基于SPD數(shù)據(jù)的醫(yī)院材料管理分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李波，周晟劼

上海市胸科醫(yī)院，上海交通大學(xué)附屬胸科醫(yī)院 信息中心，上海 200030

引言

近十年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及及快速發(fā)展，各行業(yè)獲取信息渠道和數(shù)據(jù)規(guī)模呈指數(shù)形式遞增，但大量的原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒有特定組織形式，不易被抽取，不能直接使用，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式也難以應(yīng)對，大數(shù)據(jù)已經(jīng)從根本上改變了當(dāng)今信息的量級、增速、組織管理、分析利用方式，并逐步被重視。各國專家也在研究這種前所未有的數(shù)據(jù)形態(tài)，此類信息爆炸的特性描述為4 V，即：大量、高速、真實(shí)和變化。大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來，在各行業(yè)，決策將由數(shù)據(jù)分析指出，而并非人的經(jīng)驗(yàn)直覺。

如何通過科學(xué)的處理方法，從大數(shù)據(jù)中獲取隱藏價(jià)值，形成有效決策支持，并在實(shí)際應(yīng)用場景中發(fā)揮作用，成為熱點(diǎn)的研究方向。數(shù)據(jù)挖掘是一項(xiàng)跨學(xué)科的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)其中的潛在知識[1]。出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代后期，并在90年代迅猛發(fā)展，如今已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。在醫(yī)療領(lǐng)域，臨床診斷、醫(yī)院管理、醫(yī)學(xué)影像、用藥分析等方面，已經(jīng)出現(xiàn)相關(guān)的研究，但醫(yī)學(xué)是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳茖W(xué)，且復(fù)雜多樣，加之大數(shù)據(jù)技術(shù)在我國處于探索階段，需要進(jìn)行大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)和深入總結(jié)，形成具有指導(dǎo)性意義的理論方針[2]。

1 對SPD數(shù)據(jù)的研究

1.1 SPD服務(wù)簡介

我院于2017年引入SPD醫(yī)用耗材配送服務(wù)，突破原有的耗材管理模式，使得材耗材管理從手工記賬到單機(jī)系統(tǒng)、JIT采購模式，有了新的提高。由美國醫(yī)院經(jīng)營顧問戈登-弗里森在20世紀(jì)70年代提出了SPD供應(yīng)鏈管理方式[3]，是指一套對物品的采購、使用、回收和配送等關(guān)鍵流通環(huán)節(jié)進(jìn)行一體化管理的標(biāo)準(zhǔn)體系，可以加強(qiáng)采購部門、供應(yīng)商和使用部門之間的聯(lián)系，加快耗材的配送效率，降低耗材的管理成本，提高合理管控的針對性，形成整體耗材配送解決方案，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院耗材的精細(xì)化管理。

通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息的傳輸更為快捷廣泛，供應(yīng)鏈每個節(jié)點(diǎn)不再是獨(dú)立的信息孤島，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性、一致性，信息共享機(jī)制讓中間環(huán)節(jié)的實(shí)時數(shù)據(jù)更加透明，為研究的開展奠定基礎(chǔ)[4]。

1.2 醫(yī)院材料的數(shù)據(jù)形式

SPD在院的開展不僅僅是一種服務(wù)或是一套管理軟件，它串聯(lián)了HIS系統(tǒng)、物資系統(tǒng)、植入材料追溯系統(tǒng)、耗材對賬系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)等多個院內(nèi)系統(tǒng)關(guān)于醫(yī)用耗材的管理數(shù)據(jù)[5]，包含了耗材、庫存、財(cái)務(wù)、手術(shù)、追溯等多個管理角度，數(shù)據(jù)的體量大維度廣，如圖1所示；采用了智能柜、PDA、掃描槍、平板電腦等多種工作設(shè)備，采集的信息可能是RFID條碼、二維碼、一維碼、標(biāo)準(zhǔn)接口采集信息等的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也可能是圖像、聲音、文檔、無標(biāo)準(zhǔn)手工輸入信息等的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)形式豐富，數(shù)據(jù)的增速快變化大[6]。SPD所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)契合大數(shù)據(jù)的4 V特征，具備通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)一步研究、探索其內(nèi)部價(jià)值。

