TCP/IP模式下檢驗(yàn)儀器通信軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

屈華炎 戴金華

摘 ?要： 隨著現(xiàn)在醫(yī)院檢驗(yàn)科儀器不斷增多，為了實(shí)現(xiàn)儀器的自動化管理，LIS系統(tǒng)必須重新開發(fā)通信軟件來連接新儀器，非常不方便。對此，提出在TCP/IP通信模式下通過修改參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同儀器的通信軟件設(shè)計(jì)。因此，分別從數(shù)據(jù)交互、字段分析、結(jié)果處理三個(gè)方面分析通信數(shù)據(jù)處理過程。利用軟件讀取配置參數(shù)來截取數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信模式下不同儀器通信接口問題。最終減少重新開發(fā)軟件的工作量，簡化通信接口程序，增加通信接口的靈活程度，方便軟件的實(shí)施。

關(guān)鍵詞：?TCP/IP通信;數(shù)據(jù)交互;結(jié)構(gòu)分析;通信接口

中圖分類號： TP311????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：?A????DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.09.002

本文著錄格式：屈華炎，戴金華. TCP/IP模式下檢驗(yàn)儀器通信軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件，2019，40（9）：08-12

Design and Implementation of Communication Software for Test Instrument Based on TCP/IP Mode

QU Hua-yan¹，?DAI Jin-hua^2*

（1.?School of Intelligent Electronics Zhejiang Business Technology Institute， Ningbo 315012， China;2.?Clinical Laboratory Hwa Mei Hospital University of Chinese Academy of Sciences， Ningbo 315012，?China）

【Abstract】： With the increasing number of instruments in hospital laboratory， in order to realize the automatic management of instruments， LIS system must redevelop communication software to connect new instruments， which is very inconvenient. In view of this， the design of communication software for different instruments is proposed by modifying parameters in TCP/IP communication mode. Therefore， the communication data processing process is analyzed from three aspects： data interaction， field analysis and result processing. Using software to read configuration parameters to intercept data， so as to achieve different instrument communication interface problems under TCP/IP communication mode. Finally， it reduces the workload of redeveloping the software， simplifies the communication interface program， increases the flexibility of the communication interface， and facilitates the implementation of the software.

【Key words】： TCP/IP communication; Data interaction; Structural analysis; Communication interface

0??引言

隨著現(xiàn)在醫(yī)院建設(shè)向大型化、綜合化方向不斷發(fā)展，醫(yī)院檢驗(yàn)標(biāo)本量較之以前有著明顯的提升，使得一些具有高度自動化和集成化的檢驗(yàn)儀器不斷的投入使用^[1]?，F(xiàn)階段越來越多的檢驗(yàn)儀器使用TCP/IP的數(shù)據(jù)通信模式。針對這種通信模式對比傳統(tǒng)的串口通信模式具有傳輸速率高，操作簡單，使用方便等優(yōu)勢。近年來越來越多的中外廠商注重對網(wǎng)絡(luò)接口檢驗(yàn)儀器的生產(chǎn)開發(fā)。

因此要把儀器加入到整個(gè)LIS系統(tǒng)中，必須根據(jù)TCP/IP模式下通信交互原理以及計(jì)算機(jī)軟硬件知識，對數(shù)據(jù)交互與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，編寫通信接口，通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，分析提取化驗(yàn)結(jié)果并傳送到LIS系統(tǒng)^[2]。整個(gè)過程無需人工干預(yù)，利用接口實(shí)現(xiàn)儀器的高度自動化和集成化，避免手工模式下的數(shù)據(jù)差錯(cuò)，有利于檢驗(yàn)工作效率的提高^[3]。

但是每增加一臺儀器就必須開發(fā)新的接口，為了實(shí)現(xiàn)儀器的自動化管理，LIS系統(tǒng)必須重新開發(fā)

通信接口來連接新儀器，非常不方便。同時(shí)，軟件開發(fā)周期長、通信接口靈活程度不高等問題困擾著軟件實(shí)施。因此，以邁瑞公司所生產(chǎn)的BC5500血液細(xì)胞分析儀為例，分別從數(shù)據(jù)交互、字段分析、結(jié)果處理三個(gè)方面分析通信數(shù)據(jù)處理過程。利用軟件讀取配置參數(shù)來截取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信模式下不同儀器通信接口問題，從而設(shè)計(jì)通用的通信接口，通過修改參數(shù)來達(dá)到不同儀器使用的目的。

