基于IHE LCSD和LOINC的微生物菌種庫(kù)的集成共享研究

顏景浩 孫迎 李丕丁

【摘 要】目的 按照LOINC微生物學(xué)命名與編碼標(biāo)準(zhǔn)，建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的菌種術(shù)語(yǔ)庫(kù)，并通過國(guó)際化集成方案實(shí)現(xiàn)菌種庫(kù)跨系統(tǒng)共享。方法 參照LOINC標(biāo)準(zhǔn)，建立菌種映射術(shù)語(yǔ)庫(kù)，運(yùn)用IHE LCSD技術(shù)框架設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)微生物鑒定分析系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室客戶端組成的集成平臺(tái)，結(jié)合Windows Socket消息機(jī)制，使菌種映射術(shù)語(yǔ)庫(kù)以HL7消息形式構(gòu)造成代碼集。通過系統(tǒng)間HL7消息進(jìn)行流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)代碼集的分發(fā)與管理。結(jié)果 完成了基于LOINC的菌種庫(kù)建模，完成了IHE LCSD集成模式中各角色和事務(wù)的通訊，以及HL7消息的構(gòu)造與解析，并對(duì)HL7消息進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)論 通過系統(tǒng)集成使得菌種庫(kù)映射術(shù)語(yǔ)統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，更保障了不同系統(tǒng)之間菌種映射話語(yǔ)的同步性。集成化代碼集的使用，方便對(duì)菌種庫(kù)的維護(hù)和管理，有助于實(shí)現(xiàn)微生物實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)信息化、區(qū)域化集成與共享。

【關(guān)鍵詞】LOINC；菌種庫(kù)；IHE-LCSD；HL7；醫(yī)療信息化集成

【Abstract】Objective The research aims to establish a strain termbase， through naming and coding of LOINC database standard in the field of microbiology， to achieve the sharing of different system through international standard integrating. Methods The research presents a solution based on IHE LCSD technology framework， in which the microbiology identification system and laboratory system are integrated. The strain termbase is communicated as HL7 message by using the windows socket in this solution， to realize distribution and management of code sets of strain termbase.Results The communications between different systems based on IHE LCSD integration mode are finished. The encoding/ parsing of the HL7 messages are completed. ConclusionThe accuracy， safety and efficiency of the microbial experiments could be improved by the standard strain from this research. Hence， the efficient management could bring a benefit to integrating and sharing the microbial lab informatization.

【Key words】 LOINC； strain database； IHE-LCSD； HL7； medical information integration

1引言

醫(yī)療健康信息集成規(guī)范（Integrating the Healthcare Enterprise，IHE）是基于現(xiàn)有的HL7、DICOM[1]等標(biāo)準(zhǔn)，制定的技術(shù)框架來(lái)對(duì)流程標(biāo)準(zhǔn)化的使用進(jìn)行規(guī)范，也為不同子系統(tǒng)之間提供互連的集成方案，促進(jìn)醫(yī)療信息系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作[2]。實(shí)驗(yàn)室技術(shù)框架（Laboratory Technical Framework，LAB TF）是專門為臨床實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的集成框架[3]。旨在通過LIS（Laboratory Information System） 和其他信息系統(tǒng)（如HIS）集成與協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)化，提高工作效率，減少差錯(cuò)產(chǎn)生。

其中，IHE LAB中的實(shí)驗(yàn)室代碼集分布管理（Laboratory Code Set Distribution， LCSD）[4]是專門參與實(shí)驗(yàn)室的工作流程系統(tǒng)之間通用映射術(shù)語(yǔ)命名的集成模式。該集成模式參與建立和維護(hù)實(shí)驗(yàn)室工作流程系統(tǒng)之間的命名術(shù)語(yǔ)管理，共享系統(tǒng)之間的通用命名法，并實(shí)現(xiàn)快速發(fā)布新版本，使系統(tǒng)之間都保持最新的命名術(shù)語(yǔ)。通過該集成模式，可有效控制實(shí)驗(yàn)室代碼集和相關(guān)編碼的一致性，確保系統(tǒng)集成間信息的準(zhǔn)確和統(tǒng)一。在相對(duì)復(fù)雜的集成環(huán)境中，提供了一個(gè)代碼集和編碼維護(hù)的入口，方便代碼集和編碼的維護(hù)和及時(shí)更新，也為實(shí)驗(yàn)室電子文檔共享提供了基礎(chǔ)性術(shù)語(yǔ)規(guī)范的解決方案。

