黃瑋

（首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院，北京 100000）

1 引言

財務(wù)信息管存系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)，對各項財務(wù)數(shù)據(jù)進行監(jiān)督、控制、計劃、預(yù)測與分析，能夠?qū)Ω鱾€財務(wù)實施環(huán)節(jié)進行集中化管理[1-2]。傳統(tǒng)的醫(yī)院財務(wù)信息管理體系，如基于人工智能技術(shù)的醫(yī)用財務(wù)自動管理系統(tǒng)[3]，主要包含組織互連信息模塊、財務(wù)管理信息模塊、會計事務(wù)處理信息模塊、財務(wù)決策支持模塊等多個組成環(huán)節(jié)。隨著醫(yī)院內(nèi)部組織關(guān)系的建立，各醫(yī)療部門之間的信息傳輸問題得到有效解決。但此系統(tǒng)存在明顯的局限性問題，很難實現(xiàn)海量財務(wù)數(shù)據(jù)的同期定時存儲。

在數(shù)字水印技術(shù)的支持下，圖像、序列號、文字、數(shù)字等具有特殊意義的秘密信息可被直接隱藏于待保護的數(shù)字產(chǎn)品之中，從而達到保護數(shù)據(jù)版權(quán)、維持信息認證行為的目的，常見的數(shù)字產(chǎn)品包含視頻、音頻、文檔、圖片等。當秘密信息經(jīng)過一定的變換處理后，可被再次嵌入至原始的數(shù)字產(chǎn)品之中，而變換后的數(shù)據(jù)信息也就是常說的數(shù)字水印信息[4]。一般情況下，數(shù)字水印可以保持二維陣列、三維陣列或高維陣列的信號狀態(tài)，但出于嵌入實用性考慮，所有高維信號都必須按照既定的序列格式轉(zhuǎn)換為一維陣列的傳輸格式。

為解決傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的不足，本研究引入全息數(shù)字水印技術(shù)，設(shè)計一種新的醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)，在構(gòu)建財務(wù)數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)的同時，實現(xiàn)對財務(wù)數(shù)據(jù)水印的嵌入與提取處理。

2 醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)硬件設(shè)計

醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境包含財務(wù)數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)、批量數(shù)據(jù)采集模塊、實時數(shù)據(jù)交換模塊。

2.1 財務(wù)數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)

醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的財務(wù)數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)由AMBARI體系、主機單元、子系統(tǒng)模塊、收集單元四部分共同組成。其中，AMBARI體系位于財務(wù)數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)頂層，可直接對下級管存結(jié)構(gòu)發(fā)布信息執(zhí)行指令，再整合暫存于數(shù)據(jù)庫主機中的財務(wù)信息參量，將其反饋至其它系統(tǒng)應(yīng)用模塊之中。主機單元包含管存服務(wù)主機、財務(wù)數(shù)據(jù)存儲主機兩個組成元件，前者可在全息數(shù)字水印技術(shù)的支持下，構(gòu)建多條醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)的實時傳輸通道；后者則可暫時存儲系統(tǒng)內(nèi)部的所有財務(wù)數(shù)據(jù)信息，并生成既定的文件傳輸包組織[5]。子系統(tǒng)模塊具備集群資源管理、分布式財務(wù)信息管理兩種表現(xiàn)形式，前者可按照管存系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求，對相關(guān)醫(yī)院財務(wù)信息參量進行分類處理，后者則具備按需連接的執(zhí)行能力，可分層調(diào)取AMBARI 體系中的財務(wù)信息參量，并將其轉(zhuǎn)換成既定的應(yīng)用存儲形式。收集單元由財務(wù)信息收集、數(shù)字水印收集兩部分共同組成。在系統(tǒng)管存執(zhí)行指令的作用下，兩者始終保持不同的接入狀態(tài)，一方面可避免海量財務(wù)數(shù)據(jù)堆積行為的產(chǎn)生，另一方面能夠解決醫(yī)院傳統(tǒng)財務(wù)信息管理系統(tǒng)中存在的局限性傳輸問題。

