基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉遠(yuǎn)初

（首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院，北京 100070）

最優(yōu)匹配跟蹤算法首先對待測目標(biāo)進(jìn)行分塊處理，在使用分塊模型獲取目標(biāo)局部信息的過程中，需要針對每個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)造獨(dú)立的稀疏字典；然后獲取與每個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)體目標(biāo)圖像相對應(yīng)的投票圖；再把所有已知的投票圖合并起來，得到可用來描述目標(biāo)全局情況的總體投票圖，并以此為基礎(chǔ)，確定待測目標(biāo)所處的實(shí)際位置[1-2]。最優(yōu)匹配跟蹤算法的最主要應(yīng)用目的在于確定目標(biāo)對象在下一幀表示圖像中所處的位置，且通過計(jì)算分塊所得到的投票圖，不僅能夠確定目標(biāo)對象在達(dá)到終點(diǎn)前所獲得的投票得分，也可作為分?jǐn)?shù)值條件，對下一幀目標(biāo)的位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致搜索。

由于醫(yī)療物資的特殊性，在運(yùn)輸過程中，必須對資源信息的傳輸行為進(jìn)行準(zhǔn)確追蹤與記錄，然而在大規(guī)模運(yùn)輸情況下，醫(yī)療物資的短期調(diào)度數(shù)量有限，并不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求。為避免上述情況的發(fā)生，傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)借助GSI 標(biāo)準(zhǔn)框架，構(gòu)建完整的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，再聯(lián)合相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，記錄醫(yī)療物資在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際運(yùn)輸數(shù)量。然而該系統(tǒng)所生成的傳輸行為追蹤記錄并不能完全滿足醫(yī)療物資的統(tǒng)一調(diào)度需求，不能實(shí)現(xiàn)對物資運(yùn)輸量的最大化處理。為解決此問題，設(shè)計(jì)基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)，聯(lián)合MVC 框架，確定物資搜索、物資追蹤模塊的實(shí)際連接形式，再通過信息量編解碼的方式，實(shí)現(xiàn)對調(diào)度節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)讀取。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)由MVC 框架、物資搜索模塊、物資追蹤模塊3 部分共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 MVC框架

MVC（Model View Controller）框架也叫模型—視圖—控制器結(jié)構(gòu)，可遵循最優(yōu)匹配跟蹤算法，對系統(tǒng)環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息資源進(jìn)行整合，從而將相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯體系聚集到同一個(gè)應(yīng)用部件組織中。對于醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)而言，MVC 框架可分別從模型、視圖、控制器三方面著手，確定醫(yī)療物資實(shí)際運(yùn)輸速率，同時(shí)及時(shí)統(tǒng)計(jì)未調(diào)度的資源信息量，實(shí)現(xiàn)對資源信息傳輸行為的準(zhǔn)確追蹤與記錄[3-4]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，醫(yī)療物資信息只能從底層控制器結(jié)構(gòu)不斷向上傳輸，且由于視圖組織的存在，在生成狀態(tài)查詢指令時(shí)，醫(yī)療物資調(diào)度需求可能會(huì)出現(xiàn)一定的改變，這也是調(diào)度系統(tǒng)追蹤記錄文件始終具備較強(qiáng)實(shí)時(shí)性的主要原因，其中MVC 框架結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 MVC框架結(jié)構(gòu)圖

1.2 物資搜索模塊

物資搜索模塊作為MVC 框架的下級(jí)附屬架構(gòu)，可根據(jù)醫(yī)療物資的實(shí)時(shí)傳輸需求，對資源信息的存儲(chǔ)情況進(jìn)行分析與診斷，且在通信接口的作用下，未注冊物資信息以及已注冊物資信息可同時(shí)向調(diào)度主機(jī)發(fā)起連接請求。一般來說，物資搜索模塊內(nèi)部必須負(fù)載一個(gè)獨(dú)立的資源信息集成結(jié)構(gòu)，一方面可按照既定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，對醫(yī)療物資進(jìn)行打包處理，另一方面也可將暫時(shí)存儲(chǔ)的資源信息分割成多個(gè)小型傳輸結(jié)構(gòu)，分析異構(gòu)系統(tǒng)調(diào)度主機(jī)的直接消耗情況[5-6]。從全局性角度來看，物資搜索模塊具備一定的信息過濾作用，既能對非必要醫(yī)療物資進(jìn)行排除處理，也能對待調(diào)度參量進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整。

1.3 物資追蹤模塊

物資追蹤模塊負(fù)責(zé)應(yīng)對與醫(yī)療物資調(diào)度相關(guān)的各類應(yīng)用需求，在功能性角度上，實(shí)現(xiàn)了方便查看物資運(yùn)輸狀態(tài)以及查詢歷史運(yùn)輸訂單情況。根據(jù)醫(yī)療物資成分的不同，追蹤模塊所表現(xiàn)出的執(zhí)行能力也有所不同。

