基于數據融合技術的手術信息管理系統

許琴 邱燕 朱濤

摘 要： 為了提高手術信息和醫院流程的高效管理，需要建立手術信息管理系統。貝葉斯估計法通過先驗概率和新的特征數據，得到新的概率，能夠觀察數據本身。將貝葉斯估計法應用于手術信息管理系統中，利用硬件設備和手術室醫療儀器采集并傳輸手術及麻醉時間、患者生理情況等信息錄至手術信息管理系統。系統使用貝葉斯估計法從參數和先驗概率出發，首先確定參數的分布概率，再由樣本集求解出樣本的聯合概率分布。并通過貝葉斯定理處理先驗概率和樣本信息處理接收的數據，計算出后驗信息，求解貝葉斯估計值，得到所需的統計判斷結果，分析手術情況、患者狀態。從而實現手術過程的數據化、自動化、智能化，提高手術效率，助力醫院管理。

關鍵詞： 數據融合; 貝葉斯估計; 手術信息; 管理系統

中圖分類號： TP273 ? ? ?文獻標志碼： A

Operation Information Management System Based on Data Fusion Technology

XU Qin， QIU Yan， ZHU Tao*

（West China Hospital， Sichuan University， Chengdu 610041）

Abstract： In order to improve the efficient management of operation information and hospital process， it is necessary to establish an operation information management system. Bayesian estimation method can obtain new probability through prior probability and new characteristic data， and can observe the data. In this paper， the Bayesian estimation method is applied to the operation information management system. The hardware equipment and the operating room medical instruments are used to collect and transmit the information of operation， anesthesia time and patients physiological conditions to the operation information management system. The system uses the Bayesian estimation method to determine the distribution probability of parameters from the parameters and prior probability， and then the joint probability score of samples is obtained from the sample set. By using Bayesian theorem to process the prior probability and the data received from sample information processing， the posterior information is calculated， the Bayesian estimation is solved， the required statistical judgment results are obtained， and the operation situation and patient status are analyzed. It realizes the digitalization， automation and intellectualization of the operation process， improves the operation efficiency and helps hospital management.

Key words： Data fusion; Bayesian estimation; Operation information; Management system

0 引言

手術的人數隨著醫學技術的發展而不斷增加。手術室作為醫院的重要科室，其醫務人員不僅需要醫治大量的病患，還需要處理繁多的手術信息。

一方面，若每日的首臺手術不能準時開始，且手術延時，主要會導致3個方面的問題：患者在手術室長時間等待，造成手術前緊張的負面情緒，影響病情恢復;影響整體手術的安排，造成加班，使醫護人員感到焦慮和壓力[1];手術室作為醫院的核心部門，儀器集中且醫療耗材量大，環境管控嚴格，人力成本要求較高，若不能增加手術室的使用效率，提高醫院的運作成本[2]，將影響經濟效益。因此，手術準時開始、手術時間不延時，是一個高效率手術室應具備的特征，也是影響手術間利用率的關鍵[3]。若手術室工作率低下，不僅影響患者的周轉及住院時間，增加患者的經濟壓力，還會積壓后續手術，導致醫護人員頻繁加班，影響社會效益，成為醫院質量管理的瓶頸[4]。

另一方面，大量的手術也導致了相關的數據量繁多。在手術中，需要記錄的各個時間點，如患者及手術醫師到位時間、手術開始時間、手術房間號、床號、住院號、手術名稱、患者名稱、各醫師護士名稱等信息，以及患者在手術簽收心率、麻醉、恢復等情況。

任何一場手術都包含了大量的數據， 因此為了更好的分析手術延誤原因、管理患者手術信息、分析手術前后患者情況，只有建立以數據融合為核心的手術信息管理系統智能處理手術信息，才能更好的將手術信息融入臨床信息系統中，為一線診療做好保障[5]。

1 需求分析與系統設計

該基于數據融合技術的手術信息管理系統的目的是通過手術麻醉信息系統，實時采集麻醉和監護設備的數據，實現手術前、手術中、手術后全過程的數字信息化管理，為手術室提供全數字化的臨床管理、耗材管理、費用管理等業務[6]。并通過系統集成，實現病人資料、醫院病歷、檢查報告、檢驗結果等信息的全面共享，為各科室更好的了解病患信息做好準備。

