基于多色集合的門(mén)診意外事件處理模型研究

冉梅梅 王曉華 高飛 楊敏

摘 ?要：文章利用多色集合理論的圍道矩陣對(duì)醫(yī)院故障處理進(jìn)行建模研究，以改善現(xiàn)有信息系統(tǒng)的異常處理功能，優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)。首先，文章闡述了工作流異常的形式化方法與多色集合理論的研究領(lǐng)域;其次，分析了故障處理模塊的構(gòu)成，用圍道矩陣分別描述了故障數(shù)據(jù)采集模塊、故障知識(shí)庫(kù)檢索模塊、故障規(guī)則庫(kù)處理模塊、故障處理方法模塊;最后，根據(jù)醫(yī)院門(mén)診故障常見(jiàn)類(lèi)型構(gòu)建了統(tǒng)一的多色集合故障處理模型，該模型具有通用性與統(tǒng)一性。

關(guān)鍵詞：多色集合;圍道矩陣;故障處理;知識(shí)庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：O157.5 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）06-0132-05

Research on Clinic Accident Handling Model Based on Polychromatic Sets

RAN Meimei1，WANG Xiaohua2，3，GAO Fei3，YANG Min2

（1.Information Technology Network Management Center，Zunyi Medical and Pharmaceutical College，Zunyi ?563006，China;

2.School of Medical Information Engineering，Zunyi Medical University，Zunyi ?563006，China;

3.Information Department，Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi ?563000，China）

Abstract：This paper uses the contour matrix of the polychromatic sets theory to conduct modeling research on hospital fault handling，so as to improve the abnormal handling function of the existing information system and optimize medical services. Firstly，the formal method of workflow exception and the research field of polychromatic sets theory are elaborated;secondly，the composition of the fault handling module is analyzed，and the fault data acquisition module，fault knowledge base retrieval module，fault rule base handling module and fault handling method module are described respectively by contour matrix;finally，a unified polychromatic sets fault handling model is constructed according to the common types of hospital clinic faults. The model has universality and unity.

Keywords：polychromatic sets;contour matrix;fault handling;knowledge base

0 ?引 ?言

異常工作流是正常工作流產(chǎn)生的異常行為，管理異常工作流主要包含了三部分[1]：第一，表示異常管理;第二，實(shí)施與執(zhí)行異常;第三，分析異常。目前，醫(yī)院信息化水平在不斷地提高，醫(yī)院主要采用了HIS、PACS、RIS、LIS等系統(tǒng)，系統(tǒng)之間交互可能會(huì)產(chǎn)生部分?jǐn)?shù)據(jù)異常。醫(yī)院工作流除產(chǎn)生數(shù)據(jù)異常外，還可能會(huì)因?yàn)槿?、物、網(wǎng)絡(luò)等原因產(chǎn)生異常。大部分專(zhuān)家學(xué)者都是對(duì)自動(dòng)化異常工作流程進(jìn)行了研究。然而，關(guān)于醫(yī)院異常工作流研究的文獻(xiàn)較少，醫(yī)院異常流程與自動(dòng)化異常流程差別較大，醫(yī)院大部分流程活動(dòng)都涉及了人，而自動(dòng)化異常流程主要原因在于機(jī)器故障。

在臨床信息系統(tǒng)中引入了工作流以便更好地處理臨床信息系統(tǒng)復(fù)雜而且多變的業(yè)務(wù)流程，提出了基于工作流的臨床信息系統(tǒng)[2];王輝[3]在文獻(xiàn)中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了WSEHF（workflow System Exception and handling Framework）核心系統(tǒng)模塊的大部分功能，提出了可預(yù)測(cè)異常的處理機(jī)制;田靜[4]在論文中分別對(duì)可預(yù)測(cè)異常與不可預(yù)測(cè)異常進(jìn)行了建模，可預(yù)測(cè)異常采用ECA規(guī)則與HCA規(guī)則結(jié)合建模，不可預(yù)測(cè)異常采用層次式失效恢復(fù)算法，文中的異常處理只有繼續(xù)執(zhí)行、掛起、跳轉(zhuǎn)三個(gè)狀態(tài)，在醫(yī)院中只適合處理因數(shù)據(jù)導(dǎo)致異常的流程;劉暢[5]在文獻(xiàn)中提出一種基于事件—條件—?jiǎng)幼鳎‥CA）規(guī)則和案例推理（CBR）的工作位置異常處理模型;胡堅(jiān)[6]在文獻(xiàn)中結(jié)合AOP技術(shù)，提出了新的異常處理的后向恢復(fù)和橫向替代恢復(fù)方式;黃龍達(dá)[7]在文獻(xiàn)中提出了基于WF-net與ECA規(guī)則的工作流恢復(fù)網(wǎng)模型，描述了模型元素與EA規(guī)則的映射關(guān)系，利用ECA規(guī)則可以處理可預(yù)測(cè)異常;賴耀東[8]在論文中提出了基于Agent虛擬組織工作流管理系統(tǒng)的異常處理機(jī)制;王躍[9]在文獻(xiàn)中利用Agent的智能性、分布性、主動(dòng)性，提出了基于Agent的異常工作流處理方法;朱錦泉[10]在文獻(xiàn)中構(gòu)建了異常監(jiān)測(cè)、分析、處理機(jī)制，增加了觸發(fā)和向后恢復(fù)的方法，提出了基于事務(wù)的工作流異常處理模型;孫瑞志[11]在文獻(xiàn)中利用Petri Ners對(duì)異常工作流進(jìn)行形式化描述。