本文提出了按照IHE-LAB中的LCSD技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)微生物鑒定分析系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)之間的集成平臺(tái)。同時(shí)結(jié)合LOINC微生物學(xué)的命名和編碼標(biāo)準(zhǔn)，建立標(biāo)準(zhǔn)化菌種庫(kù)術(shù)語(yǔ)庫(kù)，通過LCSD集成模式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的菌種庫(kù)代碼集分發(fā)與共享，并有效解決系統(tǒng)之間針對(duì)菌種庫(kù)名稱、編碼不統(tǒng)一的問題。

2 實(shí)驗(yàn)室信息集成模式

在LCSD集成模式中，分別有代碼集管理者（Code Set Master）和代碼集消費(fèi)者（Code Set Consumer）[5]兩個(gè)角色。代碼集管理者角色擁有一套實(shí)驗(yàn)室使用的代碼合集，負(fù)責(zé)向代碼集消費(fèi)者角色發(fā)送代碼集，并確保及時(shí)更新，每次更新都會(huì)覆蓋原有的代碼集。對(duì)應(yīng)要完成的事務(wù)是代碼集分發(fā)管理（Laboratory Code Set Management）[LAB-51] [5]事務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)代碼集的共享。LCSD集成模式框架圖如圖1所示。

在[LAB-51]事務(wù)中，代碼集管理者需通過MFN消息，將需要共享的代碼集傳輸至代碼集消費(fèi)者，代碼集消費(fèi)者采用MFK消息進(jìn)行確認(rèn)回復(fù)，具體消息流程如圖2所示。

在[LAB-51]事務(wù)中，包含以下四種HL7消息：

①M(fèi)FN^M08：“管理者”向“消費(fèi)者”發(fā)送一套完整的觀察報(bào)告代碼，應(yīng)答消息為MFK^M08。②MFN^M09：“管理者”向“消費(fèi)者”發(fā)送一套絕對(duì)的無(wú)順序的觀察報(bào)告代碼，應(yīng)答消息為MFK^M09。③MFN^M10：“管理者”向“消費(fèi)者”發(fā)送一套的儲(chǔ)備完整觀察報(bào)告代碼，應(yīng)答消息為MFK^M10。④MFN^M11：“管理者”向“消費(fèi)者”發(fā)送一套經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生結(jié)果的觀察報(bào)告代碼，應(yīng)答消息為MFK^M11。

而本文采用的是MFN^M10和MFK^M10消息模式，其傳輸?shù)拇a集為一套完整的儲(chǔ)備完整的菌種映射術(shù)語(yǔ)庫(kù)代碼集。

2.1 MFN^M10消息的構(gòu)成

在MFN^M10消息中，具體包含了MSH（消息頭）、MFI（主文件識(shí)別）、MFE（主文件條目識(shí)別段）、OM1（通用信息段）、OM5（儲(chǔ)備信息段）、等消息段[5] 。

本文設(shè)計(jì)的OML^O33具體消息如下：微生物鑒定分析系統(tǒng)（MicrobiaSystem）向?qū)嶒?yàn)室管理系統(tǒng)（LabWorkstation）發(fā)送一整套菌種庫(kù)術(shù)語(yǔ)代碼集信息。

MSH|^～＼&|CSM|MicrobialSystem|CSC|LabWorkstation|20151116024525||MFN^M10^MFN_M10|L20151116024525|P|2.5|||||UNICODE UTF-8

MFI|CDM|OF|REP|20151116024525|20151116024525|ER|

MFE|MAD|1846||1654|CE|||

OM1|1|Strain identification^LOINC|NM|Y|1001|||JB221.1||||||||||A|

OM5|1|43431-6^Escherichia coli^^21511-1^Salmonella paratyphi A^^26735-1^Rhodococcus equi A^73558-9^Staphylococcus aureus and Staphylococcus………

此消息表示微生物鑒定分析系統(tǒng)（Code Set Master）發(fā)往實(shí)驗(yàn)室客戶端（Code Set Consumer）的菌種數(shù)據(jù)庫(kù)的代碼集。其中MFI-1表示管理者文件識(shí)別，為HL7自定義的CDM；MFI-3為文件等級(jí)事件代碼，為REP；MFI-4和MFI-5分別是消息發(fā)送時(shí)間戳和代碼集發(fā)送時(shí)間戳，進(jìn)一步確認(rèn)了代碼集發(fā)送時(shí)間及版本；MFI-6為消息回復(fù)等級(jí)，此處為RE表示回復(fù)消息必須但可以為空。MFE-1為記錄等級(jí)事件代碼，為自定義MAD；MFE-4為主鍵值，設(shè)定為1654；MFE-5表示主鍵值類型為CE。OM1-1為觀察主文件序列號(hào)，版本1設(shè)定為1；OM1-2為生產(chǎn)者觀察標(biāo)識(shí)，由于該代碼集為菌種鑒定數(shù)據(jù)庫(kù)，故此處填寫Strain Identification^LOINC，表示菌種鑒定庫(kù)參照LOINC標(biāo)準(zhǔn)；OM1-4表示標(biāo)本要求，有要求填寫Y，無(wú)要求則填寫N；OM1-5表示生產(chǎn)者ID為1001；OM1-8表示其他名稱，在此處填寫版本編碼為JB221.1；OM1-18為觀察者性質(zhì)，A為微觀察，P為一組觀察，F(xiàn)為過程觀察，C為計(jì)算觀察，MFN^M10消息則必須填寫A。

