王 丹，王 玫

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院 附屬同濟(jì)醫(yī)院，湖北 武漢 430030)

在我國(guó)醫(yī)療事業(yè)不斷發(fā)展的過程中，醫(yī)療信息化建設(shè)也在不斷發(fā)展。醫(yī)院經(jīng)營(yíng)管路模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)營(yíng)型、福利型，從經(jīng)驗(yàn)管理轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)范化、科學(xué)化管理。醫(yī)院信息化重要性備受重視，為了對(duì)醫(yī)院檢驗(yàn)設(shè)備、患者信息進(jìn)行管理，使用各種規(guī)范表達(dá)方式使對(duì)醫(yī)院患者信息需求理解統(tǒng)一，設(shè)計(jì)更加合適的體系結(jié)構(gòu)，使用最小的代價(jià)修改系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)醫(yī)院日常工作需求、流程進(jìn)行觀察。

1 信息管理的問題

醫(yī)院信息管理主要包括：(1)面向患者。主要包括患者就診信息和個(gè)人信息；(2)面向醫(yī)院內(nèi)部。包括醫(yī)護(hù)人員績(jī)效、病房、藥物等內(nèi)部信息統(tǒng)籌信息。目前，大部分醫(yī)院的信息統(tǒng)計(jì)管理都已經(jīng)構(gòu)成了完整的系統(tǒng)。

1.1 信息化建設(shè)問題

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，各行業(yè)都實(shí)現(xiàn)了信息化建設(shè)；但醫(yī)院信息化建設(shè)對(duì)比其他行業(yè)還存在問題。(1)醫(yī)院管理層忽視信息化認(rèn)知，無法在醫(yī)院開展信息化；(2)在信息化建設(shè)過程中需要硬件基礎(chǔ)，要投入大量的資金；但醫(yī)院經(jīng)費(fèi)應(yīng)用到醫(yī)療設(shè)備改造與提高醫(yī)療水平，信息化硬件投入不足，在缺失的硬件基礎(chǔ)上使醫(yī)院統(tǒng)計(jì)信息無法達(dá)到正常水平。

1.2 信息系統(tǒng)安全隱患

在科技不斷發(fā)展的過程中，醫(yī)院統(tǒng)計(jì)信息管理過于依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，方便了信息統(tǒng)計(jì)與管理，使醫(yī)院工作效率得到提高。但是，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也存在問題，漏洞、病毒等安全隱患也同步發(fā)展。在醫(yī)院專業(yè)水平不足、信息化建設(shè)不足等前提下，醫(yī)院信息系統(tǒng)防護(hù)存在問題，醫(yī)院內(nèi)部信息和患者信息都在信息系統(tǒng)中保存，假如信息系統(tǒng)存在安全隱患，會(huì)導(dǎo)致醫(yī)院無法開展工作，還會(huì)導(dǎo)致患者隱私泄露出現(xiàn)診斷錯(cuò)誤等情況，對(duì)醫(yī)院發(fā)展造成影響。

1.3 缺乏專業(yè)水平

醫(yī)院統(tǒng)計(jì)信息管理都是通過醫(yī)護(hù)人員負(fù)責(zé)，統(tǒng)計(jì)信息管理所涉及的信息量比較大，醫(yī)護(hù)人員在做好本職工作外還需要大量的時(shí)間對(duì)信息管理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提高了醫(yī)護(hù)人員工作難度。醫(yī)護(hù)人員本職工作是服務(wù)于患者，并不是統(tǒng)計(jì)信息管理專業(yè)人員。這降低了醫(yī)院統(tǒng)計(jì)信息管理專業(yè)水平，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)信息出現(xiàn)誤差。

2 信息的快速檢索原理

針對(duì)以上問題，優(yōu)化醫(yī)院特定患者信息資源向量空間模型，創(chuàng)建特定患者信息資源檢索模型，使特定患者的信息索引詞重要程度作為聚類問題，對(duì)患者信息索引詞和用戶查詢近似度進(jìn)行計(jì)算，預(yù)先設(shè)置閾值；在近似度值比閾值大的時(shí)候，檢索和特定患者信息有關(guān)，否則無關(guān)。