圖1 SPD與院內(nèi)系統(tǒng)的聯(lián)動環(huán)境

1.3 建立材料管理分析系統(tǒng)

該系統(tǒng)基于SPD數(shù)據(jù)環(huán)境，采用聯(lián)機(jī)分析處理（Online Analytical Processing，OLAP）體系，支持管理人員在多為數(shù)據(jù)環(huán)境下的進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和分析，具有快速、可分析、多維度、信息量大的特性[7]。可以通過數(shù)據(jù)的切塊、切片、旋轉(zhuǎn)、上卷和下鉆操作多層次、多角度的瀏覽。SPD數(shù)據(jù)挖掘研究所取得的知識可以從數(shù)據(jù)倉庫直接提取，并向用戶提供結(jié)果。將OLAP系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘相結(jié)合，知識庫負(fù)責(zé)耗材領(lǐng)域知識，OLAP與多部門用戶交互，設(shè)計(jì)多種分析業(yè)務(wù)，提供多樣展示方法，打造“平臺+生態(tài)”的土壤，為醫(yī)院各使用部門發(fā)現(xiàn)潛在耗材管理經(jīng)驗(yàn)的條件。

2 材料管理分析系統(tǒng)的實(shí)施步驟

2.1 建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化引擎

SPD的數(shù)據(jù)存在結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化多種不同形式，這些數(shù)據(jù)是原始的，獨(dú)立的，具有噪音的，并不能被直接使用，在進(jìn)入分布式存儲之前，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，確保導(dǎo)入的數(shù)據(jù)是可靠、安全、標(biāo)準(zhǔn)的。通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化引擎，不同格式、類型的數(shù)據(jù)對應(yīng)各種導(dǎo)入工具，轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式[8]。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化引擎通過ETL（Extract-Transform-Load）實(shí)現(xiàn)，這套微軟方案可以完成數(shù)據(jù)抽取、交換、加載的過程。其管理簡單、標(biāo)準(zhǔn)可控、擴(kuò)展性強(qiáng)，方便部署，是生成數(shù)據(jù)倉庫的重要工具，也是SPD環(huán)境數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化最重要的轉(zhuǎn)化接口。主要功能有：① 數(shù)據(jù)驗(yàn)證，對導(dǎo)入數(shù)據(jù)的可靠性和安全性進(jìn)行驗(yàn)證，以防無效數(shù)據(jù)的進(jìn)入；② 數(shù)據(jù)分類，對已導(dǎo)入的、不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，一般按照結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)劃分；③ 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)分類完成的導(dǎo)入數(shù)據(jù)，選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法或ETL邏輯控件，將各種異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)形式。

2.2 建立分布式存儲框架

Hadoop是由Apache基金會開發(fā)的分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，其通過集群化計(jì)算機(jī)環(huán)境實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的高速存儲和運(yùn)算，拓展性強(qiáng)、容錯度高，非常適合復(fù)雜數(shù)據(jù)的分析[9]。SPD環(huán)境的數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗后，以標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)形式存入Hadoop的核心存儲框架HDFS（Hadoop數(shù)據(jù)存儲核心框架），它由多臺存儲集群組成，提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

SPD數(shù)據(jù)多為海量的小文件，此類數(shù)據(jù)的存儲需要消耗大量內(nèi)存，HDFS的訪問效率下降。針對此類數(shù)據(jù)特點(diǎn)，當(dāng)SPD數(shù)據(jù)通過ETL接口進(jìn)入，采用Hadoop Archiver（HAR）工具合并文件的方法來降低內(nèi)存消耗，HAR會判斷文件的大小和類型放入存儲隊(duì)列，并添加索引，當(dāng)隊(duì)列達(dá)到容量閾值時，小文件會合并為大文件，最后存入HDFS[10]。

