基于無線通信的醫院信息管理系統設計與實現

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,將醫患信息與藥品信息集中管理,既是醫院信息化管理的必要途徑,也是提升醫院整體效益的關鍵一步。目前醫院信息管理系統設計類型多樣,部分研究者通過創建一體化管理系統,根據病患信息創建云平臺,實現醫院信息的共享與集成,雖然該系統能夠實現醫院信息管理,但因云平臺僅針對應用醫院,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院數據安全系統,構建了醫院信息管理系統的數據安全模型,雖實現了相關信息的安全管理,但其無線通信功能較差,無法得到大規模應用。鑒于此,為強化醫院信息管理效率與監管能力,設計了一種基于無線通信技術的醫院信息管理系統,以期提升醫院信息傳輸效率、準確度與完整度,為醫院管理層提供更具價值的信息。

1 系統架構

醫院整體人流量較大,病患數據與藥品數據眾多,且數據間屬性及格式各異,因此對醫院信息管理系統的數據收集、存儲及處理要求較高。設計的基于無線通信的醫院信息管理系統分為應用層、系統層、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,可支持數據連續掃描,符合系統信息收集的要求。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送、接收、創建無線網絡以及顯示醫院信息等功能。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,由此協助MG10A-P1完成傳輸。

3 數據庫設計

系統數據庫為MariaDB,根據系統需求與功能實現,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(主治醫生)用于存儲醫生信息;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 節點設計

節點是為醫院信息管理系統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,繼續發送網絡信號[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發送網絡信號,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 系統實驗

5.1 實驗準備

為對設計的基于無線通信的醫院信息管理系統的性能進行測試,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,設置傳統醫院信息管理系統作為參照系統,兩個系統的開發環境相同,確保測試變量的唯一性。VTest仿真平臺的基礎是專業引擎、3D設備以及數據編輯工具,開發語言為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個并發數,基于不同網絡條件統計兩個醫院信息管理系統的傳輸時間,如表1所示。比較后可發現,并發數越多,系統傳輸時間越長;在添加或修改信息方面,基于無線通信的醫院信息管理系統的傳輸時間均低于傳統醫院信息管理系統,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院信息管理系統與傳統醫院信息管理系統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,與傳統醫院信息管理系統相比,設計的基于無線通信的醫院信息管理系統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院信息管理系統與傳統醫院信息管理系統的傳輸完整度,結果如表3所示。由表3可知,設計的基于無線通信的醫院信息管理系統的傳輸完整度高于傳統醫院信息管理系統,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,醫院信息增長速度提升,導致醫院信息管理系統負載增大,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院信息管理系統進行了設計,根據任務需求與系統部署,分別完成了硬件與軟件的相關設計開發工作,并進行了數據庫設計,最終為醫務工作者與病患提供性能穩定的信息管理系統。實驗表明,本系統通過無線網絡進行信息傳輸與共享,與傳統醫院信息管理系統相比,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應用,實現更為智能化的服務。