一种基于硅基二维码的医疗数据物理存储与权限读取方法及系统

本发明涉及数据存储与读取，尤其涉及一种基于硅基二维码的医疗数据物理存储与权限读取方法及系统。

背景技术：

1、目前，随着医疗信息化的快速发展，患者个人信息、医学影像及动态检查数据等医疗数据的规模急剧增长，其安全存储与合规共享已成为医疗信息化领域的重要课题。医疗数据不仅数据量大，还包含大量患者隐私信息，且易被篡改，如何在保障数据安全的前提下实现便捷的存储与访问，是当前亟需解决的技术问题。二维码技术因其存储容量较大、无需依赖数据库、扫码读取便捷等优势，已在医疗信息化领域得到广泛应用。但是，传统二维码受限于其二维平面编码方式，数据容量通常仅为数百至千余个字符，仅能存储患者基本身份信息或少量文本摘要，无法容纳完整的医学影像或动态检查视频等大容量医疗数据，同时，传统二维码以印刷油墨形成的平面黑白模块呈现，其数据内容可被任意扫码工具读取和复制，缺乏有效的防克隆和防篡改机制且传统二维码的扫码读取过程不区分读取者身份，任何安装有扫码工具的人员均可读取二维码中存储的数据内容，患者的全部医疗隐私数据即面临泄露风险。

技术实现思路

1、针对上述所显示出来的问题，本发明提供了一种基于硅基二维码的医疗数据物理存储与权限读取方法及系统用以解决背景技术中提到的传统二维码的存储容量有限，难以承载完整的医疗数据同时存在数据安全性不足，易被复制和篡改以及读取无需专用授权验证，存在隐私泄露风险的问题。

2、一种基于硅基二维码的医疗数据物理存储与权限读取方法，包括以下步骤：

3、通过3d打印工艺将硅基存储单元以二维码空间排布方式固化于纸质基底上，形成具有三维微观物理结构特征的硅基二维码标签；

4、以硅基二维码标签的各硅基存储单元作为数据记录位点，将患者个人信息、静态图像及动态视频数据以物理状态编码方式直接写入硅基二维码标签中；

5、采用专用读取app对已写入医疗数据的硅基二维码标签进行扫描，提取物理结构唯一性标识并将其发送至授权数据库进行合法性校验，校验通过后进入数据读取阶段，否则拒绝全部读取请求；

6、在校验通过后，根据物理状态编码方式反向读取硅基二维码标签中各硅基存储单元的物理状态信息，经解码还原后向认证用户呈现完整的患者个人信息、静态图像及动态视频数据。

7、优选的，所述通过3d打印工艺将硅基存储单元以二维码空间排布方式固化于纸质基底上，形成具有三维微观物理结构特征的硅基二维码标签，包括：

8、根据预设的二维码编码规则，生成二维码图案的空间排布数据，所述空间排布数据定义多个硅基存储单元在纸质基底平面上的二维坐标位置以及每个硅基存储单元在垂直于纸质基底方向上的三维形貌参数；

9、采用3d打印工艺按照空间排布数据，将硅基打印墨水以连续丝束的形式逐点沉积在纸质基底的对应坐标上，形成与二维码模块一一对应的硅基存储单元阵列；

10、通过控制打印过程中的层数与液滴体积，使每个硅基存储单元成型为具有预设高度、直径及表面微观轮廓的三维微结构；

11、对沉积形成的硅基存储单元阵列进行固化处理，使硅基存储单元与纸质基底结合，获得具有三维微观物理结构特征的硅基二维码标签。

12、优选的，所述以硅基二维码标签的各硅基存储单元作为数据记录位点，将患者个人信息、静态图像及动态视频数据以物理状态编码方式直接写入硅基二维码标签中，包括：

13、获取包含患者个人信息、静态图像数据和动态视频数据的待写入数据，对待写入数据进行数据类型标识和分块处理，生成包含多组数据块的编码数据流，并为每个数据块附加数据类型标识符；

14、根据预设的物理状态编码映射规则，将编码数据流中的各组数据块分别转换为对应的物理状态写入指令序列；

15、依据物理状态写入指令序列对硅基二维码标签上对应的硅基存储单元逐一施加外部激励，使每个硅基存储单元的物理状态从初始态转变为与待写入数据对应的目标物理态，从而将患者个人信息、静态图像数据和动态视频数据以物理状态编码方式直接写入硅基二维码标签中；

