基于人機(jī)協(xié)同的醫(yī)院信息安全技術(shù)及系統(tǒng)研發(fā)

陳宇斯

(北海市人民醫(yī)院，廣西 北海 536000)

0 引言

近年來(lái)，隨著醫(yī)院信息化技術(shù)水平的發(fā)展，機(jī)器模擬思維憑借更復(fù)雜、更準(zhǔn)確、更安全的數(shù)據(jù)安全特征優(yōu)勢(shì)[1]，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)院信息安全技術(shù)系統(tǒng)。首先，人機(jī)協(xié)同技術(shù)在信息處理時(shí)采用計(jì)算機(jī)人工智能與控制端操作人員協(xié)同配合的方式，其信息在存儲(chǔ)、查閱等過(guò)程中準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快[2]。其次，智能化人機(jī)協(xié)同技術(shù)具備微弱信號(hào)放大功能且能高效的獲取信息量化指標(biāo)，能快速、精準(zhǔn)地將檢測(cè)或監(jiān)管的醫(yī)院動(dòng)態(tài)感知信息反饋至人機(jī)交互界面，輔助操作人員做出精準(zhǔn)判斷，提升醫(yī)院信息安全等級(jí)和系統(tǒng)功能性[3]。在此基礎(chǔ)上，本文通過(guò)研究人機(jī)協(xié)同技術(shù)下，醫(yī)院信息安全系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物動(dòng)態(tài)檢測(cè)、感知和識(shí)別的整體過(guò)程和方式，以達(dá)到系統(tǒng)控制界面安全、控制系統(tǒng)功能安全、交互算法安全和編程控制安全的目標(biāo)。

1 人機(jī)協(xié)同醫(yī)院信息安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 人機(jī)協(xié)同交互醫(yī)療信息安全現(xiàn)狀分析

目前，智能化人機(jī)協(xié)同技術(shù)逐步在醫(yī)院信息安全系統(tǒng)中應(yīng)用鋪開(kāi)，形成了集智能分診、智能問(wèn)診等全過(guò)程為一體的人機(jī)互助醫(yī)療信息安全管理體系。在該信息安全系統(tǒng)中，人機(jī)協(xié)同的本質(zhì)是建立操作人員與智能機(jī)器間的溝通紐帶，以解決復(fù)雜問(wèn)題。有學(xué)者提出，在醫(yī)療服務(wù)過(guò)程中，以導(dǎo)納控制力接觸變形模型[4]，當(dāng)變形模型力反饋保持平穩(wěn)，即實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的醫(yī)療安全人機(jī)協(xié)同交互，提高了信息安全系統(tǒng)防護(hù)水平。

1.2 人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)模型思維特征

表1對(duì)不同階段內(nèi)計(jì)算思維1.0，2.0和3.0認(rèn)識(shí)特征進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)表1可知，在主體階段，思維1.0僅為機(jī)器視角，而3.0思維則為人機(jī)協(xié)同的高效、便捷的問(wèn)題解決能力模式。在核心階段，思維1.0僅實(shí)現(xiàn)了算法與程序相連，尚未將操作人員主觀意識(shí)加入，而思維3.0通過(guò)人機(jī)協(xié)同將程序、算法相關(guān)聯(lián)，一方面提升了醫(yī)療信息安全系統(tǒng)的智能化程度，另一方面多尺度人機(jī)協(xié)同關(guān)聯(lián)，使信息安全系統(tǒng)工作效率更高、決策服務(wù)更出色。

