TCP/IP模式下检验仪器通信软件的设计与实现

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摘  要： 随着现在医院检验科仪器不断增多，为了实现仪器的自动化管理，LIS系统必须重新开发通信软件来连接新仪器，非常不方便。对此，提出在TCP/IP通信模式下通过修改参数實现不同仪器的通信软件设计。因此，分别从数据交互、字段分析、结果处理三个方面分析通信数据处理过程。利用软件读取配置参数来截取数据，从而实现TCP/IP通信模式下不同仪器通信接口问题。最终减少重新开发软件的工作量，简化通信接口程序，增加通信接口的灵活程度，方便软件的实施。

关键词： TCP/IP通信;数据交互;结构分析;通信接口

中图分类号： TP311    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.09.002

本文著录格式：屈华炎，戴金华. TCP/IP模式下检验仪器通信软件的设计与实现[J]. 软件，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

随着现在医院建设向大型化、综合化方向不断发展，医院检验标本量较之以前有着明显的提升，使得一些具有高度自动化和集成化的检验仪器不断的投入使用^[1]。现阶段越来越多的检验仪器使用TCP/IP的数据通信模式。针对这种通信模式对比传统的串口通信模式具有传输速率高，操作简单，使用方便等优势。近年来越来越多的中外厂商注重对网络接口检验仪器的生产开发。

因此要把仪器加入到整个LIS系统中，必须根据TCP/IP模式下通信交互原理以及计算机软硬件知识，对数据交互与数据结构进行分析，编写通信接口，通过接口进行数据交互，分析提取化验结果并传送到LIS系统^[2]。整个过程无需人工干预，利用接口实现仪器的高度自动化和集成化，避免手工模式下的数据差错，有利于检验工作效率的提高^[3]。

但是每增加一台仪器就必须开发新的接口，为了实现仪器的自动化管理，LIS系统必须重新开发

通信接口来连接新仪器，非常不方便。同时，软件开发周期长、通信接口灵活程度不高等问题困扰着软件实施。因此，以迈瑞公司所生产的BC5500血液细胞分析仪为例，分别从数据交互、字段分析、结果处理三个方面分析通信数据处理过程。利用软件读取配置参数来截取数据，实现TCP/IP通信模式下不同仪器通信接口问题，从而设计通用的通信接口，通过修改参数来达到不同仪器使用的目的。

1  仪器与接口的通信交互过程

LIS系统标本检验流程如图1所示，主要包括化验数据交互、结构分析、数据处理三个过程。从标本接收开始到最终结果保存都是全自动化进行，通过编写好的接口进行数据通信和分析^[4]。标本在处理过程中不需要人员的干预和设置，这样检验人员可以投入更多的精力在质量控制以及标本管理等方面。根据化验标本处理流程，可以清楚的了解整个数据的通信过程，数据通信过程中主要是仪器、通信接口、LIS数据库、HIS数据库三者之间的数据交互^[5]。其中仪器与通信接口的数据交互最为关键，也是数据处理的重点和难点。

由于要针对仪器接口进行数据交互，就必须根据不同的交互模式进行软件架构。由于每个仪器公司对自家仪器通信的交互定义各不相同，因此接口在设计的时候必须具有可扩展性。例如BC5500血液细胞分析仪的化验数据是通过TCP/IP进行传输的，TCP/IP协议在通信前需要进行连接，数据通过通用的网络接口传送给外部计算机^[6]。

BC5500血液细胞分析仪是通过5500端口进行数据传送的，在和软件进行通信过程前，需要完成软硬件的配置。由于检验仪器电脑一方面需要和LIS服务器进行数据交互，另一方面要和化验仪器进行数据通信，因此，在计算机上要配有2块网卡，一塊连接LIS服务器，与LIS系统进行数据通信，另一块连接化验仪器，和仪器进行数据通信^[7]。用网线连接化验仪器时，具体接线方式要参考仪器通信手册，严格按照通信手册连接网线，化验仪器在数据传输时有一定的规则，否则数据传输会报错或者乱码。然后根据仪器通信技术说明，在仪器和软件上设置相应参数，包括对应的端口号、IP地址，开启端口，检验方式，响应方式等等，使得仪器和软件建立起通信接连^[8]。

化验仪器收到网络连接之后，表明已经和LIS通信接口建立通信，创建专用数据传输线程进行数据通信，在此过程中要进行数据交互，如果缺少必要的应答信号，数据通信建立会断开，导致通信失败。仪器给通信接口发送信号，接口软件根据收到的信息发送应答。仪器接收标本后，首先向接口软件发送一个请求，具体该标本需要做哪些项目。接口软件去数据库中查询该标本的检验医嘱信息，根据医嘱发送给仪器该条码包含的项目信息，包括项目命令头、患者信息、项目通道、应答信息等等，这样仪器就知道该标本具体做哪些项目。仪器等检验完成后进行数据传输，通信接口接收数据后针对数据再做进一步的结构分析和处理，并把结果保存到数据库中^[9]。最后数据传输结束，通信接口等待下一个标本的数据。

首先，结合TCP/IP通信的原理以及传输流程分析数据交互过程。其次通过仪器数据交互情况来分析仪器的数据格式，了解仪器申请、应答数据的各部分含义，最后编写数据交互程序。因此，在编程时要结合TCP/IP的数据传输编写接收代码，经过代码调试和软件测试，形成最终的交互程序。等仪器化验完成后，仪器将化验结果信息发送给接口软件，最后在分析数据^[10]。

2  通信数据分析

通信接口接收到标本数据之后，对数据进行格式分析，根据仪器通信说明书进行软件架构，对于检验项目根据通道号进行数据提取，最后解析仪器传输来的数据，再把数据保存到LIS中，得出该病人的化验结果。图2是分析软件设计过程。

