虹膜识别技术在HIS中的应用

方晓东

（山东省商务发展研究院，山东青岛 266002）

0 引言

医院信息系统（hospital information system，HIS）是集医学、信息、管理、计算机及网络技术于一体的综合管理系统，其中对就诊患者的信息管理是HIS的重要组成部分[1]。

HIS对就诊患者的信息管理大多是以就诊卡、身份证、医保卡等实体卡作为身份标识进行身份识别的，为患者的就诊及医院管理带来了一定便利，但存在冒名顶替、携带不便、容易丢失及损坏等缺陷，尤其是在我国公费医疗政策对不同区域及群体的享受标准有差异、医保待遇有所不同等因素的利诱下，在伤残鉴定、入职体检等方面出现利用医院现有身份识别的漏洞进行冒名顶替的现象。因此，寻找一种可靠性高、辨识度强的身份识别技术是HIS发展和探索的方向之一，是对现有身份鉴别方式的有效增强。虹膜识别技术是一种生物识别技术，其识别度高、稳定性强，尤其是其非接触性识别（可避免接触性传染）的特点适合在医院管理领域中应用。近年来，虹膜识别技术在身份识别领域中越来越受到业内人士的关注和重视，其开发及应用也得到了长足发展和突破。本文将虹膜识别技术引入HIS中，以期提高管理的效率和准确度。

1 虹膜识别技术的发展现状

目前，虹膜识别技术已成功应用于国外医院管理领域中。2002年德国巴伐利亚Bad Reichenhall市的市医院将虹膜识别技术应用于婴儿室管理系统中，以确保婴儿的人身安全[2]。此系统只允许相关医生、护士及婴儿母亲进入婴儿室，且在婴儿出院后，会将其母亲的虹膜特征码删除，拒绝其再次进入婴儿室。2015年休伯利安公司发布的虹膜算法中，虹膜识别技术的单眼识别率已达到两百万分之一的精确度，双眼识别率更是达到了二十亿分之一的精确度[3]。同时，其比对速度也全面提高，实现了每秒50万次的虹膜比对[3]。现阶段市面上应用的虹膜识别设备的识别全过程大多可在1 s内完成。

2 虹膜识别技术的优点及识别流程

2.1 虹膜识别技术的优点

虹膜识别技术是现在公认的准确性、识别度和稳定性最高的生物识别技术，是业内普遍推崇的、最有前途的生物识别技术之一[4-5]。虹膜识别技术是一种利用人体固有虹膜的唯一性特征进行识别的生物识别技术，具有以下优点：（1）安全性高。其使用特定的、类似普通摄影光学器材对虹膜取像，不会对人体构成伤害。（2）保密性强。虹膜不同于人体面部及指纹较易复制和模仿，其一旦离开活体，中心的瞳孔将失去对光线变化的收缩反应，可以利用这一特性判断出虹膜是否为活体。（3）稳定性高。常用的生物识别技术中如人脸、指纹等，稳定性均在不同程度上受年龄、形体变化及创伤的影响。而虹膜由于人体保护敏感性比较强，其人体内在性（外围有其他组织保护）不易受到损伤，从婴儿出生6个月后直至死亡其特征保持不变，确保了虹膜识别技术具有非常高的稳定性。（4）可靠性强。虹膜的纹理结构非常复杂，细节特征十分丰富，其特征的读取点高达266个，远高于其他生物识别技术的读取点（13～16个），具有很强的唯一性，是现代科学发现的准确度最高的生物识别技术[6]。

2.2 虹膜识别的流程

虹膜识别的流程包含以下几个步骤：（1）图像获取：利用光学设备拍摄、读取眼部图像；（2）图像预处理：利用特定算法对获取的图像进行虹膜内、外边界的定位及归一化处理，提取虹膜图像并对有用信息进行增强处理[7-9]；（3）虹膜特征码提取：提取的虹膜图像通过合理的算法进行纹理特征的提取和编码，形成虹膜特征码[10-12]；（4）虹膜特征码的比对与匹配：将提取的虹膜特征码与已存在于虹膜特征数据库内的虹膜特征码进行比对和匹配[13-14]；（5）输出识别信息：将比对的“真”“假”信息发送或显示，完成识别任务[15-16]。其中图像的预处理及特征码的提取是整个识别过程中极其重要的环节，直接影响到虹膜识别的速度和准确性，是虹膜识别技术的关键点[17]。虹膜识别系统的基本工作流程如图1所示[18-19]。

