基于IHE LCSD和LOINC的微生物菌种库的集成共享研究

颜景浩 孙迎 李丕丁

【摘 要】目的 按照LOINC微生物学命名与编码标准，建立标准统一的菌种术语库，并通过国际化集成方案实现菌种库跨系统共享。方法 参照LOINC标准，建立菌种映射术语库，运用IHE LCSD技术框架设计并实现微生物鉴定分析系统与实验室客户端组成的集成平台，结合Windows Socket消息机制，使菌种映射术语库以HL7消息形式构造成代码集。通过系统间HL7消息进行流转，实现代码集的分发与管理。结果 完成了基于LOINC的菌种库建模，完成了IHE LCSD集成模式中各角色和事务的通讯，以及HL7消息的构造与解析，并对HL7消息进行了验证。结论 通过系统集成使得菌种库映射术语统一化、标准化，更保障了不同系统之间菌种映射话语的同步性。集成化代码集的使用，方便对菌种库的维护和管理，有助于实现微生物实验室实现信息化、区域化集成与共享。

【关键词】LOINC；菌种库；IHE-LCSD；HL7；医疗信息化集成

【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

医疗健康信息集成规范（Integrating the Healthcare Enterprise，IHE）是基于现有的HL7、DICOM[1]等标准，制定的技术框架来对流程标准化的使用进行规范，也为不同子系统之间提供互连的集成方案，促进医疗信息系统之间的互联、互通、互操作[2]。实验室技术框架（Laboratory Technical Framework，LAB TF）是专门为临床实验室开发的集成框架[3]。旨在通过LIS（Laboratory Information System） 和其他信息系统（如HIS）集成与协调工作，实现系统间数据信息的自动化，提高工作效率，减少差错产生。

其中，IHE LAB中的实验室代码集分布管理（Laboratory Code Set Distribution， LCSD）[4]是专门参与实验室的工作流程系统之间通用映射术语命名的集成模式。该集成模式参与建立和维护实验室工作流程系统之间的命名术语管理，共享系统之间的通用命名法，并实现快速发布新版本，使系统之间都保持最新的命名术语。通过该集成模式，可有效控制实验室代码集和相关编码的一致性，确保系统集成间信息的准确和统一。在相对复杂的集成环境中，提供了一个代码集和编码维护的入口，方便代码集和编码的维护和及时更新，也为实验室电子文档共享提供了基础性术语规范的解决方案。

本文提出了按照IHE-LAB中的LCSD技术规范与标准，设计与实现微生物鉴定分析系统与实验室管理系统之间的集成平台。同时结合LOINC微生物学的命名和编码标准，建立标准化菌种库术语库，通过LCSD集成模式实现系统之间的菌种库代码集分发与共享，并有效解决系统之间针对菌种库名称、编码不统一的问题。

2 实验室信息集成模式

在LCSD集成模式中，分别有代码集管理者（Code Set Master）和代码集消费者（Code Set Consumer）[5]两个角色。代码集管理者角色拥有一套实验室使用的代码合集，负责向代码集消费者角色发送代码集，并确保及时更新，每次更新都会覆盖原有的代码集。对应要完成的事务是代码集分发管理（Laboratory Code Set Management）[LAB-51] [5]事务，进而实现代码集的共享。LCSD集成模式框架图如图1所示。

在[LAB-51]事务中，代码集管理者需通过MFN消息，将需要共享的代码集传输至代码集消费者，代码集消费者采用MFK消息进行确认回复，具体消息流程如图2所示。

在[LAB-51]事务中，包含以下四种HL7消息：

①MFN^M08：“管理者”向“消费者”发送一套完整的观察报告代码，应答消息为MFK^M08。②MFN^M09：“管理者”向“消费者”发送一套绝对的无顺序的观察报告代码，应答消息为MFK^M09。③MFN^M10：“管理者”向“消费者”发送一套的储备完整观察报告代码，应答消息为MFK^M10。④MFN^M11：“管理者”向“消费者”发送一套经计算产生结果的观察报告代码，应答消息为MFK^M11。

而本文采用的是MFN^M10和MFK^M10消息模式，其传输的代码集为一套完整的储备完整的菌种映射术语库代码集。

2.1 MFN^M10消息的构成

在MFN^M10消息中，具体包含了MSH（消息头）、MFI（主文件识别）、MFE（主文件条目识别段）、OM1（通用信息段）、OM5（储备信息段）、等消息段[5] 。

本文设计的OML^O33具体消息如下：微生物鉴定分析系统（MicrobiaSystem）向实验室管理系统（LabWorkstation）发送一整套菌种库术语代码集信息。