1??儀器與接口的通信交互過程

LIS系統(tǒng)標(biāo)本檢驗(yàn)流程如圖1所示，主要包括化驗(yàn)數(shù)據(jù)交互、結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)處理三個(gè)過程。從標(biāo)本接收開始到最終結(jié)果保存都是全自動化進(jìn)行，通過編寫好的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和分析^[4]。標(biāo)本在處理過程中不需要人員的干預(yù)和設(shè)置，這樣檢驗(yàn)人員可以投入更多的精力在質(zhì)量控制以及標(biāo)本管理等方面。根據(jù)化驗(yàn)標(biāo)本處理流程，可以清楚的了解整個(gè)數(shù)據(jù)的通信過程，數(shù)據(jù)通信過程中主要是儀器、通信接口、LIS數(shù)據(jù)庫、HIS數(shù)據(jù)庫三者之間的數(shù)據(jù)交互^[5]。其中儀器與通信接口的數(shù)據(jù)交互最為關(guān)鍵，也是數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

由于要針對儀器接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，就必須根據(jù)不同的交互模式進(jìn)行軟件架構(gòu)。由于每個(gè)儀器公司對自家儀器通信的交互定義各不相同，因此接口在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須具有可擴(kuò)展性。例如BC5500血液細(xì)胞分析儀的化驗(yàn)數(shù)據(jù)是通過TCP/IP進(jìn)行傳輸?shù)?，TCP/IP協(xié)議在通信前需要進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)通過通用的網(wǎng)絡(luò)接口傳送給外部計(jì)算機(jī)^[6]。

BC5500血液細(xì)胞分析儀是通過5500端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的，在和軟件進(jìn)行通信過程前，需要完成軟硬件的配置。由于檢驗(yàn)儀器電腦一方面需要和LIS服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，另一方面要和化驗(yàn)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此，在計(jì)算機(jī)上要配有2塊網(wǎng)卡，一塊連接LIS服務(wù)器，與LIS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，另一塊連接化驗(yàn)儀器，和儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信^[7]。用網(wǎng)線連接化驗(yàn)儀器時(shí)，具體接線方式要參考儀器通信手冊，嚴(yán)格按照通信手冊連接網(wǎng)線，化驗(yàn)儀器在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)有一定的規(guī)則，否則數(shù)據(jù)傳輸會報(bào)錯(cuò)或者亂碼。然后根據(jù)儀器通信技術(shù)說明，在儀器和軟件上設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，包括對應(yīng)的端口號、IP地址，開啟端口，檢驗(yàn)方式，響應(yīng)方式等等，使得儀器和軟件建立起通信接連^[8]。

化驗(yàn)儀器收到網(wǎng)絡(luò)連接之后，表明已經(jīng)和LIS通信接口建立通信，創(chuàng)建專用數(shù)據(jù)傳輸線程進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在此過程中要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如果缺少必要的應(yīng)答信號，數(shù)據(jù)通信建立會斷開，導(dǎo)致通信失敗。儀器給通信接口發(fā)送信號，接口軟件根據(jù)收到的信息發(fā)送應(yīng)答。儀器接收標(biāo)本后，首先向接口軟件發(fā)送一個(gè)請求，具體該標(biāo)本需要做哪些項(xiàng)目。接口軟件去數(shù)據(jù)庫中查詢該標(biāo)本的檢驗(yàn)醫(yī)囑信息，根據(jù)醫(yī)囑發(fā)送給儀器該條碼包含的項(xiàng)目信息，包括項(xiàng)目命令頭、患者信息、項(xiàng)目通道、應(yīng)答信息等等，這樣儀器就知道該標(biāo)本具體做哪些項(xiàng)目。儀器等檢驗(yàn)完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信接口接收數(shù)據(jù)后針對數(shù)據(jù)再做進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析和處理，并把結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中^[9]。最后數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，通信接口等待下一個(gè)標(biāo)本的數(shù)據(jù)。

首先，結(jié)合TCP/IP通信的原理以及傳輸流程分析數(shù)據(jù)交互過程。其次通過儀器數(shù)據(jù)交互情況來分析儀器的數(shù)據(jù)格式，了解儀器申請、應(yīng)答數(shù)據(jù)的各部分含義，最后編寫數(shù)據(jù)交互程序。因此，在編程時(shí)要結(jié)合TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸編寫接收代碼，經(jīng)過代碼調(diào)試和軟件測試，形成最終的交互程序。等儀器化驗(yàn)完成后，儀器將化驗(yàn)結(jié)果信息發(fā)送給接口軟件，最后在分析數(shù)據(jù)^[10]。

