臍帶血庫(kù)信息聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

汪德海 高建恩 李天君 于 磊 馬 旭

國(guó)家衛(wèi)生健康委科學(xué)技術(shù)研究所，國(guó)家人類(lèi)遺傳資源中心(北京，100081)

目前，我國(guó)衛(wèi)生行政部門(mén)批準(zhǔn)設(shè)立在北京、上海、天津、山東省、廣東省、四川省、浙江省共有7家臍帶血庫(kù)。公開(kāi)的信息數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)公共臍帶血存儲(chǔ)已超過(guò)10萬(wàn)份，數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在上述7家臍帶血庫(kù)中。醫(yī)療用血機(jī)構(gòu)需要分別給7家臍帶血庫(kù)提交配型查詢(xún)申請(qǐng)，配型查詢(xún)流程繁瑣，反饋周期長(zhǎng)、效率較低。利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立集中的臍帶血庫(kù)信息聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)平臺(tái)(簡(jiǎn)稱(chēng)臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng))，對(duì)提高查詢(xún)效率及資料的完整性和準(zhǔn)確性、統(tǒng)籌管理我國(guó)臍帶血資源均具有非常重要的意義[1]。

1 臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究

1.1 研究?jī)?nèi)容

針對(duì)全國(guó)的臍帶血公共庫(kù)信息資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)作的需求，主要包括以下研究?jī)?nèi)容：①系統(tǒng)的技術(shù)框架；②業(yè)務(wù)流程與數(shù)據(jù)庫(kù)；③信息交換與共享；④數(shù)據(jù)安全防護(hù)；⑤子系統(tǒng)功能；⑥數(shù)據(jù)管理與分析。

1.2 研究方法

臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研制和開(kāi)發(fā)的技術(shù)路線，首先確定信息系統(tǒng)需求分析，包括平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)需求、不同用戶(hù)的需求以及系統(tǒng)的功能需求；其次開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，主要包括系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)的功能模塊劃分以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)；最后制定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方案進(jìn)行應(yīng)用評(píng)估。

需求分析主要通過(guò)調(diào)研的方式進(jìn)行，包括：①查閱文件資料，包括項(xiàng)目手冊(cè)、實(shí)施方案、工作流程、技術(shù)規(guī)范、管理職責(zé)、上報(bào)報(bào)表等。②訪談，編制需求調(diào)研表和訪談提綱，采取小組座談，頭腦風(fēng)暴、個(gè)案訪談等了解系統(tǒng)的用戶(hù)群體，獲取每類(lèi)用戶(hù)的功能需求。③現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，查看業(yè)務(wù)流程，了解采集和資料收集的流程與方式。

2 臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)架構(gòu)

將軟件系統(tǒng)看成是一個(gè)生態(tài)，把軟件系統(tǒng)的發(fā)展看成是生態(tài)的進(jìn)化，不斷適應(yīng)新的需求變化。這樣就需要一個(gè)不同于傳統(tǒng)軟件的分層架構(gòu)，在開(kāi)發(fā)臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中選擇了多邊形軟件架構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 臍帶血庫(kù)信息聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)平臺(tái)系統(tǒng)軟件構(gòu)架圖

采用多邊形架構(gòu)是要使系統(tǒng)能夠以對(duì)人、程序、自動(dòng)化測(cè)試用例等一致的方式運(yùn)行，一個(gè)松耦合結(jié)構(gòu)。事件從限界上下文外的一點(diǎn)傳入，經(jīng)過(guò)相應(yīng)適配器的轉(zhuǎn)化，然后再轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用程序，最后到達(dá)領(lǐng)域模型。領(lǐng)域模型處理完事件后，將結(jié)果發(fā)送到指定的適配器，經(jīng)適配器轉(zhuǎn)化后，發(fā)送結(jié)果給事件的發(fā)起方。通過(guò)多邊形架構(gòu)很好的解決了各個(gè)臍帶血庫(kù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致的問(wèn)題，同時(shí)為以后新的數(shù)據(jù)形式加入預(yù)留了空間，同時(shí)也為開(kāi)發(fā)接口提供了便利。聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件層次關(guān)系見(jiàn)圖2。