在早期，多色集合理論主要用于航空航天領(lǐng)域的研究[12]。目前，該理論主要用于研究機(jī)械工作流建模[13]、約束模型與協(xié)同優(yōu)化算法[14]、倉(cāng)庫(kù)貨位分配建模[15]、動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)故障傳播建模[16]、立體車(chē)庫(kù)車(chē)位分配建模[17]、數(shù)控機(jī)床故障診斷建模[18]、資源配置[19]、系統(tǒng)間互操作[20]，在文獻(xiàn)[21，22]中利用多色集合理論的圍道矩陣與多色圖對(duì)醫(yī)院工作流進(jìn)行了建模研究，構(gòu)建了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型，但是并未涉及到醫(yī)院的異常工作流。多色集合理論中的層次結(jié)構(gòu)模型能形式化地推理問(wèn)題的解決方案，欒飛[23]在文獻(xiàn)中將改進(jìn)的遺傳算法與多色集合理論的層次結(jié)構(gòu)相結(jié)合以求解柔性車(chē)間調(diào)度的約束問(wèn)題;王雪萍[24]在文獻(xiàn)中利用層次結(jié)構(gòu)從縱向與橫向兩個(gè)維度形式化人才培養(yǎng)體系結(jié)構(gòu);靳江艷[25]在文獻(xiàn)中利用層次結(jié)構(gòu)探索全三維環(huán)境下測(cè)量信息表示與獲取。

多色集合理論層次結(jié)構(gòu)在建模過(guò)程中具有邏輯性清晰、復(fù)雜對(duì)象簡(jiǎn)單化等優(yōu)勢(shì)，而醫(yī)院異常工作流突發(fā)狀況較多、異常類(lèi)型復(fù)雜。因此本文采用多色集合理論圍道矩陣對(duì)醫(yī)院門(mén)診故障處理進(jìn)行建模。團(tuán)隊(duì)一直致力于應(yīng)用多色集合理論在醫(yī)院系統(tǒng)互操作、工作流、電子病歷等方面的研究，本文在前期研究的基礎(chǔ)上，分析醫(yī)院故障處理模塊的構(gòu)成，將故障活動(dòng)節(jié)點(diǎn)共有的屬性故障事件類(lèi)型抽象成統(tǒng)一顏色F（A），故障事件處理方法抽象成個(gè)人顏色f（a），利用圍道矩陣分析清楚統(tǒng)一顏色與個(gè)人顏色之間的關(guān)系。最終構(gòu)建了基于多色集合理論的故障處理統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，該模型還具有通用性。

1 ?多色集合理論

多色集合（Polychromatic Sets）是在傳統(tǒng)集合的基礎(chǔ)上結(jié)合模糊數(shù)學(xué)、數(shù)理邏輯以及矩陣知識(shí)形成的，其特點(diǎn)是能夠采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)復(fù)雜對(duì)象建模。典型的多色集合主要包含六種成分[12]，如式（1）所示。

PS=（A，F(xiàn)（A），F(xiàn)（a），[A×F（A）]，[A×F（a）]，

[A×A（F）]） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，A為研究對(duì)象的集合，F(xiàn)（A）為對(duì)象的統(tǒng)一著色，F(xiàn)（a）為集合中元素的個(gè)人顏色。

