基于IHE LCSD和LOINC的微生物菌種庫的集成共享研究

顏景浩 孫迎 李丕丁

【摘 要】目的 按照LOINC微生物學命名與編碼標準，建立標準統一的菌種術語庫，并通過國際化集成方案實現菌種庫跨系統共享。方法 參照LOINC標準，建立菌種映射術語庫，運用IHE LCSD技術框架設計并實現微生物鑒定分析系統與實驗室客戶端組成的集成平臺，結合Windows Socket消息機制，使菌種映射術語庫以HL7消息形式構造成代碼集。通過系統間HL7消息進行流轉，實現代碼集的分發與管理。結果 完成了基于LOINC的菌種庫建模，完成了IHE LCSD集成模式中各角色和事務的通訊，以及HL7消息的構造與解析，并對HL7消息進行了驗證。結論 通過系統集成使得菌種庫映射術語統一化、標準化，更保障了不同系統之間菌種映射話語的同步性。集成化代碼集的使用，方便對菌種庫的維護和管理，有助于實現微生物實驗室實現信息化、區域化集成與共享。

【關鍵詞】LOINC；菌種庫；IHE-LCSD；HL7；醫療信息化集成

【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

醫療健康信息集成規范（Integrating the Healthcare Enterprise，IHE）是基于現有的HL7、DICOM[1]等標準，制定的技術框架來對流程標準化的使用進行規范，也為不同子系統之間提供互連的集成方案，促進醫療信息系統之間的互聯、互通、互操作[2]。實驗室技術框架（Laboratory Technical Framework，LAB TF）是專門為臨床實驗室開發的集成框架[3]。旨在通過LIS（Laboratory Information System） 和其他信息系統（如HIS）集成與協調工作，實現系統間數據信息的自動化，提高工作效率，減少差錯產生。

其中，IHE LAB中的實驗室代碼集分布管理（Laboratory Code Set Distribution， LCSD）[4]是專門參與實驗室的工作流程系統之間通用映射術語命名的集成模式。該集成模式參與建立和維護實驗室工作流程系統之間的命名術語管理，共享系統之間的通用命名法，并實現快速發布新版本，使系統之間都保持最新的命名術語。通過該集成模式，可有效控制實驗室代碼集和相關編碼的一致性，確保系統集成間信息的準確和統一。在相對復雜的集成環境中，提供了一個代碼集和編碼維護的入口，方便代碼集和編碼的維護和及時更新，也為實驗室電子文檔共享提供了基礎性術語規范的解決方案。

本文提出了按照IHE-LAB中的LCSD技術規范與標準，設計與實現微生物鑒定分析系統與實驗室管理系統之間的集成平臺。同時結合LOINC微生物學的命名和編碼標準，建立標準化菌種庫術語庫，通過LCSD集成模式實現系統之間的菌種庫代碼集分發與共享，并有效解決系統之間針對菌種庫名稱、編碼不統一的問題。

2 實驗室信息集成模式

在LCSD集成模式中，分別有代碼集管理者（Code Set Master）和代碼集消費者（Code Set Consumer）[5]兩個角色。代碼集管理者角色擁有一套實驗室使用的代碼合集，負責向代碼集消費者角色發送代碼集，并確保及時更新，每次更新都會覆蓋原有的代碼集。對應要完成的事務是代碼集分發管理（Laboratory Code Set Management）[LAB-51] [5]事務，進而實現代碼集的共享。LCSD集成模式框架圖如圖1所示。

在[LAB-51]事務中，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者，代碼集消費者采用MFK消息進行確認回復，具體消息流程如圖2所示。

在[LAB-51]事務中，包含以下四種HL7消息：

①MFN^M08：“管理者”向“消費者”發送一套完整的觀察報告代碼，應答消息為MFK^M08。②MFN^M09：“管理者”向“消費者”發送一套絕對的無順序的觀察報告代碼，應答消息為MFK^M09。③MFN^M10：“管理者”向“消費者”發送一套的儲備完整觀察報告代碼，應答消息為MFK^M10。④MFN^M11：“管理者”向“消費者”發送一套經計算產生結果的觀察報告代碼，應答消息為MFK^M11。

而本文采用的是MFN^M10和MFK^M10消息模式，其傳輸的代碼集為一套完整的儲備完整的菌種映射術語庫代碼集。

2.1 MFN^M10消息的構成

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

本文設計的OML^O33具體消息如下：微生物鑒定分析系統（MicrobiaSystem）向實驗室管理系統（LabWorkstation）發送一整套菌種庫術語代碼集信息。

