沈定東，朱汝君，吳雅麗

天津圖靈健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)有限公司，天津 301700

引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)于健康生活有了更高的追求。目前，國(guó)內(nèi)的醫(yī)療行業(yè)還不能滿足現(xiàn)階段人們的需求，存在資源匱乏和分布不均衡等問(wèn)題[1]。以中風(fēng)康復(fù)為例，患者有效的康復(fù)過(guò)程，不僅依靠于低成本獲得的康復(fù)器械和陪護(hù)人員的護(hù)理知識(shí)，更多的是來(lái)自大醫(yī)院資深醫(yī)生結(jié)合患者的實(shí)際情況給予的康復(fù)指導(dǎo)。因此，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息管理，打破時(shí)間和空間的限制，這對(duì)患者的康復(fù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]?；颊呖梢愿鶕?jù)康復(fù)區(qū)域平臺(tái)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各大醫(yī)院資深醫(yī)生的在線問(wèn)診，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療條件與醫(yī)療資源制定相應(yīng)的康復(fù)建議，解決醫(yī)療資源匱乏和分布均衡的問(wèn)題[3]。通過(guò)構(gòu)建數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在線溝通、康復(fù)過(guò)程中患者的資料管理以及遠(yuǎn)程的信息交流。通過(guò)數(shù)字化疾病的預(yù)防，可提高康復(fù)過(guò)程中醫(yī)療資源的獲取效率，有效降低康復(fù)成本。

林楓等[4]為了對(duì)康復(fù)服務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合《國(guó)際功能，殘疾和健康分類（ICF）》，提出了一種基于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的康復(fù)醫(yī)學(xué)信息化服務(wù)管理平臺(tái)，首先通過(guò)對(duì)康復(fù)?？茦I(yè)務(wù)的邏輯特征進(jìn)行分析，提出康復(fù)服務(wù)的優(yōu)化建議，通過(guò)康復(fù)醫(yī)學(xué)信息化服務(wù)管理平臺(tái)在實(shí)際康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相關(guān)技術(shù)對(duì)該管理平臺(tái)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，該平臺(tái)可以有效提高康復(fù)醫(yī)學(xué)的專業(yè)服務(wù)效率，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療和教學(xué)一體化的管理，有效對(duì)康復(fù)服務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，但是在功能上無(wú)法滿足用戶需求。李新平等[5]為了落實(shí)數(shù)字化康復(fù)診療的流程，提出了一種基于ICF的康復(fù)診療信息管理平臺(tái)，該平臺(tái)主要從康復(fù)診療的信息入手，構(gòu)建康復(fù)診療的數(shù)字化流程，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)落實(shí)康復(fù)診療的規(guī)范流程，使其滿足現(xiàn)階段臨床要求。通過(guò)構(gòu)建的康復(fù)診療信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域內(nèi)康復(fù)診療數(shù)據(jù)的共享，研究結(jié)果表明，該平臺(tái)可以提高康復(fù)診療的數(shù)據(jù)收集和分析能力，加快數(shù)字化康復(fù)診療流程的落實(shí)，但是性能較差?；谝陨涎芯勘尘?，本研究設(shè)計(jì)一種數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)，以滿足患者的需求。

1 數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)架構(gòu)

在進(jìn)行數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先要考慮的是平臺(tái)的響應(yīng)速率，通過(guò)加入緩存提高平臺(tái)響應(yīng)效率是必要的手段之一。數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)需要進(jìn)行頻繁的訪問(wèn)，因此在數(shù)據(jù)的處理訪問(wèn)過(guò)程中會(huì)十分耗時(shí)，面對(duì)變化頻率不是很高和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性同步不高的訪問(wèn)來(lái)講，可以通過(guò)緩存來(lái)減少數(shù)據(jù)庫(kù)搜索的時(shí)間，降低數(shù)據(jù)庫(kù)查詢的時(shí)間[6-7]。但是緩存會(huì)占用平臺(tái)的內(nèi)存，因此在對(duì)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要加入一個(gè)單獨(dú)的緩存服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)常用數(shù)據(jù)的緩存[8-9]。

數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)架構(gòu)的緩存工具一般采用Memcache和Redis，這二者之間的功能性差異并不大，相對(duì)于Redis的多功能存儲(chǔ)來(lái)講，Memcache只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)。平臺(tái)架構(gòu)的復(fù)雜操作都要依賴于Redis，通過(guò)緩存內(nèi)存器[10-11]，提高平臺(tái)架構(gòu)的整體運(yùn)行效率。當(dāng)平臺(tái)架構(gòu)的緩存達(dá)到一定容量后，可以對(duì)緩存服務(wù)器進(jìn)行擴(kuò)展，考慮到平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)成本，僅使用1臺(tái)Redis服務(wù)器。數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)架構(gòu)

