基于仿生管理學(xué)的輸血信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)＊

黃 昊，史森中，程曉斌，周 林，姬曉波

（第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所，重慶400042）

近幾年，國內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)和的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展迅速，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用不斷降低，醫(yī)院包括輸血科在內(nèi)的各部門都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。通過網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行血液信息的傳輸、管理，血液質(zhì)量和輸血安全得到提高，輸血科內(nèi)部的工作流程和管理也更加詳細(xì)和規(guī)范。但是，目前國內(nèi)現(xiàn)行的輸血管理軟件大多針對(duì)性強(qiáng)，僅著眼于輸血科內(nèi)部。而血液管理工作是一個(gè)涉及到臨床科室、保障科室、輸血科、手術(shù)室等多個(gè)科室配合，多環(huán)節(jié)管控的系統(tǒng)工程，現(xiàn)有的信息系統(tǒng)的封閉性建設(shè)模式根本不適合工作需要，存在信息孤島，也就帶來了因數(shù)據(jù)和信息交互的不暢的輸血安全風(fēng)險(xiǎn)。尋找、研究一種先進(jìn)的智能優(yōu)化管理方法優(yōu)化信息系統(tǒng)性能就顯得尤為重要。

人體共有10 000億多個(gè)細(xì)胞，這么多的細(xì)胞不僅能夠相互協(xié)調(diào)，而且每個(gè)細(xì)胞都有著與眾不同的特殊分工，每個(gè)細(xì)胞都有其特定的工作，絕對(duì)不會(huì)混淆，從而使整個(gè)人體處于高度有序的狀態(tài)。在近百年的時(shí)間里，人體細(xì)胞盡管替換許多次，但這種秩序并不會(huì)改變。由無數(shù)簡單細(xì)胞組成的人體大腦和神經(jīng)系統(tǒng)使得人體有喜怒哀樂，還能夠思維，能夠理解、想象、各種感知等。為了從人體這種精妙的“管理”中獲取輸血信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本研究引入仿生（人）管理學(xué)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念。

1 仿生管理的研究方向

醫(yī)院仿生（人）管理學(xué)概念界定為研究生物系統(tǒng)（人）的結(jié)構(gòu)、功能、內(nèi)部控制、外部適應(yīng)、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)及相互作用，為醫(yī)院管理的基本規(guī)律和方法提供新的設(shè)計(jì)思想、工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成的學(xué)科。醫(yī)院仿生（人）管理學(xué)是管理學(xué)、仿生學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科的交叉邊緣學(xué)科，學(xué)科劃分屬管理學(xué)、醫(yī)院管理學(xué)分支。其原理是用生物體（人）的原理來設(shè)計(jì)和運(yùn)行，賦予醫(yī)院概念上的“生命”，生命獨(dú)到的機(jī)理同樣可以被醫(yī)院的建設(shè)和發(fā)展所借鑒［1］。

從仿生管理學(xué)的角度可以看出，仿生管理學(xué)略分為4個(gè)領(lǐng)域：（1）對(duì)群體行為的仿生學(xué)研究領(lǐng)域的管理。通過研究生物群落和生物圈，協(xié)調(diào)機(jī)制和其與環(huán)境的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)這種生物現(xiàn)象的激勵(lì)、競爭、互動(dòng)、監(jiān)管、結(jié)構(gòu)和機(jī)制，形成一個(gè)理論的內(nèi)部結(jié)構(gòu)行為管理仿生學(xué)。（2）個(gè)體行為管理仿生學(xué)的研究領(lǐng)域。通過研究生物個(gè)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)機(jī)制和其與環(huán)境的關(guān)系，研究、發(fā)現(xiàn)、提出生物個(gè)體層次感，共存、互動(dòng)、共生的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)和機(jī)制，形成人際管理的仿生學(xué)理論［2］。（3）管理仿生學(xué)研究領(lǐng)域的現(xiàn)象影響。通過的個(gè)體或團(tuán)體的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)生物的本能潛力，以適應(yīng)發(fā)展的現(xiàn)象、體制和機(jī)制，從而形成管理仿生學(xué)理論的現(xiàn)象影響的生物學(xué)特性的研究。（4）實(shí)現(xiàn)管理仿生學(xué)研究領(lǐng)域的規(guī)則。通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同類型的生物現(xiàn)象，協(xié)調(diào)機(jī)制和與環(huán)境的關(guān)系，全面的研究發(fā)現(xiàn)，天然生物、團(tuán)體、反應(yīng)、結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，形成機(jī)制仿生學(xué)，以實(shí)現(xiàn)規(guī)則的管理理論［3］。