表1 不同階段內(nèi)計(jì)算思維1.0至3.0認(rèn)知比較

1.3 人機(jī)協(xié)同技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本文主要通過(guò)感知識(shí)別、控制實(shí)現(xiàn)和決策應(yīng)用3方面科學(xué)解釋人機(jī)協(xié)同技術(shù)特征原理。從感知識(shí)別角度分析，人機(jī)協(xié)同信息安全技術(shù)通過(guò)模擬仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的感知、推理和智能學(xué)習(xí)，同時(shí)，借助計(jì)算機(jī)模擬機(jī)器學(xué)習(xí)算法將醫(yī)院信息安全數(shù)據(jù)邏輯化、規(guī)則化和智能化，強(qiáng)化與系統(tǒng)操作人員的協(xié)同合作。從控制實(shí)現(xiàn)角度分析，人機(jī)協(xié)同技術(shù)在控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)納控制構(gòu)建控制適配器，通過(guò)在機(jī)器系統(tǒng)末端加裝種類傳感器，將人機(jī)協(xié)同互動(dòng)控制在封閉系統(tǒng)中，以此通過(guò)控制操作完成對(duì)機(jī)器的預(yù)期目標(biāo)[5]。相較于前兩者，決策應(yīng)用分析依據(jù)計(jì)算機(jī)智能識(shí)別終端和前端傳感器數(shù)據(jù)采集，將醫(yī)院信息安全數(shù)據(jù)經(jīng)模型計(jì)算分析后，以圖形及公式結(jié)論形式輔助技術(shù)人員進(jìn)行決策分析。

1.4 人機(jī)協(xié)同技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在人機(jī)協(xié)同3方面設(shè)計(jì)原理中，文章基于人機(jī)協(xié)同技術(shù)背景所構(gòu)建的醫(yī)院信息安全系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)主要分析輸入層、融合層、決策層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)功能及特征(見(jiàn)圖1)。通過(guò)圖1可知，信息安全系統(tǒng)輸入層將機(jī)器設(shè)備感知數(shù)據(jù)經(jīng)通道上傳，在融合層實(shí)現(xiàn)短期記憶融合；融合層將通道傳感機(jī)器傳輸信息、知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)、編碼規(guī)則和用戶意圖協(xié)同，傳輸至管理層以決策判定；在應(yīng)用層內(nèi)，經(jīng)用戶意圖控制命令實(shí)現(xiàn)機(jī)器人取藥、問(wèn)診、尋醫(yī)、消毒等醫(yī)療服務(wù)過(guò)程，同時(shí)構(gòu)建4重保護(hù)型架構(gòu)體系，各層協(xié)同配比實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同合作。

圖1 基于人機(jī)協(xié)同的醫(yī)療信息安全系統(tǒng)架構(gòu)

2 人機(jī)協(xié)同信息安全感知與識(shí)別技術(shù)研發(fā)

2.1 目標(biāo)物信息安全檢測(cè)

在醫(yī)院信息采集、分析過(guò)程中，檢測(cè)的環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。為此，通過(guò)智能機(jī)器學(xué)習(xí)和人類決策判定協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境目標(biāo)物的檢測(cè)。本文面對(duì)醫(yī)院信息復(fù)雜多樣的環(huán)境，設(shè)計(jì)上采用實(shí)時(shí)快速目標(biāo)檢測(cè)(yolo)獲取檢測(cè)目標(biāo)物區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)類別、地理坐標(biāo)等信息，并借助yolo檢測(cè)識(shí)別速度快、背景值誤差小的特征，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院信息目標(biāo)物機(jī)器識(shí)別信息與人為決策信息深度交互。

2.2 目標(biāo)物信息安全系統(tǒng)感知與識(shí)別

醫(yī)院信息數(shù)據(jù)采集若僅使用人力收集資源，獲取數(shù)據(jù)信息量小且時(shí)效性低。人工智能機(jī)器能夠通過(guò)設(shè)備感知目標(biāo)物信息特征要素，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸至醫(yī)院信息安全技術(shù)終端識(shí)別分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速識(shí)別、判定和采集。通過(guò)智能化機(jī)器對(duì)醫(yī)院目標(biāo)物信息感知、識(shí)別和人工決策協(xié)同配合，在有效提高人和機(jī)器設(shè)備獲取數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確性的同時(shí)，進(jìn)一步保障了醫(yī)院的信息安全，減少了生產(chǎn)服務(wù)環(huán)節(jié)的信息安全隱患。

