虹膜識別技術在HIS中的應用

方曉東

（山東省商務發展研究院，山東青島 266002）

0 引言

醫院信息系統（hospital information system，HIS）是集醫學、信息、管理、計算機及網絡技術于一體的綜合管理系統，其中對就診患者的信息管理是HIS的重要組成部分[1]。

HIS對就診患者的信息管理大多是以就診卡、身份證、醫保卡等實體卡作為身份標識進行身份識別的，為患者的就診及醫院管理帶來了一定便利，但存在冒名頂替、攜帶不便、容易丟失及損壞等缺陷，尤其是在我國公費醫療政策對不同區域及群體的享受標準有差異、醫保待遇有所不同等因素的利誘下，在傷殘鑒定、入職體檢等方面出現利用醫院現有身份識別的漏洞進行冒名頂替的現象。因此，尋找一種可靠性高、辨識度強的身份識別技術是HIS發展和探索的方向之一，是對現有身份鑒別方式的有效增強。虹膜識別技術是一種生物識別技術，其識別度高、穩定性強，尤其是其非接觸性識別（可避免接觸性傳染）的特點適合在醫院管理領域中應用。近年來，虹膜識別技術在身份識別領域中越來越受到業內人士的關注和重視，其開發及應用也得到了長足發展和突破。本文將虹膜識別技術引入HIS中，以期提高管理的效率和準確度。

1 虹膜識別技術的發展現狀

目前，虹膜識別技術已成功應用于國外醫院管理領域中。2002年德國巴伐利亞Bad Reichenhall市的市醫院將虹膜識別技術應用于嬰兒室管理系統中，以確保嬰兒的人身安全[2]。此系統只允許相關醫生、護士及嬰兒母親進入嬰兒室，且在嬰兒出院后，會將其母親的虹膜特征碼刪除，拒絕其再次進入嬰兒室。2015年休伯利安公司發布的虹膜算法中，虹膜識別技術的單眼識別率已達到兩百萬分之一的精確度，雙眼識別率更是達到了二十億分之一的精確度[3]。同時，其比對速度也全面提高，實現了每秒50萬次的虹膜比對[3]。現階段市面上應用的虹膜識別設備的識別全過程大多可在1 s內完成。

2 虹膜識別技術的優點及識別流程

2.1 虹膜識別技術的優點

虹膜識別技術是現在公認的準確性、識別度和穩定性最高的生物識別技術，是業內普遍推崇的、最有前途的生物識別技術之一[4-5]。虹膜識別技術是一種利用人體固有虹膜的唯一性特征進行識別的生物識別技術，具有以下優點：（1）安全性高。其使用特定的、類似普通攝影光學器材對虹膜取像，不會對人體構成傷害。（2）保密性強。虹膜不同于人體面部及指紋較易復制和模仿，其一旦離開活體，中心的瞳孔將失去對光線變化的收縮反應，可以利用這一特性判斷出虹膜是否為活體。（3）穩定性高。常用的生物識別技術中如人臉、指紋等，穩定性均在不同程度上受年齡、形體變化及創傷的影響。而虹膜由于人體保護敏感性比較強，其人體內在性（外圍有其他組織保護）不易受到損傷，從嬰兒出生6個月后直至死亡其特征保持不變，確保了虹膜識別技術具有非常高的穩定性。（4）可靠性強。虹膜的紋理結構非常復雜，細節特征十分豐富，其特征的讀取點高達266個，遠高于其他生物識別技術的讀取點（13～16個），具有很強的唯一性，是現代科學發現的準確度最高的生物識別技術[6]。

2.2 虹膜識別的流程

虹膜識別的流程包含以下幾個步驟：（1）圖像獲取：利用光學設備拍攝、讀取眼部圖像；（2）圖像預處理：利用特定算法對獲取的圖像進行虹膜內、外邊界的定位及歸一化處理，提取虹膜圖像并對有用信息進行增強處理[7-9]；（3）虹膜特征碼提取：提取的虹膜圖像通過合理的算法進行紋理特征的提取和編碼，形成虹膜特征碼[10-12]；（4）虹膜特征碼的比對與匹配：將提取的虹膜特征碼與已存在于虹膜特征數據庫內的虹膜特征碼進行比對和匹配[13-14]；（5）輸出識別信息：將比對的“真”“假”信息發送或顯示，完成識別任務[15-16]。其中圖像的預處理及特征碼的提取是整個識別過程中極其重要的環節，直接影響到虹膜識別的速度和準確性，是虹膜識別技術的關鍵點[17]。虹膜識別系統的基本工作流程如圖1所示[18-19]。

