基于仿生管理学的输血信息系统架构设计＊

黄 昊，史森中，程晓斌，周 林，姬晓波

（第三军医大学大坪医院野战外科研究所，重庆400042）

近几年，国内计算机技术和的网络建设发展迅速，网络建设费用不断降低，医院包括输血科在内的各部门都已经实现了计算机联网管理。通过网络和计算机进行血液信息的传输、管理，血液质量和输血安全得到提高，输血科内部的工作流程和管理也更加详细和规范。但是，目前国内现行的输血管理软件大多针对性强，仅着眼于输血科内部。而血液管理工作是一个涉及到临床科室、保障科室、输血科、手术室等多个科室配合，多环节管控的系统工程，现有的信息系统的封闭性建设模式根本不适合工作需要，存在信息孤岛，也就带来了因数据和信息交互的不畅的输血安全风险。寻找、研究一种先进的智能优化管理方法优化信息系统性能就显得尤为重要。

人体共有10 000亿多个细胞，这么多的细胞不仅能够相互协调，而且每个细胞都有着与众不同的特殊分工，每个细胞都有其特定的工作，绝对不会混淆，从而使整个人体处于高度有序的状态。在近百年的时间里，人体细胞尽管替换许多次，但这种秩序并不会改变。由无数简单细胞组成的人体大脑和神经系统使得人体有喜怒哀乐，还能够思维，能够理解、想象、各种感知等。为了从人体这种精妙的“管理”中获取输血信息系统设计，本研究引入仿生（人）管理学作为系统设计的理念。

1 仿生管理的研究方向

医院仿生（人）管理学概念界定为研究生物系统（人）的结构、功能、内部控制、外部适应、目标实现及相互作用，为医院管理的基本规律和方法提供新的设计思想、工作原理和系统构成的学科。医院仿生（人）管理学是管理学、仿生学、医学、生物学、工程学等学科的交叉边缘学科，学科划分属管理学、医院管理学分支。其原理是用生物体（人）的原理来设计和运行，赋予医院概念上的“生命”，生命独到的机理同样可以被医院的建设和发展所借鉴［1］。

从仿生管理学的角度可以看出，仿生管理学略分为4个领域：（1）对群体行为的仿生学研究领域的管理。通过研究生物群落和生物圈，协调机制和其与环境的关系，发现这种生物现象的激励、竞争、互动、监管、结构和机制，形成一个理论的内部结构行为管理仿生学。（2）个体行为管理仿生学的研究领域。通过研究生物个体的内部结构，协调机制和其与环境的关系，研究、发现、提出生物个体层次感，共存、互动、共生的现象，结构和机制，形成人际管理的仿生学理论［2］。（3）管理仿生学研究领域的现象影响。通过的个体或团体的现象，发现生物的本能潜力，以适应发展的现象、体制和机制，从而形成管理仿生学理论的现象影响的生物学特性的研究。（4）实现管理仿生学研究领域的规则。通过内部结构的不同类型的生物现象，协调机制和与环境的关系，全面的研究发现，天然生物、团体、反应、结构和学习的现象，形成机制仿生学，以实现规则的管理理论［3］。

2 仿生输血信息系统设计的原则

由仿生管理学的定义与研究视角可以发现，基于仿生管理的输血信息系统设计原则，无论从仿生角度还是管理的理念理出发，应遵循4个特性，即整体性、自然协调性、生态性、成长性的基本原则［3］。整体性，即在组织构架上完整，在功能上各局部功能的相对独立、层次分明、局部与整体统一协调，局部服从总体。在设计系统时就需要注重系统架构设计，按照顶层设计原则，兼顾各方面需求，统一设计。自然协调性，即医院各部分自然系统的有机联系和精准协调。自然协调性强调的是系统之间的关联，任何一个系统不是独立存在的，势必因业务关联与其他系统发生数据交换，因此需要理清系统之间的关联关系，做好数据流图。生态性，即医院具备新陈代谢、程式运转，具备自我调控改进能力，提高适应性。生态性更强调的是如何满足具体业务的需求，确保系统内部的顺畅稳定。成长性，即学习能力，也就是系统对外界环境的适应能力。从软件设计角度看就是整个软件从投入使用后的维护开发能力，确保系统能够适应业务流程和管理的变化。

