智能醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計，智能醫(yī)療器械找哪家公司可以設(shè)計

來源：整理時間：2023-05-22 03:22:59 編輯：智能門戶手機(jī)版

1，智能醫(yī)療器械找哪家公司可以設(shè)計

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2，智慧醫(yī)療終端應(yīng)用模型與仿真系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為進(jìn)一步整合開放醫(yī)療數(shù)據(jù)和社會其他資源，本文提出了一套數(shù)據(jù)利用方案。以無錫市局部路網(wǎng)為原型，構(gòu)建了一基于互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療的用戶終端應(yīng)用模型。該模型包括路徑尋優(yōu)與數(shù)據(jù)分析，本模型將交通數(shù)據(jù)應(yīng)用于智慧醫(yī)療終端，采用Dijkstra最優(yōu)路徑算法與多層級TOPSIS歸一化法評價方案為患者規(guī)劃最優(yōu)就診醫(yī)院與相應(yīng)路徑。該模型能實現(xiàn)醫(yī)院就診數(shù)據(jù)的擬合分析，為用戶擇日就醫(yī)提供參考。本文據(jù)此搭建了智慧醫(yī)療終端仿真系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：智慧醫(yī)療終端；數(shù)據(jù)利用；TOPSIS評價模型；Dijkstra最優(yōu)路徑算法一、引言大城市路況復(fù)雜、道路相對擁擠，綜合性診療醫(yī)院、?？漆t(yī)院相對集中，諸多外地患者前來就診，使得醫(yī)院人流量過大并對醫(yī)院周邊交通產(chǎn)生影響。對于患者而言，時間就是生命，在遭遇交通事故或家中突發(fā)意外的情況下，及時就醫(yī)顯得尤為重要。路徑選擇為本系統(tǒng)一重要組成部分，國內(nèi)外文獻(xiàn)對其研究已相當(dāng)成熟。日本在1973年推出CACS項目，開發(fā)了基于RF射頻通信的車載動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可減少13%的行程時間。美國推出兩個典型的自治型路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)TravTek和Advance，為車輛進(jìn)行動態(tài)路徑選擇。德國在80年代開發(fā)了基于紅外信標(biāo)通信的LISB系統(tǒng)和AutoGuide系統(tǒng)，而后英國推出了世界上第一個商用車載路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)Tramc Master[1]。同時，還有Eck等人以GIS技術(shù)為分析手段，進(jìn)行了基于可達(dá)性的藥店區(qū)位選擇問題研究[2]。吳建軍等以河南省蘭考縣為例，分析了農(nóng)村醫(yī)療設(shè)施空間可達(dá)性[3]。熊娟等以可達(dá)性為基礎(chǔ)，對湖北省松滋市醫(yī)療服務(wù)均等化進(jìn)行了分析[4]。張莉等以江蘇省儀征市為例，開發(fā)了基于時間最短的路徑選擇信息系統(tǒng)，對醫(yī)院的可達(dá)性進(jìn)行了評價[5]。以上研究僅從交通角度考慮了道路可達(dá)性，而本文所提出的基于互聯(lián)網(wǎng)+的智慧醫(yī)療終端應(yīng)用模型在道路可達(dá)性的基礎(chǔ)上，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)開放數(shù)據(jù)，將交通數(shù)據(jù)與醫(yī)療數(shù)據(jù)結(jié)合利用，引入醫(yī)院人流量等醫(yī)院內(nèi)部因素及病人病情需求等因素，構(gòu)建了基于多指標(biāo)評價的目標(biāo)選擇與對應(yīng)路徑規(guī)劃的模型。在互聯(lián)網(wǎng)的支持下，該系統(tǒng)可為百姓提供更加快捷、舒適的醫(yī)療輔助服務(wù)，并在一定程度上引導(dǎo)醫(yī)療資源的合理分配，大量數(shù)據(jù)同時也為政府管理部門高效決策提供指導(dǎo)性建議[6]。二、智慧醫(yī)療終端應(yīng)用模型的建立（一）模型總體設(shè)計在互聯(lián)網(wǎng)+時代，可獲取城市道路路況信息、今后可獲取城市各醫(yī)院（醫(yī)療機(jī)構(gòu)）實時門診在院人數(shù)、各醫(yī)院各科室實時等候人數(shù)、各醫(yī)院專家門診周預(yù)約量等就診信息?