LIMS與檢測(cè)儀器接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集

黃曉鳳　王會(huì)波　李長(zhǎng)青

摘要：實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）是規(guī)范實(shí)驗(yàn)室操作、提高實(shí)驗(yàn)室管理的平臺(tái)和途徑，自動(dòng)采集檢測(cè)儀器數(shù)據(jù)在LIMS的實(shí)現(xiàn)是提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，加強(qiáng)管理效能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文在介紹本中心LIMS與檢測(cè)儀器接口的基礎(chǔ)上，結(jié)合北京三維天地公司 LIMS（SW-LIMS）項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以中心實(shí)驗(yàn)室Ruantstudio 7 flex熒光定量PCR儀為例，對(duì)LIMS接口的改進(jìn)及效果進(jìn)行了分析，旨在為業(yè)務(wù)科室間檢測(cè)數(shù)據(jù)資源的信息共享提供參考。

關(guān)鍵詞：LIMS;PCR儀;接口;數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.03.006

文章編號(hào)：1006-1959（2020）03-0021-03

LIMS and Detection Instrument Interface Technology for Automatic Data Collection

HUANG Xiao-feng，WANG Hui-bo，LI Chang-qing

（Department of Quality Management，Shunyi District Center for Disease Control and Prevention，Beijing 101300，China）

Abstract：The laboratory information management system （LIMS） is a platform and way to standardize laboratory operations and improve laboratory management. The realization of automatic collection of testing instrument data in LIMS is an important link to improve data accuracy and strengthen management efficiency. Based on the introduction of the interface between the center's LIMS and detection instruments， this article combines the practical experience of the Beijing Three-dimensional World Corporation's LIMS （SW-LIMS） project with the central laboratory Ruantstudio 7 flex fluorescence quantitative PCR instrument as a case. The improvement and effect of the LIMS interface are analyzed， and the purpose is to provide a reference for the information sharing of detection data resources between business departments.

Key words：LIMS;PCR instrument;Interface;Data acquisition

現(xiàn)代檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)重要特點(diǎn)就是利用實(shí)驗(yàn)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工檢測(cè)方法，在實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）未與檢測(cè)儀器對(duì)接前，檢測(cè)儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都是通過人工錄入到LIMS中，再經(jīng)過三級(jí)審核形成最終的檢測(cè)報(bào)告[1]。手工錄入易造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或偏差，增加了檢測(cè)科室核對(duì)數(shù)據(jù)和修改數(shù)據(jù)的工作量，降低了工作效率[2]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，LIMS和設(shè)備接口技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，LIMS可自動(dòng)采集檢測(cè)儀器的數(shù)據(jù)[3，4]。檢測(cè)儀器和LIMS接口的使用，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、溯源性和數(shù)據(jù)的自動(dòng)化管理，同時(shí)也滿足了檢驗(yàn)檢測(cè)人員減少人工錄入和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理的目標(biāo)[5，6]。在疾病預(yù)防控制中心檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，熒光定量PCR儀對(duì)日常監(jiān)測(cè)的流行性感冒、手足口病、腸道傳染病、呼吸道傳染病等常規(guī)監(jiān)測(cè)病種需要48 h內(nèi)出具檢測(cè)結(jié)果，如果核酸檢測(cè)結(jié)果為陽(yáng)性，要在2 h內(nèi)上報(bào)上級(jí)部門進(jìn)行復(fù)核;如果發(fā)生疫情，結(jié)果的準(zhǔn)確性、及時(shí)性更為迫切。傳染病監(jiān)測(cè)是疾控實(shí)驗(yàn)室的首要任務(wù)，但目前檢測(cè)過程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)，工作強(qiáng)度大，檢測(cè)效率低[7]。而LIMS與熒光定量PCR儀對(duì)接后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，釋放人力資源，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，避免因人工錄入錯(cuò)誤導(dǎo)致的質(zhì)量異議發(fā)生?？紤]到熒光定量PCR儀可檢測(cè)樣本范圍廣的特性，本文提出了LIMS與熒光定量PCR儀接口的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，由LIMS系統(tǒng)接收樣本信息后，自動(dòng)分配PCR儀，將檢測(cè)信息發(fā)送給實(shí)驗(yàn)設(shè)備，檢測(cè)結(jié)束后將結(jié)果數(shù)據(jù)返回 LIMS 系統(tǒng)，經(jīng)由檢查人員審核即可，現(xiàn)將實(shí)現(xiàn)情況介紹如下。

