化橘紅色譜指紋圖譜網絡數據管理系統設計與實現△

徐洋洋，林勵，魏航，3*，鄧少東，陳沁群

(1.廣州中醫藥大學 醫學信息工程學院，廣東 廣州 510006；2.廣州中醫藥大學 中藥學院，廣東 廣州 510006；3.華南理工大學 計算機科學與工程學院，廣東 廣州 510006)

化橘紅色譜指紋圖譜網絡數據管理系統設計與實現△

徐洋洋1，林勵2，魏航1，3*，鄧少東2，陳沁群1

(1.廣州中醫藥大學 醫學信息工程學院，廣東 廣州 510006；2.廣州中醫藥大學 中藥學院，廣東 廣州 510006；3.華南理工大學 計算機科學與工程學院，廣東 廣州 510006)

目的：建立化橘紅色譜指紋圖譜網絡數據管理系統，對大量化橘紅色譜指紋圖譜數據進行科學數字化管理，實現項目共享與異地管理。方法：對化橘紅色譜指紋圖譜及相關指紋圖譜管理系統進行研究與分析，以項目管理為設計理念，設計符合第三范式的數據庫，采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器)架構，運用MVC(Model-View-Controller，模型層-視圖層-控制層)模式，建立化橘紅色譜指紋圖譜網絡數據管理系統。結果：系統操作簡便清晰、用戶體驗良好，解決大量化橘紅色譜指紋圖譜數據的存儲、查詢和資源共享等問題。結論：本系統的設計理念可推廣到其他中藥指紋圖譜數據管理的領域。

化橘紅；色譜指紋圖譜；B/S網絡應用；數據管理系統

化橘紅為蕓香科植物化州柚Citrusgrandis‘Tomentosa’或柚Citrusgrandis(L.)Osbeck未成熟或近成熟的干燥外層果皮，具有理氣寬中，燥濕化痰的功能，用于咳嗽痰多，食積傷酒，嘔惡痞悶[1]。化州柚特產于廣東化州，其外果皮密被絨毛，由此制成的橘紅習稱毛橘紅，是曾列為皇室貢品的道地藥材；光橘紅由柚皮加工而成，藥效明顯劣于化橘紅[2]。市場出售的化橘紅多為摻了柚皮的“橘紅”，由于毛橘紅與光橘紅為種與栽培變種的關系，二者的加工成品難以識別。近年來，藥學研究人員多采用色譜指紋圖譜對這些已加工成成品的中藥進行真偽鑒別與質量評價[3]。陳志霞等[4]提出，在研究中采用HPLC指紋圖譜，方法準確、重現性好，適用于化橘紅藥材的質量控制與鑒定。在化橘紅色譜指紋圖譜研究過程中，產生的大量相關數據信息對化橘紅中醫應用的傳承積累與發展具有重大意義，如不建立有效的信息管理手段，必將導致指紋圖譜信息交叉重復采集，造成數據冗余與巨大浪費。

鄒純才等[5]開發出決明子指紋圖譜數據庫，實現對數據的標準化和動態更新，實踐證明應用數據庫跟蹤和控制決明子的質量有效，并可在其他中藥質量控制領域應用。于曉輝等[6]以柱狀圖的形式表現出大黃的高效液相色譜指紋圖譜，并將圖譜以及相關信息存于數據管理軟件，為大黃的分析研究與質量控制打下基礎。王作軍等[7]利用SQL Server關系數據庫建立中藥指紋圖譜數據庫，開發出基于.NET的B/S(Brower/Server)架構的數據庫管理系統。

受化橘紅色譜指紋圖譜研究現狀及相關指紋圖譜系統啟發，本文提出以項目管理為設計理念，設計符合第三范式的數據庫，采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器)架構，運用MVC(Model-View-Controller，模型層-視圖層-控制層)模式，建立化橘紅色譜指紋圖譜網絡數據管理系統。本系統對大量化橘紅色譜指紋圖譜數據進行科學、有效的管理，實現項目共享與異地管理，有利于化橘紅指紋圖譜數據的積累、藥材的質量控制和跟蹤。

