基于Petri網的醫療業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網的醫療業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)

基于醫療業務流程問題是解決患者快速就診問題的關鍵，使用合理有效的醫療業務流程是一項非常重要工作。為了滿足更多患者的就醫需求，通過對多個醫療業務流程合并來構建新的醫療流程是大勢所趨。基于Petri網的行為輪廓性質和理論，分析了醫療業務流程交互，并提出了分析醫療業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療業務流程的實例，分析了該方法的有效性。

醫療業務流程；模型合并；變化域分析；Petri網

隨著醫療業務的不斷發展，醫療業務流程交互的應用越來越多廣泛。單一的醫療業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務流程進行有效組合。但由于業務流程行為交互復雜性造成交互行為的多樣性，因此檢測交互后醫療業務流程與交互前醫療業務流程一致性成為一個至關重要的問題， 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。現有的醫療服務交互后的研究大多數是從結構上研究，沒有從行為方面研究。

醫療業務流程交互被用到醫療流程領域，合并醫療流程越來越被關注。國內外許多學者專注于醫療流程的挖掘研究。文獻[1]針對醫療用戶的需求設計了一個交互系統，來實現信息的交互；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務流程如何合并的問題，但很少對醫療業務流程合并前后的流程內部行為關系進行分析。為此，筆者基于Petri網提出了醫療業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網行為輪廓概念及其性質和醫療流程模型的交互和求變化域的方法[7]。其中，Petri網的相關內容詳見文獻[8]。

1.1 Petri網行為輪廓的定義及性質

定義1(業務流程模型)一個業務流程模型是一個六元組，記為P=(A，ai，a0，C，F，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，結束活動ao∈A；

3)F?((A/{ao})∪C)×((A/{ai}∪C)，F表示流關系；

4)T:C|→{and,or,xor}，為業務流程模型的結構類型，即并行、選擇、異或3種結構。

定義2(行為輪廓) 設一個業務流程模型Petri網P=(A,ai，ao，C,F,T)，x,y∈A,(x,y)?F，至少包含下列4種關系的一種；

1)嚴格序關系：→(x,y)，若x>y，y≯x，即：B(x,y)=→；

2)排他序關系：+(x,y)，若x>y，y≯x，即：B(x,y)=+；

3)交叉序關系：‖(x,y),若x>y，y≯x，即：B(x,y)=‖；

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

1.2 模型復雜匹配關系的確定

通過研究控制組內部的行為關系分析醫療業務流程之間的匹配關系進行合并醫療業務流程交互及變化域分析， 下面對醫療業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個醫療業務流程圖，M是它們之間的復雜匹配關系，Xa∈Ca，Xb∈Cb是匹配關系組，且?c∈Xa對?c′∈Xb都有M(c)=c′，則稱Xa與Xb根據關系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 醫療業務流程模型的合并及變化域分析

隨著信息系統的發展，業務流程合并技術被用在許多應用領域，也被應用在醫療業務流程領域中。下面，筆者通過某醫院醫療業務流程模型做模型來分析醫療業務流程模型合并及變化域分析方法。

2.1 醫療業務流程模型的匹配關系確定

筆者采用醫療業務系統中的網上掛號案例進行分析。圖1是患者網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，醫院需要“接收預約信息”，同時他們也有著各自的內部流程，如醫院需要一個“檢查預約時間”的內部操作，看是否滿足預約需求。圖2給出了患者預約掛號流程與醫院接受掛號申請流程，這里有n：m和1：n的復雜匹配關系。筆者應用匹配變遷組來處理這種復雜匹配關系。

圖1 患者網上預約掛號流程示意圖

圖2 醫院接收掛號流程示意圖

PaPbA網上預約，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，等待付款D取消預約預約過期，預約取消E醫院掛號記錄預約，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

醫療業務通過模型標準化既可以保留原有流程的內部的所有行為信息，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，可以確定相關匹配關系，表1給了醫療業務流程圖Pa和Pb控制點的匹配關系。