2.1  数据包结构分析

接收的数据中以协议数据包的格式存放。协议数据包是单个协议传输的最小单元，每次传输无论数据量的多少，都要满足完整协议数据包的格式要求^[11]。完整的一个数据包有三个层次的数据信息组成如图3所示。

Message消息段，包括MS起始字段、MD描述字段、ME结束字段。MD描述字段中包括若干个Segment数据段，一个完整的Segment数据段包括SD描述字段、SE结束字段。其中SD描述字段包括若干个Field属性段，一个Field属性段包括FD描述字段、V值域、FE结束字段。除显示传输的二进制数据以及协议描述字段中的MS、ME、SE、FE以外，数据传送通过ASCII文本编码方式传送。其中MD、SD、FD部分传送的是直接描述其含义的字符串，表1是对应的字段名含义。

2.2  化验标本数据分析

完整的一个标本数据是以ENQ起始，NL结束。具体有三部分组成，包括基础信息、化验项目数据信息、图像信息。

基础信息包括仪器参数信息、病人信息等。仪器参数主要是仪器的基本信息，包括仪器型号、公司名称、生产日期、软件版本等信息。病人信息包括病人基本信息、样本检测模式、传递参数等。详细基础信息含义如表2所示。

化验项目数据信息包括具体的化验项目名称、项目结果、范围、单位、高低标志。详细项目数据段字段含义如表3所示，其中数据段对应LIS系统中的项目通道号。当数据交互时，仪器从数据库获取该条码的检验医嘱，从而通过医嘱获取具体检验项目的通道号，具体过程全部由软件完成，完全实现自动化。

图像信息包含相关的图形数据，具体包括BASO 散点图、DIFF 散点图、RBC 直方图和 PLT直方图。图形信息的目的是针对重要数据进行散点图、直方图展示，以便医生了解详细数据分布情况。医生通过对散点图、直方图和正常图形比较，结合细胞参数、报警提示进行综合分析。

3  数据处理及软件接口设计

3.1  数据处理

仪器检验完成后，把标本的结果传送给通信接口，去除交互过程后最终获取到基础信息如图4所示，化验项目数据信息如图5所示。根据BC5500的数据字段格式，利用编写的解析软件对获取到的化验数据进行解析。对化验结果进行分析后，把最终的结果保存到数据库中，以便病人、医生查询。

最后，针对数据编写接口程序，根据数据结构完成代码设计与数据处理^[12]。表4是通信接口程序的主要功能函数，利用功能函数调用通信接口配置信息来实现各部分数据的采集和归类。

因此，整个流程是根据对应的仪器数据格式查看数据说明文档，编写相应的分析程序对数据进行分析。同时，通过不断的调试和测试形成最终通信接口，利用接口进行数据通信交互、数据结构分析、数据处理，最后保存到LIS数据库中。LIS系统获取项目信息后再传送给HIS系统，使得两者信息共享、数据互通。其目的是方便医生、病人等在网上实时查看检验结果，缩短了数据传递的效率以及简化整个标本处理流程。图6是经过通信接口解析之后的化验结果。

3.2  软件接口设计

根据BC5500仪器的数据交互与结构分析以及其他TCP/IP通信模式仪器数据结构的对比，设计针对TCP/IP通信模式的通信接口，构建接口配置文件^[13]。对于此类仪器，只需要修改参数配置就可以建立起通信并进行数据交互处理。具体参数中需要配置的主要信息如表5所示，包括仪器信息配置、基本信息配置、化验结果信息配置。

一方面，对于通信接口和仪器的连接，只需要根据仪器通信参数，配置相关的IP地址和对应的端口号，就可以使两者建立连接^[14]。对于需要实时双向通信的仪器，每当仪器发出请求信号，配置文件中可以设置特定的应答信号给予回应，并保持通信连接。另一方面，对于检验结果分析可以根据不同仪器设置不同的分析类型，自由调整分隔符标志和分隔位置。同时，可以调整信息数据段截取方式和方法，设置数据间隔、数据段的判断标志等等。这样的设计可以增加通信接口的灵活程度，针对不同的仪器只需要修改相应的参数，免去再次开发通信接口的烦恼。这种模式的构建既可以节省时间，避免针对不同仪器进行通信接口的开发，又可以简化通信接口，增加接口的灵活程度，方便軟件的实施。图7是最终所设计的通信接口软件界面。

通过对通信接口软件的设计，针对不同仪器修改参数配置来实现数据通信和数据处理，利用通信接口分析TCP/IP模式下仪器的检验数据，简化开发流程。最终针对通信接口修改参数配置后，已经在BC5200、BC5300、BC5380、BC5500、BC5800、BC6800、BS400、XS1000I、XS800I、XT1800I、UF500I等TCP/IP传输模式下的检验仪器上使用，运行效果良好。

4  结束语

本文通过对化验仪器TCP/IP通信软件的设计与实现解决数据交互、结构分析、数据处理等一系列问题，来实现化验信息的自动化管理，减少人为原因的误差，提高工作效率。化验仪器TCP/IP的通信模式其主要是利用网线进行连接，舍去了串口传输效率低下、串口接线方式不同的特点。通过与医院信息化系统对接，实现数据的共享共通，保证了整个医院信息系统的高度集成化。

由于数据传输时要遵循特定的规则，每次传输无论数据量的大小，都要满足交互格式的要求。因此，通过对仪器通信模式下的数据交互与结构分析，了解数据交互的原理，编写交互程序。最后，根据仪器数据格式设计通信接口，通过修改配置参数运

用到不同型号的仪器当中，简化通信软件的开发，增加接口的灵活程度，方便软件的实施。

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