互聯(lián)網環(huán)境下醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法研究

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A

0 引言

數(shù)據(jù)交換即目標數(shù)據(jù)在不同平臺、組織或不同系統(tǒng)之間的共享與傳輸過程。在開放的網絡環(huán)境中，數(shù)據(jù)交換技術被廣泛應用于教育、金融、醫(yī)療等多個領域。特別是在醫(yī)療領域中，實現(xiàn)對目標數(shù)據(jù)的交換與共享不但能夠提高診斷效率，還有助于促進醫(yī)療資源的分享與快速傳輸。為了實現(xiàn)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的共享，耿騫等提出基于聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)交換方法，將聯(lián)盟鏈定義為日志，在數(shù)據(jù)庫中設置指針結構，從而在控制信息回溯時長的同時，驗證數(shù)據(jù)樣本的傳輸安全性。因為聯(lián)盟鏈對目標數(shù)據(jù)的存儲能力有限，所以在影像數(shù)據(jù)輸出量較大的情況下，基于該方法并不能實現(xiàn)對目標數(shù)據(jù)的高效傳輸。孫潤康等[2]提出基于區(qū)域醫(yī)療數(shù)據(jù)中心的交換方法，制定了具體的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，在融合信息化服務平臺的同時，對目標數(shù)據(jù)進行定向化交換與共享。然而，該平臺包含多個不同的信息服務單元，所以在共享醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的過程中，容易出現(xiàn)非按需交換的情況。為更好解決上述問題，本文設計互聯(lián)網Hub/Spoke交換體系下的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法。

1互聯(lián)網環(huán)境下的數(shù)據(jù)交換體系建模

在互聯(lián)網環(huán)境中，完善Hub/Spoke交換體系，再將醫(yī)療影像數(shù)據(jù)復制到目標區(qū)域，以判定消息中間件對目標數(shù)據(jù)的負載能力，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)交換體系的建模。

1.1Hub/Spoke交換體系構建

Hub/Spoke模型是保持網狀輻射連接模式的互聯(lián)網數(shù)據(jù)共享模式，旨在實現(xiàn)目標數(shù)據(jù)的點對點傳輸，具有靈活程度高、數(shù)據(jù)收發(fā)量大的特點。在交換醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的過程中，Hub/Spoke交換體系將目標數(shù)據(jù)全部集合到Hub中心節(jié)點中，下級Spoke節(jié)點則直接連接與Hub中心節(jié)點保持連接關系，以便于互聯(lián)網主機對其進行統(tǒng)一的調度與管理[3]。因為Hub/Spoke體系具有極強的數(shù)據(jù)存儲能力，所以隨著數(shù)據(jù)輸入量的增大，Hub節(jié)點與Spoke節(jié)點所占據(jù)的存儲空間并不會出現(xiàn)無限增大的情況。醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在到達數(shù)據(jù)處理終端之前，不須經歷路由配置、集中轉換等處理流程，因此，數(shù)據(jù)輸入格式在傳輸過程中不會發(fā)生改變。具體的Hub/Spoke交換體系模型如圖1所示。

圖1Hub/Spoke交換體系模型

醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在Hub/Spoke交換體系中能夠得到集中的管理與調度，不但可以避免發(fā)生未經授權的數(shù)據(jù)訪問事件，還可以提高互聯(lián)網運行速率，從而使目標數(shù)據(jù)得以快速傳輸

1.2 目標數(shù)據(jù)復制

在Hub/Spoke交換體系中，復制醫(yī)療影像數(shù)據(jù)旨在增大目標數(shù)據(jù)樣本的實時存儲數(shù)量，從而使各醫(yī)療部門都能夠根據(jù)需求獲得所需的信息參量。復制醫(yī)療影像數(shù)據(jù)，可以最大化Hub/Spoke模型中的樣本存儲量，從而使信息訪問時，相關醫(yī)療部門能夠從最近的負載節(jié)點處獲得目標信息[4]。設 ξ 為數(shù)據(jù)轉換參數(shù)， m 為目標信息的空值復制參量， ω 為Hub/Spoke模型中的數(shù)據(jù)格式定義參數(shù)， b₁、b₂、?，b_n 為 n 個不同醫(yī)療部門所需的目標影像數(shù)據(jù)， 為Hub/Spoke模型中醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的單位存儲量，聯(lián)立上述物理量，可將目標數(shù)據(jù)復制表達式定義為：