3 人機(jī)協(xié)同醫(yī)院信息安全控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)控制界面和交互算法實(shí)現(xiàn)

3.1.1 控制界面實(shí)現(xiàn)

人機(jī)協(xié)同交互后，醫(yī)院信息控制界面執(zhí)行實(shí)現(xiàn)工藝流程如圖2所示。由圖2可知，醫(yī)院信息數(shù)據(jù)經(jīng)人為引導(dǎo)至末端制定串口，通過(guò)力矩傳感器將電信號(hào)(ST Gi)轉(zhuǎn)為力信號(hào)，經(jīng)重力補(bǔ)償、坐標(biāo)轉(zhuǎn)化、導(dǎo)納控制和虛擬夾具控制后，將轉(zhuǎn)化信號(hào)傳輸至機(jī)器控制管理中心，形成了一套完整的集成操作人員主導(dǎo)，機(jī)器控制工作的內(nèi)循環(huán)醫(yī)院信息安全技術(shù)系統(tǒng)控制管理流程，提高了醫(yī)院信息安全管理能力和安全性能。

圖2 人機(jī)協(xié)同交互控制界面實(shí)現(xiàn)原理

3.1.2 交互算法實(shí)現(xiàn)

在人機(jī)協(xié)同控制管理醫(yī)院信息安全基礎(chǔ)上，本文通過(guò)人機(jī)協(xié)同算法(DFC)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互協(xié)作，在保障信息安全監(jiān)管效率的同時(shí)提升了協(xié)同工作效率。交互算法實(shí)現(xiàn)如式1—3所示，協(xié)同目標(biāo)函數(shù)為Fk，分別對(duì)人和機(jī)器分配K個(gè)子任務(wù)，以系數(shù)計(jì)算壓迫程度，自重通過(guò)總參數(shù)fk表示人機(jī)協(xié)同任務(wù)的滿意度，進(jìn)而以人機(jī)協(xié)同的交互算法保障醫(yī)院信息安全系統(tǒng)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)應(yīng)用高效性、時(shí)效性。

(1)

(2)

(3)

3.2 控制功能及編程控制實(shí)現(xiàn)

在醫(yī)院信息安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，編程控制實(shí)現(xiàn)占據(jù)關(guān)鍵地位。首先，控制編程功能保證了人機(jī)交互過(guò)程中控制功能的穩(wěn)定性，決定了醫(yī)院信息采集、智能問(wèn)診系統(tǒng)運(yùn)行的流暢性；其次，編程控制實(shí)現(xiàn)一般通過(guò)數(shù)學(xué)模型(或裙帶關(guān)系)計(jì)算分析，人機(jī)協(xié)同編程控制則是機(jī)器學(xué)習(xí)通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，保證編碼控制系統(tǒng)程序的安全性及穩(wěn)定性，以協(xié)助操作人員決策分析。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了醫(yī)院信息安全系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下人機(jī)協(xié)同控制的內(nèi)容，并測(cè)試了人機(jī)協(xié)同背景下控制界面、控制編程和交互算法的實(shí)現(xiàn)路徑，最終探索人機(jī)協(xié)同方式下工作效率、準(zhǔn)確性特征，得到以下結(jié)論：通過(guò)人機(jī)協(xié)同可以有效實(shí)現(xiàn)控制界面、編程控制、傳感器的深度交互，使醫(yī)院信息安全系統(tǒng)功能更為健全可靠、信息數(shù)據(jù)采集更為便捷高效。人機(jī)協(xié)同有機(jī)連接醫(yī)院信息安全系統(tǒng)輸入層、融合層、決策層，將人工決策分析和機(jī)器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合，提升了信息安全系統(tǒng)穩(wěn)定性、時(shí)效性和人員決策精度。