1）物資運(yùn)輸狀態(tài)查看：作為物資追蹤模塊的主體執(zhí)行功能，隨著醫(yī)療物資運(yùn)輸量的增大，查看指令的執(zhí)行速度也會(huì)不斷加快，直至調(diào)度系統(tǒng)中的所有信息參量都不再面臨轉(zhuǎn)存與傳輸壓力[7-8]。在最優(yōu)匹配跟蹤算法作用下，物資運(yùn)輸狀態(tài)查看指令只記錄醫(yī)療物資信息，且在單位執(zhí)行周期內(nèi)，待調(diào)度的物資信息量越大，調(diào)度資源的運(yùn)輸狀態(tài)也就越連貫。

2）歷史運(yùn)輸訂單查詢：隨著醫(yī)療物資調(diào)度指令的運(yùn)行，已生成的資源運(yùn)輸訂單會(huì)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中不斷累積，且由于最優(yōu)匹配跟蹤算法的存在，訂單與訂單之間始終存在較強(qiáng)的相互干擾作用。在物資追蹤模塊中，物資運(yùn)輸狀態(tài)查看指令針對未生成的醫(yī)療物資調(diào)度文件，而歷史運(yùn)輸訂單查詢指令則針對已生成的醫(yī)療物資調(diào)度文件，前者注重對模塊應(yīng)用環(huán)境的完善，后者則注重對現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息傳輸關(guān)系的構(gòu)建[9-10]。

2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在相關(guān)硬件設(shè)備架構(gòu)的支持下，按照物資信息編解碼、調(diào)度節(jié)點(diǎn)讀取、資源傳輸流程完善的處理流程，實(shí)現(xiàn)基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)軟件的應(yīng)用。

2.1 物資信息的編解碼

在醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)中，信息編碼、信息解碼是兩個(gè)互為相反關(guān)系的處理過程，前者在于將散亂分布的醫(yī)療物資信息排列成相對穩(wěn)定的新型傳輸形式，后者則負(fù)責(zé)將已經(jīng)匯集成塊狀結(jié)構(gòu)的信息參量再次打散成散亂分布的排列形式[11-12]。一般情況下，資源信息編碼與資源信息解碼通常采用不同的密碼本文件，但在已知最優(yōu)匹配跟蹤算法作用強(qiáng)度的情況下，兩種處理行為在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)存的醫(yī)療物資信息量水平始終保持一致。

設(shè)β1代表醫(yī)療物資信息的編碼系數(shù)，代表單位時(shí)間內(nèi)的醫(yī)療物資信息轉(zhuǎn)存量，聯(lián)立上述物理量，可將物資信息編碼結(jié)果表示為：

式（1）中，i代表編碼特征值，代表最優(yōu)匹配跟蹤算法的實(shí)際作用強(qiáng)度。

設(shè)β2代表醫(yī)療物資信息的解碼系數(shù)，在解碼特征值為e、解碼權(quán)限為μ的情況下，可將物資信息解碼結(jié)果表示為：

2.2 調(diào)度節(jié)點(diǎn)讀取

調(diào)度節(jié)點(diǎn)讀取是醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用過程中的關(guān)鍵處理環(huán)節(jié)，在最優(yōu)匹配跟蹤算法作用下，醫(yī)療物資的數(shù)量水平能夠直接影響調(diào)度節(jié)點(diǎn)的實(shí)際分配形式，一般來說，待傳輸?shù)奈镔Y信息越多，調(diào)度節(jié)點(diǎn)的分配范圍也就越廣泛。在已知物資信息編碼與解碼條件的情況下，調(diào)度節(jié)點(diǎn)讀取結(jié)果受到調(diào)度指令步長值、醫(yī)療物資運(yùn)輸量兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響[13-14]。調(diào)度指令步長值可表示為f，隨著醫(yī)療物資運(yùn)輸環(huán)境覆蓋區(qū)域范圍的不斷擴(kuò)大，該項(xiàng)物理量的數(shù)值結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)不斷增大的變化趨勢。醫(yī)療物資運(yùn)輸量可表示為D，在實(shí)際應(yīng)用過程中，該項(xiàng)物理指標(biāo)的數(shù)值水平基本能夠長期保持在一個(gè)穩(wěn)定值的狀態(tài)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1）和式（2），可將系統(tǒng)調(diào)度節(jié)點(diǎn)讀取結(jié)果表示為：

式（3）中，rmin代表最小的物資信息匹配跟蹤量，rmax代表最大的物資信息匹配跟蹤量，y1、y2分別代表兩個(gè)不同的醫(yī)療物資信息編碼條件。

2.3 資源的傳輸

資源傳輸流程完善是醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)的終端操作環(huán)節(jié)，可在已知調(diào)度節(jié)點(diǎn)讀取結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定物資信息的實(shí)際傳輸方向。在傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)中，醫(yī)療物資所能到達(dá)的傳輸距離相對較短，且在大規(guī)模運(yùn)輸情況下，由于調(diào)度位置的快速改變，實(shí)際物資運(yùn)輸量很可能會(huì)出現(xiàn)持續(xù)減少的情況[15-16]。而在基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的調(diào)度系統(tǒng)中，資源傳輸?shù)奈锢砭嚯x水平開始不斷增大，且相鄰節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)輸跳轉(zhuǎn)行為也得到了有效抑制。在此情況下，醫(yī)療物資的調(diào)度速度不斷加快，在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對醫(yī)療物資的大規(guī)模調(diào)度。醫(yī)療資源的傳輸與調(diào)度流程圖如圖2 所示。