（2）

[A×F（A）]的行布爾矢量值為1時(shí)，描述的是元素ai的個(gè)人著色F（ai）中與統(tǒng)一著色同名的那些個(gè)人顏色。

2 ?醫(yī)院門(mén)診故障處理

2.1 ?故障處理模塊分析

假設(shè)醫(yī)院各個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)都有故障信息采集器，各個(gè)故障類(lèi)型都設(shè)置了標(biāo)識(shí)值，故障信息最終會(huì)傳到遠(yuǎn)程處理終端。因此故障處理模塊需要設(shè)有：故障數(shù)據(jù)采集模塊、故障知識(shí)庫(kù)檢索模塊、故障規(guī)則庫(kù)處理模塊、故障處理模塊，如圖1所示。

故障數(shù)據(jù)采集模塊：將故障信息采集器采集到的故障數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到故障數(shù)據(jù)采集圍道矩陣中。

故障知識(shí)庫(kù)檢索模塊：利用多色集合圍道矩陣構(gòu)建故障知識(shí)庫(kù)圍道矩陣，由故障節(jié)點(diǎn)與故障類(lèi)型構(gòu)成。

故障規(guī)則庫(kù)處理模塊：根據(jù)故障原因與故障解決方法構(gòu)建故障規(guī)則庫(kù)圍道矩陣。

故障處理模塊：根據(jù)故障規(guī)則庫(kù)檢索出故障處理方法后，故障處理模塊再通知相應(yīng)負(fù)責(zé)人進(jìn)行處理。

2.2 ?構(gòu)建故障處理圍道矩陣

故障采集圍道矩陣能夠采集某活動(dòng)節(jié)點(diǎn)ai是否發(fā)生故障，如矩陣[A×G]所示：

（3）

故障知識(shí)庫(kù)圍道矩陣用于活動(dòng)節(jié)點(diǎn)ai發(fā)生故障時(shí)，記錄活動(dòng)節(jié)點(diǎn)ai的故障類(lèi)型Fj，如式（4）所示：

（4）

矩陣[A×G]中，a1，a2，…，an為故障節(jié)點(diǎn)的集合，g1，g2，…，gn為故障標(biāo)識(shí)，故障處理系統(tǒng)通過(guò)agij的值判斷哪個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了故障，agij的值為：

（5）

矩陣[A×F（A）]中，采用二元組圍道矩陣描述故障知識(shí)庫(kù)圍道矩陣，其中Fi為故障類(lèi)型，atFij的值為：

（6）

故障知識(shí)庫(kù)處理圍道矩陣是用于描述故障Fj對(duì)應(yīng)的具體處理方法ft，如式（7）所示。

（7）

矩陣[F（A）×f（a）]中，采用圍道矩陣描述故障規(guī)則庫(kù)，fi為故障Fj的處理方法。

（8）

故障處理工作對(duì)象圍道矩陣用于記錄故障處理方法ft需要的工作人員td或md如式（9）所示：

（10）

P=={t1，t2，t3，…m1，m2，…mj}，T為信息科工作人員集合，M為后勤處工作人員集合。

因此，基于多色集合理論的故障處理模型可以描述為式（11）：

PS=（A，P，G，F(xiàn)（A），f（a），[A×G]，[F（A）×f（a）]，

[A×F（A）]，[F（A）×f（a）]，[f（a）×P]） ?（11）

2.3 ?故障處理算法

故障處理算法流程：

第一步：根據(jù)數(shù)據(jù)采集器收集到的故障標(biāo)識(shí)符t檢索[A×G]判斷是哪個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)ai發(fā)生了故障;

第二步：根據(jù)數(shù)據(jù)采集器收集的故障類(lèi)型l與故障活動(dòng)節(jié)點(diǎn)ai檢索[A×F（A）]，可以得到故障事件Fk;

第三步：根據(jù)故障規(guī)則庫(kù)圍道矩陣[F（A）×f（a）]，即可得到故障解決方法;

第四步：根據(jù)[f（a）×P]的值判斷故障是由誰(shuí)負(fù)責(zé)處理。

具體的故障處理算法如圖2所示。

故障處理算法流程圖根據(jù)輸入的故障標(biāo)識(shí)符t，相關(guān)的圍道矩陣進(jìn)行檢索，最終可以知道采用什么處理方法，由誰(shuí)來(lái)負(fù)責(zé)。