1 SW-LIMS與檢測(cè)儀器接口概述

我中心正在開發(fā)的三維天地LIMS（SW-LIMS）已經(jīng)與不同廠商的數(shù)百種檢測(cè)儀器建立了接口連接，內(nèi)置的DCU（數(shù)據(jù)采集模塊）向?qū)Э梢砸龑?dǎo)用戶如何打開文件，從文件中解析相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集到SW-LIMS的數(shù)據(jù)庫(kù)中[8]。我中心實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)儀器種類繁多，樣品理化分析儀器包括氣相色譜儀、高效液相色譜儀、原子吸收風(fēng)光光度計(jì)、連續(xù)流動(dòng)分析儀、原子熒光光度計(jì)、氣相色譜-質(zhì)譜儀、液相色譜-質(zhì)譜儀等;病原樣本分析儀器包括熒光定量PCR儀、酶標(biāo)儀、細(xì)菌鑒定儀、生物質(zhì)譜儀等;樣品前處理及稱量所用的各類電子天平等;SW-LIMS提供的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的方法按照以上檢測(cè)儀器分為3類：①自帶附屬工作站的儀器;②沒有數(shù)據(jù)工作站但可以通過RS232串口輸出數(shù)據(jù)的儀器;③沒有工作站但有USB串口輸出的儀器。根據(jù)儀器本身的性質(zhì)均能達(dá)到接口連接，將對(duì)應(yīng)分析報(bào)告或譜圖自動(dòng)與系統(tǒng)流程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，隨時(shí)滿足溯源需求。當(dāng)發(fā)現(xiàn)分析報(bào)告或譜圖有問題時(shí)，支持重新采集并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)與實(shí)際樣品關(guān)聯(lián)綁定。

1.1與自帶附屬工作站的儀器的接口? 對(duì)于自帶附屬工作站軟件的檢測(cè)儀器，儀器的工作站軟件可以將結(jié)果文件輸出為ASCⅡ文本格式，通過SW-LIMS系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先定制的DCU，可以自動(dòng)將檢測(cè)儀器結(jié)果數(shù)據(jù)采集到SW-LIMS的數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)結(jié)果字段。這種方法需要檢測(cè)儀器工作站配備網(wǎng)卡聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)為節(jié)省PC數(shù)量，儀器工作站可以同時(shí)安裝SW-LIMS客戶端軟件，作為SW-LIMS的客戶端使用，見圖1。

1.2與通過RS232串口輸出數(shù)據(jù)的檢測(cè)儀器接口? 對(duì)于有RS232串口信號(hào)輸出的分析檢測(cè)儀器，SW-LIMS的接口有3種：①安裝SW-LIMS的PC機(jī)直接通過RS232口連接檢測(cè)儀器：只要儀器具有RS232的輸出信號(hào)，就可以連到SW-LIMS PC的COM口去，此時(shí)只需要儀器廠商或LIMS供應(yīng)商提供連接電纜，見圖2。②安裝SW-LIMS的PC機(jī)通過RS232串口擴(kuò)展卡連接儀器：使用這種連接方式時(shí)，理論上1臺(tái)PC機(jī)可以處理的儀器沒有限制，但由于硬件局限性和實(shí)際工作的需要，連接太多分析頻度較高的樣品會(huì)影響到檢測(cè)速度。因此在本項(xiàng)目中，推薦1臺(tái)PC最多用8口RS232串口擴(kuò)展卡，連接8臺(tái)儀器，并且按照連接在同一房間內(nèi)的儀器考慮，不設(shè)置跨房間連接，見圖3。③安裝SW-LIMS的PC機(jī)通過RS232-TCP/IP轉(zhuǎn)換器連接儀器，應(yīng)用該種連接方式，1臺(tái)PC機(jī)可以處理的儀器同樣沒有限制，出于實(shí)際工作，本項(xiàng)目中1臺(tái)PC最多連接8臺(tái)儀器，但對(duì)儀器的物理位置沒有影響，見圖4。