圖2 醫(yī)療資源的傳輸與調(diào)度流程圖

根據(jù)上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)相關(guān)軟硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在最優(yōu)匹配跟蹤算法的支持下，完成醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

3 實(shí)例分析

對醫(yī)療物資的調(diào)度行為進(jìn)行監(jiān)督，在資源運(yùn)輸過程中，通過計(jì)算機(jī)軟件記錄醫(yī)療物資的單次轉(zhuǎn)運(yùn)重量，具體的醫(yī)療物資的調(diào)度環(huán)境如圖3 所示。

圖3 醫(yī)療物資的調(diào)度環(huán)境

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，選取兩條距離相等的物理路線作為醫(yī)療物資的實(shí)際運(yùn)輸路徑，其中一條運(yùn)輸路徑匹配給實(shí)驗(yàn)組調(diào)度主機(jī)，另一條運(yùn)輸路徑匹配給對照組調(diào)度主機(jī)，其中實(shí)驗(yàn)組主機(jī)搭載基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)，對照組主機(jī)搭載調(diào)度系統(tǒng)。

記錄在單位時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組、對照組醫(yī)療物資實(shí)際調(diào)度量的具體變化情況，如圖4 所示。

圖4 醫(yī)療物資調(diào)度量

分析圖4 可知，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，對照組醫(yī)療物資調(diào)度量的數(shù)值波動(dòng)情況相對較大，全局最大值達(dá)到了40.8 kg，其表現(xiàn)時(shí)間為第4 個(gè)單位時(shí)長（每一單位時(shí)長為5 min），全局最小值為10.2 kg，其表現(xiàn)時(shí)間為第5 個(gè)單位時(shí)長，二者之間的差值為30.6 kg。實(shí)驗(yàn)組醫(yī)療物資調(diào)度量的數(shù)值波動(dòng)情況則相對較小，全局最大值達(dá)到了71.4 kg，其表現(xiàn)時(shí)間為第5 個(gè)單位時(shí)長，全局最小值為56.1 kg，其表現(xiàn)時(shí)間為第2 個(gè)單位時(shí)長，二者之間的差值為15.3 kg，低于對照組物理差值，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組均值水平遠(yuǎn)高于對照組。

記錄實(shí)驗(yàn)組、對照組實(shí)際醫(yī)療物資調(diào)度量與系統(tǒng)主機(jī)所記錄調(diào)度量數(shù)值的對比情況，如表1 所示。

分析表1 可知，除第10 min 的記錄數(shù)值產(chǎn)生了0.1 kg 的記錄偏差外，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)主機(jī)所記錄的調(diào)度量數(shù)值結(jié)果均與實(shí)際數(shù)值結(jié)果保持一致。對照組系統(tǒng)主機(jī)所記錄的調(diào)度量數(shù)值僅在第25 min 時(shí)，與實(shí)際數(shù)值結(jié)果一致，其余時(shí)間節(jié)點(diǎn)處，記錄數(shù)值與實(shí)際數(shù)值之間的差值結(jié)果依次為4.5 kg、0.2 kg、0.1 kg、0.8 kg、1.6 kg。綜上可知，對照組調(diào)度主機(jī)的數(shù)值記錄準(zhǔn)確度只能達(dá)到17%，遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)組記錄準(zhǔn)確度83%。

表1 醫(yī)療物資調(diào)度量的數(shù)值記錄結(jié)果

綜上可知，與調(diào)度系統(tǒng)相比，應(yīng)用基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的調(diào)度系統(tǒng)后，醫(yī)療物資在單位時(shí)間內(nèi)的調(diào)度量數(shù)值明顯增大，且系統(tǒng)主機(jī)所記錄的物資調(diào)度量結(jié)果也更為精準(zhǔn)，在大規(guī)模運(yùn)輸情況下，該系統(tǒng)能夠?qū)︶t(yī)療物資進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度與傳輸，在一定程度上滿足了實(shí)時(shí)追蹤與記錄資源信息傳輸行為的應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語

在最優(yōu)匹配跟蹤算法的影響下，新型醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)從MVC 框架入手，一方面規(guī)劃物資搜索模塊與追蹤模塊的連接能力，另一方面通過物資信息編解碼的處理方式，對相關(guān)調(diào)度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀取與安排，從而促進(jìn)資源的傳輸與調(diào)度流程不斷趨于完善。從實(shí)用性角度來看，單位時(shí)間內(nèi)醫(yī)療物資調(diào)度量的增大，能夠幫助系統(tǒng)主機(jī)對運(yùn)輸資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，與調(diào)度系統(tǒng)相比，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。