，F(xiàn)基于以上數(shù)據(jù)構(gòu)建一個應(yīng)用模型。本文以此方案開發(fā)一仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)患者就診信息化、快速化、舒適化[7]。整體方案框圖如下：（二）路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與醫(yī)院設(shè)置 1.以無錫市濱湖區(qū)、北塘區(qū)、崇安區(qū)、南長區(qū)部分路段為原型，構(gòu)建城市路網(wǎng)。路網(wǎng)配置不同等級的道路，分別為城市快速路和普通城市道路。根據(jù)道路交通安全法規(guī)，模型中設(shè)定汽車在城市快速路的行駛平均速度為40km/h，在普通城市道路的平均速度為28km/h。 2.城市中道路可能出現(xiàn)擁堵，且擁堵概率以市中心為原點向四周輻射降低，一旦發(fā)生擁堵，該模型算法自動選擇繞行該路段。 3.選取四家醫(yī)院作為本系統(tǒng)設(shè)置的醫(yī)院點，如下圖框中所示，分別賦予虛擬等級無錫市人民醫(yī)院（三星級）、無錫101醫(yī)院（二星級）、太湖街道衛(wèi)生服務(wù)中心（一星級）、濱湖雪浪社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心（一星級）。（三）建立最優(yōu)路徑評價模型對于給定的四所醫(yī)院，最終得分由三部分加權(quán)組成。分別為路程用時得分、醫(yī)院實時擁擠程度得分、醫(yī)院等級得分。單項分?jǐn)?shù)越高，表示患者越傾向于選擇該醫(yī)院。該模型主要包含最短路徑問題與評價問題。其中路程用時得分、醫(yī)院實時擁擠程度兩項得分采用TOPSIS法進(jìn)行分析計算。 TOPSIS法是系統(tǒng)工程中有限方案多目標(biāo)決策分析常用的一種決策方法。它從歸一化的原始數(shù)據(jù)中找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案，然后通過評價對象與最優(yōu)方案和最劣方案之間的距離，求出評價對象與最優(yōu)方案和最劣方案的相對接近程度，作為綜合評價的依據(jù)。該法具有計算簡便、結(jié)果合理、應(yīng)用靈活的特點[8]。 1.路程用時得分由于通行耗時，路程量可轉(zhuǎn)化為時間量，即最短路程對應(yīng)于最短時間。在該模型中，將所有路段距離表達(dá)為鄰接矩陣A，A（i,j）表示路段ij的長度，若無路段連通，則設(shè)為無窮。最優(yōu)路徑計算采用Dijkstra單源最短路徑算法，即利用鄰接矩陣計算。求解兩指定頂點u0和v0之間最短路的Dijkstra算法，下為該算法流程圖。Dijkstar算法結(jié)束時，從u0到v0的最短距離由L(v0)給出，且其中d（u0,v0）表示兩點間的距離[9]。而不同的道路等級對應(yīng)于不同的平均車速，將速度的變化轉(zhuǎn)化為路程變化以便于修改距離矩陣（仿真系統(tǒng)設(shè)計中予以介紹），城市普通道路通行耗時為城市快速路的倍，故，依此更新距離矩陣，在實際計算路程耗時得分時使用更新后的矩陣進(jìn)行計算，而計算路程值時仍使用原鄰接矩陣。在城市道路中加入擁擠因素、道路等級等因素后形成新的鄰接輸入矩陣。通過最短路徑算法可分別求得到四個醫(yī)院的最短距離。因在評分時，需保證評分尺度的一致性，即首先求解所有醫(yī)院的最短距離，再以四個最短距離為比較對象，進(jìn)行“優(yōu)中選優(yōu)”。設(shè)四個最短距離分別為需對距離進(jìn)行TOPSIS歸一化處理，有如下公式：該值位于[0,1]之間，因約定分?jǐn)?shù)越高，該路徑越優(yōu)，則而當(dāng)時，得分為0。將該得分修正為通過該公式計算得分，既不會出現(xiàn)0分，又可具有良好的區(qū)分度。 2.醫(yī)院擁擠度得分實時門診在院人數(shù)=醫(yī)院當(dāng)天已掛號人數(shù)-門診就診完成人數(shù)。門診在院人數(shù)越多，往往意味著掛號、檢查、治療等候時間越長，本文用實時門診在院人數(shù)近似為就診時需要排隊等候時長的度量尺度。而將門診在院人數(shù)與醫(yī)院飽和人數(shù)的比值表示該醫(yī)院實時擁擠程度。各醫(yī)院人流量擁擠度公式表示為：rate值為介于0與1之間的數(shù)，采用TOPSIS歸一化后擁擠度得分公式為：3.醫(yī)院等級得分由于上述兩項得分均大致分布于30-100分之間，故為表現(xiàn)“等尺度性”，設(shè)定三星級、二星級、一星級醫(yī)院得分如下表2所示： 4.