2.2 業(yè)務(wù)流程與數(shù)據(jù)庫(kù)

臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)采集服務(wù)、配型查詢(xún)服務(wù)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)管理、醫(yī)療機(jī)構(gòu)用血管理和臍帶血庫(kù)發(fā)血管理等。見(jiàn)圖3。臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)依據(jù)數(shù)據(jù)建模理論對(duì)系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，梳理了各類(lèi)數(shù)據(jù)的組織方式，確定了數(shù)據(jù)庫(kù)的管轄范圍，最后確定了使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表的結(jié)構(gòu)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)被組織成具有某種元數(shù)據(jù)的表格，表格數(shù)據(jù)以不同方式存取。臍帶血庫(kù)信息聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含了100多個(gè)元數(shù)據(jù)庫(kù)表格。

圖2 臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件業(yè)務(wù)層次關(guān)系圖

圖3 臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能流程圖

2.3 信息交換和共享

采用RESTful的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換接口，非常的輕量、跨平臺(tái)、跨語(yǔ)言，比傳統(tǒng)的web服務(wù)具有較高性能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化接口：①用戶(hù)認(rèn)證接口；②數(shù)據(jù)上傳接口；③數(shù)據(jù)刪除接口；④數(shù)據(jù)狀態(tài)變更接口；⑤臍帶血數(shù)據(jù)變更接口；⑥HLA數(shù)據(jù)變更接口。

2.4 數(shù)據(jù)安全防護(hù)

臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用HTTPS方案進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴TTPS是在HTTP的基礎(chǔ)上添加了SSL安全協(xié)議，自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮加密，有效防止監(jiān)聽(tīng)、劫持、重發(fā)。臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)第一級(jí)安全措施采用自行研制的認(rèn)證授權(quán)機(jī)制，確保接口調(diào)用的安全性[2]。系統(tǒng)為每個(gè)接口都添加了簽名，同時(shí)也給每一個(gè)客戶(hù)端都分配一個(gè)令牌，客戶(hù)端的每次請(qǐng)求都將令牌和參數(shù)發(fā)送給服務(wù)器驗(yàn)證，如果驗(yàn)證成功服務(wù)器會(huì)返回正確的結(jié)果數(shù)據(jù)。如果驗(yàn)證失敗，服務(wù)器會(huì)拒絕服務(wù)，同時(shí)記錄下完整的上下文信息，以備審計(jì)時(shí)使用。第二級(jí)安全措施進(jìn)行安全三等級(jí)保護(hù)認(rèn)證。參照《信息安全等級(jí)保護(hù)管理辦法》(公通字[2007]43號(hào))要求，建立了信息安全管理領(lǐng)導(dǎo)小組，配置三等級(jí)保硬件設(shè)備設(shè)施，建立了信息安全管理體系文件和評(píng)價(jià)改進(jìn)機(jī)制，與軟件合作商簽訂了保密協(xié)議。從管理方面有效保護(hù)臍帶血供者和臨床患者信息安全，也保障了臍帶血平臺(tái)數(shù)據(jù)信息的安全。