1 系統的設計思想與架構

1.1設計思想

1.1.1項目合作管理、數據共享 根據化橘紅色譜指紋圖譜的數據特點與藥學研究者的需求分析，本系統以項目為基本管理單位，實現合作管理，數據共享。單機版的系統只能允許用戶們使用屬于自己的數據資料，若與他人進行信息共享，只能使用另外的傳輸工具或通訊軟件實現。網絡化的管理系統很好地發揮圖譜網盤的功能，允許用戶在任何地方以個人賬戶密碼登陸系統，獲取項目中指紋圖譜的相關信息。還可以將個人的數據信息與項目成員進行共享，方便藥學研究人員合作研究，真正實現“一次錄入，多次使用；一方錄入，多方使用”。項目合作管理，使系統實現網絡化、開放化的同時又具備安全性。

1.1.2操作簡便、數據有效管理 現有的指紋圖譜數據庫和管理系統雖然能夠存儲和記錄數據，可是信息分散，操作頗為繁瑣，界面設計及用戶體驗有待提高。本系統注重研究藥學研究人員的功能需求與操作習慣，重視系統的界面與操作流程等細節處理，實現系統操作流程與實際操作習慣一致。這一設計思想突出體現在“批次信息”、“實驗條件”、“標準指紋圖譜庫”、“藥材圖庫”模塊中。

首先，批次信息和實驗條件在實驗過程中重用率較高，在系統中反復錄入不僅加重藥學研究者的工作量，還造成數據的冗余。因此，本系統統一管理批次和實驗條件，減輕用戶的工作負擔，實現更有效的數據管理。其次，蘇薇薇等[8]提到構建中藥指紋圖譜要盡可能設立對照，將標準藥材作為對照品，構建該品種的“標準指紋圖譜”。本系統以標準指紋圖譜為索引，設置“標準指紋圖譜庫”，目的在于方便用戶統一管理、積累不同藥材品種的標準圖譜。同時，為反映不同批次藥材之間的差異，藥學研究者在進行圖譜樣本采集的時候，往往會對該批次樣本的產地、果樹、果實的照片同時進行采集。“藥材圖庫”板塊可以方便查看與管理不同批次的藥材圖片。

1.2系統架構

本系統采用MVC(Model-View-Controller，模型層-視圖層-控制層)模式，這是一種把數據處理、程序輸入輸出控制以及數據表示分離開來的設計模式，它描述了不同部分的對象之間的通信方式，使不同的數據模型和方法分離，各部分分工明確，程序結構變得清晰而靈活，易于開發、維護和升級[9]。MVC模式包括3個部分：Model(模型)、View(視圖)和Controller(控制器)，分別對應于內部數據、數據表示和輸入輸出控制部分，如圖1所示。

本系統采用較為典型的MVC模式實現形式，即JSP(JavaServerPages)+servlet+JavaBeans的實現形式。JavaBeans構成了模型層，實現內部數據的具體應用邏輯和功能。servlet處于控制層位置，負責控制邏輯功能，包括對輸入數據的檢查和轉換，通過JavaBeans訪問數據庫。JSP作為視圖層，主要負責信息的收集與顯示。吳晨清等[10]提到，這種MVC模式與只使用JSP和JavaBeans的模式相比，更徹底地分離了應用處理與頁面生成的工作，讓servlet完成處理流程的控制，讓JSP負責網頁生成。本系統后臺數據交互復雜，使用該模式更具優勢。

圖1 JSP(Java Server Pages)+servlet+JavaBeans體系結構

2 系統功能模塊

系統的使用者主要分為兩種角色：普通用戶及管理員。普通用戶可以登錄系統進行相關信息添加、圖譜文件上傳等操作。管理員負責維護系統數據與資源，保證系統正常運行。根據兩者使用情況的不同，系統功能的模塊亦有所區別。