圖1 虹膜識別的流程圖

3 虹膜識別技術在HIS中的應用

現行的HIS是由醫院各部門的子系統模塊通過系統管理軟件進行合理的關聯、集成，在系統內實現子系統間的信息交互和傳遞，形成一個具有醫院內部多功能綜合管理功能的系統[20]。若虹膜識別技術應用于HIS中，根據其基本工作流程，需要在原有的管理系統及關鍵部門（需要嚴格認證身份）的子系統中增設或將原有的檔案管理系統改造合并成具有虹膜認證功能的虹膜認證管理系統，稱之為虹膜認證管理服務器。虹膜認證管理服務器負責存儲及管理所有患者的虹膜特征碼數據庫及其相關信息數據庫，具有添加、刪除、修改及向子虹膜認證管理服務器發送及復制信息的功能。子虹膜認證管理服務器具有上述相同功能。

3.1 虹膜識別技術應用于HIS患者管理

HIS的虹膜特征碼數據庫中患者信息的記錄類型應包括虹膜特征碼、姓名、性別、年齡、初診日期、社保號、本院賦予的就診號碼、身份證號碼等基本信息。其目的是在一些需要嚴格認證身份的場所（如化驗、檢查、就診等）以虹膜認證作為身份識別方式，而無需嚴格認證身份的場所（如可由患者陪護人員替代辦理的付款、取化驗結果等項目）利用其他方式（如就診號碼等）進行識別，做到身份的統一及認證多樣化，既加強了患者身份認證的管理，又方便了患者就診。虹膜識別技術應用于HIS中，可根據不同的應用環境和要求合理地選擇客戶端/服務器（Client/Server，C/S）和瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）2 種模式[21-22]，在使用中分為注冊模式及身份識別和認證模式。

注冊模式是患者初次來院就診時，對患者的虹膜特征碼及其他基本信息的創建、收集、存儲至HIS中心虹膜特征碼數據庫的過程。該模式下，首先對新患者進行虹膜特征碼的提取，創建特征模板并存儲到虹膜特征碼數據庫，同時對該患者的其他基本信息包括就診號碼等進行登記、存儲至數據庫中。其中患者就診號碼是按照醫院內部固定規則賦予的，與患者的虹膜特征碼一一對應，具有唯一性，是在系統中查詢患者信息的主要檢索項。注冊模式一般使用在門診掛號場所，其工作流程如圖2所示。

圖2 注冊模式工作流程圖

身份識別和認證模式是嚴格進行身份認證的應用模式，應用于易出現冒名頂替或其他作弊行為發生的場所。患者在醫院內進行相關就診活動時，通過虹膜識別前端特征碼提取設備識別患者的虹膜特征碼，與系統中心虹膜特征碼數據庫或本地子系統的子虹膜特征碼數據庫中的虹膜特征碼進行比對和匹配，實現患者的身份認證。其工作流程如圖3所示。

