基于神经网络的患者不良事件查询与报告系统设计

钱雷鸣，罗林聪

基于神经网络的患者不良事件查询与报告系统设计

钱雷鸣，罗林聪

目的：设计一种以患者为主体的不良事件查询与报告系统，并将患者作为医疗机构医疗安全不良事件的监督参与方。方法：系统设计利用了神经网络强大的容错性，并行输入输出处理定量、定性知识，以患者对医疗机构不良事件的查询、报告作为监督，实现了对不良事件的上报、查询、监督等功能。结果：患者通过该系统可及时查询与自己相关的医疗方案是否存在不良事件，监管机构可把查询信息汇总并进行数据分析、信息反馈及分享。结论：该系统提高了医疗机构的不良事件上报率，同时也普及了不良事件知识，提高了患者的自我保护意识。

不良事件；神经网络；患者安全

0 引言

不良事件（adverse event）相比其他并发症，是一种与医疗管理关联的伤害。医疗管理包括各方面的护理、诊断、治疗、误诊和误治疗，还有系统和设备提供的医护服务[1]。根据1999年美国医学研究所研究报告显示，1999年美国有44 000～98 000住院患者死于医疗不良事件，由此导致的患者意外伤害超过了100万件[2]。近年来，患者安全（patient safety）一直是医疗机构所关注的首要问题[3]，已经成为世界卫生组织及国内外医疗机构高度关注的热点。当前，整个社会的医患关系处在比较紧张的时期，随着患者安全意识的提高，对不良事件的警惕性也相应提高，若是患者出现了不良后果，患者及其亲属首先会怀疑医疗机构的治疗过程是否正确，是否被过度医疗、过失医疗甚至错误医治。

国内不良事件的监测起步比较晚，2011年2月，卫生部颁布了《医疗质量安全事件报告暂行规定》，明文规定医疗机构出现不良事件要上报，提高了不良事件的认识与管理层次。当前，国内外医疗机构对不良事件的报告制度及检测方法进行了大量的研究[4-8]，但这些方法大多局限于医疗系统相关机构，发生不良事件的时候上报的主体主要是医生、护士及卫生系统相关工作人员等，并没有涉及最为重要的不良事件主体——患者，不能很好地把握患者的因素。本文提出了以患者为报告主体的不良事件查询系统，以方便患者查询与报告，整个系统的设计可以加入适当的激励机制。

1 方法特点

本文提出的方法特点为：

（1）以网络信息为平台，给患者提供不良事件的查询，可以普及不良事件的知识，提高患者的自我保护意识。

（2）数据平台的建立可以提供更多的数据获取途径，加大监管机构对医疗机构上报不良事件的监督力度。

（3）提出以神经网络为识别模式的核心概念，对不良事件模式进行分析及决策。应用神经网络输入输出可并行处理定量、定性知识。

2 神经网络

对于大脑的研究永远是人类深入剖析自我的热点，而大脑的组成单元——神经元就成为了解大脑的出发点。神经元的生理构造在生物学里已经有大量的研究，相关的生理功能也比较详细，人们为了模拟人脑的工作原理创建了人工神经元。人工神经元是一个多输入、单输出的非线性器件（如图1所示）。

图1 人工神经元结构

图1中的xi（i=1，2，…，n）表示神经元有n个输入，wi（i=1，2，…，n）为每个输入相对应的连接权值；f（WTX）为激活函数，又称输出函数；O表示神经元的输出；人工神经元一般情况下还有阈值θ，通常是一个不为常数的变量，在图中可以用wn=θ、xn=-1来描述，那么W=（w1，w2，…，wn-1，θ），X=（x1，x2，…，xn-1，-1）。

人工神经网络模拟人脑神经元的功能，其特点如下[9]：

（1）非线性。一个神经元可以是线性或非线性，由非线性的神经元构成的网络是非线性的，这可以对本身就是非线性的系统很好地逼近。

（2）适应性。可以实时调整权值来适应外界因素的变化，特别是对于外界因素变化剧烈的情况。

（3）鲁棒性和容错性。由于网络信息存储的分布性使得网络总体性能保持恒定。

（4）并行的输入输出映射。能同时处理多输入和多输出定量、定性知识。

（5）泛化性。通过对样本的学习，得到的权值可以应用到其他样本的判别，实现联想记忆。

3 不良事件查询与报告系统设计

3.1 目的

设计一种以患者为主体的不良事件查询与报告系统，方便患者查询及报告，同时将患者作为医疗机构医疗安全不良事件的监督参与方，让每一位患者充当医疗机构的监督员，普及不良事件知识，推动医疗体系进一步发展。

3.2 原理

患者输入的相关信息通过网络数据传输到服务器并存储在数据库中，服务器经过数据分拣得到神经网络的输入数据，再根据已经由样本训练的权值运算得到的数据输入到模式决策，若为不良事件直接上报，若不是，则相关的数据会压缩存储到数据库中。

3.3 系统设计

系统设计构造如图2所示。患者通过计算机终端直接输入病历信息或咨询相关医疗机构后输入病历信息；输入的信息通过网络传输到服务器数据库，同时分拣出神经网络输入所需的相关数据信息；神经网络的权值是通过样本训练集得到，使用权值对分拣得到的数据信息网络运算并作模式决策，得出的数据及结果存储于服务器数据库中；结果若为不良事件，则上报监管机构、医疗机构及其他相关机构。

图2 系统构造

3.3.1 数据库

根据我国公民文化水平层次的高低提供不同途径经过标准化的数据采集和录入，患者可以上网登记信息查询，可以通过咨询医疗机构并帮助登记信息查询，也可以通过电邮的方式咨询监管机构帮助查询确认。数据信息采集要求标准化并具有扩展性，建立有效数据库。