2.3 建立分布式計(jì)算框架

MapReduce是一種離線的計(jì)算框架，是Hadoop的計(jì)算核心，具有高效并行計(jì)算的能力，能自動完成計(jì)算任務(wù)的多線程處理，自動劃分計(jì)算任務(wù)和計(jì)算數(shù)據(jù)劃分，并自動分配處理結(jié)果的存儲空間[11]。MapReduce的采用Master/Slaver設(shè)計(jì)架構(gòu)，計(jì)算過程采用“分而治之”的處理思想，大處理量的數(shù)據(jù)文件被切割為多個獨(dú)立的分片，被多個Map任務(wù)處理，每個Map工作節(jié)點(diǎn)允許一個計(jì)算函數(shù)處理分片數(shù)據(jù)，并將結(jié)果寫入臨時存儲

Hadoop提供了一種數(shù)據(jù)倉庫的訪問工具Hive，Hive可以將數(shù)據(jù)文件映射成表，并提供完整的類似于SQL的查詢語言HQL[12]。可以使用HQL來進(jìn)行Map和Reduce處理，簡化操作。SPD數(shù)據(jù)存儲密度、計(jì)算強(qiáng)度大，而實(shí)際的研究過程，通過MapReduce計(jì)算框架對復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理，設(shè)計(jì)者往往無需關(guān)注這么多細(xì)節(jié)，減少了開發(fā)負(fù)擔(dān)[13]。

2.4 建立標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口

通過ESB建立安全分析接口獲取接口。SPD數(shù)據(jù)環(huán)境的系統(tǒng)通訊接口遵循醫(yī)院新部署的系統(tǒng)互訪方式ESB總線，此方式基于SOA設(shè)計(jì)思想[14]，以服務(wù)為中心設(shè)計(jì)開發(fā)，需要將應(yīng)用系統(tǒng)提供的服務(wù)注冊到ESB體系中，對服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理并以總線形式對外提供調(diào)用接口。院內(nèi)外系統(tǒng)之間設(shè)立防火墻，阻止系統(tǒng)間信息的直接互訪，并在總線端完成訪問權(quán)限配置，如圖2所示。在信息安全和系統(tǒng)管理角度，和以往的模式相比有一定的先進(jìn)性。

圖2 ESB總線數(shù)據(jù)通訊形式

3 材料管理分析系統(tǒng)的應(yīng)用

通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對SPD項(xiàng)目在生產(chǎn)過程中發(fā)生數(shù)據(jù)的分析研究，提煉醫(yī)院耗材管理的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)測之后的管理方向，如圖3所示，具體研究內(nèi)容如下。

圖3 SPD數(shù)據(jù)的價(jià)值挖掘

3.1 耗材質(zhì)量情況分析

耗材的質(zhì)量是醫(yī)院采購選擇條件的重中之重，特別是植入性耗材，關(guān)系到病人術(shù)后的生命質(zhì)量，甚至安危，為病人選擇優(yōu)質(zhì)耗材，可以提高病人的治愈率，降低醫(yī)療事故和糾紛的風(fēng)險(xiǎn)。完成植入性耗材的質(zhì)量情況分析，可以對醫(yī)院的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、臨床治療、采購優(yōu)先、術(shù)后效果等多方面做出。通過材料管理分析系統(tǒng)，可以得出耗材在院使用的情況評價(jià)[15]。

對病人術(shù)前的身體情況、用藥記錄、檢查化驗(yàn)指標(biāo)、適應(yīng)癥、不良反應(yīng)、操作難度等影響因素挖掘，可以給出本次手術(shù)的適用材料排名。對耗材植入體內(nèi)的副作用、后遺癥、排異反應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，可以得出同類型植入性耗材在術(shù)后得分，如果整體表現(xiàn)欠佳的耗材，如安裝起搏器后，根據(jù)定期對病人關(guān)于分析因素的回訪記錄，產(chǎn)生了不良事件比例較高的品牌型號。采購部門多方論證后，可以考慮更換。