基于數據融合技術的手術信息管理系統的結構，如圖1所示。

主要由數據錄入模塊、傳輸網絡和手術信息管理這3個部分組成。數據錄入包括手術信息的錄入和患者信息的錄入;無線傳輸網絡通過藍牙的無線網絡實現數據的交互;手術信息管理系統采用JAVA語言編譯，基于C/S服務架構的JAVA Web，將接收到的數據保存在MySQL數據庫中。為了更好的處理手術信息和患者信息，手術信息管理系統會調用數據融合算法，分析患者及手術情況，并將融合結果儲存在數據庫中，便于醫療人員和醫院管理人員查看所需信息。系統的流程，如圖2所示。

患者住院后，會在管理系統錄入患者的數據信息，包括患者姓名、床號、住院號、醫護人員姓名、手術前情況、手術后情況等。當患者需要手術，相應的手術室終端機會被啟動，無線設備裝置上電后會組建、加入無線網絡，采集到的手術信息同步傳輸至手術信息管理系統，保存在本地數據庫中。系統會調用手術數據和患者數據進行相應的數據融合分析，并在手術信息管理系統中顯示當前手術的患者、手術醫護人員、手術狀態、手術儀器等信息，且通過數據融合技術分析當前患者情況。手術結束后會進行數據融合分析，顯示歷史手術數據，查看手術是否延時、延時手術醫師、延時原因、患者術后情況等信息。

2 數據融合設計

數據融合技術最初僅應用于軍事領域[7-8]，隨著技術的不斷發展已廣泛應用于各個領域[9-11]。數據融合技術的目的是通過計算機對采集的多項數據信息進行觀測，并在一定規定下進行信息處理，實現多數據信息的自動分析、綜合，得到所需的決策和評估[12-14]。常用的方法有代數法、圖像回歸法、貝葉斯估計法和神經網絡法。

本文采用的是貝葉斯（Bayes）估計法[15-16]。該方法是利用貝葉斯定理，結合新的證據以及之前的先驗概率，從而得到新的概率。

貝葉斯估計法的設定參數服從概率分布，已有的數據是在該參數的分布下產生的，通過MAP（maximun a posterior，最大值后驗估計）方法求解參數θ。

貝葉斯估計中有兩個概念：先驗概率和后驗概念。根據貝葉斯公式：p（θ|X）=p（X|θ）·p（θ）p（X）

（1） ?這是一個條件概率公式，其中p（θ）為先驗概率，p（θ|X）為后驗概率，p（D）為數據分布。根據全概率分布，數據分布可以分解為：p（D）=∫θp（D|θ）p（θ）dθ

（2） ?對于已有數據D={x1，x2，x3，…，xn），有似然函數p（D|θ）：p（D|θ）=∏ni=1p（xi|θ）

（3） ?將數據分布函數帶入后驗概率函數中，可以得到：p（θ|D）=（∏ni=1p（xi|θ））p（θ）∫θ（∏ni=1p（xi|θ））p（θ）dθ

（4） ?由此可見，該函數中具有高復雜度的計算過程。因此，通過最大值后驗估計算法估計該函數。為了得到預測值，需得到已有數據D={x1，x2，x3，…，xn）的數學期望：E（x|D）=∫xxp（x|D）dx

（5） ?由于x的分布于參數θ相關，且參數θ服從概率分布，故可以得到：p（x|D）=∫θp（x，θ|D）dθ

（6） ?因為x和參數θ在已知數據D={x1，x2，x3，…，xn）條件下的概率分布，等于x在已知參數θ和數據D={x1，x2，x3，…，xn）的條件下的概率，再乘上在已有數據D={x1，x2，x3，…，xn）條件下的概率，所以可以得到：p（x，θ|D）=p（x|θ，D）p（θ|D）

（7）其中，p（x|θ，D））=p（x|θ）。由此可以得到：

p（x|D）=∫θp（x，θ|D）dθ=∫θp（x|θ）p（θ|D）dθ

（8）

根據觀察可以發現，p（θ|D）的分母是歸一化因子，而非參數θ的函數。因此，使用下述函數最大化p（θ|D）的分子：θMAP=argmax∏ni=1p（xi|θ）p（θ）

