基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)設計與實現

魏倩茹

(揚州大學附屬淮安市婦幼保健院,江蘇 淮安 223001)

0 引言

利用無線通信技術,將醫(yī)患信息與藥品信息集中管理,既是醫(yī)院信息化管理的必要途徑,也是提升醫(yī)院整體效益的關鍵一步。目前醫(yī)院信息管理系統(tǒng)設計類型多樣,部分研究者通過創(chuàng)建一體化管理系統(tǒng),根據病患信息創(chuàng)建云平臺,實現醫(yī)院信息的共享與集成,雖然該系統(tǒng)能夠實現醫(yī)院信息管理,但因云平臺僅針對應用醫(yī)院,普適性與兼容性欠佳,所以應用效果并不理想;還有部分研究者立足物聯網設計了醫(yī)院數據安全系統(tǒng),構建了醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的數據安全模型,雖實現了相關信息的安全管理,但其無線通信功能較差,無法得到大規(guī)模應用。鑒于此,為強化醫(yī)院信息管理效率與監(jiān)管能力,設計了一種基于無線通信技術的醫(yī)院信息管理系統(tǒng),以期提升醫(yī)院信息傳輸效率、準確度與完整度,為醫(yī)院管理層提供更具價值的信息。

1 系統(tǒng)架構

醫(yī)院整體人流量較大,病患數據與藥品數據眾多,且數據間屬性及格式各異,因此對醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的數據收集、存儲及處理要求較高。設計的基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)分為應用層、系統(tǒng)層、處理層以及無線通信層,如圖1所示,其中無線通信層是基礎,其依據Wi-Fi無線通信協(xié)議,通過無線傳輸連接其他層,利用顯示器呈現給信息管理者[1];系統(tǒng)層通過數據與功能接口獲取信息,為處理層與應用層提供數據支撐;處理層負責整合醫(yī)院信息,利用鄰近算法(K-Nearest Neighbor,KNN)集成數據,并將數據存儲于MariaDB數據庫中;應用層提供相應的信息查詢功能,通過該層獲取病患的掛號、出入院、藥品購入等信息。

圖1 系統(tǒng)整體架構

2 硬件設計

2.1 信息收集

信息收集模塊由數字傳感器、處理器等部件構成,數字傳感器采用DHM9B,編程模式為OBD,可支持數據連續(xù)掃描,符合系統(tǒng)信息收集的要求。處理器是信息收集模塊的核心,處理器選用MIPS,其功耗低、集成能力良好,處理速度較快[2]。因導入形式存在差異,數據格式也有所不同,有時會無法讀取,對此應增加模擬信號收集,保證數據信號的轉換精度。但模擬信號易受到外部影響,所以應在收集芯片上安裝濾波電路,從而保證數據收集的精度。隨后將不同數據輸入處理器中,通過轉換與矯正進行歸一化處理,在傳輸協(xié)議約束下傳輸到服務器,并做好深層處理。信息收集電路設計如圖2所示。

圖2 信息收集電路設計

2.2 信息傳輸

信息傳輸模塊由ADF7025BCPZ-RL無線射頻芯片完成,其具有終端信息的發(fā)送、接收、創(chuàng)建無線網絡以及顯示醫(yī)院信息等功能。ADF7025BCPZ-RL電路由串口、顯示器等組成,電路設計如圖3所示。在ADF7025BCPZ-RL電路圖內,電阻R1的數值為2 000 Ω,R2～R5的數值均為500 Ω。ADF7025BCPZ-RL與液晶顯示器相連,管理者可通過顯示器查看當前掛號及藥品流向等信息。利用ADF7025BCPZ-RL進行信息傳輸時,先由信息收集模塊進行信息收集,ADF7025BCPZ-RL接到系統(tǒng)命令后,對收集完的數據信息釋放紅外輻射,當射程達到既定標準時,ADF7025BCPZ-RL觸發(fā)數字傳感器讓其收集信息,由此便完成了信息傳輸。

圖3 ADF7025BCPZ-RL電路設計

2.3 信息存儲

選擇TS9012DFS高性能存儲器為系統(tǒng)數據信息存儲器,該存儲器具有雙口緩沖的功能,芯片集成能力強,功能繁多,擁有海量數據資源,體積小易于存儲[3]。在TS9012DFS內設有指針控制電路,可為I/O端口提供總線讀取服務。在指針控制電路之中,能夠傳輸指針信號并隨著串行數據連接至讀接口上,數據在TS9012DFS內集成后通過編碼控制數據讀寫,緩存數據讀出后通過I/O端口轉換指針信號,最后將數據存儲于TS9012DFS中。信息存儲的具體工作流程如圖4所示。

圖4 信息存儲工作流程

2.4 信息處理

信息存儲后,由信息處理模塊對存儲信息進行處理,該硬件的核心部件為MG10A-P1數據通信控制器,具有較強的轉換能力與控制能力。MG10A-P1擁有豐富的數據接口,從接口輸入數據信息,數據輸入后再轉換至芯片內,MG10A-P1便可將芯片內數據轉換成圖像信息。除芯片功能轉換以外,MG10A-P1內還具有生成功能,將更新后的圖像信息生成傳輸信號,由此協(xié)助MG10A-P1完成傳輸。