2??通信數(shù)據(jù)分析

通信接口接收到標(biāo)本數(shù)據(jù)之后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式分析，根據(jù)儀器通信說明書進(jìn)行軟件架構(gòu)，對于檢驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)通道號進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，最后解析儀器傳輸來的數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)保存到LIS中，得出該病人的化驗(yàn)結(jié)果。圖2是分析軟件設(shè)計(jì)過程。

2.1數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)分析

接收的數(shù)據(jù)中以協(xié)議數(shù)據(jù)包的格式存放。協(xié)議數(shù)據(jù)包是單個(gè)協(xié)議傳輸?shù)淖钚卧看蝹鬏敓o論數(shù)據(jù)量的多少，都要滿足完整協(xié)議數(shù)據(jù)包的格式要求^[11]。完整的一個(gè)數(shù)據(jù)包有三個(gè)層次的數(shù)據(jù)信息組成如圖3所示。

Message消息段，包括MS起始字段、MD描述字段、ME結(jié)束字段。MD描述字段中包括若干個(gè)Segment數(shù)據(jù)段，一個(gè)完整的Segment數(shù)據(jù)段包括SD描述字段、SE結(jié)束字段。其中SD描述字段包括若干個(gè)Field屬性段，一個(gè)Field屬性段包括FD描述字段、V值域、FE結(jié)束字段。除顯示傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)以及協(xié)議描述字段中的MS、ME、SE、FE以外，數(shù)據(jù)傳送通過ASCII文本編碼方式傳送。其中MD、SD、FD部分傳送的是直接描述其含義的字符串，表1是對應(yīng)的字段名含義。

2.2化驗(yàn)標(biāo)本數(shù)據(jù)分析

完整的一個(gè)標(biāo)本數(shù)據(jù)是以ENQ起始，NL結(jié)束。具體有三部分組成，包括基礎(chǔ)信息、化驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息、圖像信息。

基礎(chǔ)信息包括儀器參數(shù)信息、病人信息等。儀器參數(shù)主要是儀器的基本信息，包括儀器型號、公司名稱、生產(chǎn)日期、軟件版本等信息。病人信息包括病人基本信息、樣本檢測模式、傳遞參數(shù)等。詳細(xì)基礎(chǔ)信息含義如表2所示。

化驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息包括具體的化驗(yàn)項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目結(jié)果、范圍、單位、高低標(biāo)志。詳細(xì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)段字段含義如表3所示，其中數(shù)據(jù)段對應(yīng)LIS系統(tǒng)中的項(xiàng)目通道號。當(dāng)數(shù)據(jù)交互時(shí)，儀器從數(shù)據(jù)庫獲取該條碼的檢驗(yàn)醫(yī)囑，從而通過醫(yī)囑獲取具體檢驗(yàn)項(xiàng)目的通道號，具體過程全部由軟件完成，完全實(shí)現(xiàn)自動化。

圖像信息包含相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)，具體包括BASO 散點(diǎn)圖、DIFF 散點(diǎn)圖、RBC 直方圖和?PLT直方圖。圖形信息的目的是針對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行散點(diǎn)圖、直方圖展示，以便醫(yī)生了解詳細(xì)數(shù)據(jù)分布情況。醫(yī)生通過對散點(diǎn)圖、直方圖和正常圖形比較，結(jié)合細(xì)胞參數(shù)、報(bào)警提示進(jìn)行綜合分析。

3??數(shù)據(jù)處理及軟件接口設(shè)計(jì)

3.1數(shù)據(jù)處理

儀器檢驗(yàn)完成后，把標(biāo)本的結(jié)果傳送給通信接口，去除交互過程后最終獲取到基礎(chǔ)信息如圖4所示，化驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息如圖5所示。根據(jù)BC5500的數(shù)據(jù)字段格式，利用編寫的解析軟件對獲取到的化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。對化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后，把最終的結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中，以便病人、醫(yī)生查詢。

最后，針對數(shù)據(jù)編寫接口程序，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成代碼設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理^[12]。表4是通信接口程序的主要功能函數(shù)，利用功能函數(shù)調(diào)用通信接口配置信息來實(shí)現(xiàn)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的采集和歸類。