平臺(tái)架構(gòu)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)主要有患者的康復(fù)文件和機(jī)構(gòu)化數(shù)據(jù)，機(jī)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要通過(guò)MySQL進(jìn)行儲(chǔ)存[12-13]。康復(fù)文件內(nèi)包括視頻文件，數(shù)據(jù)量較大，直接存儲(chǔ)在本地服務(wù)器上不利于平臺(tái)架構(gòu)的管理，進(jìn)行云儲(chǔ)存的成本較高，因此采用開(kāi)源分布式文件構(gòu)建視頻文件服務(wù)器。

1.2 平臺(tái)功能服務(wù)器

數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)功能服務(wù)器的設(shè)計(jì)初衷是以用戶需求為基礎(chǔ)的服務(wù)項(xiàng)目，其次是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言恢復(fù)和社交康復(fù)的過(guò)程，通過(guò)對(duì)平臺(tái)功能服務(wù)器的設(shè)計(jì)，使康復(fù)過(guò)程具有趣味性，通過(guò)數(shù)字化操作簡(jiǎn)化訓(xùn)練的過(guò)程。根據(jù)疾病患者的康復(fù)需求，確定服務(wù)器的各個(gè)功能模塊[14]。數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)功能分解結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)功能分解結(jié)構(gòu)

根據(jù)平臺(tái)功能分解結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，平臺(tái)的必備功能是調(diào)節(jié)功能和控制功能，不需要進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)研究，因?yàn)槭窃O(shè)計(jì)基本的必備功能，所以在平臺(tái)功能服務(wù)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中可以不考慮。

2 數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

2.1 分析用戶需求

采用層次分析法對(duì)康復(fù)用戶進(jìn)行需求分析，構(gòu)建數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)的層次分析模型[15]。將康復(fù)用戶的需求信息作為準(zhǔn)則層，采用調(diào)查問(wèn)卷等進(jìn)行用戶需求初始數(shù)據(jù)的收集，用戶的需求因素如圖3所示。

圖3 用戶需求因素

在對(duì)康復(fù)用戶的每個(gè)需求因素進(jìn)行評(píng)價(jià)打分時(shí)，首先對(duì)同一層次的需求因素進(jìn)行對(duì)比，找出更為重要的需求因素，然后對(duì)康復(fù)用戶的需求因素進(jìn)行逐層校驗(yàn)，直到找到用戶的需求。具體步驟如下。

（1）確定康復(fù)用戶的需求。根據(jù)準(zhǔn)則層的組成情況，確定康復(fù)用戶基本需求要素，見(jiàn)公式（1）。

式中，Bw表示康復(fù)用戶的需求因素集，Sa表示康復(fù)用戶的需求因素權(quán)重值，fb表示康復(fù)用戶需求因素變化幅值，φ表示需求閾值。

（2）構(gòu)建康復(fù)用戶的需求因素判斷矩陣。假設(shè)，康復(fù)用戶的需求因素i與因素j的比對(duì)結(jié)果為mij，那么康復(fù)用戶需求因素判斷矩陣如式（2）所示。

（3）計(jì)算一致性指標(biāo)（Consistency Index，CI）。對(duì)矩陣W內(nèi)的每個(gè)需求因素進(jìn)行校驗(yàn)，得到gij，見(jiàn)式（3）；再對(duì)gij進(jìn)行校驗(yàn)分析，得到g，見(jiàn)式（4）；然后按照公式（4），對(duì)所有的用戶需求因素進(jìn)行校驗(yàn)分析，得到矩陣W的最大特征根λmax，見(jiàn)式（5），式中，gW表示g與矩陣W相乘，N為階數(shù)；最后求得康復(fù)用的校驗(yàn)指標(biāo)CI，見(jiàn)式（6）。

（4）最終求得判斷矩陣的一致性比率（Consistent Ratio，CR），見(jiàn)式（7）。

式中，RI為一致性校驗(yàn)指標(biāo)均值。

當(dāng)求得的用戶需求校驗(yàn)性指標(biāo)CR≤0.10時(shí)，可以判斷出此時(shí)求得的用戶需求因素的偏離程度在允許范圍內(nèi)；當(dāng)求得的用戶需求一致性校驗(yàn)指標(biāo)CR＞0.10時(shí)，此時(shí)求得的用戶需求校驗(yàn)指標(biāo)不滿足要求，需要對(duì)該指標(biāo)重新進(jìn)行校驗(yàn)分析，直到滿足條件為止。

