基于多色集合的電子病歷互訪模型①

李思雨, 王曉華, 方 婷, 冉梅梅

1(貴州大學 計算機科學與技術學院, 貴陽 550025)

2(遵義醫科大學 醫學信息工程學院, 遵義 563003)

3(遵義醫藥高等專科學校 網絡中心, 遵義 563006)

隨著當前網絡技術的發展, 各個組織的業務實現與其他外部組織的參與聯系越來越緊密, 對業務過程進行建模不僅可以描述各個任務之間的執行順序和執行關系, 還可以描述任務交互過程中的資源和約束條件. 直接建立業務過程建模將導致跨組織交互活動和私有活動之間的關系緊耦合, 不具備靈活性[1].

針對以上問題, 文獻[1]基于關注點分離原則提出了一種基于Petri網的多視角跨組織業務過程建模方法； 文獻[2]中結合Petri網和CCS提出了進程標號遷移系統PLTS, 在支持業務過程協同的形式驗證的同時避免單一運用Petri網與進程代數建模業務過程時面臨的問題； 文獻[3]基于Petri網和pi演算提出了一種多視圖建模方法反映跨組織業務過程協同中所表現出來的自治、異步等特性. 但是以上研究都只對業務流程中的活動關系進行描述, 并未對其中涉及到的資源信息和約束條件進行表達； 而且隨著組織業務流程復雜程度的不斷增加, 基于Petri網的業務建模容易產生活動節點過多, 狀態空間爆炸等問題.

多色集合理論作為一種系統理論和信息處理的數學工具, 核心思想是使用標準的數學模型來仿真不同的對象及其元素間的層次結構和復雜關系. 目前多色集合在路線規劃[4], 裝配序列規劃[5], 以及資源優化配置[6]等方面都得到了廣泛的應用. 同時, 多色集合在系統建模、復雜層次結構和關系描述、問題的形式化表示以及高效的計算機處理等方面也具有優勢[6]. 冉梅梅等人[7]基于多色集合和多色圖構建了醫院異常工作流處理模型； Gao等人[8]提出了基于多色集合理論的新的工作流動態變化和實例遷移方法, 對頻繁的工作流動態變化進行建模和描述； Zhao等人[9]采用多色集合理論的方法對模型中的對象、行為、約束以及相關關聯等信息進行形式化描述, 實現了故障行為模型的形式化描述同時也便于計算機表達和操作. 以上文獻對于多色集合的研究表明利用多色集合對組織的業務流程建模不僅能夠提高形式化描述的效率, 而且可以清晰地體現出各活動之間的關聯和約束關系； 基于多色集合的形式化可以更好地實現流程的推理且易于計算機進行實現.

在現階段對電子病歷進行共享的研究中, 數據的集成和共享往往在跨組織環境中進行, 信息跨越不同的組織邊界進行交互. 本文擬提出一個跨組織支持電子病歷調度的數據交互平臺架構, 該平臺作為一個調度中心并不存儲電子病歷數據, 只記錄醫院注冊、請求、服務、轉發、接收、使用電子病歷的相關信息,同時針對平臺支持下的電子病歷訪問模型進行研究.首先對多色集合和圍道矩陣的相關概念進行介紹； 從多個視角分別將跨組織電子病歷交互過程中各組織的內部活動和外部活動以及業務過程中涉及到的交互資源提取出來, 根據其業務流程構建圍道矩陣描述活動之間的關系； 最后根據組織之間的交互規則構建外部活動—資源交互模型. 該模型具有良好的擴展能力, 同時能夠對活動之間的約束關系進行描述.

1 多色集合理論

多色集合[10]作為傳統集合的擴展, 能夠對集合整體本身及其組成元素同時涂上不同的“顏色”, 在表達出集合的整體性質的同時體現出集合內各個元素的性質[7]. 多色集合由以下6個成分組成:

其中,A表示研究對象的集合,F(A)是對象的統一著色,F(a)表示集合中元素的個人顏色.

2 基于多色集合的跨組織建模

跨組織業務過程中, 私有活動作為組織內部流程的內部視角, 描述組織內部進行信息交互時各個活動的依賴關系, 私有活動的進行只與組織內部的資源信息有關, 不參與和其他組織的交互； 交互活動的進行則需要組織之間滿足特定的資源交互進行觸發. 對交互活動的抽取可以滿足在隱藏組織內部的流程關系同時表達組織之間的活動關系.