因此，整個(gè)流程是根據(jù)對應(yīng)的儀器數(shù)據(jù)格式查看數(shù)據(jù)說明文檔，編寫相應(yīng)的分析程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時(shí)，通過不斷的調(diào)試和測試形成最終通信接口，利用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信交互、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)處理，最后保存到LIS數(shù)據(jù)庫中。LIS系統(tǒng)獲取項(xiàng)目信息后再傳送給HIS系統(tǒng)，使得兩者信息共享、數(shù)據(jù)互通。其目的是方便醫(yī)生、病人等在網(wǎng)上實(shí)時(shí)查看檢驗(yàn)結(jié)果，縮短了數(shù)據(jù)傳遞的效率以及簡化整個(gè)標(biāo)本處理流程。圖6是經(jīng)過通信接口解析之后的化驗(yàn)結(jié)果。

3.2軟件接口設(shè)計(jì)

根據(jù)BC5500儀器的數(shù)據(jù)交互與結(jié)構(gòu)分析以及其他TCP/IP通信模式儀器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對比，設(shè)計(jì)針對TCP/IP通信模式的通信接口，構(gòu)建接口配置文件^[13]。對于此類儀器，只需要修改參數(shù)配置就可以建立起通信并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互處理。具體參數(shù)中需要配置的主要信息如表5所示，包括儀器信息配置、基本信息配置、化驗(yàn)結(jié)果信息配置。

一方面，對于通信接口和儀器的連接，只需要根據(jù)儀器通信參數(shù)，配置相關(guān)的IP地址和對應(yīng)的端口號，就可以使兩者建立連接^[14]。對于需要實(shí)時(shí)雙向通信的儀器，每當(dāng)儀器發(fā)出請求信號，配置文件中可以設(shè)置特定的應(yīng)答信號給予回應(yīng)，并保持通信連接。另一方面，對于檢驗(yàn)結(jié)果分析可以根據(jù)不同儀器設(shè)置不同的分析類型，自由調(diào)整分隔符標(biāo)志和分隔位置。同時(shí)，可以調(diào)整信息數(shù)據(jù)段截取方式和方法，設(shè)置數(shù)據(jù)間隔、數(shù)據(jù)段的判斷標(biāo)志等等。這樣的設(shè)計(jì)可以增加通信接口的靈活程度，針對不同的儀器只需要修改相應(yīng)的參數(shù)，免去再次開發(fā)通信接口的煩惱。這種模式的構(gòu)建既可以節(jié)省時(shí)間，避免針對不同儀器進(jìn)行通信接口的開發(fā)，又可以簡化通信接口，增加接口的靈活程度，方便軟件的實(shí)施。圖7是最終所設(shè)計(jì)的通信接口軟件界面。

通過對通信接口軟件的設(shè)計(jì)，針對不同儀器修改參數(shù)配置來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理，利用通信接口分析TCP/IP模式下儀器的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，簡化開發(fā)流程。最終針對通信接口修改參數(shù)配置后，已經(jīng)在BC5200、BC5300、BC5380、BC5500、BC5800、BC6800、BS400、XS1000I、XS800I、XT1800I、UF500I等TCP/IP傳輸模式下的檢驗(yàn)儀器上使用，運(yùn)行效果良好。

4??結(jié)束語

本文通過對化驗(yàn)儀器TCP/IP通信軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)解決數(shù)據(jù)交互、結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)處理等一系列問題，來實(shí)現(xiàn)化驗(yàn)信息的自動化管理，減少人為原因的誤差，提高工作效率。化驗(yàn)儀器TCP/IP的通信模式其主要是利用網(wǎng)線進(jìn)行連接，舍去了串口傳輸效率低下、串口接線方式不同的特點(diǎn)。通過與醫(yī)院信息化系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享共通，保證了整個(gè)醫(yī)院信息系統(tǒng)的高度集成化。

由于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)要遵循特定的規(guī)則，每次傳輸無論數(shù)據(jù)量的大小，都要滿足交互格式的要求。因此，通過對儀器通信模式下的數(shù)據(jù)交互與結(jié)構(gòu)分析，了解數(shù)據(jù)交互的原理，編寫交互程序。最后，根據(jù)儀器數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)通信接口，通過修改配置參數(shù)運(yùn)

用到不同型號的儀器當(dāng)中，簡化通信軟件的開發(fā)，增加接口的靈活程度，方便軟件的實(shí)施。

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