3.2 病人對耗材的接受度分析

植入性耗材的臨床表現(xiàn)是評價(jià)耗材優(yōu)劣最重要的指標(biāo)，然而，價(jià)格因素也會影響病人對耗材的喜好。由于此類耗材的價(jià)格普遍昂貴，國內(nèi)品牌和進(jìn)口品牌存在很大價(jià)差。而病人的經(jīng)濟(jì)情況各異，并不是所有病人都可以負(fù)擔(dān)最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。同時，手術(shù)的技術(shù)含量也需要納入考慮，難度大的手術(shù)優(yōu)先考慮進(jìn)口品牌；難度適中的手術(shù)，價(jià)差大的選擇國產(chǎn)品牌，價(jià)差小的選擇進(jìn)口品牌；而難度小的手術(shù)，則優(yōu)先考慮國產(chǎn)品牌。醫(yī)院可以組織臨床專家討論手術(shù)難度與適用耗材之間的對應(yīng)，將結(jié)果維護(hù)進(jìn)系統(tǒng)，形成院內(nèi)提供給醫(yī)生的參考標(biāo)準(zhǔn)。

通過系統(tǒng)分析，可以在保證質(zhì)量的前提下，給出適合病人情況的耗材使用建議。通過對病人的收入階層、家庭經(jīng)濟(jì)情況、耗材的價(jià)格與臨床表現(xiàn)等多種因素的分析，可以為醫(yī)生關(guān)于本次手術(shù)的耗材使用選擇給出針對性建議，滿足不同情況病人的需求。

3.3 耗材議價(jià)空間分析

隨著醫(yī)改的深入，醫(yī)用耗材的銷售價(jià)格收到制約，醫(yī)院從中獲得的收入也隨之減少，醫(yī)院需要控制成本彌補(bǔ)這一塊損失。在商業(yè)模式中，存在絕對成本控制、相對成本控制、全面成本控制、定額法等多種方法和案例，此類教例可以為醫(yī)院的耗材價(jià)格談判提供參考。以商業(yè)成本控制模型為依托，分析系統(tǒng)從院內(nèi)物資系統(tǒng)獲取采購信息，從外部專網(wǎng)獲得他院的采購信息，通過對同種耗材院內(nèi)不同時期的采購價(jià)格，不同醫(yī)院同期的采購價(jià)格、耗材在市場的不可替代性等因素的分析，能為醫(yī)院耗材成本控制提供有力的數(shù)據(jù)支持，發(fā)現(xiàn)可能存在的議價(jià)空間[16]。

3.4 供應(yīng)商服務(wù)情況分析

SPD是一種集中采購的供應(yīng)方式，其“零庫存”的管理理念要求耗材在院的流動加快，以保持管理靈活、貨品新鮮以及賬目健康，對供應(yīng)商提出更高的要求[17]。選擇資質(zhì)完整、信譽(yù)良好、服務(wù)可靠的供應(yīng)商，可以保證醫(yī)用耗材的順利周轉(zhuǎn)，更好地為醫(yī)院服務(wù)。通過關(guān)于供應(yīng)商的三證完整、貨源情況、配送及時、響應(yīng)速度、應(yīng)急處理、售后服務(wù)、附加服務(wù)等因素的挖掘，分析系統(tǒng)可以根據(jù)供應(yīng)商在院的服務(wù)情況，給出綜合評價(jià)。

4 總結(jié)

醫(yī)院材料管理分析系統(tǒng)基于實(shí)際工作中的項(xiàng)目題材、立足于高質(zhì)量數(shù)據(jù)，需秉持高效、務(wù)實(shí)的實(shí)踐思想；通過觀察、抽象、總結(jié)的科學(xué)方法提煉共性指標(biāo)；發(fā)現(xiàn)可能的知識，并反復(fù)論證其可靠性；真實(shí)的反應(yīng)研究中的發(fā)現(xiàn)和不足，形成具有因果關(guān)系的個性結(jié)論；根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)心得，提出創(chuàng)新性的進(jìn)一步探索方向；辯證地看問題，將零散的知識結(jié)構(gòu)化，豐富知識體系，階段性地逼近真理，逐步形成具有指導(dǎo)性意義的規(guī)則，并助力實(shí)際的生產(chǎn)工作。