完成復制的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)可以根據(jù)傳輸需求的不同負載于不同的Hub/Spoke模型共享節(jié)點之中，這種非單一的數(shù)據(jù)樣本配置方式有助于減輕互聯(lián)網存儲壓力，從而為實現(xiàn)目標數(shù)據(jù)的安全交換提供保障。

1.3消息中間件設置

互聯(lián)網消息中間件的作用類似于橋梁結構，該結構的存在促進了醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在Hub中心節(jié)點與下級Spoke節(jié)點之間的安全傳輸與交換。在實際應用過程中，被復制的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)可能屬于不同的Spoke節(jié)點，進行交換處理時，這些數(shù)據(jù)也就不可能被反饋至同一個 Hub 節(jié)點[5]。為應對上述數(shù)據(jù)傳輸情況，對于互聯(lián)網消息中間件的設置還應注意保證目標數(shù)據(jù)的高度兼容性。利用公式（1），可將互聯(lián)網消息中間件的標準設置定義式表示為：

式(2)中， e 為數(shù)據(jù)兼容系數(shù)， υ 為數(shù)據(jù)反饋系數(shù)， E_?1 為 Hub 中心節(jié)點中的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)實時輸出量， E₂ 為Spoke節(jié)點中的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)反饋總量， 為互聯(lián)網環(huán)境中的數(shù)據(jù)樣本傳輸均值， σ 為 Hub/Spoke模型中的數(shù)據(jù)信息交換項， ψ 表示目標共享參數(shù)。設置高效率的消息中間件能夠更好地監(jiān)控醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在Hub/Spoke模型中的傳輸情況，當其檢測到故障或錯誤問題時，自動切換至備用狀態(tài)，以確保目標數(shù)據(jù)在互聯(lián)網環(huán)境中能夠得到安全交換。

2醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法設計

利用互聯(lián)網環(huán)境下的Hub/Spoke數(shù)據(jù)交換體系

模型，對醫(yī)療影像數(shù)據(jù)進行適配處理，再根據(jù)目標信息重疊身份之間的關聯(lián)程度，實施點對點的數(shù)據(jù)交換，完成醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法的設計。

2.1醫(yī)療影像數(shù)據(jù)適配處理

適配處理旨在統(tǒng)一醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網環(huán)境中的傳輸格式，從而使各醫(yī)療部門都能獲得符合其格式需求的樣本參量。Hub/Spoke模型為醫(yī)療影像數(shù)據(jù)提供了完全開放的共享環(huán)境，使其在完成傳輸?shù)耐瑫r，能夠最大化保證其編碼內容的準確性，從而在點對點的交換過程中，保障交換處理后信息的絕對安全性[。在公式(2)的基礎上，推導醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的適配處理表達式如下：

式(3)中， χ 為兼容度定義項， u 為醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網環(huán)境中的適配特征， 為基于參數(shù) u 的目標數(shù)據(jù)共享編碼， T 為醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的目標傳輸周期，ε 為數(shù)據(jù)交換過程中的信息推送參量。因為消息中間件可將具有高度兼容性的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)推送至不同的終端節(jié)點之中，所以在進行適配處理時，目標數(shù)據(jù)的交換速率能夠長期保持高水平狀態(tài)。

2.2重疊身份定義

經過適配處理后，目標交換數(shù)據(jù)的傳輸速率明顯提升，而互聯(lián)網環(huán)境則為這些數(shù)據(jù)提供了廣泛的存儲空間，這就使得各醫(yī)療部門終端在獲取目標數(shù)據(jù)時可能出現(xiàn)非完全提取的情況。多次未被完全提取的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)累積在一起也就導致自標數(shù)據(jù)出現(xiàn)了重疊身份。重疊身份即醫(yī)療影像數(shù)據(jù)之間的相互覆蓋，進行數(shù)據(jù)交換時，重疊身份是導致互聯(lián)網安全性下降的主要原因。基于公式（3），推導醫(yī)療影像數(shù)據(jù)重疊身份的定義式為：