3 數據庫設計

系統(tǒng)數據庫為MariaDB,根據系統(tǒng)需求與功能實現,設計的核心數據庫表包括用戶、聯系方式、科室、主治醫(yī)生、護士長、藥房等,其余各表為數據庫中的屬性表。User(用戶)表示用戶屬性,應用于注冊、登錄流程;Phone(電話)用于存儲姓名、聯系方式、類型及關鍵詞等信息;Department(科室)用于存儲科室編號、科室功能、病房等信息;Attending Physician(主治醫(yī)生)用于存儲醫(yī)生信息;Head Nurse(護士長)用于存儲護士長信息;Pharmacy(藥房)主要包括藥品清單、藥房交換機信息等屬性。MariaDB數據庫中各數據表情況如圖5所示。云應用中的共享型服務,僅需極短時間便可獲得包括節(jié)點、服務、備份、擴容等管理功能豐富的分類服務。

圖5 MariaDB數據庫數據

4 軟件設計

4.1 類型劃分

因收集到的數據類型較為多樣,所以在管理任務前對原始數據進行分類處理,確定分類主題并構建分類器。分類器運行原理為KNN算法,以門診信息為例,經收集、過濾以及處理之后,將數據導入分類器,設定輸入數據集為x、x1、x2均為函數序列,并設置期望輸出值y,在約束條件下求解最優(yōu)權重λ,將待分類的信息數據代入如下公式:

(1)

將計算結果與分類閾值進行比較,從而確定門診信息收集數據的屬類。

4.2 特征檢測

醫(yī)院信息管理提取了多尺度結構信息,同時根據使用效果需求檢測顯示界面的邊緣結構特征。通過重構方法重新構建顯示傳達,從而提升顯示界面表達能力。將無線通信技術引入顯示界面特征檢測中可得出:

(2)

公式(2)中,Dif表示顯示界面特征,f1與f2表示適應函數,通過上述處理有效提升了界面表達效果。在無線通信技術的基礎上,得到界面檢測的適應函數,同時通過形狀檢測出界面特征。

4.3 節(jié)點設計

節(jié)點是為醫(yī)院信息管理系統(tǒng)提供數據更新的軟件模塊,具體流程包括:(1)初始化Wi-Fi無線網絡;(2)發(fā)送新添加的網絡信號;(3)當新網絡信號未進入Wi-Fi無線網絡時,繼續(xù)發(fā)送網絡信號[4];(4)當新網絡信號已進入Wi-Fi無線網絡時,檢測當前新增信息,若存在新增信息則繼續(xù)發(fā)送網絡信號,經多次迭代實現信息更新。

4.4 數據檢測

數據檢測的作用是對新引入數據庫的數據信息進行安全分析,通過預先識別清除潛在風險信息。在該項目中,基于KNN算法對數據安全狀態(tài)D(S)進行評估,具體可通過如下公式實現:

(3)

公式(3)中,D1、D2分別表示路徑延遲與延遲變化兩個變量。系統(tǒng)會自動設置數據安全閾值,并將計算結果與閾值進行對比,如果結果高于閾值,那么表明不存在危險因素,反之則存在危險因素,并根據相應數據信息對其處理。

5 系統(tǒng)實驗

5.1 實驗準備

為對設計的基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的性能進行測試,利用VTest仿真平臺,測試傳輸時間、傳輸準確度及與傳輸完整度。為形成合理化比較,設置傳統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng)作為參照系統(tǒng),兩個系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境相同,確保測試變量的唯一性。VTest仿真平臺的基礎是專業(yè)引擎、3D設備以及數據編輯工具,開發(fā)語言為Java,通過架構網絡傳輸數據,可確保數據信息的完整性與有效性。

5.2 傳輸時間

設置5、10、15、20個并發(fā)數,基于不同網絡條件統(tǒng)計兩個醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的傳輸時間,如表1所示。比較后可發(fā)現,并發(fā)數越多,系統(tǒng)傳輸時間越長;在添加或修改信息方面,基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的傳輸時間均低于傳統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng),其運行性能更為良好。

表1 傳輸時間比較

5.3 傳輸準確度

對設計的基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的傳輸準確度進行測試,具體測試結果如表2所示。其中傳輸準確度公式可表示為:

表2 傳輸準確度比較

(4)

公式(4)中,T表示傳輸準確度,c表示傳輸截面,d表示數據特征,e表示傳輸效率。根據表2的傳輸準確度測試結果,與傳統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng)相比,設計的基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)可實現準確度更高的數據信息傳輸效果。

5.4 傳輸完整度

測試基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的傳輸完整度,結果如表3所示。由表3可知,設計的基于無線通信的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)的傳輸完整度高于傳統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng),實現了高度完整的數據信息傳達。

表3 傳輸完整度比較

6 結語

綜上,醫(yī)院信息增長速度提升,導致醫(yī)院信息管理系統(tǒng)負載增大,管理效率逐漸下降。為獲得良好的信息處理效果,本研究基于無線通信技術對醫(yī)院信息管理系統(tǒng)進行了設計,根據任務需求與系統(tǒng)部署,分別完成了硬件與軟件的相關設計開發(fā)工作,并進行了數據庫設計,最終為醫(yī)務工作者與病患提供性能穩(wěn)定的信息管理系統(tǒng)。實驗表明,本系統(tǒng)通過無線網絡進行信息傳輸與共享,與傳統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng)相比,具有更為良好的信息處理能力,應用前景廣闊,后期應致力于拓展系統(tǒng)應用,實現更為智能化的服務。