基于Petri網(wǎng)的醫(yī)療業(yè)務流程模型的合并及變化域分析方法

李雪萍

(安徽理工大學計算機科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

方賢文，趙建東

(安徽理工大學理學院，計算機科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

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基于Petri網(wǎng)的醫(yī)療業(yè)務流程模型的合并及變化域分析方法

李雪萍

(安徽理工大學計算機科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

方賢文，趙建東

(安徽理工大學理學院，計算機科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

基于醫(yī)療業(yè)務流程問題是解決患者快速就診問題的關(guān)鍵，使用合理有效的醫(yī)療業(yè)務流程是一項非常重要工作。為了滿足更多患者的就醫(yī)需求，通過對多個醫(yī)療業(yè)務流程合并來構(gòu)建新的醫(yī)療流程是大勢所趨?；赑etri網(wǎng)的行為輪廓性質(zhì)和理論，分析了醫(yī)療業(yè)務流程交互，并提出了分析醫(yī)療業(yè)務流程交互及交互后變化域分析的方法。并給出一個具體的醫(yī)療業(yè)務流程的實例，分析了該方法的有效性。

醫(yī)療業(yè)務流程；模型合并；變化域分析；Petri網(wǎng)

隨著醫(yī)療業(yè)務的不斷發(fā)展，醫(yī)療業(yè)務流程交互的應用越來越多廣泛。單一的醫(yī)療業(yè)務流程難以完成更復雜和更困難的任務，且難以滿足用戶需求，因此需要將單一的業(yè)務流程進行有效組合。但由于業(yè)務流程行為交互復雜性造成交互行為的多樣性，因此檢測交互后醫(yī)療業(yè)務流程與交互前醫(yī)療業(yè)務流程一致性成為一個至關(guān)重要的問題， 交互前后行為一致性的檢測是判定交互成功與否的一個重要的指標?，F(xiàn)有的醫(yī)療服務交互后的研究大多數(shù)是從結(jié)構(gòu)上研究，沒有從行為方面研究。

醫(yī)療業(yè)務流程交互被用到醫(yī)療流程領(lǐng)域，合并醫(yī)療流程越來越被關(guān)注。國內(nèi)外許多學者專注于醫(yī)療流程的挖掘研究。文獻[1]針對醫(yī)療用戶的需求設(shè)計了一個交互系統(tǒng)，來實現(xiàn)信息的交互；文獻[2]通過對流程交互行為的研究，來分析流程交互行為；文獻[3]通過分析流程復雜程度來研究其對交互后流程變化域的程度，證明降低流程復雜度可以減小分析變化域時所需要的工作量；文獻[4]基于Petri網(wǎng)行為輪廓的概念，提出了T-不變量，縮小了變化域范圍，提高了計算效率；文獻[5]說明了跡等價的概念要比行為輪廓一致性概念強的多，變化傳播在行為輪廓一致性那里是被允許的；文獻[6]利用流程間復雜對應關(guān)系來合并流程模型，并通過提取摘要的方法來尋找變化域。已有的研究解決了業(yè)務流程如何合并的問題，但很少對醫(yī)療業(yè)務流程合并前后的流程內(nèi)部行為關(guān)系進行分析。為此，筆者基于Petri網(wǎng)提出了醫(yī)療業(yè)務流程模型的合并及變化域分析方法。

1 基本概念

主要介紹Petri網(wǎng)行為輪廓概念及其性質(zhì)和醫(yī)療流程模型的交互和求變化域的方法[7]。其中，Petri網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容詳見文獻[8]。

1.1 Petri網(wǎng)行為輪廓的定義及性質(zhì)

定義1(業(yè)務流程模型)一個業(yè)務流程模型是一個六元組，記為P=(A，ai，a0，C，F(xiàn)，T)滿足以下4個條件：

1)A是非空活動點集合，C是控制點集合，且A∩C=?；

2)初始活動ai∈A，結(jié)束活動ao∈A；

3)F?((A/{ao})∪C)×((A/{ai}∪C)，F(xiàn)表示流關(guān)系；

4)T:C|→{and,or,xor}，為業(yè)務流程模型的結(jié)構(gòu)類型，即并行、選擇、異或3種結(jié)構(gòu)。

定義2(行為輪廓) 設(shè)一個業(yè)務流程模型Petri網(wǎng)P=(A,ai，ao，C,F,T)，x,y∈A,(x,y)?F，至少包含下列4種關(guān)系的一種；