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（Code Set Master）發往實驗室客戶端（Code Set Consumer）的菌種數據庫的代碼集。其中MFI-1表示管理者文件識別，為HL7自定義的CDM；MFI-3為文件等級事件代碼，為REP；MFI-4和MFI-5分別是消息發送時間戳和代碼集發送時間戳，進一步確認了代碼集發送時間及版本；MFI-6為消息回復等級，此處為RE表示回復消息必須但可以為空。MFE-1為記錄等級事件代碼，為自定義MAD；MFE-4為主鍵值，設定為1654；MFE-5表示主鍵值類型為CE。OM1-1為觀察主文件序列號，版本1設定為1；OM1-2為生產者觀察標識，由于該代碼集為菌種鑒定數據庫，故此處填寫Strain Identification^LOINC，表示菌種鑒定庫參照LOINC標準；OM1-4表示標本要求，有要求填寫Y，無要求則填寫N；OM1-5表示生產者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，A為微觀察，P為一組觀察，F為過程觀察，C為計算觀察，MFN^M10消息則必須填寫A。

OM5段則是菌種庫代碼集的重點段落，在OM5段中OM5-2則是具體傳達。在該消息中，傳輸的代碼集包括兩部分：一部分為LOINC標準庫中的菌種名稱，另一部分則是該菌種在LOINC庫中的編碼。例如：Escherichia coli表示大腸埃希菌，而43431-6則表示大腸埃希菌在LOINC庫中的編碼，該編碼通過查詢LOINC庫所得。在OM5-2中可傳輸整體菌種術語代碼集，在消息中就不全部列出了。

2.2 MFK^M10消息的構成

在ORL^O34消息中，主要包含：MSH（消息頭）、MSA（消息確認）、ERR（錯誤段）、回應信息等段落約束，該消息是微生物鑒定分析系統（MicrobiaSystem）向實驗室客戶端（DoctorWorkstation）反饋的確認消息。

本文設計的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|

此消息表示實驗室客戶端（Code Set Consumer角色）發往微生物鑒定藥敏分析系統（Code Set Master角色）的確認消息段，MSA-1為AA表示代碼集已經確認收到。其中，確認代碼AA，Application accept表示接受；AE，Application error表示錯誤；AR，Application reject表示拒絕[5]。

3 集成平臺設計與實現

3.1系統架構設計角色與事務分析

本文設計的微生物鑒定分析系統是基于C/S模式、三層架構開發，包括檢測、查詢、質控、調適等功能。系統采用實時掃描技術，通過檢測96孔中每塊細菌鑒定板上各孔的亮度、顏色或紋理變化，繪制出的特征-時間曲線，形成數據指紋。由于不同細菌對各孔發生的化學反應不同而造成的亮度、顏色或紋理的差異，再通過統計學原理或模式識別技術即可對細菌進行全自動鑒定。

為了方便系統集成，本文配置了實驗室客戶端，實驗室客戶端代表了可以接收代碼集的醫院其他系統。在醫院實際的集成中，實驗室客戶端可以是LIS，具體要根據醫院的實際需求。

本文設計的集成平臺架構如圖3所示：

其中：

①在集成平臺中，實驗室客戶端實現代碼集消費者角色（CSC）；微生物鑒定分析系統實現代碼集管理者（CSM）。

②標簽傳遞請求[LAB-51]：微生物鑒定分析系統（CSM）通過MFN^M10將菌種庫術語構造成代碼集，發送至實驗室客戶端（CSC），實驗室客戶端（CSC）以MFN^M10消息的形式做出回應，回應內容包括：接受、錯誤、拒絕。

3.2 集成功能組件的實現

集成平臺的集成功能組件可分解為以下三部分：菌種庫術語構造與LCSD角色事務功能模塊、HL7通信模塊、HL7消息的構造解析模塊。

3.2.1 菌種庫術語建模與LCSD角色事務功能模塊

LOINC 數據庫采用的語言為英語，本文設計并實現部分LOINC微生物學菌種庫映射術語的命名及編碼。具體方法是以當前配置的微生物檢測菌種項目字典為基礎，參考LOINC 術語的核心字段：成分、時間、屬性、標尺、體系、方法[5]，充分搜集、整理LOINC中關于微生物菌種有關術語的對照信息，制成數據庫表，然后用Microsoft SQL Server 數據庫程序自動添加，并顯示。在基于Microsoft Visual Studio編寫的輔助對照程序配置界面上，可以添加與LOINC 標準數據庫的成分、詳情、LOINC編碼等映射，并將映射結果進行保存，以便形成全文數據庫。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）和代碼集消費者（CSC）兩個角色，而通訊的事務實驗室代碼分布管理[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菌種庫術語構造成代碼集，傳輸到代碼消集費者，代碼集消費者通過MFK^M10進行確認回復。