2 仿生輸血信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

由仿生管理學(xué)的定義與研究視角可以發(fā)現(xiàn)，基于仿生管理的輸血信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，無論從仿生角度還是管理的理念理出發(fā)，應(yīng)遵循4個(gè)特性，即整體性、自然協(xié)調(diào)性、生態(tài)性、成長性的基本原則［3］。整體性，即在組織構(gòu)架上完整，在功能上各局部功能的相對(duì)獨(dú)立、層次分明、局部與整體統(tǒng)一協(xié)調(diào)，局部服從總體。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)就需要注重系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，按照頂層設(shè)計(jì)原則，兼顧各方面需求，統(tǒng)一設(shè)計(jì)。自然協(xié)調(diào)性，即醫(yī)院各部分自然系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系和精準(zhǔn)協(xié)調(diào)。自然協(xié)調(diào)性強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，任何一個(gè)系統(tǒng)不是獨(dú)立存在的，勢必因業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)與其他系統(tǒng)發(fā)生數(shù)據(jù)交換，因此需要理清系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，做好數(shù)據(jù)流圖。生態(tài)性，即醫(yī)院具備新陳代謝、程式運(yùn)轉(zhuǎn)，具備自我調(diào)控改進(jìn)能力，提高適應(yīng)性。生態(tài)性更強(qiáng)調(diào)的是如何滿足具體業(yè)務(wù)的需求，確保系統(tǒng)內(nèi)部的順暢穩(wěn)定。成長性，即學(xué)習(xí)能力，也就是系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力。從軟件設(shè)計(jì)角度看就是整個(gè)軟件從投入使用后的維護(hù)開發(fā)能力，確保系統(tǒng)能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)流程和管理的變化。

3 仿生管理輸血系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探

要實(shí)現(xiàn)類似于人體自行調(diào)節(jié)管理效果的信息系統(tǒng)，必須具備感知、傳輸、分析、信息反饋這幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。各系統(tǒng)若沒有信息反饋，會(huì)脫離實(shí)際而出現(xiàn)混沌。信息的反饋包括上下反饋，醫(yī)患反饋，科室之間的反饋等［4］。從控制論的觀點(diǎn)來看，系統(tǒng)的自動(dòng)控制過程正是通過“雙向通訊”的信息反饋聯(lián)系而實(shí)現(xiàn)的。因而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)須緊緊抓住信息反饋這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。信息在系統(tǒng)中的這種循環(huán)往返過程中，不斷變換形式，最終實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。因此通過信息系統(tǒng)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)仿生管理學(xué)對(duì)管理高效精準(zhǔn)的要求。同時(shí)，仿生管理學(xué)也為信息化建設(shè)提供理論指導(dǎo)，成為信息建設(shè)的靈魂。為此，本研究以演化仿生管理為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)為條件，構(gòu)建一個(gè)仿生容錯(cuò)輸血信息系統(tǒng)，并基于此進(jìn)行不同狀況下系統(tǒng)的改進(jìn)與測試，探討系統(tǒng)與演化仿生的關(guān)系規(guī)律，進(jìn)而把輸血系統(tǒng)的信息服務(wù)能力提升一個(gè)臺(tái)階。

3.1 基于仿生管理的輸血系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 類比人體細(xì)胞及醫(yī)院信息系統(tǒng)，各系統(tǒng)、軟件猶如一個(gè)個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞，按照各自的職能進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)、協(xié)調(diào)、傳送。感控、設(shè)備、藥品等。各個(gè)分系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行又彼此協(xié)調(diào)，信息系統(tǒng)如同神經(jīng)把各類數(shù)據(jù)傳遞到管理部門和職能科室，工作人員根據(jù)情況及時(shí)調(diào)整偏差，達(dá)到動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定運(yùn)行。核心服務(wù)器或系統(tǒng)服務(wù)器就類似于大腦，根據(jù)匯總的各類信息，對(duì)醫(yī)院的整體運(yùn)行發(fā)出各種指令，確保醫(yī)院向著既定的目標(biāo)前行。各組織信息流程仿照人體的神經(jīng)系統(tǒng)的信息流程——信息傳遞逐級(jí)和越級(jí)同時(shí)進(jìn)行。各系統(tǒng)組合到一起，類似人體大腦或神經(jīng)系統(tǒng)，既達(dá)到人體管理的效果。

