受限場景下醫療物資管理系統的設計與實現

袁志成，梁振，周保琢

1. 安徽醫科大學 生物醫學工程學院，安徽 合肥 230000；2. 安徽省觀智網芯電子科技有限公司，安徽 合肥 230000

引言

隨著科技的進步、信息技術的迅猛發展，無論是企業還是醫院都對物資的高效管理有著極其迫切的需求，雖然都通過引入物資管理系統開展信息化管理，但傳統的醫療物資管理系統卻無法滿足受限場景下的醫療物資管理，不能直接在受限場景下進行使用。受限的、復雜的工作環境，例如“深海一號”石油工作站[1]、地底礦井[2-3]、遠洋運輸船、海底潛艇等，由于活動空間狹小、醫療物資難以及時得到補充、醫療物資存儲和取用管理不便、醫療物資清點困難、工作保密性限制、弱網環境[4]限制、信息傳輸限制等導致受限環境下的醫療物資管理效率十分低下。

在受限環境下，對于醫療物資、醫療設備的管理極其不規范，導致醫療物資出現使用不充分、浪費的情況；同時，在急需使用某醫療物資時，無法第一時間獲得該物資，浪費大量時間在尋找醫療物資上面，也會影響傷員的救治黃金時間。另外，由于工作環境限制，各相關部門無法及時了解工作環境中的醫療物資情況，無法及時采購補充所需醫療物資。為解決受限場景下醫療物資管理的難點，本研究擬設計一套受限場景下的醫療物資管理系統，以有效提高醫療物資的管理效率、提高醫療物資的快速響應能力，并實現受限場景下醫療物資全生命周期的數字化、規范化管理，消除醫療物資管理的信息孤島問題。

1 系統設計

1.1 系統的需求分析和設計目標

目前，無論是地底礦井、深海石油工作站，還是海底潛艇、遠洋運輸船等受限工作環境，對于其內部醫療物資的管理手段都是相對落后的，管理模式信息化程度較低，缺少自動化的清點監控手段。針對受限場景下的醫療物資管理困難這一現狀，本研究擬實現以下兩個方面的建設目標：① 給受限工作環境下的工作人員提供快速、有效的醫療物資查詢平臺，幫助其以最短時間獲取急需的醫療物資；② 給中央工作人員提供遠程監控、遠程輔助等功能，協助受限場景下醫療物資的管理，及時提供所需醫療補給。

系統的總體設計思路：基于物資管理系統、醫療物聯網應用[5]、云邊端技術和物聯網技術[6]，為受限場景下的醫療物資提供包括醫療物資采集、可視化展示、信息告警、遠程管理、快速出入庫等業務模塊的一體化醫療物資智能管理系統。

受限場景下的醫療物資管理系統由兩個系統模塊組成：Web 端醫療物資管理系統和移動終端醫療物資管理系統。Web 端醫療物資管理系統采用B/S 架構，該系統主要給為受限場景提供后勤保障服務的人員使用，實時監控醫療物資的狀態并根據監控信息為受限場景下的工作人員提供更加準確全面的便捷服務；移動終端醫療物資管理系統安裝在手機、平板電腦等移動終端，采用C/S架構，該系統主要供受限場景下的工作人員使用，用來查詢、取用、存儲、清點、轉移受限工作環境內的醫療物資。移動終端通過掃碼的形式，識別醫療物資專屬的二維碼，從而對醫療物資進行業務操作。

1.2 系統開發工具與技術

受限場景下的醫療物資管理系統由于其工作場景和工作方式的特殊性，兩個子系統采用不同的架構進行開發。

（1）Web 端醫療物資管理系統選擇基于Windows操作系統和JAVA 平臺進行開發，采用B/S 架構[7]，使用前后端分離的方式，選用JavaEE 平臺構建，基于Springboot+Vue 編程語言技術進行開發。

（2）移動終端醫療物資管理系統需要適配平板電腦、手機、手持個人數字助手（Personal Digital Assistant，PDA）等多類型、多種操作系統的移動終端，經研究分析，最終選擇Flutter 技術進行開發。Flutter 是一種跨平臺移動UI 框架，是主打跨平臺、高性能、高保真等優勢的物聯網操作系統[8]。Flutter 可以幫助開發者通過一套代碼庫構建適用于移動、Web、桌面和嵌入式平臺的精美應用。