3.3.2 数据分拣

在数据输入时定义分类数据输入的表格形式，大类为药品、器械及护理相关信息，再细分成多个子类，并尽量具体到某一药品品种、器械实物、医生技能、护理技能等。其中，药品信息包括生产企业信息、批次日期、指导用量及存在的不良反应；器械信息包括生产企业信息、生产批次、消毒记录及使用范围等详细数据。分拣后的数据形式可以是定量的数据，也可以是定性的知识。

3.3.3 神经网络

神经网络具有非线性、容错性、鲁棒性、适应性、输入输出并行性及泛化性等优点[10]，网络结构如图3所示，一般由输入层、隐藏层及输出层组成。神经网络能同时处理多输入多输出的定量、定性知识，经过神经网络处理的隐层数据还可以提取出来降维压缩，以方便存储。

3.3.4 模式决策及不良事件上报

经过分拣处理后的数据包括患者的基本数据信息、治疗信息、治疗康复情况及预期的不良事件情况等，输入到神经网络加权运算后进行模式决策，可以由网络中的输出层完成。输出层中每个神经元都是一个决策单元。若为不良事件，系统会自动存储并抽取数据上报传输到监管机构作进一步的调研取证，根据法律法规判定定性为不良事件；若不是，系统将存储数据以供日后查询。

图3 神经网络及决策

4 系统设计相关注意点

4.1 规范化的信息输入

统一表格形式，制定当前医疗系统通用的关键词和信息技术标准，提取相关知识和数据，如对定量数据、定性知识的提取及数据传输格式等，制定的时候还要考虑标准的可扩展性。标准的制定和推广由监管机构来实施。

4.2 精简神经网络训练样本

理论上应尽可能选用多的样本来区别各个模式，这就要求系统具有强大的数据处理功能，但会导致硬件设施费用高、投入大。为了解决这个矛盾，在选样本的时候应尽量精简。

4.3 数据信息安全

信息化时代要时刻注意数据安全，特别是对患者的信息保护和提高网络的公信力，必要时建立卫生监管机构主导的第三方信息安全通道。

4.4 激励和惩罚机制

患者查询报告不良事件既是对自己的负责，也是对医疗机构的负责，能推动医疗领域的发展。引入适当的激励机制能促进患者的积极性，进一步普及知识；引入征信机构对患者的信用评级，建立黑名单制度，若是故意误报、虚报，也有惩罚措施，应承担法律责任。

5 结语

国内关于不良事件的研究逐渐成为医疗相关行业的热点，但是对于没有医学背景的人来说不良事件的概念比较陌生，主要是人们对于不良事件的认识不够。国家相关机构对于不良事件的监测工作越来越重视，提出的不良事件报告系统针对的主要是医疗机构及医疗行业相关机构。而基于患者的不良事件查询报告系统设计从理论出发，把患者作为不良事件查询与报告的主体，借助神经网络能同时处理多输入、多输出的定量数据、定性知识，并通过强大的容错功能来界定不良事件。神经网络的硬件实现已经日趋成熟并得到了广泛应用[11-15]，但系统的设计还有待在实际应用中不断改进。该系统能提高医疗机构的不良事件上报比率，同时给患者普及不良事件知识，提高患者的自我保护意识。

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[12]汪光森，伍行键，李誉.基于FPGA的神经网络的硬件实现[J].电子技术应用，1999，25（12）：23-25.

[13]曹文明.方向基神经网络理论、应用与实现[D].南京：东南大学，2003：85-88.

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（收稿：2014-05-21 修回：2014-08-20）

关于医学论文标题的撰写要求

1.题名应准确、简明，反映文章的核心内容。一般使用能充分反映论文主题内容的短语，而不使用具有主、谓、宾结构的完整语句，最好不用标点符号。中文题名一般不宜超过20个汉字。

2.论文标题一般不设副题名。确有必要时，用冒号将副题名与主题名分开；或者用与主题名字体、字号不同的文字排印副题名，以示区别。采用后一种编排格式时，在目次表中主题名与副题名用“：”隔开。

3.题名用词应有助于选定关键词和编制题录、索引等，尽量避免使用非公知公认的缩略语、字符、代号等，也不应将原形词和缩略语同时列出。题名中的外文人名要用原文。

本刊编辑部

Design of patient adverse events inquiring and reporting system based on neural network

QIAN Lei-ming,LUO Lin-cong
(Department of Equipment,Red Cross Hospital in Hangzhou,Hangzhou 310000,China)

ObjectiveTo design an adverse events inquiring and reporting system to involve the patient into the monitoring of medical safety adverse events.MethodsNeural network was used for its high fault tolerance,and parallel input was realized for quantitative and qualitative knowledge,and then he functions of reporting,inquiring and monitoring were implemented for adverse events.ResultsWith the system,the patient could determine if adverse events existed which related to medical scheme of his own,and the supervision organization could summarize the inquired information for analysis,feedback and sharing.ConclusionThe system enhances the rate of reporting adverse events,popularize the knowledge on adverse events and promotes the self-protective awareness of the patient.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（3）：44-46]

adverse event;neural network;patient safety

R318；TP311.13

A

1003-8868（2015）03-0044-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.03.044

钱雷鸣（1973—），男，工程师，主要从事医疗设备质量管理工作，E-mail：qleiming2008@163.com。

310000杭州，杭州市红十字会医院设备科（钱雷鸣，罗林聪）