3 仿生管理输血系统设计初探

要实现类似于人体自行调节管理效果的信息系统，必须具备感知、传输、分析、信息反馈这几个关键环节。各系统若没有信息反馈，会脱离实际而出现混沌。信息的反馈包括上下反馈，医患反馈，科室之间的反馈等［4］。从控制论的观点来看，系统的自动控制过程正是通过“双向通讯”的信息反馈联系而实现的。因而系统的设计须紧紧抓住信息反馈这个关键环节。信息在系统中的这种循环往返过程中，不断变换形式，最终实现控制目标。因此通过信息系统的应用可实现仿生管理学对管理高效精准的要求。同时，仿生管理学也为信息化建设提供理论指导，成为信息建设的灵魂。为此，本研究以演化仿生管理为基础，以系统软、硬件技术为条件，构建一个仿生容错输血信息系统，并基于此进行不同状况下系统的改进与测试，探讨系统与演化仿生的关系规律，进而把输血系统的信息服务能力提升一个台阶。

3.1 基于仿生管理的输血系统模块设计 类比人体细胞及医院信息系统，各系统、软件犹如一个个独立的细胞，按照各自的职能进行运转、协调、传送。感控、设备、药品等。各个分系统独立运行又彼此协调，信息系统如同神经把各类数据传递到管理部门和职能科室，工作人员根据情况及时调整偏差，达到动态的稳定运行。核心服务器或系统服务器就类似于大脑，根据汇总的各类信息，对医院的整体运行发出各种指令，确保医院向着既定的目标前行。各组织信息流程仿照人体的神经系统的信息流程——信息传递逐级和越级同时进行。各系统组合到一起，类似人体大脑或神经系统，既达到人体管理的效果。

图1 输血系统模块与神经系统的关系图

神经元是组成人体神经系统的基本单位，通过图1可以看到，仿生输血信息系统相当于一个神经系统，它能根据汇总的各类信息，对系统整体运行发出各种指令，确保系统向着既定的目标前行，不发生偏离。系统的各模块，类似于组成神经系统的各神经组织，他们按照各自的职能实现运转、控制、设置等，各个分系统独立运行又彼此协调；与此同时，整个系统的工作流程还仿照人体的神经系统的信息流程——信息传递逐级和越级同时进行。工作人员根据情况及时调整偏差，达到动态的稳定与修复。各模块功能如下，（1）血袋管理：详细记载患者身份标识、血袋号、成分名称、血型、入库日期、血液来源、献血者身份、采血日期等有关资料；能够完成全血、成分血的入库登记。根据临床需要进行血液分装、记录血型复检和交叉配血结果。根据《临床输血技术规范》第5章第22条的规定提供有效期报警，并有库存量提示。（2）日常业务：自动获得临床输血申请单并完成配血信息处理，并提供备血信息提示。记载患者住院号、姓名、性别、年龄以及血型。同时，在患者输血申请单中要包括患者所处科室、床号、临床诊断、输血性质等相关信息，特别是采样日期、申请日期以及申请医师的信息的填写必须完善。根据临床输血申请单和配血信息进行核实，按照《临床输血技术规范》的要求打印输血记录单，完成发血操作。完成入库、血化验（定血型、Rho检验、配血型等）、发血等过程中的费用记录，并与住院处联机自动计费。（3）日常管理：提供与血液制品相关的相关内容管理，如使用科室，使用医生，用血手术以及输血反应的管理，同时包括库存血液的流向信息，包括出库、报废、返回血站、过期几种情况。（4）查询统计：入、出库情况查询、科室用血情况查询；费用情况查询；科室工作量统计与查询等，打印日报、月报、年报及上级所需报表等［5］。

3.2 系统外部接口设计 系统外部接口包括：（1）系统和医学信息系统（HIS）接口，据申请单号或患者ID 号从HIS中核收患者用血申请配血报告和发血信息通过审核可返回到HIS系统中，并支持自动计费。（2）系统和检验科LIS接口，查看检验科内所做输血前检验的部分项目，并根据所做的内容判定是否发血。患者信息可在LIS和血液软件之间共享录入。（3）系统和血站的接口，根据血袋号从血站软件中出库并自动在科内血液软件中入库，可将本院内配血、用血、退血、报损、调血等信息返回到血站软件中方便统计操作［6］。