1.3 系統架構

受限場景下醫療物資管理系統的系統架構圖如圖1所示，主要包括數據采集、基礎設施層、數據層、通信層、系統組成和應用層。

圖1 系統架構圖注：UDP：用戶數據報協議；PDA：個人數字助手。

1.3.1 數據采集

受限場景下的工作人員使用安裝了移動終端醫療物資管理系統軟件的手機、平板電腦、手持PDA 等設備，掃描醫療物資專屬二維碼，獲取醫療物資的名稱、分類、編號、所在位置、使用說明、入庫時間、有效期等信息，并對物資進行業務操作，同時將相關信息保存至數據庫。

1.3.2 基礎設施層

系統主要包含負載均衡策略、斷點續傳、任務調度、操作系統、網絡、信息安全、權限管理、日志等基礎設施層保護機制，確保系統的穩定性。

1.3.3 數據層

針對網絡無法保持實時暢通的弱網環境，為了確保數據的準確存儲與傳輸，受限場景下醫療物資管理系統采用多數據庫、多服務協同工作的方式，采用點對點通信模式、同步發送模式、異步發送模式、斷點續傳模式等多模式數據傳輸服務。Web 端醫療物資管理系統采用MySQL 數據庫管理醫療物資數據，移動終端醫療物資管理系統采用MongoDB 數據庫。為使兩個系統數據庫之間的數據穩定傳輸，采用MongoDB 數據庫作為中間同步數據庫，實時傳輸同步Web 端和移動終端數據庫的數據。同步數據主要包括醫療物資數據、物資使用記錄、儲位信息數據、操作日志、受限環境內工作人員反饋信息等。

數據同步邏輯如圖2 所示，移動終端醫療物資管理系統的同步通信模塊讀取MongoDB 數據庫中相關需要同步數據對象表中待同步狀態（sync_state=1）的數據記錄，通過數據流化和用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）通信發送到Web 端醫療物資管理系統的同步通信模塊，Web 端將其結構化后，存儲在MongoDB 同步數據庫的syncAdmin 庫中；對于由移動終端產生的數據對象，通過sync_from=ydzd 狀態確認，Web 端醫療物資管理系統的同步通信模塊讀取MongoDB 同步數據庫中需要同步數據對象表中待同步狀態（sync_state=1）并且來源為移動終端（sync_from=ydzd）的數據記錄，并將其發送到Web 端MySQL數據庫中，然后更新同步數據庫相關記錄為同步完成狀態（sync_state=3）。另外，所有需要同步的記錄在數據庫中通過全局唯一標識符確認其唯一性。Web 端向移動終端同步數據時，數據同步邏輯相同，僅在數據來源處有所差異，即sync_from=web。

圖2 數據同步邏輯時序圖

1.3.4 通信層

Web 端醫療物資管理系統支持采用WLAN 或Wi-Fi的通信方式直接在瀏覽器中訪問服務器，進行數據訪問以及業務數據的傳輸[9]。移動終端醫療物資管理系統支持采用無線或者有線局域網的通信方式，進行工作環境內的局域網組網，用于采集信息數據的傳輸，以及各移動終端間的數據同步。

Web 端醫療物資管理系統和移動終端醫療物資管理系統之間的通信方式為無線局域網下的UDP 通信。傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）雖然是一種更安全、可靠的通信方式，但是在弱網環境下，TCP 的“三次握手”機制無法得到保障，因此選擇無連接、操作簡單的UDP 協議[10]。弱網環境下使用UDP 的無須響應即發送的機制，在兩個子系統的數據同步通信模塊增加持續多次發送功能，接收方只要有1 次接收到信息即可完成命令收取；同時在程序中增加處理邏輯，從而保證數據的完整性和安全性[11]。

1.3.5 系統組成

受限場景下的醫療物資管理系統由Web 端醫療物資管理系統和移動終端醫療物資管理系統兩個子系統組成，在網絡中斷期間，兩個子系統獨立工作，互相不受影響。

兩個子系統均設有數據同步通信模塊，在獨立運行期間以定時任務的形式工作，間隔固定時間自動啟動，向對方發送連接請求。當網絡環境允許時，兩個子系統互相應答完成連接，從而完成兩個子系統之間數據信息的通信。

1.3.6 應用層

Web 端醫療物資管理系統應用于Web 客戶端，主要通過瀏覽器為用戶提供醫療物資信息統計大屏、對醫療物資進行實時監控和管理，展示醫療物資的庫存情況和變動情況；移動終端醫療物資管理系統用于移動客戶端，主要通過移動設備安裝的移動終端醫療物資管理系統為工作人員提供醫療物資查詢、取用、轉移、清點等業務功能。