1)嚴格序關(guān)系：→(x,y)，若x>y，y≯x，即：B(x,y)=→；

2)排他序關(guān)系：+(x,y)，若x>y，y≯x，即：B(x,y)=+；

3)交叉序關(guān)系：‖(x,y),若x>y，y≯x，即：B(x,y)=‖；

以上3種關(guān)系的集合就是業(yè)務流程模型Petri網(wǎng)的行為輪廓,記為Bp={→,+,‖}。此外，由嚴格序關(guān)系可以推出逆嚴格序關(guān)系，即→-1(x,y)，若y>x成立，但x≯y。

1.2 模型復雜匹配關(guān)系的確定

通過研究控制組內(nèi)部的行為關(guān)系分析醫(yī)療業(yè)務流程之間的匹配關(guān)系進行合并醫(yī)療業(yè)務流程交互及變化域分析， 下面對醫(yī)療業(yè)務流程模型交互中需要的定義進行介紹。

定義3[9](匹配變遷組)Pa=(Aa,Ca,Fa)，Pb=(Ab,Cb,Fb)是2個醫(yī)療業(yè)務流程圖，M是它們之間的復雜匹配關(guān)系，Xa∈Ca，Xb∈Cb是匹配關(guān)系組，且?c∈Xa對?c′∈Xb都有M(c)=c′，則稱Xa與Xb根據(jù)關(guān)系M匹配，記作M(Xa)=Xb。

定義4[9](模型標準化) 若P′=(A′,C′,F′)是P=(A,C,F)標準化后的模型，即為P′=η(P)。其中，C′=φ(C)，即:

A′?A/a∈∑XM

2 醫(yī)療業(yè)務流程模型的合并及變化域分析

隨著信息系統(tǒng)的發(fā)展，業(yè)務流程合并技術(shù)被用在許多應用領(lǐng)域，也被應用在醫(yī)療業(yè)務流程領(lǐng)域中。下面，筆者通過某醫(yī)院醫(yī)療業(yè)務流程模型做模型來分析醫(yī)療業(yè)務流程模型合并及變化域分析方法。

2.1 醫(yī)療業(yè)務流程模型的匹配關(guān)系確定

筆者采用醫(yī)療業(yè)務系統(tǒng)中的網(wǎng)上掛號案例進行分析。圖1是患者網(wǎng)上預約掛號流程示意圖，在完成掛號時，雙方會有多次交互的行為，如在患者“提交預約信息”后，醫(yī)院需要“接收預約信息”，同時他們也有著各自的內(nèi)部流程，如醫(yī)院需要一個“檢查預約時間”的內(nèi)部操作，看是否滿足預約需求。圖2給出了患者預約掛號流程與醫(yī)院接受掛號申請流程，這里有n：m和1：n的復雜匹配關(guān)系。筆者應用匹配變遷組來處理這種復雜匹配關(guān)系。

圖1 患者網(wǎng)上預約掛號流程示意圖

圖2 醫(yī)院接收掛號流程示意圖

PaPbA網(wǎng)上預約，填寫信息，提交信息接受預約B預約生成預約確定C預約付款查詢預約狀態(tài)，等待付款D取消預約預約過期，預約取消E醫(yī)院掛號記錄預約，預約跟蹤F交易完成掛號成功G申請退款收到退款申請H申請通過審核通過I申請不通過審核不通過K收到退款退款L付款確認確認收費

醫(yī)療業(yè)務通過模型標準化既可以保留原有流程的內(nèi)部的所有行為信息，又可以簡化流程交互過程中的復雜性，節(jié)約資源。因此在模型交互之前首先將原有流程模型標準化，可以確定相關(guān)匹配關(guān)系，表1給了醫(yī)療業(yè)務流程圖Pa和Pb控制點的匹配關(guān)系。

2.2 流程模型合并及算法

在醫(yī)療流程模型合并之前先將模型標準化，得到標準化模型，然后用算法1(醫(yī)療業(yè)務流程流程模型合并算法)對標準化的模型進行合并。

算法1(醫(yī)療業(yè)務流程流程模型合并算法過程)如下：

輸入：醫(yī)療業(yè)務流程Pa=(Aa,Ca,Fa)，Pb=(Ab,Cb,Fb)，匹配函數(shù)M，Pa=(Aa,Ca,Fa)的初始狀態(tài)為aao，Pb=(Ab,Cb,Fb)的初始狀態(tài)是abo。