3.2.2 HL7消息實現

選擇使用NHapi開發包，進行HL7消息的構造和解析。以MFN^M10消息構造和解析為例。首先實例化一個MFN^M10對象，然后按照語義要求給所有必需的字段賦值，具體構造和解析代碼如下：

構造一個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”； //菌種庫中由LOINC編碼和菌種名組成的代碼集

4 測試與討論

在LCSD集成模式的驗證過程中，使用了Gazelle系統[6]工具，網址為：http：//gazelle.ihe.net。Gazelle是由IHE Europe、雷恩大學、法國國家信息與自動化研究所等機構聯合開發，并且已在IHE Europe、IHE USA Connectathon中使用，并且由IHE官方認可的測試系統。也是LBL和LCSD等集成模式唯一可以驗證的工具。Gazelle還集成了支持工具，驗證服務，模擬器。其中，模擬器作為MESA的擴充，可以驗證廠商的產品對IHE事務的支持程度；支持工具有：病人數據服務器，產品注冊，網關服務，安全證書獲取。Gazelle自發布以來得到了全世界范圍內的使用和認可，目前仍在不斷完善中。

若要在Gazelle系統進行測試，首先，需要注冊一個個人或者企業的用戶，并且登陸。在接下來的測試過程中，分為兩個過程，分別是：配置和查看驗證結果。在驗證LCSD集成模式過程中，選擇網站中的CSC模擬器，同時會顯示模擬器的名稱、IP地址、端口號、接收設備名稱等信息，詳見圖5所示。

驗證過程中由微生物鑒定分析系統（CSM）向CSC模擬器發送MFN^M10消息，CSC模擬器接收完畢后會反饋MFK^M10消息。在配置完畢后，連接模擬器服務器，構造并發送MFK^M10消息。然后進入網站查看HL7交換處，查看驗證結果。驗證結果如圖所示。

如果微生物鑒定分析系統提交的MFN^M10消息格式和內容正確，并且可以收到模擬器反饋的MFK^M10，那么驗證通過。系統會在字段Validation status后標記：PASSED。經過多次反復的配置和測試，LCSD集成模式中的[LAB-51]事務通過了驗證，符合了IHE的相關標準。具體測試結果如圖6所示。

5 結論

本文完成了基于LOINC命名和編碼規則的菌種術語庫的建立，并通過IHE LCSD技術框架的集成解決方案，完成了由微生物鑒定分析系統與實驗室客戶端組成的集成平臺的設計，以及集成模式中角色的設計和事務的通訊。設計并實現了標準的HL7消息的構造、解析等過程，同時，運用Windows Socket消息機制中的TCP/IP協議，完成HL7消息的流轉，使得菌種映射術語庫實現跨平臺的傳輸與共享。通過該集成模式，不僅規范了菌種術語的統一性、準確性，方便菌種術語庫的維護、管理，更保障了不同系統之間映射術語使用的同步性。

基于IHE LCSD集成模式有關集成案例相對較少，目前還是處于起步階段。采用IHE 國際標準技術框架的集成平臺的設計，使得微生物鑒定分析系統具有一定的開放性和可擴展性。在實現信息化、區域化醫療的過程中，本文可為尚未完成醫學實驗室標準化集成的應用提供參考。在以后的研究中，會擴展IHE LAB其他集成模式的應用，使國際化標準在微生物實驗室得到進一步驗證與使用。

參考文獻：

[1] 鄭建立， 鐘國康， 謝秀秀等. IHE互操作性實現機制的研究[J]. 中國醫學計算機成像雜志， 2009， 15（2）：189-194.

[2] 楊宏橋，劉希華，卜海兵等。IHE標準下的數字化醫院集成及實現機制研究[J].計算機工程與應用，2009（21）：222—225，241.

[3] 黃攀. 基于IHE LAB-TF的系統信息集成應用研究[D]. 北京交通大學， 2007.

[4] IHE Laboratory Technical Framework V2.0. GMSIH， SFIL， IHE-J， JAHIS and RSNA. 2007-08-16.http：//www.ihe.net/Technical_Framework/upload/ihe_lab_tf_rel2.pdf

[5] IHE Laboratory Technical Framework V2.0. GMSIH， SFIL， IHE-J， JAHIS and RSNA.2007-08-16.http：//www.ihe.net/Technical_Framework/upload/ihe_lab_tf_rel2-2.pdf.

[6] 張林， 徐勇勇， 劉丹紅. 血常規檢驗項目與LOINC術語的映射關系[J]. 中國衛生信息管理雜志， 2010， 7（3）：7-11.

作者簡介：

顏景浩（1989～），男，碩士研究生，主要研究方向：醫學信息系統集成。