化橘红色谱指纹图谱网络数据管理系统设计与实现△

徐洋洋，林励，魏航，3*，邓少东，陈沁群

(1.广州中医药大学 医学信息工程学院，广东 广州 510006；2.广州中医药大学 中药学院，广东 广州 510006；3.华南理工大学 计算机科学与工程学院，广东 广州 510006)

化橘红色谱指纹图谱网络数据管理系统设计与实现△

徐洋洋1，林励2，魏航1，3*，邓少东2，陈沁群1

(1.广州中医药大学 医学信息工程学院，广东 广州 510006；2.广州中医药大学 中药学院，广东 广州 510006；3.华南理工大学 计算机科学与工程学院，广东 广州 510006)

目的：建立化橘红色谱指纹图谱网络数据管理系统，对大量化橘红色谱指纹图谱数据进行科学数字化管理，实现项目共享与异地管理。方法：对化橘红色谱指纹图谱及相关指纹图谱管理系统进行研究与分析，以项目管理为设计理念，设计符合第三范式的数据库，采用B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)架构，运用MVC(Model-View-Controller，模型层-视图层-控制层)模式，建立化橘红色谱指纹图谱网络数据管理系统。结果：系统操作简便清晰、用户体验良好，解决大量化橘红色谱指纹图谱数据的存储、查询和资源共享等问题。结论：本系统的设计理念可推广到其他中药指纹图谱数据管理的领域。

化橘红；色谱指纹图谱；B/S网络应用；数据管理系统

化橘红为芸香科植物化州柚Citrusgrandis‘Tomentosa’或柚Citrusgrandis(L.)Osbeck未成熟或近成熟的干燥外层果皮，具有理气宽中，燥湿化痰的功能，用于咳嗽痰多，食积伤酒，呕恶痞闷[1]。化州柚特产于广东化州，其外果皮密被绒毛，由此制成的橘红习称毛橘红，是曾列为皇室贡品的道地药材；光橘红由柚皮加工而成，药效明显劣于化橘红[2]。市场出售的化橘红多为掺了柚皮的“橘红”，由于毛橘红与光橘红为种与栽培变种的关系，二者的加工成品难以识别。近年来，药学研究人员多采用色谱指纹图谱对这些已加工成成品的中药进行真伪鉴别与质量评价[3]。陈志霞等[4]提出，在研究中采用HPLC指纹图谱，方法准确、重现性好，适用于化橘红药材的质量控制与鉴定。在化橘红色谱指纹图谱研究过程中，产生的大量相关数据信息对化橘红中医应用的传承积累与发展具有重大意义，如不建立有效的信息管理手段，必将导致指纹图谱信息交叉重复采集，造成数据冗余与巨大浪费。

邹纯才等[5]开发出决明子指纹图谱数据库，实现对数据的标准化和动态更新，实践证明应用数据库跟踪和控制决明子的质量有效，并可在其他中药质量控制领域应用。于晓辉等[6]以柱状图的形式表现出大黄的高效液相色谱指纹图谱，并将图谱以及相关信息存于数据管理软件，为大黄的分析研究与质量控制打下基础。王作军等[7]利用SQL Server关系数据库建立中药指纹图谱数据库，开发出基于.NET的B/S(Brower/Server)架构的数据库管理系统。

受化橘红色谱指纹图谱研究现状及相关指纹图谱系统启发，本文提出以项目管理为设计理念，设计符合第三范式的数据库，采用B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)架构，运用MVC(Model-View-Controller，模型层-视图层-控制层)模式，建立化橘红色谱指纹图谱网络数据管理系统。本系统对大量化橘红色谱指纹图谱数据进行科学、有效的管理，实现项目共享与异地管理，有利于化橘红指纹图谱数据的积累、药材的质量控制和跟踪。