OM5段則是菌種庫(kù)代碼集的重點(diǎn)段落，在OM5段中OM5-2則是具體傳達(dá)。在該消息中，傳輸?shù)拇a集包括兩部分：一部分為L(zhǎng)OINC標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的菌種名稱，另一部分則是該菌種在LOINC庫(kù)中的編碼。例如：Escherichia coli表示大腸埃希菌，而43431-6則表示大腸埃希菌在LOINC庫(kù)中的編碼，該編碼通過查詢LOINC庫(kù)所得。在OM5-2中可傳輸整體菌種術(shù)語(yǔ)代碼集，在消息中就不全部列出了。

2.2 MFK^M10消息的構(gòu)成

在ORL^O34消息中，主要包含：MSH（消息頭）、MSA（消息確認(rèn)）、ERR（錯(cuò)誤段）、回應(yīng)信息等段落約束，該消息是微生物鑒定分析系統(tǒng)（MicrobiaSystem）向?qū)嶒?yàn)室客戶端（DoctorWorkstation）反饋的確認(rèn)消息。

本文設(shè)計(jì)的MFK^M10消息如下：

MSH|^～＼&|CSM|LabWorkstation|CSC|MicrobialSystem|20151116024505||MFK^M10^MFK_M10|L20151116024505|P|2.5|||||UNICODE UTF-8

MSA|AA|1001

MFI|CDM|OF|REP|20151116024525|20151116024525|ER|

此消息表示實(shí)驗(yàn)室客戶端（Code Set Consumer角色）發(fā)往微生物鑒定藥敏分析系統(tǒng)（Code Set Master角色）的確認(rèn)消息段，MSA-1為AA表示代碼集已經(jīng)確認(rèn)收到。其中，確認(rèn)代碼AA，Application accept表示接受；AE，Application error表示錯(cuò)誤；AR，Application reject表示拒絕[5]。

3 集成平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)角色與事務(wù)分析

本文設(shè)計(jì)的微生物鑒定分析系統(tǒng)是基于C/S模式、三層架構(gòu)開發(fā)，包括檢測(cè)、查詢、質(zhì)控、調(diào)適等功能。系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)掃描技術(shù)，通過檢測(cè)96孔中每塊細(xì)菌鑒定板上各孔的亮度、顏色或紋理變化，繪制出的特征-時(shí)間曲線，形成數(shù)據(jù)指紋。由于不同細(xì)菌對(duì)各孔發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不同而造成的亮度、顏色或紋理的差異，再通過統(tǒng)計(jì)學(xué)原理或模式識(shí)別技術(shù)即可對(duì)細(xì)菌進(jìn)行全自動(dòng)鑒定。

為了方便系統(tǒng)集成，本文配置了實(shí)驗(yàn)室客戶端，實(shí)驗(yàn)室客戶端代表了可以接收代碼集的醫(yī)院其他系統(tǒng)。在醫(yī)院實(shí)際的集成中，實(shí)驗(yàn)室客戶端可以是LIS，具體要根據(jù)醫(yī)院的實(shí)際需求。

本文設(shè)計(jì)的集成平臺(tái)架構(gòu)如圖3所示：

其中：

①在集成平臺(tái)中，實(shí)驗(yàn)室客戶端實(shí)現(xiàn)代碼集消費(fèi)者角色（CSC）；微生物鑒定分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)代碼集管理者（CSM）。

②標(biāo)簽傳遞請(qǐng)求[LAB-51]：微生物鑒定分析系統(tǒng)（CSM）通過MFN^M10將菌種庫(kù)術(shù)語(yǔ)構(gòu)造成代碼集，發(fā)送至實(shí)驗(yàn)室客戶端（CSC），實(shí)驗(yàn)室客戶端（CSC）以MFN^M10消息的形式做出回應(yīng)，回應(yīng)內(nèi)容包括：接受、錯(cuò)誤、拒絕。

