互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法研究

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

數(shù)據(jù)交換即目標(biāo)數(shù)據(jù)在不同平臺(tái)、組織或不同系統(tǒng)之間的共享與傳輸過程。在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，數(shù)據(jù)交換技術(shù)被廣泛應(yīng)用于教育、金融、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。特別是在醫(yī)療領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的交換與共享不但能夠提高診斷效率，還有助于促進(jìn)醫(yī)療資源的分享與快速傳輸。為了實(shí)現(xiàn)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的共享，耿騫等提出基于聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)交換方法，將聯(lián)盟鏈定義為日志，在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置指針結(jié)構(gòu)，從而在控制信息回溯時(shí)長的同時(shí)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)樣本的傳輸安全性。因?yàn)槁?lián)盟鏈對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力有限，所以在影像數(shù)據(jù)輸出量較大的情況下，基于該方法并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的高效傳輸。孫潤康等[2]提出基于區(qū)域醫(yī)療數(shù)據(jù)中心的交換方法，制定了具體的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，在融合信息化服務(wù)平臺(tái)的同時(shí)，對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行定向化交換與共享。然而，該平臺(tái)包含多個(gè)不同的信息服務(wù)單元，所以在共享醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的過程中，容易出現(xiàn)非按需交換的情況。為更好解決上述問題，本文設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)Hub/Spoke交換體系下的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法。

1互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)交換體系建模

在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，完善Hub/Spoke交換體系，再將醫(yī)療影像數(shù)據(jù)復(fù)制到目標(biāo)區(qū)域，以判定消息中間件對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的負(fù)載能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)交換體系的建模。

1.1Hub/Spoke交換體系構(gòu)建

Hub/Spoke模型是保持網(wǎng)狀輻射連接模式的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享模式，旨在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，具有靈活程度高、數(shù)據(jù)收發(fā)量大的特點(diǎn)。在交換醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的過程中，Hub/Spoke交換體系將目標(biāo)數(shù)據(jù)全部集合到Hub中心節(jié)點(diǎn)中，下級(jí)Spoke節(jié)點(diǎn)則直接連接與Hub中心節(jié)點(diǎn)保持連接關(guān)系，以便于互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度與管理[3]。因?yàn)镠ub/Spoke體系具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，所以隨著數(shù)據(jù)輸入量的增大，Hub節(jié)點(diǎn)與Spoke節(jié)點(diǎn)所占據(jù)的存儲(chǔ)空間并不會(huì)出現(xiàn)無限增大的情況。醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在到達(dá)數(shù)據(jù)處理終端之前，不須經(jīng)歷路由配置、集中轉(zhuǎn)換等處理流程，因此，數(shù)據(jù)輸入格式在傳輸過程中不會(huì)發(fā)生改變。具體的Hub/Spoke交換體系模型如圖1所示。

圖1Hub/Spoke交換體系模型

醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在Hub/Spoke交換體系中能夠得到集中的管理與調(diào)度，不但可以避免發(fā)生未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)訪問事件，還可以提高互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行速率，從而使目標(biāo)數(shù)據(jù)得以快速傳輸

1.2 目標(biāo)數(shù)據(jù)復(fù)制

在Hub/Spoke交換體系中，復(fù)制醫(yī)療影像數(shù)據(jù)旨在增大目標(biāo)數(shù)據(jù)樣本的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)量，從而使各醫(yī)療部門都能夠根據(jù)需求獲得所需的信息參量。復(fù)制醫(yī)療影像數(shù)據(jù)，可以最大化Hub/Spoke模型中的樣本存儲(chǔ)量，從而使信息訪問時(shí)，相關(guān)醫(yī)療部門能夠從最近的負(fù)載節(jié)點(diǎn)處獲得目標(biāo)信息[4]。設(shè) ξ 為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)， m 為目標(biāo)信息的空值復(fù)制參量， ω 為Hub/Spoke模型中的數(shù)據(jù)格式定義參數(shù)， b₁、b₂、?，b_n 為 n 個(gè)不同醫(yī)療部門所需的目標(biāo)影像數(shù)據(jù)， 為Hub/Spoke模型中醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的單位存儲(chǔ)量，聯(lián)立上述物理量，可將目標(biāo)數(shù)據(jù)復(fù)制表達(dá)式定義為：

完成復(fù)制的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)可以根據(jù)傳輸需求的不同負(fù)載于不同的Hub/Spoke模型共享節(jié)點(diǎn)之中，這種非單一的數(shù)據(jù)樣本配置方式有助于減輕互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)壓力，從而為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)的安全交換提供保障。

1.3消息中間件設(shè)置

互聯(lián)網(wǎng)消息中間件的作用類似于橋梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的存在促進(jìn)了醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在Hub中心節(jié)點(diǎn)與下級(jí)Spoke節(jié)點(diǎn)之間的安全傳輸與交換。在實(shí)際應(yīng)用過程中，被復(fù)制的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)可能屬于不同的Spoke節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行交換處理時(shí)，這些數(shù)據(jù)也就不可能被反饋至同一個(gè) Hub 節(jié)點(diǎn)[5]。為應(yīng)對(duì)上述數(shù)據(jù)傳輸情況，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)消息中間件的設(shè)置還應(yīng)注意保證目標(biāo)數(shù)據(jù)的高度兼容性。利用公式（1），可將互聯(lián)網(wǎng)消息中間件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置定義式表示為：