2.2 流程模型合并及算法

在醫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(醫療業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(醫療業務流程流程模型合并算法過程)如下：

輸入：醫療業務流程Pa=(Aa,Ca,Fa)，Pb=(Ab,Cb,Fb)，匹配函數M，Pa=(Aa,Ca,Fa)的初始狀態為aao，Pb=(Ab,Cb,Fb)的初始狀態是abo。

輸出：合并之后的醫療流程模型P。

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

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

(b)x*∈Pb且x·∈P，但(x,x·)?FP，FP?(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的疑似變化區域CGPa、CGPb、CG。

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

3 實例分析

根據某醫院的醫療業務流程圖，以及已給出醫療業務流程模型以及它們之間的復雜對應關系，基于業務流程模型合并和摘要提取，根據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

根據算法2，得到如圖5和圖6中的變化區域，分別是CGPa={X(Ca,Da)}、CGPb={X(Cb,Db)}。分析變化區域活動之間的行為關系，正確的醫療業務流程應該是醫院查詢患者的訂單狀態，若收到預約付款信息則提醒患者到醫院掛號，如果沒有預約付款則等待付款，預約超時取消預約。但是有可能會出現醫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付款，因此導致預約失效，這就導致了2個醫療模型合并可能存在異常的地方，即尋找的變化區域。

圖4 合并模型P的摘要

圖5 Pa的變化區域示意圖

圖6 Pb的變化區域示意圖

4 結語

在已有研究的基礎上，依據Petri網行為輪廓的性質，通過對醫療業務流程模型合并前后行為關系的分析以及業務流程模型間復雜匹配關系的確定，尋找初始醫療流程模型的變化區域，并分析了醫療業務流程合并前后產生變化區域的原因。筆者的主要工作是對于2個初始醫療業務流程模型，給出醫療流程模型合并后的匹配關系，提出基于流程模型Petri網的行為輪廓的概念。首先，分析初始模型間的活動變遷節點之間的匹配關系；其次，算法1結合活動變遷節點之間的匹配關系，合并原始模型。最后，算法2在算法1的基礎上逐步尋找合并模型變化區域。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，關于醫療業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。

[1]陳曉娟. 醫療信息交互系統的設計與實現[D]. 武漢：武漢理工大學, 2012.

[2]Ehrig M, Koschmider A, Oberweis A. Measuring Similarity between Semantic Business Process Models.[A].Proceedings of the Fourth Asia-Pacific Conference on Conceptual Modelling[C]. Conceptual Modelling 2007, 2007:71～80.

[3]Weber B, Reichert M, Mendling J, et al. Refactoring large process model repositories[J]. Computers in Industry, 2011, 62(5):467～486.

[4]Fang X, Liu L, Liu X. Analyzing Method of Change Region in BPM Based on Module of Petri Net[J]. Information Technology Journal, 2013, 12(8):1655～1659.

[5]Rinderle S, Reichert M, Dadam P. Correctness criteria for dynamic changes in workflow systems-a survey [J]. Data & Knowledge Engineering, 2004, 50(50):9～34.

[6] 歐陽虹. 基于Petri網模型合并的可配置業務流程變化域分析[D].淮南：安徽理工大學, 2015.

[7] 吳俊枝. 基于Petri網行為輪廓的業務流程挖掘方法研究[D].淮南：安徽理工大學, 2014.

[8] 吳哲輝. Petri 網理論[M].北京:機械工業出社，2006:6～42.

[9] Kock N, Verville J, Danesh-Pajou A, et al. Communication flow orientation in business process modeling and its effect on redesign success: Results from a field study[J]. Decision Support Systems, 2009, 46(2):562～575.

[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，現主要從事Petri網方面的研究工作。

方賢文(1975-)，男，博士，教授，現主要從事可信系統、Petri網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網的醫療業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.