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………

此消息表示微生物鉴定分析系统（Code Set Master）发往实验室客户端（Code Set Consumer）的菌种数据库的代码集。其中MFI-1表示管理者文件识别，为HL7自定义的CDM；MFI-3为文件等级事件代码，为REP；MFI-4和MFI-5分别是消息发送时间戳和代码集发送时间戳，进一步确认了代码集发送时间及版本；MFI-6为消息回复等级，此处为RE表示回复消息必须但可以为空。MFE-1为记录等级事件代码，为自定义MAD；MFE-4为主键值，设定为1654；MFE-5表示主键值类型为CE。OM1-1为观察主文件序列号，版本1设定为1；OM1-2为生产者观察标识，由于该代码集为菌种鉴定数据库，故此处填写Strain Identification^LOINC，表示菌种鉴定库参照LOINC标准；OM1-4表示标本要求，有要求填写Y，无要求则填写N；OM1-5表示生产者ID为1001；OM1-8表示其他名称，在此处填写版本编码为JB221.1；OM1-18为观察者性质，A为微观察，P为一组观察，F为过程观察，C为计算观察，MFN^M10消息则必须填写A。

OM5段则是菌种库代码集的重点段落，在OM5段中OM5-2则是具体传达。在该消息中，传输的代码集包括两部分：一部分为LOINC标准库中的菌种名称，另一部分则是该菌种在LOINC库中的编码。例如：Escherichia coli表示大肠埃希菌，而43431-6则表示大肠埃希菌在LOINC库中的编码，该编码通过查询LOINC库所得。在OM5-2中可传输整体菌种术语代码集，在消息中就不全部列出了。

2.2 MFK^M10消息的构成

在ORL^O34消息中，主要包含：MSH（消息头）、MSA（消息确认）、ERR（错误段）、回应信息等段落约束，该消息是微生物鉴定分析系统（MicrobiaSystem）向实验室客户端（DoctorWorkstation）反馈的确认消息。

本文设计的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|

此消息表示实验室客户端（Code Set Consumer角色）发往微生物鉴定药敏分析系统（Code Set Master角色）的确认消息段，MSA-1为AA表示代码集已经确认收到。其中，确认代码AA，Application accept表示接受；AE，Application error表示错误；AR，Application reject表示拒绝[5]。

3 集成平台设计与实现

3.1系统架构设计角色与事务分析

本文设计的微生物鉴定分析系统是基于C/S模式、三层架构开发，包括检测、查询、质控、调适等功能。系统采用实时扫描技术，通过检测96孔中每块细菌鉴定板上各孔的亮度、颜色或纹理变化，绘制出的特征-时间曲线，形成数据指纹。由于不同细菌对各孔发生的化学反应不同而造成的亮度、颜色或纹理的差异，再通过统计学原理或模式识别技术即可对细菌进行全自动鉴定。

为了方便系统集成，本文配置了实验室客户端，实验室客户端代表了可以接收代码集的医院其他系统。在医院实际的集成中，实验室客户端可以是LIS，具体要根据医院的实际需求。

本文设计的集成平台架构如图3所示：

其中：

①在集成平台中，实验室客户端实现代码集消费者角色（CSC）；微生物鉴定分析系统实现代码集管理者（CSM）。

②标签传递请求[LAB-51]：微生物鉴定分析系统（CSM）通过MFN^M10将菌种库术语构造成代码集，发送至实验室客户端（CSC），实验室客户端（CSC）以MFN^M10消息的形式做出回应，回应内容包括：接受、错误、拒绝。

3.2 集成功能组件的实现

集成平台的集成功能组件可分解为以下三部分：菌种库术语构造与LCSD角色事务功能模块、HL7通信模块、HL7消息的构造解析模块。

3.2.1 菌种库术语建模与LCSD角色事务功能模块

LOINC 数据库采用的语言为英语，本文设计并实现部分LOINC微生物学菌种库映射术语的命名及编码。具体方法是以当前配置的微生物检测菌种项目字典为基础，参考LOINC 术语的核心字段：成分、时间、属性、标尺、体系、方法[5]，充分搜集、整理LOINC中关于微生物菌种有关术语的对照信息，制成数据库表，然后用Microsoft SQL Server 数据库程序自动添加，并显示。在基于Microsoft Visual Studio编写的辅助对照程序配置界面上，可以添加与LOINC 标准数据库的成分、详情、LOINC编码等映射，并将映射结果进行保存，以便形成全文数据库。其配置界面如图4-5所示。

集成模式中的角色包括代码集管理者（CSM）和代码集消费者（CSC）两个角色，而通讯的事务实验室代码分布管理[LAB-51]中包含MFN^M10和MFK^M10两条HL7消息。代码集管理者通过MFN^M10消息将基于LOINC菌种库术语构造成代码集，传输到代码消集费者，代码集消费者通过MFK^M10进行确认回复。