輸出：合并之后的醫(yī)療流程模型P。

4)通過擬合并模型上分支結(jié)構(gòu)類型Type確定合并模型匹配組內(nèi)的變遷對，對于?x∈AP∪CP：

(a)x·∈Pb且x·?P，則P?x·，F(xiàn)P?(x,x·)，label(x,x·)?b；

(b)x*∈Pb且x·∈P，但(x,x·)?FP，F(xiàn)P?(x,x·)，label(x,x·)?b；

(c)x∪x*∈P且x∪x·∈Pb，(x,x·)∈FP，label(x,x·)?b；

(d)?c∈Cb，M(c)=x，label(x)?{a:label(x);b:label(c)}；

通過算法1，在P中通過選擇分支模擬Pa、Pb的所有行為。

提取摘要并尋找變化域的算法(算法2)如下：

輸出：提取合并模型摘要PD，Pa、Pb、PD的疑似變化區(qū)域CGPa、CGPb、CG。

1)令合并模型摘要PD的初始狀態(tài)ado=ao，對x∈AP∪CP，若‖label(x,x·)‖≥2，PD?x，PD?x·，F(xiàn)PD=(x,x·)；

3 實例分析

根據(jù)某醫(yī)院的醫(yī)療業(yè)務流程圖，以及已給出醫(yī)療業(yè)務流程模型以及它們之間的復雜對應關(guān)系，基于業(yè)務流程模型合并和摘要提取，根據(jù)復雜匹配的概念來分析模型交互后的變化域問題。

圖合并后的模型P

根據(jù)算法2，得到如圖5和圖6中的變化區(qū)域，分別是CGPa={X(Ca,Da)}、CGPb={X(Cb,Db)}。分析變化區(qū)域活動之間的行為關(guān)系，正確的醫(yī)療業(yè)務流程應該是醫(yī)院查詢患者的訂單狀態(tài)，若收到預約付款信息則提醒患者到醫(yī)院掛號，如果沒有預約付款則等待付款，預約超時取消預約。但是有可能會出現(xiàn)醫(yī)院在查詢預約信息后沒得到預約付款信息就超時而患者已經(jīng)付款，因此導致預約失效，這就導致了2個醫(yī)療模型合并可能存在異常的地方，即尋找的變化區(qū)域。

圖4 合并模型P的摘要

圖5 Pa的變化區(qū)域示意圖

圖6 Pb的變化區(qū)域示意圖

4 結(jié)語

在已有研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)Petri網(wǎng)行為輪廓的性質(zhì)，通過對醫(yī)療業(yè)務流程模型合并前后行為關(guān)系的分析以及業(yè)務流程模型間復雜匹配關(guān)系的確定，尋找初始醫(yī)療流程模型的變化區(qū)域，并分析了醫(yī)療業(yè)務流程合并前后產(chǎn)生變化區(qū)域的原因。筆者的主要工作是對于2個初始醫(yī)療業(yè)務流程模型，給出醫(yī)療流程模型合并后的匹配關(guān)系，提出基于流程模型Petri網(wǎng)的行為輪廓的概念。首先，分析初始模型間的活動變遷節(jié)點之間的匹配關(guān)系；其次，算法1結(jié)合活動變遷節(jié)點之間的匹配關(guān)系，合并原始模型。最后，算法2在算法1的基礎(chǔ)上逐步尋找合并模型變化區(qū)域。實例分析說明該方法具有一定的有效性，能找到模型的變化域。

未來，關(guān)于醫(yī)療業(yè)務流程模型的變化域問題，還有很多地方去研究。例如怎樣找到最小的變化域，如何盡量避免模型在合并后出現(xiàn)變化域問題，或者在找出變化域之后如何修復和完善流程使得模型更完善等，都是將來需要思考研究的問題。

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[編輯] 張濤

2016-05-16

國家自然科學基金項目(61572035，61272153，61402011)；安徽省自然科學基金項目(1508085MF111)。

李雪萍(1989-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事Petri網(wǎng)方面的研究工作。

方賢文(1975-)，男，博士，教授，現(xiàn)主要從事可信系統(tǒng)、Petri網(wǎng)理論與應用方面的教學與研究工作；E-mail：280060673@qq.com。

TP391.9

A

1673-1409(2016)25-0020-06

[引著格式]李雪萍，方賢文，趙建東.基于Petri網(wǎng)的醫(yī)療業(yè)務流程模型的合并及變化域分析方法[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(25)：20～25.