3 ?實(shí)例化

3.1 ?醫(yī)院故障活動(dòng)節(jié)點(diǎn)描述

根據(jù)遵義市某三甲醫(yī)院門(mén)診異常工作流調(diào)研結(jié)果，醫(yī)院門(mén)診工作流故障活動(dòng)集A={a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8，a9，a10}包含了一系列活動(dòng)，如表1所示。

F={F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)10}用多色集合理論的統(tǒng)一著色F表示故障事件，故障事件集符號(hào)意義如表2所示。

f={f1，f2，f3，f4，f5，f6，f7}用多色集合理論中的個(gè)人顏色f表示對(duì)故障事件的處理，故障事件處理集符號(hào)意義如表3所示。

3.2 ?構(gòu)建故障處理模型

3.2.1 ?構(gòu)建故障數(shù)據(jù)采集模塊

故障數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)收集到的標(biāo)示值與故障數(shù)據(jù)采集圍道矩陣中的值進(jìn)行對(duì)比，即可知道是哪個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障。可以用故障采集圍道矩陣[A×G]表示：

（12）

3.2.2 ?故障知識(shí)庫(kù)檢索模塊

故障知識(shí)庫(kù)檢索模塊根據(jù)故障類(lèi)型標(biāo)識(shí)值在故障知識(shí)庫(kù)圍道矩陣中檢索出相應(yīng)的故障名稱Fj。可以用故障知識(shí)庫(kù)圍道矩陣[A×F（A）]表示：

（13）

3.2.3 ?故障規(guī)則庫(kù)處理方法模塊

故障知識(shí)庫(kù)處理方法模塊，通過(guò)故障類(lèi)型Fi檢索矩陣，即可知道該故障類(lèi)型Fi的具體處理方法：

（14）

3.2.4 ?故障處理方法模塊

故障規(guī)則庫(kù)模塊是由統(tǒng)一著色F（A）與個(gè)人著色f（a）構(gòu)成，根據(jù)圍道矩陣可以檢索到故障的處理所需對(duì)象。可以用故障知識(shí)庫(kù)圍道矩陣[f（a）×P]表示：

（15）

P={T，M，H}={，，}，T表示信息科工作人員，M表示后勤處工作人員，H表示醫(yī)護(hù)人員。故障處理方法模塊根據(jù)故障的類(lèi)型，設(shè)立相關(guān)的工作人員進(jìn)行處理。

根據(jù)上述構(gòu)建的故障處理模型，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)用對(duì)象A描述，故障標(biāo)識(shí)用對(duì)象G表示，故障類(lèi)型用統(tǒng)一著色F（A）表示，故障處理方法用個(gè)人顏色f（a）表示，活動(dòng)對(duì)象與故障標(biāo)識(shí)用[A×G]表示，故障處理對(duì)象模塊用圍道矩陣[f（a）×T]表示，矩陣活動(dòng)對(duì)象與故障類(lèi)型構(gòu)成圍道矩陣[A×F（A）]，故障類(lèi)型與故障處理方法構(gòu)成圍道矩陣[F（A）×f（a）]因此，醫(yī)院故障處理可以用多色集合理論表述為：

PS=（A，P，G，F(xiàn)（A），f（a），[F（A）×f（a）]，

[A×F（A）]，[f（a）×P]），[A×G]） ? ? ? ? ? ?（16）

4 ?結(jié) ?論

本文是在設(shè)定的環(huán)境中對(duì)醫(yī)院故障處理進(jìn)行建模，利用多色集合理論的圍道矩陣對(duì)故障處理的各個(gè)模塊進(jìn)行建模，故障知識(shí)庫(kù)與故障規(guī)則庫(kù)是動(dòng)態(tài)更新的，可以從橫向與縱向增加相應(yīng)的屬性，醫(yī)院信息化水平要求越來(lái)越高，伴隨的故障也會(huì)增加，此時(shí)就會(huì)增加更多的維護(hù)人員來(lái)處理一些繁雜的業(yè)務(wù)工作，如果該模型能夠?qū)崿F(xiàn)，將會(huì)減少網(wǎng)絡(luò)中心的運(yùn)維人員。

基于多色集合理論建立的醫(yī)院故障處理模型具有通用性與統(tǒng)一性，除了醫(yī)院故障處理外，還可以用于其他領(lǐng)域的故障處理，并且模型是統(tǒng)一的。

參考文獻(xiàn)：

[1] MINMIN H，THOMAS T，SONG X. Managing exceptions in the medical workflow systems [C]//ICSE06：Proceedings of the 28th international conference on Software engineering.New York：Association for Computing Machinery，2006：741-750.