2.5 子系統(tǒng)功能

臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要功能是收集各個(gè)臍帶血庫(kù)中的公共臍帶血資源數(shù)據(jù)，存放和管理，對(duì)具有資質(zhì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)提夠HLA配型查詢(xún)服務(wù)。系統(tǒng)主要功能：①數(shù)據(jù)采集服務(wù)，主要采集臍帶血的條碼號(hào)、采集時(shí)間、入庫(kù)時(shí)間、嬰兒性別、民族、凍前有核細(xì)胞數(shù)、凍存體積、ABO、Rh(D)、CD34+細(xì)胞總數(shù)、祖細(xì)胞數(shù)、HLA分型檢測(cè)方法、類(lèi)別、分型數(shù)據(jù)信息、臍帶血庫(kù)所屬信息、臍帶血使用狀態(tài)等信息；②配型查詢(xún)服務(wù)，采用特定的配型算法篩選所有數(shù)據(jù)，匹配過(guò)程忽略所屬庫(kù)屬性，以保證篩選的公平、公正和準(zhǔn)確。算法只考慮位點(diǎn)相合數(shù)，每個(gè)患者的HLA分型信息和庫(kù)中每份臍帶血的分型信息進(jìn)行交集運(yùn)算。所有位點(diǎn)的匹配值加和即為相匹配位點(diǎn)數(shù)，位點(diǎn)匹配時(shí)去掉等位基因相關(guān)信息，匹配位點(diǎn)最多排最前，如果匹配位點(diǎn)數(shù)相等時(shí)則按照分離后細(xì)胞總數(shù)由高到低排列。算法時(shí)間復(fù)雜度由總數(shù)據(jù)量決定，在30萬(wàn)份以?xún)?nèi)的臍帶血分型信息中能夠保證在2秒內(nèi)完成匹配運(yùn)算。③醫(yī)療機(jī)構(gòu)管理，管理醫(yī)療機(jī)構(gòu)信息，信息包括機(jī)構(gòu)編碼、名稱(chēng)、電話、郵編、傳真、郵箱、地址、主要負(fù)責(zé)人、診療科目、床位、注冊(cè)資金等。同時(shí)幫助審核該醫(yī)療機(jī)構(gòu)是否具備造血干細(xì)胞臨床應(yīng)用資質(zhì)，保障患者用血安全。④醫(yī)療機(jī)構(gòu)用血管理，主要包括復(fù)檢申請(qǐng)、復(fù)檢報(bào)告、確認(rèn)申請(qǐng)、臍帶血接收、臨床應(yīng)用、跟蹤回訪、病種模塊，醫(yī)療機(jī)構(gòu)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)管理臍帶血。⑤臍帶血庫(kù)的發(fā)血管理，收到醫(yī)療機(jī)構(gòu)的最終使用確認(rèn)書(shū)后，按照確認(rèn)書(shū)上的條碼準(zhǔn)備臍帶血，并按照輸注日期制定運(yùn)輸方案，制定備用運(yùn)輸方案。

2.6 數(shù)據(jù)管理與分析

臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)涉眾廣泛，既包括各個(gè)臍帶血庫(kù)又涵蓋大量的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。這些涉眾對(duì)數(shù)據(jù)的要求和理解都不相同，對(duì)相同數(shù)據(jù)項(xiàng)中的不同數(shù)值的含義理解也不同。建立一套數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)就是要減少這種差異，讓涉眾對(duì)于數(shù)據(jù)含義的理解趨同，降低差異化水平。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建立是一個(gè)溝通、協(xié)調(diào)的過(guò)程，需要時(shí)間演化。針對(duì)采集數(shù)據(jù)可進(jìn)行新建、修改、刪除、狀態(tài)變更操作，并且對(duì)數(shù)據(jù)操作的歷史記錄進(jìn)行存檔，做到數(shù)據(jù)變更有據(jù)可查。所有的數(shù)據(jù)信息可以生成可視化統(tǒng)計(jì)圖表及報(bào)表，并提供針對(duì)EXCEL的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出功能，滿足臍帶血配型查詢(xún)的全部要求。

3 聯(lián)網(wǎng)結(jié)果和應(yīng)用

至2018年底，臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)臍帶血數(shù)據(jù)85 464例，并在多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行了試用，共查詢(xún)檢索數(shù)據(jù)230例。具體聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