圖1 輸血系統(tǒng)模塊與神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)系圖

神經(jīng)元是組成人體神經(jīng)系統(tǒng)的基本單位，通過圖1可以看到，仿生輸血信息系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)，它能根據(jù)匯總的各類信息，對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行發(fā)出各種指令，確保系統(tǒng)向著既定的目標(biāo)前行，不發(fā)生偏離。系統(tǒng)的各模塊，類似于組成神經(jīng)系統(tǒng)的各神經(jīng)組織，他們按照各自的職能實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)、控制、設(shè)置等，各個(gè)分系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行又彼此協(xié)調(diào)；與此同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程還仿照人體的神經(jīng)系統(tǒng)的信息流程——信息傳遞逐級(jí)和越級(jí)同時(shí)進(jìn)行。工作人員根據(jù)情況及時(shí)調(diào)整偏差，達(dá)到動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定與修復(fù)。各模塊功能如下，（1）血袋管理：詳細(xì)記載患者身份標(biāo)識(shí)、血袋號(hào)、成分名稱、血型、入庫日期、血液來源、獻(xiàn)血者身份、采血日期等有關(guān)資料；能夠完成全血、成分血的入庫登記。根據(jù)臨床需要進(jìn)行血液分裝、記錄血型復(fù)檢和交叉配血結(jié)果。根據(jù)《臨床輸血技術(shù)規(guī)范》第5章第22條的規(guī)定提供有效期報(bào)警，并有庫存量提示。（2）日常業(yè)務(wù)：自動(dòng)獲得臨床輸血申請(qǐng)單并完成配血信息處理，并提供備血信息提示。記載患者住院號(hào)、姓名、性別、年齡以及血型。同時(shí)，在患者輸血申請(qǐng)單中要包括患者所處科室、床號(hào)、臨床診斷、輸血性質(zhì)等相關(guān)信息，特別是采樣日期、申請(qǐng)日期以及申請(qǐng)醫(yī)師的信息的填寫必須完善。根據(jù)臨床輸血申請(qǐng)單和配血信息進(jìn)行核實(shí)，按照《臨床輸血技術(shù)規(guī)范》的要求打印輸血記錄單，完成發(fā)血操作。完成入庫、血化驗(yàn)（定血型、Rho檢驗(yàn)、配血型等）、發(fā)血等過程中的費(fèi)用記錄，并與住院處聯(lián)機(jī)自動(dòng)計(jì)費(fèi)。（3）日常管理：提供與血液制品相關(guān)的相關(guān)內(nèi)容管理，如使用科室，使用醫(yī)生，用血手術(shù)以及輸血反應(yīng)的管理，同時(shí)包括庫存血液的流向信息，包括出庫、報(bào)廢、返回血站、過期幾種情況。（4）查詢統(tǒng)計(jì)：入、出庫情況查詢、科室用血情況查詢；費(fèi)用情況查詢；科室工作量統(tǒng)計(jì)與查詢等，打印日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)及上級(jí)所需報(bào)表等［5］。

3.2 系統(tǒng)外部接口設(shè)計(jì) 系統(tǒng)外部接口包括：（1）系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)（HIS）接口，據(jù)申請(qǐng)單號(hào)或患者ID 號(hào)從HIS中核收患者用血申請(qǐng)配血報(bào)告和發(fā)血信息通過審核可返回到HIS系統(tǒng)中，并支持自動(dòng)計(jì)費(fèi)。（2）系統(tǒng)和檢驗(yàn)科LIS接口，查看檢驗(yàn)科內(nèi)所做輸血前檢驗(yàn)的部分項(xiàng)目，并根據(jù)所做的內(nèi)容判定是否發(fā)血。患者信息可在LIS和血液軟件之間共享錄入。（3）系統(tǒng)和血站的接口，根據(jù)血袋號(hào)從血站軟件中出庫并自動(dòng)在科內(nèi)血液軟件中入庫，可將本院內(nèi)配血、用血、退血、報(bào)損、調(diào)血等信息返回到血站軟件中方便統(tǒng)計(jì)操作［6］。