[2] 王江華.基于工作流的臨床信息系統(tǒng)的研究 [D].太原：太原科技大學(xué)，2011.

[3] 王輝，吳小志.工作流系統(tǒng)異常處理框架的研究與實(shí)現(xiàn) [J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2007（3）：31-35.

[4] 田靜.工作流異常處理方法與實(shí)現(xiàn) [D].南京：東南大學(xué)，2006.

[5] 劉暢，王曉琳，曾廣周，等.遷移工作流系統(tǒng)中的工作位置異常處理模型 [J].計(jì)算機(jī)工程，2010，36（6）：97-99.

[6] 胡堅(jiān)，宋斌恒.一種基于AOP技術(shù)的工作流異常處理策略 [J].微計(jì)算機(jī)信息，2005（23）：55-57.

[7] 黃龍達(dá)，婁淵勝.基于WF-net的工作流恢復(fù)網(wǎng)模型的研究 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007（12）：68-71.

[8] 賴耀東.基于多Agent虛擬組織工作流管理系統(tǒng)的異常處理機(jī)制 [D].浙江：杭州大學(xué)，2002.

[9] 王躍，劉衛(wèi)東，王誠(chéng).基于Agent工作流系統(tǒng)中的異常處理 [J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003（7）：177-179.

[10] 朱錦泉，苑森淼.基于事務(wù)的工作流異常處理模型及方法 [J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2003（3）：46-50.

[11] 孫瑞志，史美林.工作流異常處理的形式描述 [J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2003（3）：393-397.

[12] 李宗斌，高新勤，趙麗萍.基于多色集合理論的信息建模與優(yōu)化技術(shù) [M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[13] 高新勤，李宗斌.基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言和多色集合理論的工作流建模方法研究 [J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2006（7）：969-975.

[14] LIU X M，SHAO H，ZHANG R，et al. Collaborative Optimization of Transfer Line Balancing and Buffer Allocation Based on Polychromatic Set [J].Procedia CIRP，2017，63：213-218.

[15] 閆軍，王璐璐，常樂(lè).多色集合在倉(cāng)配一體化倉(cāng)庫(kù)貨位分配建模中的應(yīng)用 [J].包裝工程，2019，40（23）：203-208.

[16] 林帥，王艷輝，賈利民，等.基于改進(jìn)多色集合的動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)故障傳播模型研究 [J].鐵道學(xué)報(bào)，2019，41（7）：34-42.

[17] 王小農(nóng)，李建國(guó)，賀云鵬.平面移動(dòng)式立體車(chē)庫(kù)車(chē)位分配的建模與仿真 [J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，43（1）：54-62.

[18] 高新勤，張艷平，楊明順，等.基于多色集合的數(shù)控機(jī)床故障診斷模型構(gòu)建與推理方法[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，32（3）：265-270.

[19] GAO X Q，XU L D，WANG X P，et al. Workflow process modelling and resource allocation based on polychromatic sets theory [J].Enterprise Information Systems，2013，7（2）：198-226.

[20] 楊敏，王曉華，冉梅梅.基于多色集合理論的兩系統(tǒng)間互操作方法 [J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2017，26（9）：128-134.

[21] 冉梅梅，王曉華，楊敏，等.基于多色集合理論的工作流過(guò)程交互建模 [J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2018，27（2）：16-23.

[22] 冉梅梅.基于多色集合理論的醫(yī)院工作流建模研究 [D].貴陽(yáng)：貴州大學(xué)，2018.

[23] 欒飛，王雯，傅衛(wèi)平，等.基于PST層次結(jié)構(gòu)的改進(jìn)GA求解柔性車(chē)間調(diào)度問(wèn)題 [J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2014，20（10）：2494-2501.

[24] 王雪萍，高新勤.復(fù)雜層次模型中知識(shí)表達(dá)與推理方法研究 [J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2019，39（11）：2918-2927.

[25] 靳江艷，方憶湘，周京博，等.坐標(biāo)測(cè)量信息多色集合層次結(jié)構(gòu)表示及獲取 [J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2019（2）：60-62+66.

作者簡(jiǎn)介：冉梅梅，（1991—）女，漢族，貴州遵義人，初級(jí)，碩士，研究方向：異常工作流;王曉華（1970—），男，漢族，貴州遵義人，教授，博士，研究方向：電子病歷共享;楊敏（1992—），女，漢族，貴州遵義人，中級(jí)，碩士，研究方向：電子病歷共享。