3.2.2 HL7消息实现

选择使用NHapi开发包，进行HL7消息的构造和解析。以MFN^M10消息构造和解析为例。首先实例化一个MFN^M10对象，然后按照语义要求给所有必需的字段赋值，具体构造和解析代码如下：

构造一个MFN^M10消息的第一步为填充消息头：

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

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

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

然后依次填入消息头必填字段：

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”；

第二步是填写MFI段：

MFI mfi = mfn.MFI；

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

mfi.FileLevelEventCode.Value = “REP”；

mfi.ResponseLevelCode.Value = “RE”；

然后填写MFE段：

MFE mfe = mfn.GetMF_TEST_BATTERIES（）.MFE；

mfe.RecordLevelEventCode.Value = “MAD”；

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

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

然后填写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”；

解析一个OML消息部分代码如下：

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”； //菌种库中由LOINC编码和菌种名组成的代码集

4 测试与讨论

在LCSD集成模式的验证过程中，使用了Gazelle系统[6]工具，网址为：http：//gazelle.ihe.net。Gazelle是由IHE Europe、雷恩大学、法国国家信息与自动化研究所等机构联合开发，并且已在IHE Europe、IHE USA Connectathon中使用，并且由IHE官方认可的测试系统。也是LBL和LCSD等集成模式唯一可以验证的工具。Gazelle还集成了支持工具，验证服务，模拟器。其中，模拟器作为MESA的扩充，可以验证厂商的产品对IHE事务的支持程度；支持工具有：病人数据服务器，产品注册，网关服务，安全证书获取。Gazelle自发布以来得到了全世界范围内的使用和认可，目前仍在不断完善中。

若要在Gazelle系统进行测试，首先，需要注册一个个人或者企业的用户，并且登陆。在接下来的测试过程中，分为两个过程，分别是：配置和查看验证结果。在验证LCSD集成模式过程中，选择网站中的CSC模拟器，同时会显示模拟器的名称、IP地址、端口号、接收设备名称等信息，详见图5所示。

验证过程中由微生物鉴定分析系统（CSM）向CSC模拟器发送MFN^M10消息，CSC模拟器接收完毕后会反馈MFK^M10消息。在配置完毕后，连接模拟器服务器，构造并发送MFK^M10消息。然后进入网站查看HL7交换处，查看验证结果。验证结果如图所示。

如果微生物鉴定分析系统提交的MFN^M10消息格式和内容正确，并且可以收到模拟器反馈的MFK^M10，那么验证通过。系统会在字段Validation status后标记：PASSED。经过多次反复的配置和测试，LCSD集成模式中的[LAB-51]事务通过了验证，符合了IHE的相关标准。具体测试结果如图6所示。

5 结论

本文完成了基于LOINC命名和编码规则的菌种术语库的建立，并通过IHE LCSD技术框架的集成解决方案，完成了由微生物鉴定分析系统与实验室客户端组成的集成平台的设计，以及集成模式中角色的设计和事务的通讯。设计并实现了标准的HL7消息的构造、解析等过程，同时，运用Windows Socket消息机制中的TCP/IP协议，完成HL7消息的流转，使得菌种映射术语库实现跨平台的传输与共享。通过该集成模式，不仅规范了菌种术语的统一性、准确性，方便菌种术语库的维护、管理，更保障了不同系统之间映射术语使用的同步性。

基于IHE LCSD集成模式有关集成案例相对较少，目前还是处于起步阶段。采用IHE 国际标准技术框架的集成平台的设计，使得微生物鉴定分析系统具有一定的开放性和可扩展性。在实现信息化、区域化医疗的过程中，本文可为尚未完成医学实验室标准化集成的应用提供参考。在以后的研究中，会扩展IHE LAB其他集成模式的应用，使国际化标准在微生物实验室得到进一步验证与使用。

参考文献：

[1] 郑建立， 钟国康， 谢秀秀等. IHE互操作性实现机制的研究[J]. 中国医学计算机成像杂志， 2009， 15（2）：189-194.

[2] 杨宏桥，刘希华，卜海兵等。IHE标准下的数字化医院集成及实现机制研究[J].计算机工程与应用，2009（21）：222—225，241.

[3] 黄攀. 基于IHE LAB-TF的系统信息集成应用研究[D]. 北京交通大学， 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] 张林， 徐勇勇， 刘丹红. 血常规检验项目与LOINC术语的映射关系[J]. 中国卫生信息管理杂志， 2010， 7（3）：7-11.

作者简介：

颜景浩（1989～），男，硕士研究生，主要研究方向：医学信息系统集成。