基于云計算技術的區域醫療檔案信息數據安全共享方法

邱琳，劉秉峰，湯潔，武金玉

（中國人民解放軍陸軍第八十集團軍醫院，山東 濰坊 261021）

0 引言

隨著醫療行業的快速發展和信息化程度的不斷提升，醫療檔案信息數據的安全共享變得越來越關鍵。根據患者所在的區域建立區域性的醫療檔案數據共享功能成為領域內所共同關注的問題。通過詳細研究區域醫療檔案，政府和醫療機構可以全面了解當地醫療資源的分配和使用狀況，優化醫療資源的配置和規劃，醫療服務的覆蓋范圍和效率也得到相應提升[1]。

區域醫療檔案提供了豐富多樣的病例和數據，為醫學教育和研究提供了寶貴的資源庫，推動了醫學的持續發展。通過共享和互操作的區域醫療檔案，患者可以在不同的醫療機構間無縫隙轉診，醫生也可以更好地了解患者的健康狀況，提供更連續且全面的醫療服務。

為解決如何確保數據的安全性、隱私性和共享性的問題，本文提出了一種區域醫療檔案信息數據安全共享方法，為醫療檔案信息數據的安全共享提供有效支持?；诖?，本研究提出了一種區域醫療檔案信息數據安全共享方法，并基于云計算技術對此進行實現。該方法利用云計算技術對于大數據量的負載均衡能力，對數據共享過程中數據量較大的問題進行優化，在很大程度上避免了數據共享前后的信息損失問題，進一步提高區域醫療檔案信息數據的管理與應用水平。

1 區域醫療檔案信息數據安全共享方法設計

1.1 異質分析區域醫療檔案信息數據

基于區域醫療檔案信息數據的分布和特征不同，對數據的異質性進行分析。這一過程主要針對特征空間異質性、標簽分布異質性[2]兩個方面進行分析。對區域醫療檔案信息數據表現出的基本一致性進行表達，如公式（1）所示：

公式中，A表示信息數據的基本性質，i表示醫療檔案信息數據，k表示該組數據所覆蓋的區域，ri表示對應數據的標簽，L表示數據梯度，wk表示對應區域的距離約束，Di表示該數據的差分隱私值。

根據兩個共享節點之間的歐式距離對公式（1）的表達式進行梯度更新引導，如公式（2）所示：

公式中，Lr表示梯度更新引導值，N表示數據共享節點的數量，wi表示數據共享節點的距離約束。

將公式（2）的結果作為更新后的梯度代入到公式（1）中進行修正，得到對區域醫療檔案信息數據異質性的分析結果。

1.2 基于云計算技術安全虛擬化數據

基于區域醫療檔案信息數據共享量較大的問題，本研究引入云計算技術對信息數據進行虛擬化，對數據共享過程的數據訪問步驟進行簡化。

首先，根據分析所得的數據異質性，將數據寫入文件，主要步驟為：

步驟1：調用FileSystem 創建數據寫入文件請求[3]。

步驟2：接收到遠程過程調用請求后創建元數據記錄。

步驟3：文件分割成大小為128M 的數據塊，并將這些數據塊依次寫入一個內部隊列中。

步驟4：根據一定的策略找到合適的數據塊副本存儲節點，并通過管道流的方式將數據寫入文件。

步驟5：應用master 向資源管理器申請并分配容器1給作業，并與容器1所在的節點管理器進行通信，開啟作業的應用master進程。

在將數據寫入文件后，對文件中的數據進行虛擬化處理。本研究采用Xen 作為云計算虛擬化的開源平臺。將寫入文件的檔案信息數據載入到開源平臺的硬件與云計算虛擬機之間，構成準虛擬化環境[4]。在準虛擬化環境中，設計云計算虛擬化指令，如圖1所示。

圖1 云計算虛擬化

圖1中，虛擬化步驟中的含義如表1所示。

表1 云計算虛擬化含義表示

通過上述步驟，完成基于云計算技術的醫療檔案信息數據的虛擬化過程。

1.3 構建認證框架實現安全共享

在數據共享端對通過云計算技術虛擬化后的區域醫療檔案信息數據進行安全認證，實現數據安全共享。

本研究采用拜占庭容錯共識算法建立區域醫療檔案信息的認證框架。將虛擬化數據作為認證框架中的正常節點[5]，則框架中的共享節點總數計算為公式（3）：

公式中，| |

R表示，f表示虛擬化數據節點，m表示無效節點數。

當客戶端發出醫療檔案信息數據的共享請求后，認證框架的主節點進行數據哈希值檢驗，如公式（4）所示：

公式中，M表示哈希值檢驗通過的數據，Hi表示，數據i的哈希值，K表示數據共享請求來源區域，G表示數據認證遍歷節點數。

當數據共享請求端通過認證后，將虛擬化數據傳輸至請求端，實現數據共享。

通過上述步驟，完成基于云計算技術的區域醫療檔案信息數據安全共享方法的設計過程。

2 實驗與結果分析

2.1 實驗準備

設計對比實驗對本研究所提出的基于云計算技術的區域醫療檔案信息數據安全共享方法的實踐應用有效性進行測試實驗。

本次實驗的數據采用某區縣公共衛生平臺所公開的健康檔案數據作為初始樣本，根據該樣本進行區域醫療檔案信息實驗數據的模擬，每組實驗數據的內容如表2所示。

表2 模擬實驗數據內容

如表2所示的類別，在不同的數據倉庫中模擬若干個醫療檔案信息數據，模擬出區域性的信息數據，其信息格式如圖2所示。

圖2 醫療檔案數據模擬格式

按照上述格式模擬生成本次實驗的數據信息。完成上述準備后，于Python 3.9.2、PyTorch 1.13.0 的環境中開展本次實驗。

2.2 實驗結果及分析

為了更加有效地體現出本文所提方法的應用性，采用對比實驗的方式進行本次實驗。分別選用基于虛擬網絡計算的檔案信息數據共享方法以及基于特征提取與聚類的檔案信息數據共享方法作為對照組，分別命名為方法1 和方法2，將本文所提方法命名為方法3。

分別為不同的共享方法導入不同數據量的實驗數據，檢驗不同方法共享前后同一數據的一致性數量進行性能評價。

經過實驗，得到不同共享方法的實驗結果如圖3所示。

圖3 不同方法實驗結果

由圖3可知，在本次實驗中，在不同數據量下，本文所提出的數據安全共享方法對于區域醫療檔案信息的共享結果，表現出的前后一致性均比較高，每輪實驗均與實際導入數據量高度一致，而方法1和方法2 在不同數據量下，所表現出的一致數據量均較本文方法少。由此可見，本文所提方法對于區域醫療檔案信息數據能夠實現較高質量的安全共享，共享后的數據與原始數據基本一致，信息丟失情況較少，共享過程較為安全。

3 結束語

為了進一步提高醫療服務的整體質量，實現區域性的醫療檔案信息數據共享十分重要，為醫療領域帶來了更大的便捷性。對此，本研究提出了一種基于云計算技術的區域醫療檔案信息數據安全共享方法。該方法有助于政府和醫療機構更好地了解本地醫療資源的分布和使用情況，優化醫療資源的配置和規劃，提高醫療服務的覆蓋面和效率。同時也為醫學教育和研究提供了寶貴的數據資源庫，推動醫學科學的發展，成為未來醫療檔案信息管理的重要趨勢。