2.1普通用戶

普通用戶所登錄的系統功能模塊主要分為項目管理模塊、標準圖譜庫模塊和藥材圖庫模塊，如圖2所示。

圖2 化橘紅色譜指紋圖譜網絡數據管理系統功能模塊

2.1.1項目管理模塊 項目分為“我的項目”和“與我共享的項目”兩類。前者是用戶自己創建的項目，后者是用戶參與由其他用戶創建的項目。項目包含五大基本模塊，分別是“項目基本信息”、“項目成員”、“中藥信息”、“實驗信息”和“圖譜數據”。用戶可以在“項目成員”中添加其他注冊用戶為自己的項目成員，與其共享自己的所有項目信息。“項目基本信息”、“中藥信息”、“實驗信息”3個模塊可以管理項目、中藥、實驗的基本信息，包括添加、查詢、修改、刪除4個功能。在“中藥信息”模塊擬根據“中藥資源分類與代碼”國家標準，建立數據字典，方便藥材信息錄入與查詢。

圖譜數據是系統最核心的管理對象。上傳圖譜文件的時候需要選擇實驗信息和中藥信息，還需要判斷其是否為標準圖譜。本系統允許用戶上傳的圖譜文件類型為AIA。AIA文件為標準數據輸入輸出格式(*.cdf)，可以存儲大規模甚至不同數據類型的數據，該數據文件格式符合美國分析儀器學會標準，且從不同儀器廠商數據工作站生成的AIA文件數據格式基本相同，具有通用性。一個中藥指紋圖譜的AIA文件中包含了指紋圖譜的全譜數據和峰組數據等大量信息，有利于對圖譜數據作進一步分析。每個圖譜擁有一個信息報表，可以全面查看關于該圖譜的中藥、實驗信息和圖譜圖像。“圖譜數據”模塊還支持圖譜數據進行格式轉換并導出，可導出的文件類型包括圖譜數據Excel文件和全譜圖像jpg文件。

2.1.2藥材圖庫模塊 本系統在“批次信息”模塊，允許用戶上傳該批次樣本的產地、果樹、果實照片。“藥材圖庫”是批次圖片的拓展模塊，在此模塊中，用戶可以通過選擇屬于自己的或是其他用戶共享的藥材批次，查看對應的中藥圖片。“藥材圖庫”模塊的設置有利于藥材溯源，實現質量跟蹤、控制。

2.1.3標準圖譜庫模塊 在對圖譜數據進行分析研究之前，數據管理系統允許用戶在上傳圖譜數據的時候，確定“標準指紋圖譜”。以此為索引，系統設置的“標準指紋圖譜庫”模塊可以查詢所有屬于該用戶，或者與該用戶共享的標準圖譜；也可以選擇特定中藥，特定類型的標準圖譜。“標準圖譜庫”為圖譜分析、質量鑒別提供了標準參照。

2.2管理者

管理者的系統板塊包括“用戶管理”和“文件管理”。“用戶管理”是對所有系統用戶的賬號進行管理，包括啟用賬號、停用賬號和刪除賬號。“文件管理”所管理的系統文件包括圖譜數據CDF文件、圖譜數據Excel文件、圖譜圖像jpg文件、一些臨時文件、壓縮文件等。

3 系統設計與實現

3.1視圖層的設計與實現

客戶端采用瀏覽器，以網頁形式訪問系統，不需要對系統進行其他專業配置，操作十分簡單。本系統設計風格樸素，以貼近自然的綠色與黃色為主，更突顯中藥特色。從界面來看，各個板塊的設計清晰，功能明確；風格統一，便于藥學研究人員熟悉流程。系統頁面設計圖見圖3。

圖3 系統頁面設計圖

頁面設計主要采用HTML(HypertextMarkupLanguage，超文本鏈接標示語言)、CSS(CascadingStyleSheet，級聯樣式表)、JS(JavaScript，客戶端腳本語言)等前端開發語言來編寫JSP頁面，使得前臺代碼簡潔，易于修改。進一步采用jQuery(一個兼容多瀏覽器的javascript框架)和AJAX(AsynchronousJavaScriptandXML，異步JavaScript和XML)技術，使得頁面元素呈現更為豐富，功能更多樣化，響應更及時。