財務(wù)數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)如圖1所示。

圖1 財務(wù)數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)示意圖

2.2 批量數(shù)據(jù)采集模塊

批量數(shù)據(jù)采集模塊附屬于醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的中部連接層主機中，由頂層監(jiān)控設(shè)備、中層管存以太網(wǎng)、下層采集主機三類連接結(jié)構(gòu)共同組成。其中，頂層監(jiān)控設(shè)備與全息以太網(wǎng)交換機直接相連，可直接獲取醫(yī)院各組織部門的財務(wù)收支情況，并將其轉(zhuǎn)換成滿足系統(tǒng)執(zhí)行需求的信息管存連接信號[6]。中層管存以太網(wǎng)包含網(wǎng)絡(luò)本體、信號采集線路兩部分，前者作為醫(yī)院財務(wù)信息的傳輸背景環(huán)境，可承接來自于全息交換機中的數(shù)據(jù)參量，并將其轉(zhuǎn)化成既定傳輸應(yīng)用形式；后者具備較強的財務(wù)數(shù)據(jù)把控能力，可在不違背系統(tǒng)管存需求的前提下，將暫存的醫(yī)院財務(wù)信息調(diào)度成較為積極的連接交互狀態(tài)。下層采集主機分別與三個系統(tǒng)管存設(shè)備相連，可明確感知信號采集線路中醫(yī)院財務(wù)信息參量的實際傳輸方向，并根據(jù)需求指令的實際應(yīng)用目標，向各級醫(yī)院財務(wù)管控主機反饋多個信號執(zhí)行表單結(jié)構(gòu)體。

批量數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 批量數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)圖

2.3 實時數(shù)據(jù)交換模塊

實時數(shù)據(jù)交換模塊由LSD-50P30FID2 主板、信號控制端接口、OUTIN 旋鈕、OUTPUT 旋鈕四部分共同組成。其中，LSD-50P30FID2主板具備較強的信息感知能力，可按照批量數(shù)據(jù)采集模塊中醫(yī)院財務(wù)信號參量的實際傳輸情況，變更模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)連接行為，從而實現(xiàn)對待管存信息參量的整合與處理[7]。信號控制端接口包含A+、A-、B+、B-四類連接線柱結(jié)構(gòu)體，一般情況下，“+”級接線柱可與醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的電子輸入端相連，可在獲取傳輸電流應(yīng)用信號的同時，將傳輸電子量整合成既定連接形式；“-”級接線柱可與醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的電子輸出端相連，可將已整合成束的應(yīng)用電子量快速分配至其它系統(tǒng)應(yīng)用主機之中[8]。OUTIN旋鈕、OUTPUT旋鈕始終保持完全相反的連接應(yīng)用形式，可在已知系統(tǒng)內(nèi)暫存醫(yī)院財務(wù)信息數(shù)量級水平的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)信號參量在系統(tǒng)信道內(nèi)的傳輸流量情況，從而實現(xiàn)對各級醫(yī)院傳輸應(yīng)用主機的關(guān)聯(lián)性控制。

3 醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)軟件設(shè)計

在系統(tǒng)硬件執(zhí)行環(huán)境的支持下，按照數(shù)字水印基本框架搭建的、財務(wù)數(shù)據(jù)水印嵌入與提取、水印預(yù)處理的應(yīng)用流程，實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件操作環(huán)境搭建，兩相結(jié)合，完成對基于全息數(shù)字水印技術(shù)的醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的設(shè)計。

3.1 數(shù)字水印基本框架

醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的數(shù)字水印框架包括如下兩部分：水印的嵌入和水印的檢測。水印的嵌入行為又包含原始財務(wù)數(shù)據(jù)水印信息、原始管存信息文件兩部分。通常情況下，前者需要在一些變換處理步驟的支持下，才能生成最終的待嵌入水印信息，且當數(shù)字水印的管存條件不再發(fā)生改變時，現(xiàn)有醫(yī)院財務(wù)信息數(shù)據(jù)的實際存儲行為也會逐漸趨于穩(wěn)定；后者可在全息數(shù)字水印技術(shù)的支持下，改變密鑰結(jié)構(gòu)體的現(xiàn)有連接形式，并根據(jù)財務(wù)數(shù)據(jù)管存信息的實際存儲條件，更改與算法相關(guān)的水印嵌入行為。水印檢測是指根據(jù)全息數(shù)字水印技術(shù)對受攻擊醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)進行檢測的處理行為，可在提取既定算法操作節(jié)點的同時，對密鑰文件進行解碼處理，從而生成全新的數(shù)字水印傳輸文本。