式(2)中， e 為數(shù)據(jù)兼容系數(shù)， υ 為數(shù)據(jù)反饋系數(shù)， E_?1 為 Hub 中心節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出量， E₂ 為Spoke節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)反饋總量， 為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的數(shù)據(jù)樣本傳輸均值， σ 為 Hub/Spoke模型中的數(shù)據(jù)信息交換項(xiàng)， ψ 表示目標(biāo)共享參數(shù)。設(shè)置高效率的消息中間件能夠更好地監(jiān)控醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在Hub/Spoke模型中的傳輸情況，當(dāng)其檢測(cè)到故障或錯(cuò)誤問題時(shí)，自動(dòng)切換至備用狀態(tài)，以確保目標(biāo)數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中能夠得到安全交換。

2醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法設(shè)計(jì)

利用互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的Hub/Spoke數(shù)據(jù)交換體系

模型，對(duì)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)進(jìn)行適配處理，再根據(jù)目標(biāo)信息重疊身份之間的關(guān)聯(lián)程度，實(shí)施點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換，完成醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法的設(shè)計(jì)。

2.1醫(yī)療影像數(shù)據(jù)適配處理

適配處理旨在統(tǒng)一醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的傳輸格式，從而使各醫(yī)療部門都能獲得符合其格式需求的樣本參量。Hub/Spoke模型為醫(yī)療影像數(shù)據(jù)提供了完全開放的共享環(huán)境，使其在完成傳輸?shù)耐瑫r(shí)，能夠最大化保證其編碼內(nèi)容的準(zhǔn)確性，從而在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交換過程中，保障交換處理后信息的絕對(duì)安全性[。在公式(2)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的適配處理表達(dá)式如下：

式(3)中， χ 為兼容度定義項(xiàng)， u 為醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的適配特征， 為基于參數(shù) u 的目標(biāo)數(shù)據(jù)共享編碼， T 為醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的目標(biāo)傳輸周期，ε 為數(shù)據(jù)交換過程中的信息推送參量。因?yàn)橄⒅虚g件可將具有高度兼容性的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)推送至不同的終端節(jié)點(diǎn)之中，所以在進(jìn)行適配處理時(shí)，目標(biāo)數(shù)據(jù)的交換速率能夠長期保持高水平狀態(tài)。

2.2重疊身份定義

經(jīng)過適配處理后，目標(biāo)交換數(shù)據(jù)的傳輸速率明顯提升，而互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境則為這些數(shù)據(jù)提供了廣泛的存儲(chǔ)空間，這就使得各醫(yī)療部門終端在獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)非完全提取的情況。多次未被完全提取的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)累積在一起也就導(dǎo)致自標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了重疊身份。重疊身份即醫(yī)療影像數(shù)據(jù)之間的相互覆蓋，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，重疊身份是導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)安全性下降的主要原因。基于公式（3），推導(dǎo)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)重疊身份的定義式為：

式(4)中， a 為目標(biāo)數(shù)據(jù)的提取度量， S_a 為基于參數(shù) α_a 的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)累積參量， 為覆蓋性標(biāo)定值。定義醫(yī)療影像數(shù)據(jù)重疊身份，可以確定目標(biāo)信息的相互覆蓋程度，從而在進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換時(shí)，避免提取重疊區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)參量。

2.3點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換

對(duì)于醫(yī)療影像數(shù)據(jù)而言，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換是指目標(biāo)數(shù)據(jù)在共享傳輸過程中不經(jīng)過除起始點(diǎn)與標(biāo)定點(diǎn)外的其他任何節(jié)點(diǎn)。在輸入數(shù)據(jù)存在重疊身份的情況下，這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸模式有助于保障交換數(shù)據(jù)交換結(jié)果的準(zhǔn)確性。規(guī)定 c 為起始點(diǎn)， D_c 為起始點(diǎn)所獲取的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)， ι_c 為起始點(diǎn)所定義的重疊身份去除條件， x 為標(biāo)定點(diǎn)， D_x 為標(biāo)定點(diǎn)所獲取的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)， ι_x 為標(biāo)定點(diǎn)所定義的重疊身份去除條件， ΔL 為單次交換過程中的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)傳輸量，聯(lián)立公式（4），可將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換表達(dá)式定義為：

不同醫(yī)療部門通過互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)安全交換算法獲取目標(biāo)信息，不但能夠提高醫(yī)療服務(wù)的效率，還有助于保障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 實(shí)驗(yàn)研究

影像數(shù)據(jù)在各醫(yī)療部門之間的交換旨在促進(jìn)醫(yī)療信息的共享，從而使診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性得到保障。互聯(lián)網(wǎng)作為開放的平臺(tái)，為數(shù)據(jù)的傳輸提供了穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)體系具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)承載能力，所以在傳輸過程中有助于實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享。目標(biāo)影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的共享符合圖2所示原則。