16、写入完成后，对硅基二维码标签进行全标签物理状态回读校验，将回读结果与编码数据流进行比对，确认数据写入完整且无错误。

17、优选的，所述采用专用读取app对已写入医疗数据的硅基二维码标签进行扫描，提取物理结构唯一性标识并将其发送至授权数据库进行合法性校验，校验通过后进入数据读取阶段，否则拒绝全部读取请求，包括：

18、采用专用读取app调用摄像模组对已写入医疗数据的硅基二维码标签进行光学扫描，获取包含二维码图案及硅基存储单元三维形貌的多模态图像数据；

19、对多模态图像数据进行分析处理，提取由硅基存储单元的三维形貌特征所生成的物理结构唯一性标识；

20、将物理结构唯一性标识与当前读取请求的上下文信息组合生成校验请求报文并通过加密信道发送至远程授权数据库；

21、根据接收到的校验请求报文，在已注册合法标签标识库和访问权限策略库中执行多维度合法性校验，并返回校验结果；

22、若校验结果为通过，对各硅基存储单元的物理状态进行反向识别和解码，还原医疗数据，若校验结果为不通过，拒绝全部读取请求，并在专用读取app界面上输出无权限的提示信息。

23、优选的，所述在校验通过后，根据物理状态编码方式反向读取硅基二维码标签中各硅基存储单元的物理状态信息，经解码还原后向认证用户呈现完整的患者个人信息、静态图像及动态视频数据，包括：

24、对硅基二维码标签上的各硅基存储单元施加检测激励，获取表征每个硅基存储单元当前物理状态的响应信号并形成原始物理状态信息序列；

25、根据物理状态编码映射规则，将原始物理状态信息序列反向解码为编码数据流；

26、根据数据类型标识符从编码数据流中分离出患者个人信息数据块、静态图像数据块和动态视频数据块，并分别进行数据重组和解压缩处理，得到还原后的患者个人信息、静态图像和动态视频数据；

27、将还原后的患者个人信息、静态图像和动态视频数据在认证用户的显示界面上进行分类展示。

28、优选的，所述根据预设的物理状态编码映射规则，将编码数据流中的各组数据块分别转换为对应的物理状态写入指令序列，包括：

29、获取预设的物理状态编码映射规则，所述物理状态编码映射规则定义了硅基存储单元可区分的多个物理状态与多进制数据符号之间的映射关系表，以及不同数据类型对应的编码策略参数；

30、解析每个数据块的数据类型标识符，根据数据类型标识符确定该数据块对应的数据类型；

31、根据每个数据块的数据类型，从编码策略参数中获取对应的目标编码进制数和错误校正等级；

32、依据物理状态与数据符号的映射关系表和目标编码进制数，将每个数据块的数据载荷按预设长度分段，每段转换为一个多进制数据符号序列；

33、将各段对应的多进制数据符号序列逐一映射为目标物理状态序列，根据目标物理状态序列，结合各硅基存储单元在硅基二维码标签上的物理地址映射表，生成物理状态写入指令序列。

34、优选的，所述对硅基二维码标签上的各硅基存储单元施加检测激励，获取表征每个硅基存储单元当前物理状态的响应信号并形成原始物理状态信息序列，包括：

35、根据硅基二维码标签上各硅基存储单元所采用的物理状态类型，选择相匹配的检测激励方式，并确定激励参数的设置范围；

36、按照预设的检测顺序，对硅基二维码标签上的硅基存储单元逐一施加检测激励；

37、在施加检测激励的同时采集每个硅基存储单元对检测激励产生的响应信号，对采集到的每个响应信号进行模数转换和特征参数提取，将连续的响应信号波形转换为离散的特征参数值；

38、根据预设的物理状态判定阈值，将每个硅基存储单元的特征参数值与对应的阈值进行比较，判定该硅基存储单元当前所处的物理状态并以数字符号表示；

39、将判定得到的各硅基存储单元的数字符号按照硅基存储单元在硅基二维码标签上的空间排布顺序或逻辑地址顺序进行排列，形成表征硅基二维码标签全部存储单元当前物理状态的原始物理状态信息序列。

40、优选的，在数据读取的过程中，还包括基于多模态读取手段的自适应选择读取步骤，具体为：

41、响应于读取启动指令，对硅基二维码标签执行光学模态预扫描，获取硅基二维码标签表面的光照分布均匀性、反光特性及污损区域分布信息;