3.2 集成功能組件的實(shí)現(xiàn)

集成平臺(tái)的集成功能組件可分解為以下三部分：菌種庫(kù)術(shù)語(yǔ)構(gòu)造與LCSD角色事務(wù)功能模塊、HL7通信模塊、HL7消息的構(gòu)造解析模塊。

3.2.1 菌種庫(kù)術(shù)語(yǔ)建模與LCSD角色事務(wù)功能模塊

LOINC 數(shù)據(jù)庫(kù)采用的語(yǔ)言為英語(yǔ)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)部分LOINC微生物學(xué)菌種庫(kù)映射術(shù)語(yǔ)的命名及編碼。具體方法是以當(dāng)前配置的微生物檢測(cè)菌種項(xiàng)目字典為基礎(chǔ)，參考LOINC 術(shù)語(yǔ)的核心字段：成分、時(shí)間、屬性、標(biāo)尺、體系、方法[5]，充分搜集、整理LOINC中關(guān)于微生物菌種有關(guān)術(shù)語(yǔ)的對(duì)照信息，制成數(shù)據(jù)庫(kù)表，然后用Microsoft SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)程序自動(dòng)添加，并顯示。在基于Microsoft Visual Studio編寫的輔助對(duì)照程序配置界面上，可以添加與LOINC 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的成分、詳情、LOINC編碼等映射，并將映射結(jié)果進(jìn)行保存，以便形成全文數(shù)據(jù)庫(kù)。其配置界面如圖4-5所示。

集成模式中的角色包括代碼集管理者（CSM）和代碼集消費(fèi)者（CSC）兩個(gè)角色，而通訊的事務(wù)實(shí)驗(yàn)室代碼分布管理[LAB-51]中包含MFN^M10和MFK^M10兩條HL7消息。代碼集管理者通過MFN^M10消息將基于LOINC菌種庫(kù)術(shù)語(yǔ)構(gòu)造成代碼集，傳輸?shù)酱a消集費(fèi)者，代碼集消費(fèi)者通過MFK^M10進(jìn)行確認(rèn)回復(fù)。

3.2.2 HL7消息實(shí)現(xiàn)

選擇使用NHapi開發(fā)包，進(jìn)行HL7消息的構(gòu)造和解析。以MFN^M10消息構(gòu)造和解析為例。首先實(shí)例化一個(gè)MFN^M10對(duì)象，然后按照語(yǔ)義要求給所有必需的字段賦值，具體構(gòu)造和解析代碼如下：

構(gòu)造一個(gè)MFN^M10消息的第一步為填充消息頭：

NHapi.Model.V25.Message.MFN_M10 oml = new MFN_M10（）；

oml.MSH.MessageType.MessageCode.Value = “MFN”；

oml.MSH.MessageType.TriggerEvent.Value = “M10”；

然后依次填入消息頭必填字段：

oml.MSH.FieldSeparator.Value = “|”；

oml.MSH.EncodingCharacters.Value = @”^～＼&”；

oml.MSH.ProcessingID.ProcessingID.Value = “P”；

oml.MSH.VersionID.VersionID.Value = “2.5”；

oml.MSH.CountryCode.Value = “UNICODE UTF-8”；

第二步是填寫MFI段：

MFI mfi = mfn.MFI；

mfi.MasterFileIdentifier.Text.Value = “CMD”；

mfi.FileLevelEventCode.Value = “REP”；

mfi.ResponseLevelCode.Value = “RE”；

然后填寫MFE段：

MFE mfe = mfn.GetMF_TEST_BATTERIES（）.MFE；

mfe.RecordLevelEventCode.Value = “MAD”；

mfe.GetPrimaryKeyValueType（0）.Value = “CE”；

mfe.GetPrimaryKeyValueMFE（0）.Value = “1654”；

然后填寫OM1段：

OM1 om1 = mfn.GetMF_TEST_BATTERIES（）.OM1；

om1.SequenceNumberTestObservationMasterFile.Value = “1”；

om1.ProducerSServiceTestObservationID.Text.Value = “Strain identification^LOINC”；

om1.SpecimenRequired.Value = “Y”；

om1.ProducerID.Text.Value = “1001”；

om1.GetOtherNames（0）.Value = “JB221.1”；

om1.NatureOfServiceTestObservation.Value = “A”；

解析一個(gè)OML消息部分代碼如下：

OM5 om5 = mfn.GetMF_TEST_BATTERIES（）.MF_TEST_BATT_DETAIL.OM5；

om5.GetTestObservationsIncludedWithinAnOrderedTestBattery（0）.Text.Value = “43431-6^Escherichia coli^^21511-1^Salmonella paratyphi A^^26735-1^Rhodococcus equi A^73558-9^Staphylococcus aureus and Staphylococcus”； //菌種庫(kù)中由LOINC編碼和菌種名組成的代碼集