數(shù)字水印基本框架連接原理如圖3所示。

圖3 數(shù)字水印基本框架連接原理

3.2 財務(wù)數(shù)據(jù)水印的嵌入與提取

系統(tǒng)管存執(zhí)行主機在宿主財務(wù)數(shù)據(jù)離散余弦變換域中嵌入了數(shù)字水印信息，可有效提高水印節(jié)點的抗壓縮抵御能力。由于數(shù)據(jù)低頻部分包含了大量的管存應(yīng)用信息，因此低頻系數(shù)平均值的改變易導(dǎo)致待傳輸財務(wù)數(shù)據(jù)失真，而當數(shù)據(jù)高頻部分嵌入了全息數(shù)字水印后，現(xiàn)有系統(tǒng)管存應(yīng)用濾波能夠輕易去除與全息數(shù)字水印相關(guān)的信息文件。因此要將所有水印信息全部嵌入至系統(tǒng)中頻濾波成分內(nèi)部，進而滿足醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的魯棒性與不可見性執(zhí)行需求。

假設(shè)An代表醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)高頻部分的全息數(shù)字水印信息，n代表當前條件下的波段系數(shù)值，A1代表醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)低頻部分的全息數(shù)字水印信息，聯(lián)立上述物理量，可將基于全息數(shù)字水印技術(shù)的財務(wù)數(shù)據(jù)水印嵌入結(jié)果表示為：

其中，e0、e1分別代表兩個不同的宿主財務(wù)數(shù)據(jù)離散余弦變換條件代表醫(yī)院財務(wù)信息數(shù)據(jù)的均值存儲量，△T代表單位存儲時長。

水印提取是水印嵌入的反執(zhí)行過程，可先對醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)信息進行等分變換處理，再分別讀取每一模塊成分中的全息數(shù)字水印系數(shù)。設(shè)Qmax代表與醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)信息相關(guān)的最大等分變換權(quán)限值，Qmin代表與醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)信息相關(guān)的最小等分變換權(quán)限值，聯(lián)立公式(1)，可將基于全息數(shù)字水印技術(shù)的財務(wù)數(shù)據(jù)水印提取結(jié)果表示為：

其中，β 代表既定的全息數(shù)字水印系數(shù)，W代表單位時間內(nèi)的醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)提取均值代表既定信息讀取權(quán)限，un代表高頻條件下的信息管存條件，代表醫(yī)院財務(wù)信息的極值性存儲條件。

3.3 水印預(yù)處理

水印預(yù)處理是醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)搭建的末尾操作環(huán)節(jié)，可在已知財務(wù)數(shù)據(jù)水印嵌入與提取結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定與后續(xù)管存指令相關(guān)的實際執(zhí)行條件，從而實現(xiàn)對海量財務(wù)數(shù)據(jù)存儲環(huán)境的改善。

在全息數(shù)字水印技術(shù)的支持下，醫(yī)院財務(wù)信息數(shù)據(jù)的待管存數(shù)量級水平越高，最終待處理的水印信息總量也就越大。規(guī)定在單位管存時間內(nèi)，全息數(shù)字水印文件的最大存儲條件只能達到U，且隨著系統(tǒng)管存應(yīng)用時間的延長，該項物理指標的實際數(shù)值水平也會不斷增大。設(shè)d1、d2分別代表兩個不同的全息數(shù)值水印應(yīng)用條件，聯(lián)立公式(2)，可將醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的水印預(yù)處理結(jié)果表示為：