式(4)中， a 為目標數(shù)據(jù)的提取度量， S_a 為基于參數(shù) α_a 的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)累積參量， 為覆蓋性標定值。定義醫(yī)療影像數(shù)據(jù)重疊身份，可以確定目標信息的相互覆蓋程度，從而在進行點對點的數(shù)據(jù)交換時，避免提取重疊區(qū)域內的數(shù)據(jù)參量。

2.3點對點的數(shù)據(jù)交換

對于醫(yī)療影像數(shù)據(jù)而言，點對點的數(shù)據(jù)交換是指目標數(shù)據(jù)在共享傳輸過程中不經過除起始點與標定點外的其他任何節(jié)點。在輸入數(shù)據(jù)存在重疊身份的情況下，這種點對點的傳輸模式有助于保障交換數(shù)據(jù)交換結果的準確性。規(guī)定 c 為起始點， D_c 為起始點所獲取的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)， ι_c 為起始點所定義的重疊身份去除條件， x 為標定點， D_x 為標定點所獲取的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)， ι_x 為標定點所定義的重疊身份去除條件， ΔL 為單次交換過程中的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)傳輸量，聯(lián)立公式（4），可將點對點的數(shù)據(jù)交換表達式定義為：

不同醫(yī)療部門通過互聯(lián)網環(huán)境下的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法獲取目標信息，不但能夠提高醫(yī)療服務的效率，還有助于保障診斷結果的準確性。

3 實驗研究

影像數(shù)據(jù)在各醫(yī)療部門之間的交換旨在促進醫(yī)療信息的共享，從而使診斷結果的準確性得到保障。互聯(lián)網作為開放的平臺，為數(shù)據(jù)的傳輸提供了穩(wěn)定的網絡環(huán)境，因為網絡體系具有較強的數(shù)據(jù)承載能力，所以在傳輸過程中有助于實現(xiàn)信息的實時共享。目標影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網環(huán)境中的共享符合圖2所示原則。

圖2醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網中的共享

該實驗利用Windowsserve2024操作系統(tǒng)模擬醫(yī)院運行網絡，將目標影像數(shù)據(jù)輸入網絡平臺，根據(jù)其實時傳輸速率以及相關醫(yī)療部門對于輸入數(shù)據(jù)的判斷情況，確定文章研究方法是否符合安全交換的實驗需求。實驗過程中對于醫(yī)院信息系統(tǒng)相關環(huán)境參數(shù)的設置如表1所示。

表1醫(yī)院信息系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)設置

應用文章所研究方法（A組）、基于聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)交換方法(B組）基于區(qū)域醫(yī)療數(shù)據(jù)中心的交換方法（C組)進行實驗，記錄實驗過程中相關參數(shù)的具體數(shù)

值水平。

在交換醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的過程中，目標數(shù)據(jù)的實時傳輸速率越快，就表示相關醫(yī)療部門接收交換數(shù)據(jù)所需的時間越短，即傳輸過程中發(fā)生數(shù)據(jù)樣本泄露等安全性風險問題的可能性越小。數(shù)據(jù)交換速率的具體實驗情況如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)交換速率

由圖3可知，隨著影像數(shù)據(jù)交換量的增加，B組、C組的數(shù)據(jù)交換速率均表現(xiàn)出明顯下降的數(shù)值變化態(tài)勢，二者的初始值相同，終止實驗時的數(shù)值結果也沒有明顯差異;A組數(shù)據(jù)交換速率的初始值與B組、C組相同，但實驗曲線的下降幅度相對較小，終止實驗時的數(shù)值結果也明顯高于其他兩組。因此，應用A組方法更符合促進醫(yī)療影像數(shù)據(jù)快速交換的實驗需求。