4 測(cè)試與討論

在LCSD集成模式的驗(yàn)證過程中，使用了Gazelle系統(tǒng)[6]工具，網(wǎng)址為：http：//gazelle.ihe.net。Gazelle是由IHE Europe、雷恩大學(xué)、法國(guó)國(guó)家信息與自動(dòng)化研究所等機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)，并且已在IHE Europe、IHE USA Connectathon中使用，并且由IHE官方認(rèn)可的測(cè)試系統(tǒng)。也是LBL和LCSD等集成模式唯一可以驗(yàn)證的工具。Gazelle還集成了支持工具，驗(yàn)證服務(wù)，模擬器。其中，模擬器作為MESA的擴(kuò)充，可以驗(yàn)證廠商的產(chǎn)品對(duì)IHE事務(wù)的支持程度；支持工具有：病人數(shù)據(jù)服務(wù)器，產(chǎn)品注冊(cè)，網(wǎng)關(guān)服務(wù)，安全證書獲取。Gazelle自發(fā)布以來(lái)得到了全世界范圍內(nèi)的使用和認(rèn)可，目前仍在不斷完善中。

若要在Gazelle系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，首先，需要注冊(cè)一個(gè)個(gè)人或者企業(yè)的用戶，并且登陸。在接下來(lái)的測(cè)試過程中，分為兩個(gè)過程，分別是：配置和查看驗(yàn)證結(jié)果。在驗(yàn)證LCSD集成模式過程中，選擇網(wǎng)站中的CSC模擬器，同時(shí)會(huì)顯示模擬器的名稱、IP地址、端口號(hào)、接收設(shè)備名稱等信息，詳見圖5所示。

驗(yàn)證過程中由微生物鑒定分析系統(tǒng)（CSM）向CSC模擬器發(fā)送MFN^M10消息，CSC模擬器接收完畢后會(huì)反饋MFK^M10消息。在配置完畢后，連接模擬器服務(wù)器，構(gòu)造并發(fā)送MFK^M10消息。然后進(jìn)入網(wǎng)站查看HL7交換處，查看驗(yàn)證結(jié)果。驗(yàn)證結(jié)果如圖所示。

如果微生物鑒定分析系統(tǒng)提交的MFN^M10消息格式和內(nèi)容正確，并且可以收到模擬器反饋的MFK^M10，那么驗(yàn)證通過。系統(tǒng)會(huì)在字段Validation status后標(biāo)記：PASSED。經(jīng)過多次反復(fù)的配置和測(cè)試，LCSD集成模式中的[LAB-51]事務(wù)通過了驗(yàn)證，符合了IHE的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。具體測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

5 結(jié)論

本文完成了基于LOINC命名和編碼規(guī)則的菌種術(shù)語(yǔ)庫(kù)的建立，并通過IHE LCSD技術(shù)框架的集成解決方案，完成了由微生物鑒定分析系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室客戶端組成的集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)，以及集成模式中角色的設(shè)計(jì)和事務(wù)的通訊。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的HL7消息的構(gòu)造、解析等過程，同時(shí)，運(yùn)用Windows Socket消息機(jī)制中的TCP/IP協(xié)議，完成HL7消息的流轉(zhuǎn)，使得菌種映射術(shù)語(yǔ)庫(kù)實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的傳輸與共享。通過該集成模式，不僅規(guī)范了菌種術(shù)語(yǔ)的統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性，方便菌種術(shù)語(yǔ)庫(kù)的維護(hù)、管理，更保障了不同系統(tǒng)之間映射術(shù)語(yǔ)使用的同步性。

基于IHE LCSD集成模式有關(guān)集成案例相對(duì)較少，目前還是處于起步階段。采用IHE 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)框架的集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)，使得微生物鑒定分析系統(tǒng)具有一定的開放性和可擴(kuò)展性。在實(shí)現(xiàn)信息化、區(qū)域化醫(yī)療的過程中，本文可為尚未完成醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化集成的應(yīng)用提供參考。在以后的研究中，會(huì)擴(kuò)展IHE LAB其他集成模式的應(yīng)用，使國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)在微生物實(shí)驗(yàn)室得到進(jìn)一步驗(yàn)證與使用。

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作者簡(jiǎn)介：

顏景浩（1989～），男，碩士研究生，主要研究方向：醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)集成。