1 系统的设计思想与架构

1.1设计思想

1.1.1项目合作管理、数据共享 根据化橘红色谱指纹图谱的数据特点与药学研究者的需求分析，本系统以项目为基本管理单位，实现合作管理，数据共享。单机版的系统只能允许用户们使用属于自己的数据资料，若与他人进行信息共享，只能使用另外的传输工具或通讯软件实现。网络化的管理系统很好地发挥图谱网盘的功能，允许用户在任何地方以个人账户密码登陆系统，获取项目中指纹图谱的相关信息。还可以将个人的数据信息与项目成员进行共享，方便药学研究人员合作研究，真正实现“一次录入，多次使用；一方录入，多方使用”。项目合作管理，使系统实现网络化、开放化的同时又具备安全性。

1.1.2操作简便、数据有效管理 现有的指纹图谱数据库和管理系统虽然能够存储和记录数据，可是信息分散，操作颇为繁琐，界面设计及用户体验有待提高。本系统注重研究药学研究人员的功能需求与操作习惯，重视系统的界面与操作流程等细节处理，实现系统操作流程与实际操作习惯一致。这一设计思想突出体现在“批次信息”、“实验条件”、“标准指纹图谱库”、“药材图库”模块中。

首先，批次信息和实验条件在实验过程中重用率较高，在系统中反复录入不仅加重药学研究者的工作量，还造成数据的冗余。因此，本系统统一管理批次和实验条件，减轻用户的工作负担，实现更有效的数据管理。其次，苏薇薇等[8]提到构建中药指纹图谱要尽可能设立对照，将标准药材作为对照品，构建该品种的“标准指纹图谱”。本系统以标准指纹图谱为索引，设置“标准指纹图谱库”，目的在于方便用户统一管理、积累不同药材品种的标准图谱。同时，为反映不同批次药材之间的差异，药学研究者在进行图谱样本采集的时候，往往会对该批次样本的产地、果树、果实的照片同时进行采集。“药材图库”板块可以方便查看与管理不同批次的药材图片。

1.2系统架构

本系统采用MVC(Model-View-Controller，模型层-视图层-控制层)模式，这是一种把数据处理、程序输入输出控制以及数据表示分离开来的设计模式，它描述了不同部分的对象之间的通信方式，使不同的数据模型和方法分离，各部分分工明确，程序结构变得清晰而灵活，易于开发、维护和升级[9]。MVC模式包括3个部分：Model(模型)、View(视图)和Controller(控制器)，分别对应于内部数据、数据表示和输入输出控制部分，如图1所示。

本系统采用较为典型的MVC模式实现形式，即JSP(JavaServerPages)+servlet+JavaBeans的实现形式。JavaBeans构成了模型层，实现内部数据的具体应用逻辑和功能。servlet处于控制层位置，负责控制逻辑功能，包括对输入数据的检查和转换，通过JavaBeans访问数据库。JSP作为视图层，主要负责信息的收集与显示。吴晨清等[10]提到，这种MVC模式与只使用JSP和JavaBeans的模式相比，更彻底地分离了应用处理与页面生成的工作，让servlet完成处理流程的控制，让JSP负责网页生成。本系统后台数据交互复杂，使用该模式更具优势。

图1 JSP(Java Server Pages)+servlet+JavaBeans体系结构

2 系统功能模块

系统的使用者主要分为两种角色：普通用户及管理员。普通用户可以登录系统进行相关信息添加、图谱文件上传等操作。管理员负责维护系统数据与资源，保证系统正常运行。根据两者使用情况的不同，系统功能的模块亦有所区别。

2.1普通用户

普通用户所登录的系统功能模块主要分为项目管理模块、标准图谱库模块和药材图库模块，如图2所示。

图2 化橘红色谱指纹图谱网络数据管理系统功能模块

2.1.1项目管理模块 项目分为“我的项目”和“与我共享的项目”两类。前者是用户自己创建的项目，后者是用户参与由其他用户创建的项目。项目包含五大基本模块，分别是“项目基本信息”、“项目成员”、“中药信息”、“实验信息”和“图谱数据”。用户可以在“项目成员”中添加其他注册用户为自己的项目成员，与其共享自己的所有项目信息。“项目基本信息”、“中药信息”、“实验信息”3个模块可以管理项目、中药、实验的基本信息，包括添加、查询、修改、删除4个功能。在“中药信息”模块拟根据“中药资源分类与代码”国家标准，建立数据字典，方便药材信息录入与查询。