2.1 基于多色集合的工作流活動之間的關系

定義工作流程圖中的活動集合為A,A={a1,a2,a3,···,an}, 各組織內部活動節點之間執行的順序關系表示為矩陣[A×A], 同時該矩陣也可以描述此時組織內部的工作流程, 定義矩陣中的元素如下:

其中,

2.2 基于多色集合的交互活動定義

將跨組織交互業務過程中兩個組織的活動集合分別定義為A和B, 其中,A={a1,a2,···,ai,an},B={b1,b2,···,bk,bm}, [A×B]表示兩個組織活動之間的關系, 該活動矩陣可能并非是對稱矩陣, 活動ai可以觸發活動bj的執行, 但是活動bj可能并不能影響活動ai的執行.

如果abij的取值不為空, 表示活動ai需要與其他組織的活動bj進行交互, 執行順序按照2.1節所述, 此時定義活動ai和bj為外部交互活動； 如果abij取值為空, 表示兩個組織之間的活動ai和bj的進行互不相干, 兩者沒有交互關系, 此時定義活動ai和bj為各組織的內部活動. 根據矩陣[A×B]可以分別得到兩個組織的對外交互活動集合AO和BO.

2.3 基于多色集合集合的外部交互資源定義

由于資源的交互需要各組織中的活動進行交互來傳遞, 將跨組織業務交互過程中的資源信息定義為集合業務過程中的資源信息分為組織之間交互資源MO和 組織內部資源MI, 資源m分 割為＜mO,mI＞. 定義交互活動和資源之間的矩陣為[＜AO×AO＞×M].

如果dij=1, 表示資源mj為各組織之間的外部交互資源, 兩組織交互時活動的進行需要對資源進行傳輸來觸發； 如果dij=0 , 表示資源mj為各組織內部資源.

2.4 基于多色集合的組織間交互過程建模

在不同的業務場景中, 參與組織對外提供不同的交互活動, 根據不同的場景進行外部活動建模, 在組織內部流程發生改變時并不會對其他交互流程產生影響,實現了各組織之間交互建模的弱耦合性. 分別提取各組織中的內部活動集合AI, 交互活動集合AO, 內部資源集合MI和交互資源集合MO. 以組織A和組織B為例,建立矩陣 [＜AO×BO＞×MO]描述A和B之間的交互過程.

其中,wij=1 時, 表示外部活動aOi和bOi之間的交互需要外部交互資源mOj的參與才能進行； 反之,wij=0時,外部活動aOi和bOi之 間的交互與外部交互資源mOj無關.

3 醫院間電子病歷互訪平臺的跨組織工作流過程交互建模

跨組織電子病歷互訪平臺作為一個調度中心并不存儲電子病歷數據, 由相關的醫院提供所需的病歷, 平臺只負責對用戶身份注冊進行審核, 對病歷請求進行審核轉發, 轉發病歷并記錄電子病歷交互過程的相關信息； 在病歷的交互過程中需要得到患者的授權, 保證患者對其病歷的控制權.

在醫院間電子病歷互訪平臺的交互過程中:

(1)首先由醫院醫務處在平臺進行身份審核認證；

(2)注冊成功以后當病患在醫院就醫時, 病患提供身份證明；

(3)由醫生提交病歷訪問申請, 在申請中要添加能夠證實患者身份的信息；

(4)平臺進行身份審核確認身份無誤后將病歷申請單轉發到被申請醫院；

(5)核實當前該病歷是否被外借出去進行研究或已被他人作為診斷依據；

(6)當病歷未被其他醫院申請作為診斷依據時, 響應方醫院將病歷發送給平臺, 由平臺進行轉發；

(7)在病歷被接收并且確認無誤后, 申請方醫院向平臺發送反饋確認單, 由平臺轉發給響應方醫院；

(8)最后要將整個過程中出現的錯誤、沖突等交互記錄生成相應的記錄單保存在平臺中作為交互各方的交互證明和信譽憑證.

根據整體流程建立的交互過程圖如圖1所示. 在整個交互過程中, 涉及到的組織包括申請方醫院A, 交互平臺, 以及響應方醫院B, 根據業務流程, 定義三者的業務集合以及涉及到的資源信息集合.