3.3 用血安全设计 为了降低了出错率，保证了患者的用血安全，实现从血源、体检、采血、检验、成分、出库的全流程管理，保证血液采集和检验的安全性。系统需遵从卫生部关于血液管理的规范和要求，建立从采血到用血的管理，实现整个血液链的追溯，让血液的使用能够跟每个患者“对号入座”。针对未如期使用的血液，系统需及时将其转移给其他登记的患者，提高血液的使用流通率；系统还应加入“区域用血信息共享”的设计。通过扫描血站血液信息，直接导入到医院输血管理系统中，实现区域配血自动交接。系统中库存饱和预警功能让医院及时了解血液库存情况，不仅能实时更新用血信息，还能让临床用血的程序、用血指征标准、用血者相关数据的采集等实现智慧管理，进一步加强了对临床用血的把关、监督、服务作用。

3.4 系统自修复及故障排除 现代信息系统的开发变得越来越复杂，系统的可靠性问题日益突出。生命科学的研究表明，生物系统的复杂性比信息系统要高得多，但生物的容错能力、自我学习、自我修复功能、自诊断自免疫功能、高稳定、高可靠性是任何一个信息系统无法比拟的［7］。生物高可靠性和功能结构表现如下：（1）冗余机制的生物结构，包括结构和功能冗余。冗余结构是指具有备用部件；功能冗余是指机体有许多不同的地方可以执行相同的功能。例如肺、肾，这些零件通常都各司其职，但部分损坏，其他相关的可替代失去的部分，发挥其功能。有“功能调节”的作用，是生物等的重要组成部分［8］。（2）人类大脑神经网络，大脑和交错接触大量神经元的神经网络，是数百个神经元与其他神经元相连相结合的结果。这种单神经元结构与电子元件的晶体管比可靠性差，但其形成的神经系统却具有较高的可靠性［9］。事实上，这种冗余技术生物系统在已不自觉地应用到现代信息技术中。例如，在开关系统相关的操作，以获得“n＋1”的冗余容错和冗余系统［10］。当1个模块中的电源系统出现故障，系统还可以100%地恢复负载功率，以实现热更换或热插拔。

3.5 权限管理 在过去的各种应用系统中，由于存在多个应用系统，用户的身份认证和权限管理都是由各个系统自行管理的，随着系统的增多，用户和管理员需要记忆和使用多个系统的用户名和密码，这样会带来使用、管理和系统安全的许多缺陷和问题［11-12］。从系统整体安全角度考虑，系统应建立了一个集中、统一、独立与系统各用户认证和权限管理机制，以实现安全、高效的用户身份和权限管理。

4 讨 论

基于仿生（人）管理学的信息系统建设是医院信息化建设的新课题和新方向［13］。在该理论指导下的输血信息系统的成功建设是其具体的实证。实践证明依托于仿生（人）管理学理论下的系统设计更能发挥信息系统的优势和特点，能够很好结合临床业务和医院管理，体现信息的价值。

［1］ 王秀薇，陈洪，程晓斌，等.医院仿生（人）管理学的思考及构建［J］.医疗卫生装备，2013，34（9）：75-77.

［2］ 王兴元.仿生创新机理、原则及策略途径研究［J］.科技进步与对策，2010，27（17）：1-5.

［3］ 周林，尹军，何庆华，等.精妙的人体与超能的生物医学工程［J］.医疗卫生装备，2013，34（9）：72-74.

［4］ 黄昊，颜耀华，程华，等.基于仿生（人）管理学的医院信息系统架构设计［J］.医疗卫生装备，2013，34（9）：78-80.

［5］ 李流娇，刘凌，罗向盛，等.计算机信息系统在输血科管理中的应用［J］.国际医药卫生导报，2011，17（2）：254-257.

［6］ 叶柱江，何子毅.电子交叉配血系统的设计与模拟应用［J］.现代检验医学杂志，2012，27（2）：101-103.

［7］ Benyus JM.Biomimicry：innovation inspired by nature［M］.New York：William Morrow and Company，1998：10-12.

［8］ 路甬祥.仿生学的意义与发展［J］.科学中国人，2004（4）：22-24.

［9］ Ball P.Life′s lessons in design［J］.Nature，2001，409（6818）：413-416.

［10］ 师汉明.论仿生制造［J］.中国机械工程，1998，9（1）：51-54.

［11］ 赵兴成.仿生管理学断想［J］.中国卫生事业管理，1997，14（9）：510-511.

［12］ 夏国英，潘成彪.仿生管理学研究的对象与规范［J］.齐齐哈尔大学学报：哲学社会科学版，2006，33（1）：64-66.

［13］ 郑秀峰.企业管理仿生与研究方法探讨［J］.当代经济，2006，22（6）：72-74.