假如D={d1,d2,…,dN}為特定患者信息文檔；Q為醫(yī)院特定患者查詢；N為特定患者信息文檔集合文檔總數(shù)；SIM為文檔近似度系數(shù)，醫(yī)院患者信息資源檢索模型表示：

IR={D,IDF,TF,Q,SIM}

醫(yī)患信息文檔各索引詞對(duì)于內(nèi)容貢獻(xiàn)不同，能夠使醫(yī)患信息索引詞重要程度作為聚類問題。醫(yī)患信息文檔的類間近似度IDF作為索引詞在文檔集合中導(dǎo)頻率，IDFi=lg(N/ni)為文檔集dj中醫(yī)患信息索引詞ki的導(dǎo)頻率；ni為ki出現(xiàn)的文檔數(shù)。類間近似度為醫(yī)患索引詞ki在文檔集合中di出現(xiàn)頻率；TF越大，表示此索引詞能夠?qū)⑨t(yī)患信息文檔內(nèi)容描述出來；TF頻率統(tǒng)一化的處理結(jié)果表示：

TFij=TFij/max{TFij，…，TFNj}IR

式中：TFij為ki出現(xiàn)在信息文檔中的頻率；使用索引詞對(duì)醫(yī)患查詢語(yǔ)句Q進(jìn)行描述；t為醫(yī)患信息索引詞i數(shù)量，通過權(quán)重描述各索引詞，wij=TFij×IDFi為dj中ki的權(quán)重。通過以下公式對(duì)索引詞近似度進(jìn)行計(jì)算：

式中：sim(q，dj)為醫(yī)患查詢q和信息文檔dj的近似度，能夠預(yù)先設(shè)置閾值φ；在sim(q，dj)≥φ的時(shí)候，醫(yī)患信息查詢和目標(biāo)信息文檔相關(guān)；否則無關(guān)，得出醫(yī)患搜索主題相關(guān)文檔集。

以此表示能夠得到醫(yī)患信息資源系統(tǒng)的原理，通過上述原理檢索醫(yī)患的信息資源。

3 信息快速檢索仿真

3.1 智慧系統(tǒng)的架構(gòu)

目前，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入到信息化時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)屬于促進(jìn)大數(shù)據(jù)的超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，在智能家居、生態(tài)保護(hù)、節(jié)能減排、食品安全等現(xiàn)代智能服務(wù)領(lǐng)域中使用。在基礎(chǔ)設(shè)施不斷發(fā)展的過程中，根據(jù)RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)建智慧醫(yī)療信息系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括信息感知層、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知層和智能應(yīng)用層；圖1為系統(tǒng)的架構(gòu)?；?層物理體系結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)感知事件之后通過本地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，信息利用網(wǎng)關(guān)在云系統(tǒng)服務(wù)器中發(fā)送。

圖1 系統(tǒng)的架構(gòu)Fig.1 System architecture

(1)信息感知層：其屬于物理層，主要包括數(shù)據(jù)收集器、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，使對(duì)象事件中標(biāo)識(shí)符、參數(shù)等進(jìn)行存儲(chǔ)，獲取數(shù)據(jù)并且實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)、通信；

(2)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知層：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、對(duì)象、云系統(tǒng)、無線、有線的連接與傳輸，將本地?cái)?shù)據(jù)發(fā)送并且處理。另外，還能夠接收通過感知層發(fā)送的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)組件。通過信息感知層得到大量異構(gòu)感知信息，利用網(wǎng)絡(luò)互連機(jī)制對(duì)感知信息進(jìn)行共享和分發(fā)；

(3)智慧應(yīng)用層：對(duì)非人類、人類用戶提供應(yīng)用服務(wù)和程序，指定物聯(lián)網(wǎng)各應(yīng)用過程和程序。

本文通過廣泛使用R樹索引方法快速查詢?cè)L問數(shù)據(jù)，通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)指揮醫(yī)院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。比如空間數(shù)據(jù)集，利用數(shù)據(jù)表對(duì)空間幾何數(shù)據(jù)和相應(yīng)屬性信息進(jìn)行存儲(chǔ)，利用R樹實(shí)現(xiàn)重要屬性信息與數(shù)據(jù)的索引，以集合類型將空間對(duì)象劃分為點(diǎn)、線、面3種簡(jiǎn)單實(shí)體，針對(duì)相同集合類型劃分次要主體。

