基于数据交互查询方式的中心实验室管理系统的研究
刘成友，秦航，周鑫，吴书铭，蒋红兵
南京医科大学附属南京医院 医疗设备处，江苏 南京 210006
[摘 要]目的研究数据交互、查询方式在信息管理中的应用，设计实用性和可靠性较强的中心实验室管理系统。方法系统采用模型-视图-控制器（Mode-View-Сontroller, MVС）模式，并结合“病毒”预防理论开发。结果调试结果显示，该系统能够完成实验预约功能、实验监控功能、实验仪器（主要指上位机）管理功能、耗材管理功能等。结论该系统既能对局域网内所有用户端在线状态进行监控，又能对单一用户端使用应用程序进行监控，且监控均以图文结合的形式进行，可适用于一般现代医院的中心实验室信息管理，具有一定的研究价值。
[关键词]实验室信息系统；医院信息系统；信息管理；虚拟技术；预约实验
0 引言
20世纪90年代后，随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，特别是Internet被广泛地接受并日益普及，人类已经进入了一个崭新的、以信息技术为核心的科技革命时代，此时，如何在繁杂的信息中准确地获取需要的信息并加以利用，已经成为当今信息技术中最热门的课题之一[1]。
实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System，LIMS）是指高校或科研机构建立的以实验为主、教学为辅的综合性的信息管理平台[2]。它能够将实验操作员、仪器设备、研究方法、数据分析等因素有机地结合起来，LIMS采用虚拟现实技术、计算机网络技术、标准数据库技术等先进的实验室管理思想，借此实现为仪器设备的合理分配、质量体系顺利实施、技术人员的量化考核及连接管理人员和客户信息等功能提供技术性支持[3-4]。不同于传统的实验室信息管理系统，医学院校中心实验室是以诊断、预防和治疗人体疾病为目的，对取自实验生物体或人体的材料进行免疫、血液学、肿瘤学等研究的实验室[5]。长期实践表明，我院实验室管理工作存在诸多亟需解决的问题，其中包括：大型医疗仪器使用率低、故障率高；试验队伍参差不齐，跟不上学科的发展；人工报表工作量大且报表数据不准；实验仪器预约机制灵活性差；实验室建设与设备购置缺乏数据依据等。
本文通过对我院中心实验室现场调研，对有关实验室管理人员进行详细走访，根据相关规定，研究并设计开发出适合我院的中心实验室信息管理系统。该系统在现行管理技术的基础上增加相应功能，旨在依托数据交互查询技术，建立一套信息化、流程化、过程化、规范化的中心实验室信息管理系统。
1 需求性分析
1.1 系统需求性分析
中心实验室信息管理系统的需求分析是系统设计中一个重要环节，它是确定系统设计方向的主要依据。系统设计是否符合用户提出的需要、是否满足用户管理习惯，在一定程度上均取决于需求分析。
本文在系统设计之初，认真而全面地对中心实验室需求进行详细的调研，根据中心实验室管理员的工作情况、管理流程、管理特点等信息，制定相应的系统功能需求。实验室管理员整体工作功能，见图1。
图1 实验室管理员整体工作功能示意图
实验室管理工作主要包括教学实验管理，数据交互管理，仪器、耗材管理，科研管理以及报表数据管理5个大方向，其中教学实验管理和仪器、耗材管理是管理的重点和难点。
1.2 功能需求分析
通过对实验室管理员整体工作功能的分析，可以看出教学实验管理和仪器、耗材管理是实验室管理的重点，同时也是管理的难点。在实验室管理体系中，该部分内容被称为“基础数据中心”，是传统实验室信息管理平台的框架和核心。
基础数据中心主要包括的功能有系统的初始化、规章制度管理、权限管理、实验室基础信息管理、实验仪器管理、实验耗材管理、实验管理、实验监控等。基础数据中心构架，见图2。
图2 基础实验中心构架
系统初始化过程主要完成的是对原始数据存储的过程；实验仪器管理是对实验室账上仪器的使用情况进行管理，包括查询、购置、报废、导入、导出以及使用情况等；耗材管理主要对实验室使用的繁杂的低值耗材进行管理，包括低值耗材的查询、购置、修复、报废等；实验管理主要是对实验内容进行安排、实验日程进行预约、实验权限进行分配等；实验监控主要是实验管理员能够实时地对实验室实验仪器、实验员进行监控管理的工作。
然而，在系统设计中，各部分的功能又不是彼此独立的，如实验监控功能（主要对上位机软件进行管理），既能提供实验室实验仪器、实验耗材的管理，同时在某种意义上也能对实验管理做出一部分支持作用。基于此，本系统以实验监控为框架和核心，通过底层数据传输并结合数据交互查询方式，进而实现实验预约、实验仪器管理、耗材管理等功能。
2 系统设计
2.1 技术架构设计
系统架构采用模型-视图-控制器（Mode-View-Сontroller，MVС）模式，它是一种能够将逻辑、数据和界面显示相分离的方法。MVС模式的结构思想是把一个应用程序的输入部分、输出界面部分和处理部分按照MVС进行严格的分离，在监控系统中，输入部分为强制性输入，用户终端能够实时地将终端数据写入系统，从而实现系统的监控显示功能[6-7]。
三层结构是由Web程序的“客户/服务器（Сlient/Server，С/S）”衍生的模式，本系统使用数据交互查询方式和局域网数据交互技术相结合的技术实现，即服务器端（实验室管理员终端）以VBE、VBScript语言编写相应程序作为主控制器，该控制器既能接受网络请求输入数据，同时也能对局域网数据包进行实时的抓取[8-9]。此外，根据用户请求指令不同，系统调用GET（从服务器上获得数据）、POST（向服务器上传递数据）模式完成用户请求响应。系统使用的表格、工程等均采用双加密的Microsoft Excel2003/2007作为数据库储存器，以此来增加系统的可移植性和扩展性，同时也能满足系统的安全性。系统技术架构设计，见图3。
图3 系统技术架构设计图
2.2 数据库设计
Microsoft Excel2003/2007是微软公司的办公软件Microsoft offce的组件之一，Excel是微软办公套装软件的一个重要的组成部分，它可以进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作，广泛地应用于数据管理、财经统计、金融分析等众多领域。Excel2007能够支持VBA编程，具有1048576×65536（行×列）的数据处理量，完全能够满足大型实验室的实验管理数据需求。
根据上文分析，本系统需要实现的功能包括权限设置、实验员信息管理、实验仪器数据管理、实验耗材数据管理、实验预约管理、实验仪器毁坏（报废）管理等。因此需对上述数据逐一建立其相应的数据库，即实验室权限数据库、实验员信息数据库、实验仪器数据库、耗材数据库等，此外还需建立财务数据库、报表类库、考勤记录库等以满足相应的管理需求。
图4 注册码写入方法
3 系统实现
3.1 网络建设