2.2 制定平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

基 于 功 能、 行 為、 結(jié) 構(gòu)（Function，Behavior，Structure，F(xiàn)BS）模型制定數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，主要是從康復(fù)用戶的需求入手，根據(jù)需求因素確定方案的輸出，并根據(jù)康復(fù)用戶的需求因素設(shè)計(jì)約束條件，從抽象到具體，從局部到全局對(duì)康復(fù)區(qū)域進(jìn)行逐層求解[16]。在設(shè)計(jì)的初期階段，對(duì)于康復(fù)用戶的需求制定相應(yīng)的功能，推導(dǎo)出整個(gè)產(chǎn)品在使用過(guò)程中存在的各種缺陷，并有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化，使產(chǎn)品更加人性化。通過(guò)FBS的逐層求解，使設(shè)計(jì)方案更加合理化。

通過(guò)不斷推理與驗(yàn)證，最終基于FBS模型制定的平臺(tái)設(shè)計(jì)方案從用戶的需求入手，確定最終功能方案，根據(jù)需求的不同構(gòu)建方案之間的評(píng)價(jià)關(guān)系。對(duì)于不合理的地方重新修改方案，合理的地方方案確定。根據(jù)康復(fù)用戶的行為對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，能夠滿足用戶的基本功能需求，對(duì)于不滿足的地方重新設(shè)計(jì)[17]。根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不能滿足方案實(shí)施的結(jié)構(gòu)需及時(shí)進(jìn)行修改，直到滿足結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)分析用戶需求，制定了數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)，具體過(guò)程如圖4所示。

圖4 數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)設(shè)計(jì)方案制定流程

3 平臺(tái)測(cè)試分析

3.1 測(cè)試環(huán)境

為了驗(yàn)證本研究所設(shè)計(jì)的數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)在功能和性能方面是否滿足設(shè)計(jì)要求，布署了系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境，具體如下：2臺(tái)型號(hào)為PLC_FG3_6A2的遠(yuǎn)程終端控制器、1臺(tái)型號(hào)為QLM21_P32的交換機(jī)、1臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)C3460_S2的服務(wù)器、若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制終端，分別配置不同版本的軟件功能。

3.2 設(shè)置測(cè)試參數(shù)

在測(cè)試環(huán)境的支撐下，設(shè)置的測(cè)試參數(shù)如表1所示。

表1 測(cè)試參數(shù)

3.3 功能測(cè)試

在平臺(tái)的功能測(cè)試中，利用每一個(gè)功能內(nèi)部的測(cè)試部分測(cè)試系統(tǒng)的功能，記錄每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的內(nèi)容與結(jié)果，具體測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2的功能測(cè)試結(jié)果可以看出，數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都可以滿足用戶需求。

表2 平臺(tái)功能測(cè)試結(jié)果

3.4 性能測(cè)試

在平臺(tái)的性能測(cè)試中，以平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間和鏈路占有率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中鏈路占有率計(jì)算公式如式（8）所示。

其中，n表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)數(shù)量，Mi表示沒(méi)有分配任務(wù)的路由節(jié)點(diǎn)數(shù)量，m表示平臺(tái)中的路由總數(shù)，Dj表示參與平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)。

為了突出本研究所設(shè)計(jì)平臺(tái)的優(yōu)越性，引入基于《國(guó)際功能、殘疾和健康分類（ICF）》的平臺(tái)和基于ICF的平臺(tái)作對(duì)比，得到平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果

從圖5的結(jié)果可以看出，在18個(gè)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間周期內(nèi)，基于《國(guó)際功能、殘疾和健康分類（ICF）》的平臺(tái)和基于ICF的平臺(tái)在運(yùn)行時(shí)的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，在20～30 s之間；而采用本研究所設(shè)計(jì)的數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)時(shí)，響應(yīng)時(shí)間在10 s以內(nèi)，可以有效避免平臺(tái)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，大大縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，并且整個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間波動(dòng)比較小，說(shuō)明本研究所設(shè)計(jì)的平臺(tái)具有更好的性能。