路線得分的計算公式考慮到每位患者的需求不同，故該系統(tǒng)在路徑規(guī)劃中設(shè)定了系統(tǒng)推薦最優(yōu)、通行耗時最短、醫(yī)院等級最優(yōu)、醫(yī)院排隊等候最短優(yōu)先四個路徑規(guī)劃偏好。其中路程的長短對應(yīng)于路途耗時，人流量的飽和度對應(yīng)于擁擠程度，而醫(yī)院的不同星級對應(yīng)于醫(yī)院等級得分。最后按一定權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均得到最終得分，反推其最優(yōu)路徑方案，求解最優(yōu)方案的行駛距離與耗時。 5.醫(yī)院實時統(tǒng)計數(shù)據(jù) 該模型中假定可獲取各醫(yī)院門診實時在院人數(shù)（在院人數(shù)=今日已掛號數(shù)-就診已完成人數(shù)）、各科室實時等候人數(shù)、上周預(yù)約量TOP5、各醫(yī)院周人流量。以上各條數(shù)據(jù)均可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。而專家門診周預(yù)約量可能是呈現(xiàn)周期性變化，故對該數(shù)據(jù)進(jìn)行三次多項式擬合，呈現(xiàn)人流量趨勢圖，可對未來人流量進(jìn)行預(yù)測。擬合曲線采用三次曲線最小二乘法，由于三次曲線最多有兩個極值點，其變化趨勢能滿足一周七天中的變化趨勢描述。其計算原理為：假設(shè)三次函數(shù)曲線為通過最小二乘算法找到向量a，使得曲線上的點到真實值的點的距離平方和最小。三、系統(tǒng)仿真設(shè)計 1.醫(yī)院與道路仿真（1）結(jié)合圖2，分析構(gòu)建路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并標(biāo)注出每段路的長度，以便于計算最短距離。仿真系統(tǒng)中，構(gòu)建一城市與v、b、w、x四家醫(yī)院（下文均以節(jié)點號代替），分別對應(yīng)圖4中藍(lán)色標(biāo)注四點，其他節(jié)點均為交叉道口。假定除醫(yī)院外的節(jié)點均可作為用戶出發(fā)地，如圖4所示。假設(shè)v-m所在地區(qū)為城市中心。依據(jù)城市中心以及附近主干道可能出現(xiàn)擁堵的情況，設(shè)定部分路段分別以不同概率出現(xiàn)擁堵。通過隨機(jī)數(shù)函數(shù)生成一個0~1之間的隨機(jī)數(shù)，設(shè)為x，通過判斷x所屬區(qū)間范圍（該區(qū)間長度即為該路段發(fā)生擁堵的概率）來確定為某一路段擁堵。如：x為0.3~0.35時路段kl發(fā)生擁堵，而x=0.31，則可確定為kl路段擁堵。（2）道路等級設(shè)置：系統(tǒng)按照一定的道路級配設(shè)定城市快速路與普通城市道路，將hb、li、ic、mv、jd、rs、sx路段設(shè)定為普通城市道路（包括鄉(xiāng)村道路和主城區(qū)舊路），上述七條路段平均行駛速度設(shè)為28km/h，其余路段設(shè)為40km/h。 2.醫(yī)院擁擠度仿真實現(xiàn) 在該系統(tǒng)中采用隨機(jī)生成人流量的方法，首先需確定各醫(yī)院人流量的基數(shù)與飽和人流量，由于是比值問題，在加權(quán)時僅考慮得分，故此處忽略過飽和情況。按照不同的醫(yī)院等級對四家醫(yī)院分配如表2所示的人數(shù)基數(shù)和飽和人數(shù)：系統(tǒng)采用模擬實時監(jiān)控人流量的方式，于MATLAB中設(shè)定一個定時器，通過隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生一個基于基數(shù)變化的值，從而達(dá)到仿真的效果。模擬人流量公式：定時器每觸發(fā)一次，人流量進(jìn)行一次更新。3.路線綜合得分仿真實現(xiàn) 系統(tǒng)在路徑規(guī)劃中設(shè)定了系統(tǒng)推薦最優(yōu)、通行耗時最短、醫(yī)院等級最優(yōu)、醫(yī)院排隊等候最短優(yōu)先四個路徑規(guī)劃偏好，此處需考慮生成四組不同的權(quán)重，以滿足不同用戶的需求。現(xiàn)將權(quán)重分配如下： 4.各醫(yī)院統(tǒng)計數(shù)據(jù)仿真實現(xiàn) 仍采用上文擁擠度數(shù)據(jù)模擬方法，對不同等級的醫(yī)院設(shè)定人流量基礎(chǔ)值與變化范圍，因篇幅限制，此處僅列出不同醫(yī)院周人流量數(shù)據(jù)的基數(shù)值。