图谱数据是系统最核心的管理对象。上传图谱文件的时候需要选择实验信息和中药信息，还需要判断其是否为标准图谱。本系统允许用户上传的图谱文件类型为AIA。AIA文件为标准数据输入输出格式(*.cdf)，可以存储大规模甚至不同数据类型的数据，该数据文件格式符合美国分析仪器学会标准，且从不同仪器厂商数据工作站生成的AIA文件数据格式基本相同，具有通用性。一个中药指纹图谱的AIA文件中包含了指纹图谱的全谱数据和峰组数据等大量信息，有利于对图谱数据作进一步分析。每个图谱拥有一个信息报表，可以全面查看关于该图谱的中药、实验信息和图谱图像。“图谱数据”模块还支持图谱数据进行格式转换并导出，可导出的文件类型包括图谱数据Excel文件和全谱图像jpg文件。

2.1.2药材图库模块 本系统在“批次信息”模块，允许用户上传该批次样本的产地、果树、果实照片。“药材图库”是批次图片的拓展模块，在此模块中，用户可以通过选择属于自己的或是其他用户共享的药材批次，查看对应的中药图片。“药材图库”模块的设置有利于药材溯源，实现质量跟踪、控制。

2.1.3标准图谱库模块 在对图谱数据进行分析研究之前，数据管理系统允许用户在上传图谱数据的时候，确定“标准指纹图谱”。以此为索引，系统设置的“标准指纹图谱库”模块可以查询所有属于该用户，或者与该用户共享的标准图谱；也可以选择特定中药，特定类型的标准图谱。“标准图谱库”为图谱分析、质量鉴别提供了标准参照。

2.2管理者

管理者的系统板块包括“用户管理”和“文件管理”。“用户管理”是对所有系统用户的账号进行管理，包括启用账号、停用账号和删除账号。“文件管理”所管理的系统文件包括图谱数据CDF文件、图谱数据Excel文件、图谱图像jpg文件、一些临时文件、压缩文件等。

3 系统设计与实现

3.1视图层的设计与实现

客户端采用浏览器，以网页形式访问系统，不需要对系统进行其他专业配置，操作十分简单。本系统设计风格朴素，以贴近自然的绿色与黄色为主，更突显中药特色。从界面来看，各个板块的设计清晰，功能明确；风格统一，便于药学研究人员熟悉流程。系统页面设计图见图3。

图3 系统页面设计图

页面设计主要采用HTML(HypertextMarkupLanguage，超文本链接标示语言)、CSS(CascadingStyleSheet，级联样式表)、JS(JavaScript，客户端脚本语言)等前端开发语言来编写JSP页面，使得前台代码简洁，易于修改。进一步采用jQuery(一个兼容多浏览器的javascript框架)和AJAX(AsynchronousJavaScriptandXML，异步JavaScript和XML)技术，使得页面元素呈现更为丰富，功能更多样化，响应更及时。

3.2控制层的设计与实现

控制层的逻辑流程功能主要通过servlet来实现。本系统编写的servlet从作用来分，主要包括数据管理、文件操作和过滤器3类。涉及数据管理的servlet能将底层数据交互与高层逻辑分开，更加专注于数据访问代码。如专门负责项目数据处理的servlet——ProjectServlet.java。当用户在前台点击“确定”(新增项目)按钮之后，后台通过调用ProjectServlet.java里面的addProject( )方法，就可以进行从前台页面到后台数据库间的交互，实现新项目记录的添加。文件操作类的servlet则主要涉及文件的数据获取、类型转换及上传下载功能，包括了Download.java和Upload.java等。过滤器是一类特殊的servlet，主要实现对用户提交到系统的数据过滤，如字符类型、编码的过滤。不难看出，运用了servlet之后的代码逻辑更分明，效率也会相对地提升。

3.3模型层的设计与实现

模型层是数据应用逻辑及功能的实现。我们将数据库的数据和对其的相关操作，利用JavaBeans转换为代码能够识别的对象，再协同DAO(DataAccessObjects数据访问对象)实现底层的数据访问逻辑。无论是视图层还是控制层，都需要用到JavaBeans进行数据间的交互操作。如Project.java这个JavaBeans，它设置了关于项目的成员变量，并编写了对变量进行操作的方法。这使系统获取数据方式更为简洁和方便。