3.2控制層的設計與實現

控制層的邏輯流程功能主要通過servlet來實現。本系統編寫的servlet從作用來分，主要包括數據管理、文件操作和過濾器3類。涉及數據管理的servlet能將底層數據交互與高層邏輯分開，更加專注于數據訪問代碼。如專門負責項目數據處理的servlet——ProjectServlet.java。當用戶在前臺點擊“確定”(新增項目)按鈕之后，后臺通過調用ProjectServlet.java里面的addProject( )方法，就可以進行從前臺頁面到后臺數據庫間的交互，實現新項目記錄的添加。文件操作類的servlet則主要涉及文件的數據獲取、類型轉換及上傳下載功能，包括了Download.java和Upload.java等。過濾器是一類特殊的servlet，主要實現對用戶提交到系統的數據過濾，如字符類型、編碼的過濾。不難看出，運用了servlet之后的代碼邏輯更分明，效率也會相對地提升。

3.3模型層的設計與實現

模型層是數據應用邏輯及功能的實現。我們將數據庫的數據和對其的相關操作，利用JavaBeans轉換為代碼能夠識別的對象，再協同DAO(DataAccessObjects數據訪問對象)實現底層的數據訪問邏輯。無論是視圖層還是控制層，都需要用到JavaBeans進行數據間的交互操作。如Project.java這個JavaBeans，它設置了關于項目的成員變量，并編寫了對變量進行操作的方法。這使系統獲取數據方式更為簡潔和方便。

4 系統的應用

本系統由廣州中醫藥大學化橘紅研究團隊研發，自2011年開始在化橘紅色譜指紋圖譜實驗室成員中展開了應用測試。將來自化州市綠色生命有限公司GAP種植基地、廣州中醫藥大學以及藥房采購的28個批次，包括大茶嶺、鳳尾、陸福等8個種類的化橘紅，共85個圖譜數據cdf文件導入系統，進行統一管理。

項目負責人創建項目，將項目成員加入其中。只要在有網絡的情況下，各位成員可以在不同的地方登錄系統查看該項目的中藥、圖譜等信息，十分方便。通過系統轉換得到對應圖譜的數據Excel文件和全譜圖像jpg文件，讓用戶從不同的途徑查看圖譜。

5 結論

化橘紅色譜指紋圖譜網絡數據管理系統以項目管理為設計理念，操作簡單，大大提高指紋圖譜數據管理的有效性。標準圖譜庫、中藥圖庫等特色功能模塊進一步滿足用戶的功能需求；網絡化數據管理實現圖譜網盤功能，不同指紋圖譜文件類型轉換的展示、輸出等優化設計更符合現代藥學實驗的實際情況。本文通過對化橘紅指紋圖譜數據的規范化、網絡化管理，為化橘紅的品種鑒別、質量控制和栽培等的發展奠定基礎，同時為中藥指紋圖譜的數據管理提供一種新的設計思路。

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DesignandImplementationofNetworkDataManagementSystemforCitriGrandisExocarpiumFingerprints

XU Yangyang1，LIN Li2，WEI Hang1，3*，DENG Shaodong2，CHEN Qinqun1

(1.School of Medical Information Engineering，Guangzhou 510006，China；2.School of Chinese Materia Medica，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510006，China3.School of Computer Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China)

Objective：The paper established a network data management system for chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium，providing scientific digital management，project sharing and remote operation.Methods：The chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium and related management system of fingerprints were studied in this work，and a network data management system for chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium was built based on the design concept of project management.This paper described the design concept，function modules，implementation and application examples of the system in detail.Results：With simple operation and good user experience，the system effectively solves problems about storage，query and resource sharing of numerous chromatographic fingerprint data of Citri Grandis Exocarpium.Conclusion：The design concept of the system can be applied in data management for other fingerprints of Traditional Chinese Medicine.

Citri Grandis Exocarpium；Chromatographic fingerprints；B/S network applications；Data management system

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2011BAI01B02)；國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201310572018)；廣東省自然基金項目(S2012010008123)

*

魏航，女，講師，研究方向：數理統計與計算機應用；E-mail：crwei@gzucm.edu.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2014.10.007

2014-03-06)