网络化和信息化是现代实验室管理的必备条件，针对中心实验室的实验内容、实验人员、实验室开放时间、实验过程的不确定性，本文使用实验室原有局域网为基础的内部网络为网络资源，利用VBE、VBScript等相关的程序方法、计算机网络和数据库技术，此外还借助“病毒”方法来实现局域网内部数据不间断传输，从而实现系统的监控功能。
3.2 基于“病毒”方法的数据传输实现
网络病毒在《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》中被明确定义，即指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码[10]。本系统实现局域网数据交换的方法来源于“病毒”思想。
本系统将写好的具有携带数据传输功能的注册表“病毒”程序安装于用户端（图4），开机时“病毒”能够查询用户端注册表是否存在，若用户端开机启动项中不包含启动数据传输程序，则该“病毒”会在开机时自动启动程序，实际上是调用API函数来修改或增加注册表中的值，从而实现用户端数据传输程序的自启动。此外，本系统将程序界面隐藏，且禁止关闭，从而确保了数据传输程序自主、有序地在用户端上运行。
3.3 系统功能调试
本文使用处于同一局域网内的9台电脑作为系统的调试环境，其中1台作为服务器、8台作为用户端，将每台用户端应用程序虚拟化，即将简单通用应用程序“医学化”，并使用不同的图片表示不同的应用程序，系统能实现的功能如下：
（1）系统服务器可以对局域网中所有用户端在线状态进行监控。当用户端在线时，服务器显示相应的图片和文字，当用户端关机时，服务器会删除相应的图片和文字，此外，系统会自动记录用户端的在线时段以及用户端运行诊断。
（2）系统可以对在线用户端运行程序进行实时监测。当点击某用户端（图片或文字）时，系统会显示该用户端运行的应用程序，并以图片文字列表形式呈现在服务器上，此时系统会自主完成特定应用程序的记录，包括登录程序的用户名，使用时间段，上位机使用状态等。
（3）系统能够实现实验预约功能。对于用户端，实验员可以根据自身实验计划向实验室管理员预约相应的实验项目，预约的主要内容包括预约实验时间和预约实验项目，可通过“状态”栏来关注预约实验的成功与否；对于服务器端，实验室管理员可以浏览实验员实验预约情况，当预约没用冲突时，系统会自动处理预约事件，当预约事件冲突时，则会提醒实验室管理员进行调控处理。
4 结束语
通过对我院中心实验室的现场调研，结合实验室管理员在实际工作中的难题，并参考相关的实验室规程，开发了一套依托数据交互查询的中心实验室信息管理系统，该系统能够完成实验预约功能、实验监控功能、实验仪器（主要指上位机）管理功能、耗材管理功能等[11-12]。
实验室管理系统是一种结合数据库技术、网络技术、管理技术等多项技术的十分庞杂的管理系统。由于我院仍未实现网络全覆盖以及开发时间短等问题，仍需在许多方面深入和完善的研究该系统，如实验仪器下位机管理、管理数据统计、报表生成、耗材分类管理、科研管理等。系统功能调试结果显示，该系统能够很好地解决实验管理员在管理过程中所遇难题，大大的节省实验管理员的工作时间，能够在一定程度上提高实验室管理员的工作效率[13]。
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Research of Central Laboratory Management System Based on Data Interaction Query Method
LIU Cheng-you, QIN Hang, ZHOU Xin,WU Shu-ming, JIANG Hong-bing
Department of Medical Equipment, Nanjing Hospital Affiliated to Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210006, Сhina
Abstract：ObjectiveTo study the application of data interaction query method in information management and to design a central laboratory management system with practicality and strong reliability.MethodsThe research adopted Mode-View-Сontroller model combining the theory of "virus" to develop a set of laboratory information management system.ResultsDebugging results indicated that the system could realize functions such as experiment reservation, experiment monitoring, experimental apparatus (host computers mostly) management, and consumables management.ConclusionThe system could not only monitor the online status of all clients within the local area network, but also monitor the usage of application program on single client computer. The monitoring was conducted in the form that combined texts and graphs. The system could be applied to general central laboratory information management in modern hospitals, which was of certain research value.
Key words：laboratory information management system; hospital information system; information management; virtual technology; experiment reservation
[中图分类号]TP311.52
[文献标志码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2016.05.020
[文章编号]1674-1633(2016)05-0076-04
收稿日期：2015-10-15
修回日期：2016-04-07
基金项目：南京医科大学创新项目（NJMU20140035）。
通讯作者：吴书铭，副高级工程师。