其中，ξ代表與醫(yī)院財務(wù)信息相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲參量指標，f 代表系統(tǒng)中的財務(wù)信息管存目標參量，代表與全息化數(shù)字水印相關(guān)的文件存儲條件，L代表全息數(shù)字水印文件在一個系統(tǒng)執(zhí)行周期中的存儲均值。

至此，完成系統(tǒng)軟、硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在全息數(shù)字水印技術(shù)的支持下，實現(xiàn)醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

4 系統(tǒng)應(yīng)用能力檢測

為驗證基于全息數(shù)字水印技術(shù)醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)的實際應(yīng)用價值，設(shè)計如下對比實驗。將SR258 1U機架式服務(wù)器主機接入水印控制主機中，在相同實驗環(huán)境下，同時閉合實驗組、對照組控制開關(guān)，記錄既定實驗時間內(nèi)實驗組、對照組數(shù)值指標的具體變化情況。其中，實驗組主機搭載基于全息數(shù)字水印技術(shù)的醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)，對照組主機搭載傳統(tǒng)的基于人工智能技術(shù)的醫(yī)用財務(wù)自動管理系統(tǒng)。

實驗參數(shù)如表1所示。

表1 實驗參數(shù)設(shè)定

出于公平性考慮，實驗組、對照組實驗參數(shù)始終保持一致。

財務(wù)數(shù)據(jù)存儲量、相鄰存儲節(jié)點間UDI局限指標都能反映海量醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)的存儲現(xiàn)狀。一般情況下，財務(wù)數(shù)據(jù)存儲量越大、UDI 局限指標數(shù)值水平越低，系統(tǒng)主機對于海量醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)的實際存儲能力也就越強，反之則越弱。

表2記錄了實驗組、對照組財務(wù)數(shù)據(jù)存儲量在既定實驗時間內(nèi)的實際變化情況。

分析表2 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組財務(wù)數(shù)據(jù)存儲量始終保持先上升、再穩(wěn)定的變化趨勢，整個實驗過程中的最大存儲值可達到479Mb，與理想極限值512Mb 之間的差值距離相對較小。對照組財務(wù)數(shù)據(jù)存儲量則在一段時間的穩(wěn)定狀態(tài)后，開始持續(xù)性下降，全局最大值僅能達到205Mb，與理想極限值512Mb之間的差值距離相對較大，始終低于實驗組極值水平。

表2 醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)存儲量對比表

綜上可知，應(yīng)用基于全息數(shù)字水印技術(shù)的醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)，可達到提升財務(wù)數(shù)據(jù)實時存儲量的目的。

表3記錄了實驗組、對照組UDI局限指標數(shù)值在既定實驗時間內(nèi)的實際變化情況。

表3 UDI局限指標數(shù)值對比表

分析表3 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組UDI 局限指標數(shù)值始終保持下降、上升交替出現(xiàn)的變化趨勢，整個實驗過程中的最大值僅能達到0.81。對照組UDI局限指標數(shù)值則始終保持階梯狀上升的變化趨勢，整個實驗過程中的最大值可以達到1.68，與實驗組極值相比，上升了0.87。

綜上可知，應(yīng)用基于全息數(shù)字水印技術(shù)的醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)，可促進UDI局限指標數(shù)值的不斷減小，實現(xiàn)對海量醫(yī)院財務(wù)數(shù)據(jù)存儲現(xiàn)狀的有效改善。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)醫(yī)院財務(wù)信息管理系統(tǒng)相比，基于全息數(shù)字水印技術(shù)的醫(yī)院財務(wù)信息管存系統(tǒng)對數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)交換模塊三類硬件執(zhí)行主機進行了改善，并在數(shù)字水印基本框架體系的支持下，實現(xiàn)了對財務(wù)數(shù)據(jù)水印的嵌入與提取處理。從實用性角度來看，單位時間內(nèi)的財務(wù)數(shù)據(jù)存儲量出現(xiàn)了明顯提升，而UDI 局限指標數(shù)值卻開始持續(xù)下降，可在解決醫(yī)院傳統(tǒng)財務(wù)信息管理系統(tǒng)存在局限性問題的同時，改善海量財務(wù)數(shù)據(jù)的存儲現(xiàn)狀。