圖3 身份識別和認證模式工作流程圖

現行HIS分為門診、藥品、住院、醫務工作人員、財務、系統等多個綜合管理模塊[23-24]，其中需患者嚴格進行身份認證的是門診綜合管理和住院綜合管理2個模塊。虹膜識別技術應用于HIS患者管理的通信示意圖如圖4所示，主要包含以下幾個步驟：（1）就診患者在門診掛號處掛號，運行身份識別和認證模式，將就診患者的虹膜特征碼與系統中心虹膜特征碼數據庫中的虹膜特征碼模板進行比對與匹配，若匹配成功，則說明該患者屬于復診患者，可直接查詢該患者的就診號碼，并通過HIS傳送至相關接診醫生工作站上供醫生接診使用；反之，說明該患者為初診患者，進入注冊模式，并將該患者的就診號碼傳送至相關就診醫生工作站上供醫生接診使用。（2）接診醫生在工作站上通過患者的就診號碼接診，根據患者病情進行診斷，如需進行相關化驗、檢查，則在網上開具化驗、檢查單，通過HIS傳送至門診收費處的醫護工作站等待患者付費。當就診患者付費成功后，門診收費處打印收款憑據，并向HIS的中心虹膜認證管理服務器發出請求，通過就診號碼檢索該患者的虹膜特征碼，將其發送至相關化驗、檢查科室所在的子虹膜認證管理服務器。（3）HIS的中心虹膜認證管理服務器接到請求后通過患者的就診號碼進行檢索，查尋該患者的虹膜特征碼，復制并傳送至相關化驗、檢查科室的子虹膜認證管理服務器的子虹膜特征碼數據庫中，作為該患者進行身份認證的依據。（4）患者進行相關化驗、檢查時，在相關科室運行身份識別和認證模式，通過子系統中子虹膜特征碼數據庫的虹膜特征碼模板進行身份認證，認證通過則進行相應的檢驗和檢查，認證不通過則拒絕該患者進行檢查。（5）患者檢驗、檢查完成后，相應的檢驗、檢查工作站輸出檢驗、檢查結果，傳送至HIS中形成有權限限制的共享查詢數據，并向本子系統的子虹膜認證管理服務器發出刪除該患者虹膜特征碼的請求，解除該患者在本次化驗、檢查科室的醫療活動權限。

3.2 虹膜識別技術應用于HIS院內醫務管理

虹膜識別技術在醫院現代化管理系統中不僅可以應用于對患者身份的識別，還可以應用于醫院的內部管理，如手術室及檢查室門禁、醫院藥品管理、職工檔案及患者病歷管理等相關需要設定權限的部門中。其中注冊模式可在HIS中員工管理模塊添加虹膜管理功能，而身份識別和認證模式要在相應部門增加虹膜認證管理服務器及管理軟件，并與HIS中心虹膜認證管理服務器關聯，實現虹膜識別身份的功能。虹膜識別技術應用于HIS院內醫務管理的通信示意圖如圖5所示。

3.3 建立子虹膜認證服務器的目的

圖5 虹膜識別技術應用于HIS院內醫務管理的通信示意圖

應用虹膜識別技術過程中不直接在系統中心虹膜認證管理服務器中進行認證有以下幾方面的原因：（1）減輕系統中心服務器及網絡運行負荷。若系統中心服務器及網絡負荷過重，將影響整個HIS的正常運行。（2）提高識別速度。虹膜特征碼的傳輸過程環節越多，其延遲越長，識別速度越慢。（3）提高虹膜特征碼的存儲安全性。將中心虹膜認證管理服務器的虹膜特征碼分散備份在各相關子虹膜認證管理服務器中，可為虹膜特征碼提供備份，提高虹膜數據的安全性。（4）有利于防止患者重復進入及員工權限的調整。患者根據醫囑進入相關科室進行診療后，對應的子虹膜認證管理服務器中的特征碼刪除，可杜絕患者的再次進入；保留中心虹膜認證管理服務器中特征碼的記錄，可避免患者復診時再次提取虹膜特征碼，提高就診效率。對員工的權限進行調整時，可直接對相關員工的虹膜特征碼在相應的子虹膜認證管理服務器中進行刪除或復制，無需調整中心虹膜認證管理服務器中的記錄，確保了醫院員工檔案的完整性。

作為HIS中身份識別性能的加強和補充，科學、合理地將虹膜識別技術應用于現有HIS中，是提高HIS實用性與運行高效性的關鍵。

4 結語

虹膜識別技術的發展愈來愈成熟，其在識別距離、與其他生物識別技術結合的動態狀態的識別均有新突破。目前，虹膜設別技術已實現動態環境下達12 m的識別距離。隨著體積的不斷縮小，相關虹膜識別產品已能集成在移動設備中（富士通已推出首款帶有虹膜識別功能的手機），其成本亦呈現明顯下降趨勢。虹膜識別技術未來將向提高識別速度及距離、減小體積、降低成本的方向發展。

將虹膜識別技術應用于HIS中可提高管理效率和準確度，為患者就醫提供便利，有益于醫院綜合自助系統的實現。虹膜識別技術在HIS中的應用仍有廣闊的開發前景，在新一代數字化醫院的建設中值得廣大醫院管理人員及虹膜識別技術研究人員深入討論和研究，對提升醫院的現代化管理水平十分有益。