3.3 用血安全設(shè)計(jì) 為了降低了出錯(cuò)率，保證了患者的用血安全，實(shí)現(xiàn)從血源、體檢、采血、檢驗(yàn)、成分、出庫的全流程管理，保證血液采集和檢驗(yàn)的安全性。系統(tǒng)需遵從衛(wèi)生部關(guān)于血液管理的規(guī)范和要求，建立從采血到用血的管理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)血液鏈的追溯，讓血液的使用能夠跟每個(gè)患者“對(duì)號(hào)入座”。針對(duì)未如期使用的血液，系統(tǒng)需及時(shí)將其轉(zhuǎn)移給其他登記的患者，提高血液的使用流通率；系統(tǒng)還應(yīng)加入“區(qū)域用血信息共享”的設(shè)計(jì)。通過掃描血站血液信息，直接導(dǎo)入到醫(yī)院輸血管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)區(qū)域配血自動(dòng)交接。系統(tǒng)中庫存飽和預(yù)警功能讓醫(yī)院及時(shí)了解血液庫存情況，不僅能實(shí)時(shí)更新用血信息，還能讓臨床用血的程序、用血指征標(biāo)準(zhǔn)、用血者相關(guān)數(shù)據(jù)的采集等實(shí)現(xiàn)智慧管理，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)臨床用血的把關(guān)、監(jiān)督、服務(wù)作用。

3.4 系統(tǒng)自修復(fù)及故障排除 現(xiàn)代信息系統(tǒng)的開發(fā)變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性問題日益突出。生命科學(xué)的研究表明，生物系統(tǒng)的復(fù)雜性比信息系統(tǒng)要高得多，但生物的容錯(cuò)能力、自我學(xué)習(xí)、自我修復(fù)功能、自診斷自免疫功能、高穩(wěn)定、高可靠性是任何一個(gè)信息系統(tǒng)無法比擬的［7］。生物高可靠性和功能結(jié)構(gòu)表現(xiàn)如下：（1）冗余機(jī)制的生物結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)和功能冗余。冗余結(jié)構(gòu)是指具有備用部件；功能冗余是指機(jī)體有許多不同的地方可以執(zhí)行相同的功能。例如肺、腎，這些零件通常都各司其職，但部分損壞，其他相關(guān)的可替代失去的部分，發(fā)揮其功能。有“功能調(diào)節(jié)”的作用，是生物等的重要組成部分［8］。（2）人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，大腦和交錯(cuò)接觸大量神經(jīng)元的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是數(shù)百個(gè)神經(jīng)元與其他神經(jīng)元相連相結(jié)合的結(jié)果。這種單神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與電子元件的晶體管比可靠性差，但其形成的神經(jīng)系統(tǒng)卻具有較高的可靠性［9］。事實(shí)上，這種冗余技術(shù)生物系統(tǒng)在已不自覺地應(yīng)用到現(xiàn)代信息技術(shù)中。例如，在開關(guān)系統(tǒng)相關(guān)的操作，以獲得“n＋1”的冗余容錯(cuò)和冗余系統(tǒng)［10］。當(dāng)1個(gè)模塊中的電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)還可以100%地恢復(fù)負(fù)載功率，以實(shí)現(xiàn)熱更換或熱插拔。

3.5 權(quán)限管理 在過去的各種應(yīng)用系統(tǒng)中，由于存在多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，用戶的身份認(rèn)證和權(quán)限管理都是由各個(gè)系統(tǒng)自行管理的，隨著系統(tǒng)的增多，用戶和管理員需要記憶和使用多個(gè)系統(tǒng)的用戶名和密碼，這樣會(huì)帶來使用、管理和系統(tǒng)安全的許多缺陷和問題［11-12］。從系統(tǒng)整體安全角度考慮，系統(tǒng)應(yīng)建立了一個(gè)集中、統(tǒng)一、獨(dú)立與系統(tǒng)各用戶認(rèn)證和權(quán)限管理機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)安全、高效的用戶身份和權(quán)限管理。

4 討 論

基于仿生（人）管理學(xué)的信息系統(tǒng)建設(shè)是醫(yī)院信息化建設(shè)的新課題和新方向［13］。在該理論指導(dǎo)下的輸血信息系統(tǒng)的成功建設(shè)是其具體的實(shí)證。實(shí)踐證明依托于仿生（人）管理學(xué)理論下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)更能發(fā)揮信息系統(tǒng)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，能夠很好結(jié)合臨床業(yè)務(wù)和醫(yī)院管理，體現(xiàn)信息的價(jià)值。

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