42、根据光照分布均匀性、反光特性及污损区域分布信息确定硅基二维码标签表面光学模态的预估信噪比，将预估信噪比与预设的光学可用阈值进行比较；

43、若预估信噪比大于等于光学可用阈值则选定光学模态作为当前读取模态，否则依次尝试电学模态和热学模态，直至选定一种预估信噪比高于对应可用阈值的模态作为当前读取模态；

44、在读取过程中，实时监测当前读取模态下各硅基存储单元的响应信号信噪比，当连续多个硅基存储单元的响应信号信噪比低于预设的模态保持阈值时，自动触发模态切换流程，将当前读取模态切换至备用读取模态；

45、对通过同一读取模态完成读取的第一硅基存储单元，根据预设的物理状态判定阈值，将每个硅基存储单元的特征参数值与对应的参考特征参数阈值进行比较以确定单模态读取置信度；

46、对通过不同读取模态组合完成读取的第二硅基存储单元，将各读取模态下的物理状态判定结果及其单模态读取置信度进行加权融合，选择加权得分最高的物理状态作为该第二硅基存储单元的最终判定结果，并将融合后的置信度作为该第二硅基存储单元的多模态读取置信度；

47、统计硅基二维码标签中读取置信度低于预设可信阈值的硅基存储单元数量，若该数量超过预设的失败容忍数量，则判定本次读取整体不可靠，若该数量未超过失败容忍数量，则对读取置信度低于可信阈值的第三硅基存储单元执行局部智能重读；

48、对重读后仍无法获得高于可信阈值的第四硅基存储单元，根据其所在数据块对应的错误校正码进行数据恢复，若错误校正码无法覆盖全部丢失数据，则仅输出可恢复部分的数据并在对应位置标注数据缺失说明。

49、优选的，在采用专用读取app对已写入医疗数据的硅基二维码标签进行扫描的过程中，还包括对硅基存储单元的快速定位校验步骤，具体为：

50、在专用读取app对硅基二维码标签进行光学扫描获取的图像中，检测二维码标准位置探测图形的中心点，获取三个位置探测图形中心点在图像坐标系中的图像坐标；

51、结合预存的各位置探测图形在物理坐标系中的物理坐标生成图像坐标系到物理坐标系的透视变换矩阵；

52、利用透视变换矩阵，将硅基二维码标签上每个硅基存储单元在物理坐标系中的理论物理坐标映射到图像坐标系，得到每个硅基存储单元在图像中的理论图像坐标；

53、在理论图像坐标周围预设的搜索区域内检测硅基存储单元的实际中心位置，根据实际中心位置确定实际图像坐标，并计算实际图像坐标与理论图像坐标之间的位置偏差量：

54、

55、其中，表示为第i个硅基存储单元的实际图像坐标与理论图像坐标之间的位置偏差量，表示为检测到的第i个硅基存储单元的实际图像坐标，表示为第i个硅基存储单元在图像中的理论图像坐标；

56、将位置偏差量与预设的位置偏差容忍阈值进行比较，若位置偏差量小于等于位置偏差容忍阈值，则判定该硅基存储单元定位正常；

57、若位置偏差量大于位置偏差容忍阈值，则将该硅基存储单元标记为定位异常单元，并针对该硅基存储单元扩大搜索范围直到定位正常为止，其中，扩大的搜索区域为该硅基存储单元理论图像左边周围一个圆形区域，其区域半径为：

58、

59、其中，r表示为区域半径，k表示为安全系数，取值为1.5-3.0，表示为预设的位置偏差容忍阈值。

60、一种基于硅基二维码的医疗数据物理存储与权限读取系统，该系统包括：

61、固化模块，用于通过3d打印工艺将硅基存储单元以二维码空间排布方式固化于纸质基底上，形成具有三维微观物理结构特征的硅基二维码标签；

62、写入模块，用于以硅基二维码标签的各硅基存储单元作为数据记录位点，将患者个人信息、静态图像及动态视频数据以物理状态编码方式直接写入硅基二维码标签中；

63、校验模块，用于采用专用读取app对已写入医疗数据的硅基二维码标签进行扫描，提取物理结构唯一性标识并将其发送至授权数据库进行合法性校验，校验通过后进入数据读取阶段，否则拒绝全部读取请求；

64、读取模块，用于在校验通过后，根据物理状态编码方式反向读取硅基二维码标签中各硅基存储单元的物理状态信息，经解码还原后向认证用户呈现完整的患者个人信息、静态图像及动态视频数据。

65、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

66、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。