設(shè)計(jì)分層劃分幾何對(duì)象集的屬性數(shù)據(jù)表與幾何數(shù)據(jù)表，幾何數(shù)據(jù)表通過集合對(duì)象唯一標(biāo)志符、二進(jìn)制坐標(biāo)字段構(gòu)成。通過屬性數(shù)據(jù)表實(shí)現(xiàn)對(duì)象唯一標(biāo)識(shí)符和屬性字段的設(shè)計(jì)，利用唯一標(biāo)識(shí)符連接屬性數(shù)據(jù)表和幾何數(shù)據(jù)表。

3.2 主要模塊的設(shè)計(jì)

3.2.1條碼模塊

此模塊能夠提供給標(biāo)本采集人員執(zhí)行門診醫(yī)患已經(jīng)付費(fèi)檢驗(yàn)醫(yī)囑，并且產(chǎn)生條碼，對(duì)條碼標(biāo)簽與醫(yī)患回執(zhí)單進(jìn)行打??；醫(yī)患回執(zhí)單中信息包括其基本信息、拿報(bào)告單地點(diǎn)與時(shí)間、檢驗(yàn)項(xiàng)目信息等。系統(tǒng)還能夠收集醫(yī)患拍攝頭像，保存其標(biāo)本信息和頭像資料；醫(yī)患作假無法查對(duì)，保證醫(yī)患利益。

3.2.2系統(tǒng)標(biāo)本信息管理

此模塊能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)本接受中心為各檢驗(yàn)部門標(biāo)本分發(fā)標(biāo)號(hào)，對(duì)標(biāo)本通過處理之后不合格標(biāo)本退回與退費(fèi)。

3.2.3申請(qǐng)檢驗(yàn)單

為醫(yī)生提供根據(jù)用例圖設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)組合項(xiàng)目、單項(xiàng)目選擇開單與自定義組合項(xiàng)目，以新政策與醫(yī)院使用習(xí)慣維護(hù)各自定義組合、標(biāo)準(zhǔn)組合。在醫(yī)院為醫(yī)患開具電子申請(qǐng)單之后，醫(yī)生直接通過系統(tǒng)對(duì)醫(yī)患電子申請(qǐng)單執(zhí)行情況進(jìn)行查看，還能夠查看報(bào)告單結(jié)果。針對(duì)新開展項(xiàng)目，醫(yī)生利用系統(tǒng)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目臨床意義等信息進(jìn)行查看。

3.2.4實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)

此模塊為醫(yī)院檢驗(yàn)系統(tǒng)核心部分，在用例圖中定義檢驗(yàn)科操作人員處理標(biāo)本接收、室內(nèi)質(zhì)控管理、輸入結(jié)果、打印報(bào)告單、結(jié)果審核、儀器管理、查詢統(tǒng)計(jì)、儀器保養(yǎng)記錄、儀器維修記錄等，根據(jù)類圖設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)各質(zhì)控圖在系統(tǒng)圖中整合，以質(zhì)控圖失控規(guī)則對(duì)項(xiàng)目是否失控進(jìn)行判斷。

3.2.5條碼管理模塊

通過此模塊為護(hù)士提供醫(yī)生開具檢驗(yàn)醫(yī)囑，并且產(chǎn)生條碼與標(biāo)簽。護(hù)士以標(biāo)簽中信息提示貼上試管，從而打印標(biāo)本采集清單和運(yùn)送清單，對(duì)標(biāo)本采集時(shí)間與標(biāo)本人進(jìn)行確定，提示檢驗(yàn)科退回的標(biāo)本系統(tǒng)，護(hù)士重新打印條碼標(biāo)簽，對(duì)標(biāo)本直接采集。

3.3 信息檢索方法

3.3.1信息特征提取

為了提高醫(yī)患信息檢索精度，使檢索結(jié)果用戶滿意度得到提高，降低檢索時(shí)延，使用小波算法提取重癥患者信息。給定小波系數(shù)，通過模極大值在醫(yī)患信息中搜索相關(guān)系數(shù)，針對(duì)各層系數(shù)利用Barnard算法創(chuàng)建信息特征提取函數(shù)，提取醫(yī)患信息潛在和顯性的特征點(diǎn)，醫(yī)患信息特征提取過程為：