图1 虹膜识别的流程图

3 虹膜识别技术在HIS中的应用

现行的HIS是由医院各部门的子系统模块通过系统管理软件进行合理的关联、集成，在系统内实现子系统间的信息交互和传递，形成一个具有医院内部多功能综合管理功能的系统[20]。若虹膜识别技术应用于HIS中，根据其基本工作流程，需要在原有的管理系统及关键部门（需要严格认证身份）的子系统中增设或将原有的档案管理系统改造合并成具有虹膜认证功能的虹膜认证管理系统，称之为虹膜认证管理服务器。虹膜认证管理服务器负责存储及管理所有患者的虹膜特征码数据库及其相关信息数据库，具有添加、删除、修改及向子虹膜认证管理服务器发送及复制信息的功能。子虹膜认证管理服务器具有上述相同功能。

3.1 虹膜识别技术应用于HIS患者管理

HIS的虹膜特征码数据库中患者信息的记录类型应包括虹膜特征码、姓名、性别、年龄、初诊日期、社保号、本院赋予的就诊号码、身份证号码等基本信息。其目的是在一些需要严格认证身份的场所（如化验、检查、就诊等）以虹膜认证作为身份识别方式，而无需严格认证身份的场所（如可由患者陪护人员替代办理的付款、取化验结果等项目）利用其他方式（如就诊号码等）进行识别，做到身份的统一及认证多样化，既加强了患者身份认证的管理，又方便了患者就诊。虹膜识别技术应用于HIS中，可根据不同的应用环境和要求合理地选择客户端/服务器（Client/Server，C/S）和浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）2 种模式[21-22]，在使用中分为注册模式及身份识别和认证模式。

注册模式是患者初次来院就诊时，对患者的虹膜特征码及其他基本信息的创建、收集、存储至HIS中心虹膜特征码数据库的过程。该模式下，首先对新患者进行虹膜特征码的提取，创建特征模板并存储到虹膜特征码数据库，同时对该患者的其他基本信息包括就诊号码等进行登记、存储至数据库中。其中患者就诊号码是按照医院内部固定规则赋予的，与患者的虹膜特征码一一对应，具有唯一性，是在系统中查询患者信息的主要检索项。注册模式一般使用在门诊挂号场所，其工作流程如图2所示。

图2 注册模式工作流程图

身份识别和认证模式是严格进行身份认证的应用模式，应用于易出现冒名顶替或其他作弊行为发生的场所。患者在医院内进行相关就诊活动时，通过虹膜识别前端特征码提取设备识别患者的虹膜特征码，与系统中心虹膜特征码数据库或本地子系统的子虹膜特征码数据库中的虹膜特征码进行比对和匹配，实现患者的身份认证。其工作流程如图3所示。