（9） ?貝葉斯估計的原理圖，如圖3所示。

貝葉斯估計的主要流程是首先進行先驗概率，再將樣本信息通過貝葉斯定理進行計算。最終通過后驗概率，得到統計推斷的結果。

3 系統硬件功能設計

該系統的硬件部分主要負責記錄手術信息，降低麻醉醫師的工作強度，提高麻醉醫師在工作中的注意力和工作質量。同時，還需要連接手術室內各醫療儀器的工作狀態和采集的數據。

手術從開始至結束，需主要記錄的是全過程的時間節點、醫療儀器的使用情況及儀器采集的人體體征數據。

手術前由醫護人員錄入患者的到位時間、麻醉時間，并通過醫療儀器測量、記錄、傳輸患者的生命體征數據至手術信息管理系統，再由系統進行數據的匯總與分析。手術醫生、麻醉醫生等到位時間由打卡錄入時間為準，終端采集到到位時間后，通過無線網絡傳輸至協調器，再由協調器將數據寫入信息管理系統。醫療儀器通過串口將采集數據錄入手術信息管理系統之中。

在手術的過程中，會設置手術信息管理的液晶屏。該液晶屏會顯示手術全過程的實時監控信息、提示手術室內患者使用的醫療儀器的數據信息，以及通過數據融合后綜合判斷的手術、患者情況的提示，便于醫護人員觀測。

硬件系統的具體流程，如圖4所示。

打卡機接收到數據后進行A/D轉換，并設置數據幀格式，將打包的數據包通過無線的方式發送至藍牙的協調器。藍牙的協調器接收數據后進行數據解析，通過串口的方式將數據發送至手術信息管理系統。系統處理數據后，再通過串口的方式將數據發出，藍牙的協調器接收數據并解析顯示在液晶屏上。同時還接收攝像頭采集的手術實時數據，將圖像顯示在液晶屏上。

4 手術信息管理系統的實現

在該界面中輸入賬號、密碼登錄系統，可以查看相關信息。

該系統主要包括了患者信息、術前管理信息和手術信息這3個模塊，點擊相應的標簽可以查看所需的信息和數據融合后的判斷信息。

患者住院后，如需做手術，則要在手術信息管理系統中記錄患者信息，包括基本信息、入院時間、主治醫生、術前評估、手術醫師、手術排班等信息。數據保存在數據庫后，可以將其導出在表格中，如圖5所示。

通過打卡系統，可以獲取醫護人員、患者進入手術室的時間信息。在手術信息管理系統中，不僅可以查詢手術信息，并根據數據融合技術的計算結果，判斷手術是否準時開始或延誤。同時列出多次延誤手術的相關信息，便于管理。

在手術過程中，使用的相關醫療儀器會記錄患者在使用過程中的相關情況，例如體溫、心率、血氧等情況。這些醫療儀器以每秒為周期采集、存儲這些數據，同時能夠以二維圖像直觀的顯示該項數據，由數據融合技術判斷分析患者當前的綜合身體狀態。如圖6所示為某患者進入手術室2分鐘后的生命體征曲線。

通過與數據庫同類數據樣本的分析與比對，當系統判斷出患者的體征數據發生異常后，顯示器會顯示患者狀態，并發出報警，提示醫護人員及時采取措施。同時這些數據會被作為比對樣本保存進數據庫，為后續對比數據庫的進一步健全提供詳實的數據。采集到的數據樣表，如表1所示。

5 總結

該系統能夠實現手術數據的采集，并分析手術信息，為醫院管理提供一定的依據;并能全面、準確、實時、詳細的采集患者手術信息，為醫護人員治療患者提供有效地依據，從而實現手術信息數字化管理。通過該手術信息管理系統，分析、保存手術信息，提高工作效率，降低人力勞動，提升經濟效益，在麻醉醫療質量管控方面具有良好的應用開發空間。

基于數據融合技術的手術信息管理系統，能夠幫助醫院一線醫務人員在手術流程中實現工作標準化、數據化、自動化、流程化。這不僅可提高日常手術進展的效率，還能規范醫療人員的手術行為，實現以患者為中心的醫護過程，具有一定的實用價值。

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（收稿日期： 2019.06.14）

作者簡介：許琴（1983-），女，成都人，碩士，研究方向：醫院管理。

邱燕（1983-），女，四川隆昌人，博士研究生，研究方向：麻醉與免疫。

通信作者：朱濤（1969-），男，江蘇如皋人，博士研究生，研究方向：人體基本生命功能監控及新技術研發。文章編號：1007-757X（2020）02-0156-03