4 系统的应用

本系统由广州中医药大学化橘红研究团队研发，自2011年开始在化橘红色谱指纹图谱实验室成员中展开了应用测试。将来自化州市绿色生命有限公司GAP种植基地、广州中医药大学以及药房采购的28个批次，包括大茶岭、凤尾、陆福等8个种类的化橘红，共85个图谱数据cdf文件导入系统，进行统一管理。

项目负责人创建项目，将项目成员加入其中。只要在有网络的情况下，各位成员可以在不同的地方登录系统查看该项目的中药、图谱等信息，十分方便。通过系统转换得到对应图谱的数据Excel文件和全谱图像jpg文件，让用户从不同的途径查看图谱。

5 结论

化橘红色谱指纹图谱网络数据管理系统以项目管理为设计理念，操作简单，大大提高指纹图谱数据管理的有效性。标准图谱库、中药图库等特色功能模块进一步满足用户的功能需求；网络化数据管理实现图谱网盘功能，不同指纹图谱文件类型转换的展示、输出等优化设计更符合现代药学实验的实际情况。本文通过对化橘红指纹图谱数据的规范化、网络化管理，为化橘红的品种鉴别、质量控制和栽培等的发展奠定基础，同时为中药指纹图谱的数据管理提供一种新的设计思路。

[1] 国家药典委员会.中国药典[S].一部.北京：中国医药科技出版社，2010：69-70.

[2] 张秀明，陈志霞，林励.毛橘红与光橘红的化痰及抗炎作用比较研究[J].中药材，2004，27(2)：122-123.

[3] 石志红，何建涛，常文保.中药指纹图谱技术[J].大学化学，2004，19(1)：33-39.

[4] 陈志霞，林励，孙冬梅.化橘红黄酮类成分的HPLC指纹图谱研究[J].中草药，2003，34(7)：657-661.

[5] 邹纯才，鄢海燕，方洪壮.决明子指纹图谱数据库的实现与应用[J].计算机与应用化学，2008，25(4)：494-498.

[6] 于晓辉，张卓勇，张孝芳，等.大黄高效液相色谱-指纹图谱数据管理软件的开发[J].计算机与应用化学，2006，23(8)：765-767.

[7] 王作君，董鸿晔，孙国祥.基于.NET的B/S结构的中药指纹图谱数据库管理系统[J].中国中医药信息杂志，2010，17(1)：92-94.

[8] 苏薇薇，吴忠，全健.中药指纹图谱的构建及计算机解析[J].中药材，2001，24(4)：295-298.

[9] 任中方，张华，闫明松，等.MVC模式研究的综述[J].计算机应用研究，2004，21(10)：1-4.

[10] 吴晨清，荣震华.用JSP/Servlet技术构建Web应用[J].计算机工程，2001，(1)：170-172.

DesignandImplementationofNetworkDataManagementSystemforCitriGrandisExocarpiumFingerprints

XU Yangyang1，LIN Li2，WEI Hang1，3*，DENG Shaodong2，CHEN Qinqun1

(1.School of Medical Information Engineering，Guangzhou 510006，China；2.School of Chinese Materia Medica，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510006，China3.School of Computer Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China)

Objective：The paper established a network data management system for chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium，providing scientific digital management，project sharing and remote operation.Methods：The chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium and related management system of fingerprints were studied in this work，and a network data management system for chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium was built based on the design concept of project management.This paper described the design concept，function modules，implementation and application examples of the system in detail.Results：With simple operation and good user experience，the system effectively solves problems about storage，query and resource sharing of numerous chromatographic fingerprint data of Citri Grandis Exocarpium.Conclusion：The design concept of the system can be applied in data management for other fingerprints of Traditional Chinese Medicine.

Citri Grandis Exocarpium；Chromatographic fingerprints；B/S network applications；Data management system

“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAI01B02)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201310572018)；广东省自然基金项目(S2012010008123)

*

魏航，女，讲师，研究方向：数理统计与计算机应用；E-mail：crwei@gzucm.edu.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2014.10.007

2014-03-06)