4 討論

臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)遵循敏捷的構(gòu)建方法，以需求變化為出發(fā)點(diǎn)，采用迭代和循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建。在系統(tǒng)構(gòu)建的初期，對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了全面細(xì)致的調(diào)研，形成了總體的業(yè)務(wù)藍(lán)圖，然后將系統(tǒng)分割成多個(gè)能夠獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng)，再對(duì)每一個(gè)子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試。當(dāng)任何一個(gè)子系統(tǒng)完成測(cè)試就集成到系統(tǒng)中來(lái)。采用敏捷的構(gòu)建方法縮減了開(kāi)發(fā)周期，每個(gè)子系統(tǒng)的需求成熟度不同，成熟的子系統(tǒng)先做，不成熟的后做，互不影響。

表1 全國(guó)公共臍帶血庫(kù)信息數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)結(jié)果

注：系統(tǒng)數(shù)據(jù)調(diào)試過(guò)程中

臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用了B/S架構(gòu)，組件式的設(shè)計(jì)思想。在保證系統(tǒng)可靠性和安全性的前提下，著重提高可擴(kuò)展性和可定制化。集中式部署可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器統(tǒng)一管理，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)在復(fù)雜度和故障恢復(fù)能力上有極大的優(yōu)勢(shì)。

使用臍帶血聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為查詢(xún)工具，優(yōu)化了查詢(xún)過(guò)程，簡(jiǎn)化了操作步驟，提高了查詢(xún)效率，提升了查詢(xún)質(zhì)量。該系統(tǒng)工具用于臍帶血庫(kù)的業(yè)務(wù)管理以及數(shù)據(jù)維護(hù)，也用于移植醫(yī)院進(jìn)行臍帶血配型查詢(xún)、臍帶血申請(qǐng)，既用于衛(wèi)生行政管理部門(mén)進(jìn)行臍帶血的各種數(shù)據(jù)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和分析。

目前，該系統(tǒng)已經(jīng)整合了全國(guó)6家臍帶血公共庫(kù)的全部有效數(shù)據(jù)，并制訂了數(shù)據(jù)更新策略。該數(shù)據(jù)庫(kù)是全國(guó)最全面、最完整的臍帶血公共庫(kù)信息，收錄了85 464例臍帶血數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，搭建了臍帶血聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，直接供臨床醫(yī)生使用，該系統(tǒng)可以根據(jù)臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)自定義查詢(xún)策略或者選擇系統(tǒng)推薦策略，根據(jù)患者的配型申請(qǐng)，篩選最適宜的臍帶血供者。整個(gè)查詢(xún)過(guò)程不需要各個(gè)臍帶血庫(kù)進(jìn)行任何操作，查詢(xún)過(guò)程可在30秒內(nèi)完成。臨床醫(yī)生選擇了合適的臍帶血后可以直接生成申請(qǐng)單，臍帶血庫(kù)工作人員第一時(shí)間收到確認(rèn)單后，按制訂的流程進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢完成后可以手動(dòng)或自動(dòng)將復(fù)檢結(jié)果上傳至該系統(tǒng)。臨床醫(yī)生接到復(fù)檢結(jié)果后確定該移植方案，并約定運(yùn)輸時(shí)間和地點(diǎn)。臍帶血庫(kù)在按照系統(tǒng)約定的運(yùn)送時(shí)間，派人將臍帶血送達(dá)臨床醫(yī)院，完成整個(gè)的臍帶血配型和申請(qǐng)流程。

隨著臍帶血應(yīng)用技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，跨領(lǐng)域技術(shù)融合的需求越來(lái)越迫切，即要保證供者、患者、醫(yī)院以及臍血庫(kù)的信息安全，又要發(fā)揮大數(shù)據(jù)時(shí)代科技創(chuàng)新的成果，必須要建立統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)，逐步完善國(guó)家臍帶血庫(kù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能，為我國(guó)的臍帶血臨床應(yīng)用提供有效的支撐工具[3-4]。