醫(yī)院流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)仿真效果圖如下：四、模型評價與仿真測試該智慧醫(yī)療終端應(yīng)用模型首次將獲得的路況數(shù)據(jù)、醫(yī)院實時人流量、醫(yī)院等級等因素綜合考慮，結(jié)合使用者的偏好和TOPSIS評價模型，求解出從當(dāng)前地點出發(fā)就醫(yī)的最佳醫(yī)院和到達(dá)該醫(yī)院的最佳路徑。在系統(tǒng)中，加入了不同等級公路對行車速度的影響，再將車速的影響折算成距離的變化。系統(tǒng)在篩選醫(yī)院時，會根據(jù)患者的偏好給不同的路徑影響因素分配不同的權(quán)重。同時，系統(tǒng)還加入了醫(yī)院的實時人流量的分析，方便患者選擇合適額度時間段就醫(yī)，以減少排隊等候的時間。綜上所述，該系統(tǒng)綜合考慮了就醫(yī)路上和到達(dá)醫(yī)院后可能出現(xiàn)的情況，具有良好的可行性。仿真系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如下：（1）單次實驗記錄如上圖所示，當(dāng)以q為起點，并選擇系統(tǒng)推薦時，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的算法給出最佳醫(yī)院為無錫市人民醫(yī)院（v），其最佳路徑為q-l-m-v，最短距離為13.34km。此距離相對其余三個醫(yī)院（b醫(yī)院：15.49km，w醫(yī)院：15.54km，x醫(yī)院：18.02km）最小，而且v醫(yī)院是唯一一個三星級醫(yī)院。確定醫(yī)院和路徑之后系統(tǒng)將自動在地圖上用綠色線條標(biāo)注出該路徑[10]。（2）多次實驗記錄測試總得分分值分布：對a、p、q三個起點分別以不同的路徑規(guī)劃偏好進(jìn)行實驗并記錄每次每個醫(yī)院得分和最優(yōu)醫(yī)院編號。選取系統(tǒng)推薦最優(yōu)的得分值記錄如下：而對于不同的路徑規(guī)劃偏好，選擇最佳醫(yī)院結(jié)果如下：五、結(jié)論本文提出的智慧醫(yī)療終端應(yīng)用模型，以路況數(shù)據(jù)、醫(yī)院實時人流量、醫(yī)院等級基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將人流量、路程耗時通過TOPSIS評價方法進(jìn)行歸一化，使得分具有尺度一致性。綜合耗時、醫(yī)院擁擠度、醫(yī)院等級三項得分，將用戶路徑規(guī)劃偏好轉(zhuǎn)換為三項得分權(quán)重，計算總得分，從而得到當(dāng)前地點出發(fā)就醫(yī)的最佳醫(yī)院并規(guī)劃最佳路徑，用戶就醫(yī)出行更加便捷化。在仿真系統(tǒng)中，直接采用無錫市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，引入不同等級公路對行車耗時的影響，根據(jù)真實道路狀況分配不同的隨機(jī)概率產(chǎn)生擁堵路段并繞行，根據(jù)不同等級醫(yī)院以隨機(jī)數(shù)方式在一定范圍內(nèi)動態(tài)生成醫(yī)院人流量，該仿真具有現(xiàn)實價值。同時在模型中加入相關(guān)醫(yī)院歷史數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行函數(shù)擬合，以得到數(shù)據(jù)變化趨勢。上述仿真結(jié)果可見，單次實驗結(jié)果路徑規(guī)劃合理，符合一般用戶需求。多次實驗記錄中（如表5所示），用戶處于a點，采用模型評價方案為四所醫(yī)院打分結(jié)果分別為69.63、91.75、65.67、46.33，不同醫(yī)院間得分距離合理，分?jǐn)?shù)呈階梯分布、具有較強(qiáng)的區(qū)分度。當(dāng)用戶分別處于a,p,q三點處時，由地圖可見推薦醫(yī)院均符合用戶需求。不同出發(fā)點的三組數(shù)據(jù)中四所醫(yī)院得分?jǐn)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為18.63、13.73、14.66，其離散程度接近，即每次執(zhí)行評價算法時打分一致，模型魯棒性強(qiáng)。當(dāng)選擇醫(yī)院擁擠度低優(yōu)先時，系統(tǒng)均會推薦w醫(yī)院（即社區(qū)醫(yī)院），該方案可為大醫(yī)院分流病情較輕又亟待處理的急癥患者，從而促進(jìn)醫(yī)療資源的合理配置、促進(jìn)分級診療落實實施。結(jié)合地圖與軟件計算結(jié)果，可確定該地區(qū)（無錫城區(qū)）的醫(yī)療覆蓋情況。參考文獻(xiàn) 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