圖2醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的共享

該實(shí)驗(yàn)利用Windowsserve2024操作系統(tǒng)模擬醫(yī)院運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，將目標(biāo)影像數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，根據(jù)其實(shí)時(shí)傳輸速率以及相關(guān)醫(yī)療部門對(duì)于輸入數(shù)據(jù)的判斷情況，確定文章研究方法是否符合安全交換的實(shí)驗(yàn)需求。實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)于醫(yī)院信息系統(tǒng)相關(guān)環(huán)境參數(shù)的設(shè)置如表1所示。

表1醫(yī)院信息系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)設(shè)置

應(yīng)用文章所研究方法（A組）、基于聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)交換方法(B組）基于區(qū)域醫(yī)療數(shù)據(jù)中心的交換方法（C組)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)參數(shù)的具體數(shù)

值水平。

在交換醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的過程中，目標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸速率越快，就表示相關(guān)醫(yī)療部門接收交換數(shù)據(jù)所需的時(shí)間越短，即傳輸過程中發(fā)生數(shù)據(jù)樣本泄露等安全性風(fēng)險(xiǎn)問題的可能性越小。數(shù)據(jù)交換速率的具體實(shí)驗(yàn)情況如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)交換速率

由圖3可知，隨著影像數(shù)據(jù)交換量的增加，B組、C組的數(shù)據(jù)交換速率均表現(xiàn)出明顯下降的數(shù)值變化態(tài)勢(shì)，二者的初始值相同，終止實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)值結(jié)果也沒有明顯差異;A組數(shù)據(jù)交換速率的初始值與B組、C組相同，但實(shí)驗(yàn)曲線的下降幅度相對(duì)較小，終止實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)值結(jié)果也明顯高于其他兩組。因此，應(yīng)用A組方法更符合促進(jìn)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)快速交換的實(shí)驗(yàn)需求。

相關(guān)醫(yī)療部門對(duì)于輸人數(shù)據(jù)的判斷準(zhǔn)確性表現(xiàn)為數(shù)據(jù)輸入量（第一類事件）被交換至目標(biāo)部門的數(shù)據(jù)量(第二類事件）、被交換至其他部門的數(shù)據(jù)量（第三類事件）、丟失數(shù)據(jù)量（第四類事件）之間的數(shù)值配比關(guān)系，在輸入量相同的情況下，被交換至目標(biāo)部門的數(shù)據(jù)越多、被交換至其他部門的數(shù)據(jù)與丟失數(shù)據(jù)越少，就表示相關(guān)醫(yī)療部門做出準(zhǔn)確判斷的可能性越高，即醫(yī)療影像數(shù)據(jù)交換的安全性水平越高。不同實(shí)驗(yàn)方法作用下的具體實(shí)驗(yàn)情況如圖4所示。

第一類事件：500件

圖4數(shù)據(jù)交換安全性

分析圖4可知，A組第三類、第四類事件的總占比為 10% ，B組第三類、第四類事件的總占比為 16% ，C 組第三類、第四類事件的總占比為 19% ，明顯A組占比最低，即在數(shù)據(jù)輸入量相同的情況下，A組被交換至目標(biāo)部門的數(shù)據(jù)量最大。綜上，應(yīng)用文章所研究方法可以保證醫(yī)療部門對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的判斷，故該方法更有助于保障醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的安全交換。

4結(jié)語

在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，醫(yī)療影像數(shù)據(jù)交換可實(shí)現(xiàn)不同部門合作與資源共享，打破信息孤島，提升醫(yī)療資源利用效率。研究在Hub/Spoke體系模型基礎(chǔ)上，提出點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換方式，通過對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)重疊身份關(guān)聯(lián)，定義更安全加密模式，以促進(jìn)資源信息快速傳輸。該算法應(yīng)用保障了影像信息傳輸?shù)耐暾耘c機(jī)密性，也提高了醫(yī)療部門間數(shù)據(jù)交換的高效性與可靠性，推動(dòng)數(shù)據(jù)共享與信息互聯(lián)。

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(編輯 王永超)

Research on security exchange algorithm of medical image data in Internet environment

ZHOU Xingxing (Information Department， Jiangxi Provincial People's Hospital (The First Afiliated Hospital of Nanchang Medical College)，Nanchang 330006，China)

Abstract:In the Intermet environment，as the keymedical information，theexchange of image dataamong medical departments helps to promote cross sectoral cooperation，soas to ensure the accuracy of diagnostic results.To this end，research is being conducted on secure exchange algorithms for medical imaging data. The research constructs a Hub/Spoke exchange system，replicates target data withinit，and then sets messge middleware parameters to completethe modeling of the data exchange system.Onthis basis，adaptive processngof image datais implemented， and point-to-point data exchangeprocessing iscompletedbasedon the identitycorrelationofoverlapping data， completing thedesign of secure exchange algorithms.The experimental results show thatthis methodnotonlypromotes therapid transmissonof image data，but alsoensures the accuracy of information sharing，which helps to achieve secure exchange of image data between different medical departments.

Key words: Internet environment; medical image data; data exchange; Hub/Spoke model