2 系統功能設計與實現

受限場景下的醫療物資管理系統分為兩個子系統實現物資管理功能，系統功能架構圖如圖3 所示。

圖3 系統功能架構圖

2.1 Web端醫療物資管理系統

Web 端醫療物資管理系統主要包括物資管理、基礎信息管理、物資統計、系統管理等功能模塊。

2.1.1 物資管理

物資管理模塊負責醫療物資信息生命周期全流程的管理，包括醫療物資采集、入庫、出庫、查詢、信息維護等功能。物資管理模塊根據醫療物資（包括醫療藥品、設備等）需求清單進行采購，并將醫療物資以新增的方式或者一鍵導入的方式存儲在數據庫中，完成物資入庫，同時數據庫記錄物資入庫時間、入庫位置、物資狀態等信息[12]；將物資運輸至受限工作環境時，在系統中查詢并選擇需要出庫的醫療物資，進行出庫操作，同時改變選擇物資在數據庫中的狀態及位置信息，完成醫療物資出庫；物資到達受限工作環境后，通過物資轉移功能將醫療物資存放至指定位置。在醫療物資的整個生命周期過程中，支持通過物資名稱、代號、類別、狀態等信息查詢醫療物資信息。物資管理模塊中的物資管理功能界面如圖4 所示，支持對醫療物資的查詢、新增、編輯、導入導出以及超期警示功能。

布萊希特：在蘇維埃曳引機的旁邊，古代詩人的聲音依舊動人。把不同的酒摻雜在一起，也許是錯誤；但是新舊的智慧，卻能融會得很好。

圖4 物資管理功能界面展示圖

2.1.2 基礎信息管理

基礎信息管理模塊負責對醫療物資支撐基礎屬性信息的管理，包括物資類別管理、儲位信息管理、物資擴展信息、反饋信息管理等功能。基礎信息管理模塊需要實現對物資類別、儲位信息、物資擴展信息進行新增、編輯、刪除等功能，以輔助物資管理操作，為受限場景下的工作人員提供便捷，輔助其對醫療物資進行管理。

2.1.3 物資統計

物資統計模塊主要是對醫療物資信息的實時統計以及可視化展示，包括醫療物資庫存統計、物資超期統計與告警、物資消耗統計、存儲區域物資統計等功能。物資統計模塊從多維度統計醫療物資的實時情況，并以圖表、統計圖等形式展示。醫療物資庫存統計以條形圖的方式展示每個醫療物資的未使用、已使用、近期使用數量，并依次給出預計可使用天數，見圖5。根據物資超期告警需求，物資超期統計與告警功能支持以表格和條形圖的形式展示每個醫療物資的未使用、超期數量，并給出橙色告警提示功能，見圖6。物資消耗統計以折線圖的形式展示指定時間段內的各類物資消耗趨勢及數量。存儲區域物資統計支持展示各存儲區域內的物資實況，方便對物資進行清點。

圖5 物資庫存統計-單個物資統計界面展示圖

圖6 物資超期統計與告警界面展示圖

2.1.4 系統管理

系統管理模塊負責對該系統的用戶等系統信息的管理，包括用戶管理、用戶系統權限管理[13]、日志管理、定時任務管理、系統參數管理等功能。

2.2 移動終端醫療物資管理系統

移動終端醫療物資管理系統主要包括醫療物資查詢、取用、轉移、清點等功能模塊。

2.2.1 物資查詢

物資查詢模塊負責通過檢索的方式快速獲取物資的位置信息。物資查詢方式包括按照物資分類查詢、按照位置篩選查詢、按關鍵詞模糊/精準查詢、語音查詢等。

2.2.2 物資取用

物資取用模塊實現醫療物資的快速取用以及醫療物資信息的實時更新。物資取用方式包括查詢取用、掃碼取用和批量取用，查詢取用即查詢到物資之后一鍵取用，掃碼取用即掃描醫療物資專屬二維碼并一鍵取用。

2.2.3 物資轉移

物資轉移模塊實現受限場景下醫療物資的位置轉移以及信息實時更新。物資轉移方式包括查詢轉移、掃碼轉移、批量轉移。

2.2.4 物資清點

物資清點模塊實現受限場景下醫療物資實況的清點與確認。物資清點方式包括按物資分類清點和按區域清點。

3 系統測試

為了驗證系統的可行性、準確性等性能，模擬弱網環境，對Web 端醫療物資管理系統和移動終端醫療物資管理系統進行測試，主要是測試其相應功能在實際運行過程中是否具備較高的可靠性和穩定性、對于用戶操作過程中能否根據要求正確完成響應的操作[14]。主要測試內容包括：① 通過系統單元測試、部件測試、配置項測試和壓力測試，驗證系統的可靠性、穩定性以及響應內容的準確性；② 在兩個子系統中分別多次進行醫療物資管理操作，進行多次斷網、聯網重復性測試，經數據同步后驗證數據傳輸的準確性；③ 模擬受限場景下醫療物資的取用流程，測試醫療物資在系統輔助下的快速響應情況。