相關醫(yī)療部門對于輸人數(shù)據(jù)的判斷準確性表現(xiàn)為數(shù)據(jù)輸入量（第一類事件）被交換至目標部門的數(shù)據(jù)量(第二類事件）、被交換至其他部門的數(shù)據(jù)量（第三類事件）、丟失數(shù)據(jù)量（第四類事件）之間的數(shù)值配比關系，在輸入量相同的情況下，被交換至目標部門的數(shù)據(jù)越多、被交換至其他部門的數(shù)據(jù)與丟失數(shù)據(jù)越少，就表示相關醫(yī)療部門做出準確判斷的可能性越高，即醫(yī)療影像數(shù)據(jù)交換的安全性水平越高。不同實驗方法作用下的具體實驗情況如圖4所示。

第一類事件：500件

圖4數(shù)據(jù)交換安全性

分析圖4可知，A組第三類、第四類事件的總占比為 10% ，B組第三類、第四類事件的總占比為 16% ，C 組第三類、第四類事件的總占比為 19% ，明顯A組占比最低，即在數(shù)據(jù)輸入量相同的情況下，A組被交換至目標部門的數(shù)據(jù)量最大。綜上，應用文章所研究方法可以保證醫(yī)療部門對影像數(shù)據(jù)進行較為準確的判斷，故該方法更有助于保障醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的安全交換。

4結語

在互聯(lián)網環(huán)境下，醫(yī)療影像數(shù)據(jù)交換可實現(xiàn)不同部門合作與資源共享，打破信息孤島，提升醫(yī)療資源利用效率。研究在Hub/Spoke體系模型基礎上，提出點對點數(shù)據(jù)交換方式，通過對目標數(shù)據(jù)重疊身份關聯(lián)，定義更安全加密模式，以促進資源信息快速傳輸。該算法應用保障了影像信息傳輸?shù)耐暾耘c機密性，也提高了醫(yī)療部門間數(shù)據(jù)交換的高效性與可靠性，推動數(shù)據(jù)共享與信息互聯(lián)。

換操作一致性模型[J].計算機科學，2024（1）：1005-1013.

[2]孫潤康，汪火明，陳敏，等.區(qū)域醫(yī)療數(shù)據(jù)中心與國家醫(yī)學中心數(shù)據(jù)交換體系研究[J].中國醫(yī)院管理，2023(8) :56-59，63.

[3]尤麗玨，焦圣品，李小勇.醫(yī)療PACS影像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲性能優(yōu)化[J].上海交通大學學報，2024(10) :1629-1636.

[4]黃寅，段然，胡紹毅.基于數(shù)據(jù)中臺業(yè)務交換體系集群管理的小型智慧PIVAS模塊建設探索［J].中國藥房，2023(2) :233-236.

[5]戴劍偉，朱明東，張勝，等.聯(lián)合作戰(zhàn)跨域信息交換數(shù)據(jù)模型標準體系構建研究[J].中國電子科學研究院學報，2023(12)：1153-1160.

[6]李振宇，丁勇，易晨，等.面向數(shù)據(jù)要素流通的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)加速交換方法[J].計算機研究與發(fā)展，2024(10):2554-2569.

參考文獻

[1]耿騫，揣子昂，靳健.基于聯(lián)盟鏈的跨組織數(shù)據(jù)交

(編輯 王永超)

Research on security exchange algorithm of medical image data in Internet environment

ZHOU Xingxing (Information Department， Jiangxi Provincial People's Hospital (The First Afiliated Hospital of Nanchang Medical College)，Nanchang 330006，China)

Abstract:In the Intermet environment，as the keymedical information，theexchange of image dataamong medical departments helps to promote cross sectoral cooperation，soas to ensure the accuracy of diagnostic results.To this end，research is being conducted on secure exchange algorithms for medical imaging data. The research constructs a Hub/Spoke exchange system，replicates target data withinit，and then sets messge middleware parameters to completethe modeling of the data exchange system.Onthis basis，adaptive processngof image datais implemented， and point-to-point data exchangeprocessing iscompletedbasedon the identitycorrelationofoverlapping data， completing thedesign of secure exchange algorithms.The experimental results show thatthis methodnotonlypromotes therapid transmissonof image data，but alsoensures the accuracy of information sharing，which helps to achieve secure exchange of image data between different medical departments.

Key words: Internet environment; medical image data; data exchange; Hub/Spoke model