假設(shè)2j尺度中各個(gè)小波系數(shù)W2jf(n)是通過2j+1尺度中2p個(gè)近似信息點(diǎn)計(jì)算得到，能夠?qū)⒃夹畔⒅袛?shù)據(jù)點(diǎn)變化的情況反映出來。2p指的是濾波器長(zhǎng)度，設(shè)置2j+1尺度中與2p個(gè)近似信息數(shù)據(jù)點(diǎn)位置相應(yīng)小波系數(shù)子系數(shù)，小波系數(shù)與子系數(shù)的關(guān)系為：

C(W2jf(n))={W2jf(n),2n≤k≤ 2n+2p-1}

式中：n為醫(yī)患信息長(zhǎng)度；子系數(shù)將原始信息數(shù)據(jù)點(diǎn)變化情況充分展現(xiàn)出來，最大絕對(duì)值和原始信息變化顯著點(diǎn)對(duì)應(yīng)。實(shí)現(xiàn)以上過程迭代，一直到2-1尺度中搜索小波系數(shù)W2-1f(n)，直接對(duì)應(yīng)2p個(gè)信息數(shù)據(jù)點(diǎn)。在2p個(gè)信息數(shù)據(jù)點(diǎn)中利用Barnard算法提取醫(yī)患信息顯性特征點(diǎn)，提取醫(yī)院重患信息潛在特征點(diǎn)。

3.3.2檢索方法

根據(jù)提取的醫(yī)患信息特征，通過螢火蟲算法檢索醫(yī)患信息。在此過程中通過左深樹對(duì)螢火蟲進(jìn)行編碼，在醫(yī)院重患信息庫(kù)中對(duì)最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行檢索。設(shè)置螢火蟲初始化參數(shù)，對(duì)螢火蟲各子群進(jìn)行初始化。假設(shè)沒有信息檢索最優(yōu)結(jié)果，計(jì)算各子群螢火蟲適應(yīng)度值，對(duì)螢火蟲進(jìn)化方向進(jìn)行確定。更新螢火蟲空間位置，通過域約束操作約束螢火蟲個(gè)體飛行尋優(yōu)，對(duì)子群中是否具有用戶滿意度最高螢火蟲位置進(jìn)行判斷。假如存在，輸出最優(yōu)檢索結(jié)果；假如沒有，繼續(xù)尋優(yōu)。實(shí)現(xiàn)左深樹創(chuàng)建醫(yī)患信息庫(kù)空間連接操作的編碼操作，遍歷連接數(shù)，得到編碼序列。

假如螢火蟲數(shù)量為m；n為螢火蟲子群數(shù)量；各子群光強(qiáng)吸收系數(shù)為λ；最大吸引度因子為η；步長(zhǎng)因子為τ，檢索空間隨機(jī)生成的螢火蟲初始位置表示為：

xij(i=1,2,...,n；j=1,2,...,m/n)

假設(shè)螢火蟲群體初始化之后具有用戶滿意度最高信息檢索結(jié)果，使其作為輸出；如果沒有，進(jìn)行下一步。以上述設(shè)置的參數(shù)，通過以下公式計(jì)算各子群螢火蟲適應(yīng)度值，使其作為最大熒光強(qiáng)度，使各子群最優(yōu)適應(yīng)度值作為fbest。

式中：cost(xm)為代價(jià)最小。

通過以下公式計(jì)算各子群螢火蟲個(gè)體相對(duì)亮度，對(duì)比隸屬子群領(lǐng)域螢火蟲熒光亮度大小，對(duì)螢火蟲進(jìn)化方向進(jìn)行計(jì)算：

Iij=I0eλrij

式中：I0為第i只螢火蟲最大亮度；rij為螢火蟲i與j的距離。

對(duì)此時(shí)螢火蟲最優(yōu)值是否滿足醫(yī)患信息檢索用戶滿意度，如果滿足，輸出最優(yōu)結(jié)果；如果不滿足，繼續(xù)迭代上述過程，最優(yōu)信息檢索結(jié)果表示為：