图3 身份识别和认证模式工作流程图

现行HIS分为门诊、药品、住院、医务工作人员、财务、系统等多个综合管理模块[23-24]，其中需患者严格进行身份认证的是门诊综合管理和住院综合管理2个模块。虹膜识别技术应用于HIS患者管理的通信示意图如图4所示，主要包含以下几个步骤：（1）就诊患者在门诊挂号处挂号，运行身份识别和认证模式，将就诊患者的虹膜特征码与系统中心虹膜特征码数据库中的虹膜特征码模板进行比对与匹配，若匹配成功，则说明该患者属于复诊患者，可直接查询该患者的就诊号码，并通过HIS传送至相关接诊医生工作站上供医生接诊使用；反之，说明该患者为初诊患者，进入注册模式，并将该患者的就诊号码传送至相关就诊医生工作站上供医生接诊使用。（2）接诊医生在工作站上通过患者的就诊号码接诊，根据患者病情进行诊断，如需进行相关化验、检查，则在网上开具化验、检查单，通过HIS传送至门诊收费处的医护工作站等待患者付费。当就诊患者付费成功后，门诊收费处打印收款凭据，并向HIS的中心虹膜认证管理服务器发出请求，通过就诊号码检索该患者的虹膜特征码，将其发送至相关化验、检查科室所在的子虹膜认证管理服务器。（3）HIS的中心虹膜认证管理服务器接到请求后通过患者的就诊号码进行检索，查寻该患者的虹膜特征码，复制并传送至相关化验、检查科室的子虹膜认证管理服务器的子虹膜特征码数据库中，作为该患者进行身份认证的依据。（4）患者进行相关化验、检查时，在相关科室运行身份识别和认证模式，通过子系统中子虹膜特征码数据库的虹膜特征码模板进行身份认证，认证通过则进行相应的检验和检查，认证不通过则拒绝该患者进行检查。（5）患者检验、检查完成后，相应的检验、检查工作站输出检验、检查结果，传送至HIS中形成有权限限制的共享查询数据，并向本子系统的子虹膜认证管理服务器发出删除该患者虹膜特征码的请求，解除该患者在本次化验、检查科室的医疗活动权限。

3.2 虹膜识别技术应用于HIS院内医务管理

虹膜识别技术在医院现代化管理系统中不仅可以应用于对患者身份的识别，还可以应用于医院的内部管理，如手术室及检查室门禁、医院药品管理、职工档案及患者病历管理等相关需要设定权限的部门中。其中注册模式可在HIS中员工管理模块添加虹膜管理功能，而身份识别和认证模式要在相应部门增加虹膜认证管理服务器及管理软件，并与HIS中心虹膜认证管理服务器关联，实现虹膜识别身份的功能。虹膜识别技术应用于HIS院内医务管理的通信示意图如图5所示。

3.3 建立子虹膜认证服务器的目的

图5 虹膜识别技术应用于HIS院内医务管理的通信示意图

应用虹膜识别技术过程中不直接在系统中心虹膜认证管理服务器中进行认证有以下几方面的原因：（1）减轻系统中心服务器及网络运行负荷。若系统中心服务器及网络负荷过重，将影响整个HIS的正常运行。（2）提高识别速度。虹膜特征码的传输过程环节越多，其延迟越长，识别速度越慢。（3）提高虹膜特征码的存储安全性。将中心虹膜认证管理服务器的虹膜特征码分散备份在各相关子虹膜认证管理服务器中，可为虹膜特征码提供备份，提高虹膜数据的安全性。（4）有利于防止患者重复进入及员工权限的调整。患者根据医嘱进入相关科室进行诊疗后，对应的子虹膜认证管理服务器中的特征码删除，可杜绝患者的再次进入；保留中心虹膜认证管理服务器中特征码的记录，可避免患者复诊时再次提取虹膜特征码，提高就诊效率。对员工的权限进行调整时，可直接对相关员工的虹膜特征码在相应的子虹膜认证管理服务器中进行删除或复制，无需调整中心虹膜认证管理服务器中的记录，确保了医院员工档案的完整性。

作为HIS中身份识别性能的加强和补充，科学、合理地将虹膜识别技术应用于现有HIS中，是提高HIS实用性与运行高效性的关键。

4 结语

虹膜识别技术的发展愈来愈成熟，其在识别距离、与其他生物识别技术结合的动态状态的识别均有新突破。目前，虹膜设别技术已实现动态环境下达12 m的识别距离。随着体积的不断缩小，相关虹膜识别产品已能集成在移动设备中（富士通已推出首款带有虹膜识别功能的手机），其成本亦呈现明显下降趋势。虹膜识别技术未来将向提高识别速度及距离、减小体积、降低成本的方向发展。

将虹膜识别技术应用于HIS中可提高管理效率和准确度，为患者就医提供便利，有益于医院综合自助系统的实现。虹膜识别技术在HIS中的应用仍有广阔的开发前景，在新一代数字化医院的建设中值得广大医院管理人员及虹膜识别技术研究人员深入讨论和研究，对提升医院的现代化管理水平十分有益。