務(wù)處發(fā)送病歷申請,q6病患接收并填寫驗證碼,q7接收申請結(jié)果反饋單,q8接收病歷 ,q9發(fā)送確認(rèn)反饋單.

響應(yīng)方醫(yī)院業(yè)務(wù)集合R={r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7}:r1醫(yī)生在醫(yī)務(wù)處認(rèn)證,r2醫(yī)務(wù)處在平臺認(rèn)證,r3完成注冊,r4核實病歷當(dāng)前狀態(tài),r5發(fā)送申請反饋單,r6發(fā)送病歷,r7接收反饋單.

交互平臺業(yè)務(wù)過程集合A={a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9,a10,a11,a12}:a1驗證醫(yī)務(wù)處注冊申請,a2接收病歷申請,a3發(fā)送驗證碼驗證病患身份,a4核實驗證碼,a5轉(zhuǎn)發(fā)病歷申請,a6接收申請反饋,a7轉(zhuǎn)發(fā)申請結(jié)果反饋,a8接收病歷,a9轉(zhuǎn)發(fā)病歷,a10接收反饋,a11轉(zhuǎn)發(fā)反饋,a12生成記錄.

資源信息集合M={m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7,m8}:m1身份信息,m2身份許可證明,m3病歷申請單,m4驗證碼,m5申請結(jié)果反饋,m6病人病歷,m7反饋單,m8記錄單.

3.1 組織內(nèi)部流程建模

在整個跨組織病歷訪問過程中, 包含申請方醫(yī)院A、交互平臺以及響應(yīng)方醫(yī)院B三個組織. 分別定義三者的私有流程為[Q×Q], [A×A]以 及[R×R].

3.2 組織間交互過程建模

根據(jù)各組織之間的活動交互關(guān)系, 建立交互矩陣[Q×A]和 [A×R].

以申請方醫(yī)院和平臺的交互過程為例, 平臺接受申請、驗證病患身份、轉(zhuǎn)發(fā)病歷、接收反饋確認(rèn)等活動和響應(yīng)方醫(yī)院并無交互, 屬于可以對響應(yīng)方隱藏的活動.

由此抽象出此時平臺的外部活動集合AOQ={a1,a2,a3,a4,a7,a9,a10}, 申請方外部活動集合QOA={q2,q3,q5,q6,q7,q8,q9}； 同理抽象出與申請方醫(yī)院交互時, 平臺的外部活動集合AOR={a1,a5,a6,a8,a11}, 申請方外部活動集合ROA={r2,r3,r4,r5,r6,r7}； 根據(jù)此時的交互流程圖,對于各組織內(nèi)部的資源狀態(tài)未知, 此時已知的資源m均涉及到了各組織與其他組織之間的活動交互, 因此此時MO=M.

針對不同的交互場景, 平臺進行不同的交互活動. 一方面, 平臺要和申請方醫(yī)院交互完成身份審核、接收申請等任務(wù)； 同時, 平臺還要和響應(yīng)方醫(yī)院交互完成病歷狀態(tài)驗證、轉(zhuǎn)發(fā)病歷等任務(wù). 因此, 定義申請方醫(yī)院A和交互平臺的關(guān)系矩陣為, 定義響應(yīng)方醫(yī)院B和交互平臺的關(guān)系矩陣為

由于多色圖模型能夠更加直觀地體現(xiàn)出整個業(yè)務(wù)過程, 因此根據(jù)以上活動關(guān)系矩陣, 得到跨組織電子病歷交互的多色圖模型如圖2和圖3所示. 使用多色圖中的節(jié)點來表示參與跨組織交互的活動, 使用多色圖中的邊來表示在兩個組織的交互過程中, 不同活動之間傳輸?shù)馁Y源, 同時這些資源中包含各自不同的屬性.如果兩個活動之間存在資源的傳輸, 那么兩個活動之間存在交互關(guān)系, 在多色圖中就體現(xiàn)為兩個活動之間存在一條邊； 若兩個活動之間不存在資源的交互, 則兩個活動之間不存在交互關(guān)系, 在多色圖中就體現(xiàn)為兩個活動之間不存在邊.

圖2 平臺和請求方醫(yī)院交互過程

圖3 平臺和響應(yīng)方醫(yī)院交互過程

4 結(jié)論與展望

本文針對跨域跨組織的電子病歷交互提出多醫(yī)院間電子病歷交互平臺, 基于多色集合和多種視角對業(yè)務(wù)過程進行建模. 根據(jù)各組織之間的交互流程, 利用多色集合圍道矩陣提取出各組織的私有活動和交互活動,以及交互過程中涉及到的交互資源, 從交互過程中各組織的不同交互視角進行形式化描述, 該建模方法能夠在描述出業(yè)務(wù)交互的同時, 對組織內(nèi)部流程進行隱藏, 實現(xiàn)當(dāng)組織內(nèi)部流程發(fā)生改變時, 外部活動交互不受影響, 以保證組織內(nèi)部流程的自治性和各組織之間的弱耦合.

基于多色集合的建模方法具有良好的可擴展性,能夠運用到其他跨組織業(yè)務(wù)交互中. 但在本文中并未對業(yè)務(wù)流中各活動的離散約束和連續(xù)約束進行表達(dá),在以后的研究中可以對當(dāng)前的二維圍道矩陣進行擴展,使用三維結(jié)構(gòu)的矩陣和三維可視化技術(shù)對業(yè)務(wù)流程中涉及到的離散約束和連續(xù)約束進行直觀、清晰的表達(dá).