Z(fbest)=f(xi)·xi+1·τ

式中：Z(fbest)為基于螢火蟲群的大數(shù)據(jù)處理醫(yī)患信息最優(yōu)檢索結(jié)果。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本文設(shè)計(jì)智慧醫(yī)療管理系統(tǒng)，表1為運(yùn)行環(huán)境。醫(yī)院信息化發(fā)展使電子病歷代替紙質(zhì)病歷，針對(duì)特殊病歷，紙質(zhì)病歷尤為重要。用戶利用個(gè)人計(jì)算機(jī)或者智能手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問，便于使用者查詢信息。在病案室工作人員管理紙質(zhì)病歷時(shí)，利用智慧醫(yī)院系統(tǒng)對(duì)信息查詢，管理紙質(zhì)病歷；圖2為部分需要管理病歷查詢結(jié)果。

表1 運(yùn)行環(huán)境Tab.1 Operating environment

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

利用病案管理系統(tǒng)創(chuàng)建R樹模型實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證集成R樹之后系統(tǒng)性能，對(duì)比哈希索引，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能多維分析；表2為實(shí)驗(yàn)參數(shù)表。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表Tab.2 Experimental parameter table

實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)配置為：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備屬于醫(yī)院收集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，每組設(shè)備都設(shè)置管理服務(wù)器，比如利用醫(yī)療手環(huán)對(duì)健康數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。通過數(shù)據(jù)量決定R樹大小，W為網(wǎng)絡(luò)帶寬資源；T為數(shù)據(jù)量；N為查詢數(shù)據(jù)量；Q為查詢復(fù)雜度；a為可用帶寬；β為任務(wù)量。為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與任務(wù)量大小對(duì)R樹索引影響，此實(shí)驗(yàn)是a=0、β=0(網(wǎng)絡(luò)空閑，任務(wù)量小),a=1、β=0(網(wǎng)絡(luò)繁忙，任務(wù)量小),a=0、β=1(網(wǎng)絡(luò)空閑，任務(wù)量大),a=1、β=1(網(wǎng)絡(luò)繁忙，任務(wù)量大)4種情況實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖4所示，縱坐標(biāo)為實(shí)驗(yàn)次數(shù)。

圖2 a=0，β=0系統(tǒng)性能Fig.2 a=0,β=0 system performance

圖3 a=1，β=0系統(tǒng)性能Fig.3 a=1, β=0 system performance

圖4 a=0，β=1系統(tǒng)性能Fig.4 a=0, β=1 system performance

由圖2～圖4可知，在任務(wù)量比較小的時(shí)候，R樹系統(tǒng)檢索時(shí)間開始時(shí)比哈希索引慢，之后速度明顯提高，尤其是在網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)更加明顯；在任務(wù)量比較大的時(shí)候，部署R樹時(shí)的系統(tǒng)性能比哈希要優(yōu)，在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)優(yōu)勢(shì)更加明顯。因?yàn)镽樹查找次數(shù)比較多，數(shù)據(jù)也比較多，搜索路徑比較多，對(duì)查詢響應(yīng)時(shí)間造成影響。哈希表創(chuàng)建導(dǎo)致計(jì)算機(jī)計(jì)算性能負(fù)擔(dān)比較大，在數(shù)據(jù)量比較大的時(shí)候，運(yùn)行一段時(shí)間之后會(huì)影響到系統(tǒng)性能。

5 結(jié)語(yǔ)

基于常規(guī)信息特征項(xiàng)權(quán)重計(jì)算方法，充分考慮醫(yī)患信息某特征項(xiàng)在各類別分布情況，利用動(dòng)態(tài)變化醫(yī)患信息資源特征項(xiàng)向量梯度差計(jì)算適應(yīng)特征權(quán)重值，保證醫(yī)患信息資源動(dòng)態(tài)變化時(shí)還能夠保證良好信息區(qū)分能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法在檢索時(shí)延與用戶滿意度方面比傳統(tǒng)方法要優(yōu)。針對(duì)未來發(fā)展方向，要求針對(duì)醫(yī)院不同類型醫(yī)患信息檢索研究，對(duì)研究寬度進(jìn)行拓展，為此領(lǐng)域未來發(fā)展提供可靠支撐。