平臺(tái)的鏈路占有率測(cè)試結(jié)果如圖6所示。根據(jù)圖6的結(jié)果可以看出，在平臺(tái)的鏈路占有率方面，基于《國(guó)際功能、殘疾和健康分類（ICF）》的平臺(tái)和基于ICF的平臺(tái)得到的結(jié)果都低于60%；而采用本研究所設(shè)計(jì)的數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)時(shí)，鏈路占有率在90%以上，說(shuō)明本研究所設(shè)計(jì)平臺(tái)的鏈路占有率滿足用戶對(duì)平臺(tái)的性能需求。

圖6 平臺(tái)的鏈路占有率測(cè)試結(jié)果

4 應(yīng)用分析

在理論思路的指導(dǎo)下，數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)在百余家醫(yī)院臨床應(yīng)用的心血管疾病預(yù)防與康復(fù)智能信息化集成平臺(tái)基礎(chǔ)上，建立信息化與智能化程度更高、管理病種更多以及服務(wù)人群更廣的區(qū)域化應(yīng)用平臺(tái)。運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、整合醫(yī)學(xué)康復(fù)體系等關(guān)鍵技術(shù)，搭建區(qū)域中心醫(yī)院-社區(qū)/鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)院-村衛(wèi)生站-居家區(qū)域醫(yī)聯(lián)體/醫(yī)共體網(wǎng)絡(luò)，建立院內(nèi)院外/線上線下/三甲社區(qū)一體化的“三位一體”醫(yī)療照護(hù)機(jī)制、分層分級(jí)管理體系和數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)診療、慢病管理、遠(yuǎn)程診療、人工智能輔助決策、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院、?？瓶祻?fù)治療及醫(yī)療質(zhì)控和大數(shù)據(jù)分析，對(duì)患者和亞健康人群進(jìn)行全程疾病預(yù)防與康復(fù)管理和服務(wù)，提高人民群眾的生活質(zhì)量和健康水平。

2020年7月，某市中醫(yī)藥大學(xué)附屬中醫(yī)院開(kāi)展心臟康復(fù)項(xiàng)目，參照國(guó)家心血管病預(yù)防與康復(fù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)搭建了心臟康復(fù)體系化智能化集成平臺(tái)。通過(guò)引進(jìn)數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)，整合心血管疾病大數(shù)據(jù)人工智能技術(shù)、醫(yī)學(xué)心臟康復(fù)體系，并結(jié)合了智能機(jī)器人與心肺評(píng)估系列設(shè)備及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練康復(fù)設(shè)備，提高了科室診療技術(shù)與水平，從而形成一套科學(xué)、合理、高效的心血管診療康復(fù)方案。平臺(tái)投入使用的過(guò)程中，鏈路占有率通常保持在88%～94%，響應(yīng)時(shí)間基本維持在4～9 s，符合預(yù)期的應(yīng)用要求。該平臺(tái)的應(yīng)用使得醫(yī)療大數(shù)據(jù)分析的水平得到提升，進(jìn)而有利于降低醫(yī)療費(fèi)用、提升經(jīng)濟(jì)效益。

5 討論與總結(jié)

本研究進(jìn)行了數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，通過(guò)數(shù)字化疾病預(yù)防，提高康復(fù)過(guò)程中醫(yī)療資源的獲取效率，有效降低康復(fù)成本。根據(jù)數(shù)字疾病與預(yù)防康復(fù)區(qū)域平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了平臺(tái)的功能服務(wù)器，并完成了平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)；在平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)中，采用層次分析法分析了用戶對(duì)平臺(tái)的需求。通過(guò)制定數(shù)字疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字疾病與預(yù)防康復(fù)區(qū)域平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

與已有的相關(guān)學(xué)者提出的康復(fù)醫(yī)療信息服務(wù)管理平臺(tái)相比，本研究所設(shè)計(jì)的數(shù)字化疾病預(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺(tái)以用戶需求為導(dǎo)向，制定并調(diào)整平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，從而更好地滿足患者用戶的需求。并且，所設(shè)計(jì)平臺(tái)考慮響應(yīng)速率，通過(guò)添加緩存服務(wù)器來(lái)提升平臺(tái)的性能，縮短了響應(yīng)時(shí)間，提高鏈路占有率。性能測(cè)試與應(yīng)用分析說(shuō)明了該平臺(tái)具有很高的可行性與可靠性，能夠?yàn)榧膊☆A(yù)防與康復(fù)治療的數(shù)字化水平提升提供參考，為患者提供疾病預(yù)防與康復(fù)的管理服務(wù)，進(jìn)而提高群眾的健康水平。