圖1 電子病歷互訪平臺交互過程

申請方醫院業務集合Q={q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8,q9}:q1醫生在醫務處認證,q2醫務處在平臺認證,q3完成注冊,q4病患就醫,q5醫生經醫務處發送病歷申請,q6病患接收并填寫驗證碼,q7接收申請結果反饋單,q8接收病歷 ,q9發送確認反饋單.

響應方醫院業務集合R={r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7}:r1醫生在醫務處認證,r2醫務處在平臺認證,r3完成注冊,r4核實病歷當前狀態,r5發送申請反饋單,r6發送病歷,r7接收反饋單.

交互平臺業務過程集合A={a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9,a10,a11,a12}:a1驗證醫務處注冊申請,a2接收病歷申請,a3發送驗證碼驗證病患身份,a4核實驗證碼,a5轉發病歷申請,a6接收申請反饋,a7轉發申請結果反饋,a8接收病歷,a9轉發病歷,a10接收反饋,a11轉發反饋,a12生成記錄.

資源信息集合M={m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7,m8}:m1身份信息,m2身份許可證明,m3病歷申請單,m4驗證碼,m5申請結果反饋,m6病人病歷,m7反饋單,m8記錄單.

3.1 組織內部流程建模

在整個跨組織病歷訪問過程中, 包含申請方醫院A、交互平臺以及響應方醫院B三個組織. 分別定義三者的私有流程為[Q×Q], [A×A]以 及[R×R].

3.2 組織間交互過程建模

根據各組織之間的活動交互關系, 建立交互矩陣[Q×A]和 [A×R].

以申請方醫院和平臺的交互過程為例, 平臺接受申請、驗證病患身份、轉發病歷、接收反饋確認等活動和響應方醫院并無交互, 屬于可以對響應方隱藏的活動.

由此抽象出此時平臺的外部活動集合AOQ={a1,a2,a3,a4,a7,a9,a10}, 申請方外部活動集合QOA={q2,q3,q5,q6,q7,q8,q9}； 同理抽象出與申請方醫院交互時, 平臺的外部活動集合AOR={a1,a5,a6,a8,a11}, 申請方外部活動集合ROA={r2,r3,r4,r5,r6,r7}； 根據此時的交互流程圖,對于各組織內部的資源狀態未知, 此時已知的資源m均涉及到了各組織與其他組織之間的活動交互, 因此此時MO=M.

針對不同的交互場景, 平臺進行不同的交互活動. 一方面, 平臺要和申請方醫院交互完成身份審核、接收申請等任務； 同時, 平臺還要和響應方醫院交互完成病歷狀態驗證、轉發病歷等任務. 因此, 定義申請方醫院A和交互平臺的關系矩陣為, 定義響應方醫院B和交互平臺的關系矩陣為

由于多色圖模型能夠更加直觀地體現出整個業務過程, 因此根據以上活動關系矩陣, 得到跨組織電子病歷交互的多色圖模型如圖2和圖3所示. 使用多色圖中的節點來表示參與跨組織交互的活動, 使用多色圖中的邊來表示在兩個組織的交互過程中, 不同活動之間傳輸的資源, 同時這些資源中包含各自不同的屬性.如果兩個活動之間存在資源的傳輸, 那么兩個活動之間存在交互關系, 在多色圖中就體現為兩個活動之間存在一條邊； 若兩個活動之間不存在資源的交互, 則兩個活動之間不存在交互關系, 在多色圖中就體現為兩個活動之間不存在邊.

圖2 平臺和請求方醫院交互過程

圖3 平臺和響應方醫院交互過程

4 結論與展望

本文針對跨域跨組織的電子病歷交互提出多醫院間電子病歷交互平臺, 基于多色集合和多種視角對業務過程進行建模. 根據各組織之間的交互流程, 利用多色集合圍道矩陣提取出各組織的私有活動和交互活動,以及交互過程中涉及到的交互資源, 從交互過程中各組織的不同交互視角進行形式化描述, 該建模方法能夠在描述出業務交互的同時, 對組織內部流程進行隱藏, 實現當組織內部流程發生改變時, 外部活動交互不受影響, 以保證組織內部流程的自治性和各組織之間的弱耦合.

基于多色集合的建模方法具有良好的可擴展性,能夠運用到其他跨組織業務交互中. 但在本文中并未對業務流中各活動的離散約束和連續約束進行表達,在以后的研究中可以對當前的二維圍道矩陣進行擴展,使用三維結構的矩陣和三維可視化技術對業務流程中涉及到的離散約束和連續約束進行直觀、清晰的表達.