3.1 測試環境

在第1 臺計算機上安裝Web 端醫療物資管理系統模擬中央環境，輔助受限場景下的醫療物資管理，并在該計算機上安裝MySQL 數據庫作為本地數據庫、安裝MongoDB 數據庫作為同步數據庫；在受限場景下的計算機上安裝移動終端醫療物資管理系統和MongoDB 數據庫，作為受限環境下的服務器，供移動設備連接通信，以及數據同步和存儲的載體；在手機和平板電腦上安裝移動終端醫療物資管理系統，進行受限場景下醫療物資的管理活動。

3.2 測試結果

3.2.1 系統穩定性、可靠性

使用有效類、無效類、功能劃分、邊界值等對該系統進行測試，針對涉及容錯性設計的測試用例（如操作輸入提醒、輸入值正則檢查、異常消息提示等）開展容錯性測試；同時對系統的功能、性能、接口、人機交互、系統安裝、安全性可靠性等進行測試，具體測試結果如表1 所示。經過單元測試、部件測試、配置項測試以及問題修復之后的回歸測試，同時經過Web 端和移動端數據庫間的數據傳輸壓力測試（成功率均大于99%），綜合表明，受限場景下的醫療物資管理系統的穩定性、可靠性及響應的內容已符合設計目標。

表1 系統穩定性、可靠性測試結果（個）

3.2.2 數據傳輸準確性

編寫數據傳輸準確性測試的單元測試代碼，在數據傳輸過程中，經多次斷網、聯網重復性測試，驗證測試數據在兩個子系統之間傳輸的準確性，最終得出兩個子系統之間數據傳輸準確性為95%，基本符合設計需求。

3.2.3 醫療物資快速響應能力

模擬受限場景下醫療物資的取用測試，先后共進行20 次隨機指定醫療物資取用任務，實驗組為移動終端醫療物資管理系統使用者，對照組未使用移動終端物資管理系統。實驗組均次取用醫療物資時間為（40.85±14.04）s，而對照組均次取用醫療物資時間為（115.00±35.70）s，且差異有統計學意義（t=8.61，P＜0.001）。結合受限的工作環境，其取用醫療物資的時間會更長。

經過反復測試表明，兩個子系統之間數據傳輸準確率和系統穩定性、移動終端醫療物資管理系統功能和快速響應能力均符合設計需求，受限場景下的醫療物資管理系統的功能符合設計目標。

4 討論與總結

受限場景下的醫療物資管理系統基于物資管理系統和物聯網移動終端數據處理技術設計實現，創新性地提出現代信息化技術手段與受限場景下醫療物資管理流程的有機結合。相較于現有醫療物資管理平臺，如顧嘉等[15]的應急醫療物資信息化管理平臺、黃偉航[16]的基于云計算的區域應急醫療物資保障信息管理平臺，雖具有醫療物資快速響應能力，但無法適應弱網、空間狹小等受限環境；如鐘杰[17]的礦山設備物資管理信息系統，在醫療物資快速響應能力方面略有不足。

受限場景下的醫療物資管理系統具備在弱網環境、復雜環境下對醫療物資進行高效、充分、精確化、可視化管理的能力。系統引入移動掃碼技術，能夠將物資生命周期中各個階段的信息通過醫療物資專屬識別碼連接在一起，可以監測醫療物資使用全過程，擺脫了傳統人工計數、清點等繁重工作[18]，提高了物資快速響應能力，實現一鍵掃碼快速出庫。

受限場景下的醫療物資管理系統也存在不足之處，因Web 端醫療物資管理系統和移動終端醫療物資管理系統之間的數據傳遞是通過UDP 進行的，并不驗證接收方是否接收到，所以在長距離傳輸或網絡較差時很容易丟失數據包，尤其在傳輸大文件時[19]。另外，本系統的安全可控性還有待優化，希望將來本系統可以移植到信創系統中，進一步提高本軟件系統的自主可控性。

受限場景下醫療物資管理系統的建設，旨在實現特殊、復雜環境下醫療物資在需求響應時具備快速的響應能力，物資管理現代化、信息化、數字化，對復雜工作環境下的整個醫療物資的綜合管理發展有著積極的意義。