1.3與沒有工作站但有USB串口輸出的儀器接口? 對(duì)于沒有工作站但有USB串口輸出的儀器，與用 RS232 串口連接的儀器類似，連接儀器的實(shí)現(xiàn)方式有2種：①安裝SW-LIMS的PC機(jī)直接通過USB串口連接儀器：安裝SW-LIMS的PC機(jī)直接通過USB口連接檢測(cè)儀器，只要儀器具有USB口，就可以連到SW-LIMS PC的COM口去，該種情況只需要儀器廠商提供USB口數(shù)據(jù)線，見圖5。②儀器與SW-LIMS PC通過多USB口連接：若每臺(tái)計(jì)算機(jī)只能連接1臺(tái)串口設(shè)備，存在成本高、需要網(wǎng)絡(luò)接口多、占用空間大等問題，因此采用USB串口轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)1臺(tái)PC機(jī)同時(shí)連接多臺(tái)串口設(shè)備，大大降低了PC機(jī)的購(gòu)置成本，多名檢測(cè)者可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，互不干擾。如天平與SW-LIMS的PC就是通過多USB口連接實(shí)現(xiàn)，本項(xiàng)目中1臺(tái)PC最多連接8臺(tái)USB口儀器，并且按照連接同一房間內(nèi)的儀器考慮，沒有跨房間連接的情況，見圖6。

2實(shí)驗(yàn)室Ruantstudio 7 flex熒光定量PCR儀接口的實(shí)現(xiàn)及改進(jìn)

2.1 實(shí)現(xiàn)? 我中心實(shí)驗(yàn)室Ruantstudio 7 flex熒光定量PCR儀屬于帶有數(shù)據(jù)處理工作站的儀器，通過其自身攜帶的系統(tǒng)軟件的“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”功能將數(shù)據(jù)按設(shè)定的格式輸出到指定路徑下的文本文件，SW-LIMS 讀取此文件的內(nèi)容，按照既定的規(guī)則讀出所需的數(shù)據(jù)并寫入SW-LIMS數(shù)據(jù)庫(kù)的檢測(cè)結(jié)果字段，具體如下：導(dǎo)出的文件保存路徑：C：＼data，文件名：TR200。文件 TR200 中包含的內(nèi)容如下：①共創(chuàng)建兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)接口表，接口表的名稱分別為 downtable 和 uptable。②downtable 數(shù)據(jù)庫(kù)表記錄LIMS 下載內(nèi)容，其中包括檢測(cè)樣品樣號(hào)、下載時(shí)間等內(nèi)容。③uptable 數(shù)據(jù)庫(kù)表記錄實(shí)驗(yàn)室設(shè)備系統(tǒng)上傳 LIMS 的內(nèi)容，其中包括檢測(cè)樣品號(hào)、檢測(cè)結(jié)果、上傳時(shí)間、數(shù)據(jù)讀取時(shí)間等內(nèi)容。

2.2 改進(jìn)? 考慮到實(shí)驗(yàn)室Ruantstudio 7 flex熒光定量PCR儀的多病原樣本檢測(cè)特性，LIMS開發(fā)時(shí)改進(jìn)了接口技術(shù)，可對(duì)樣本進(jìn)行按類別編號(hào)分樣，滿足核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)相同類別的樣本多次檢測(cè)的業(yè)務(wù)要求，保證核酸檢測(cè)結(jié)果在PCR儀生成后，檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至LIMS中每類樣本數(shù)據(jù)字段中。

3實(shí)施效果

SW-LIMS與熒光定量PCR儀對(duì)接后，避免了由于大量人工錄入數(shù)據(jù)導(dǎo)致的錯(cuò)誤，節(jié)省了人工手抄數(shù)據(jù)的時(shí)間，使得檢測(cè)人員有充分時(shí)間分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)條件下，每個(gè)項(xiàng)目在檢測(cè)的當(dāng)天無(wú)法提供最終的檢測(cè)數(shù)據(jù)，特別是出現(xiàn)疫情時(shí)，檢測(cè)人員經(jīng)常高強(qiáng)度持續(xù)工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及記錄填寫;而系統(tǒng)對(duì)接后，每個(gè)項(xiàng)目檢測(cè)總時(shí)長(zhǎng)縮短到4～5 h，樣品檢測(cè)當(dāng)天就能夠出具最終結(jié)果，數(shù)據(jù)的及時(shí)性及準(zhǔn)確性都得到了極大的提高，電子檔案的完整性也得到了規(guī)范。

4總結(jié)

SW-LIMS與檢測(cè)儀器接口的實(shí)現(xiàn)是中心實(shí)驗(yàn)室的LIMS開發(fā)需求的關(guān)鍵所在，通過接口技術(shù)的改進(jìn)和實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有儀器與SW-LIMS的連接，減少了人為原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)出錯(cuò)，避免檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量異議，減輕了實(shí)驗(yàn)室管理人員和檢測(cè)人員的負(fù)擔(dān)，檢測(cè)人員有充分時(shí)間分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以中心實(shí)驗(yàn)室熒光定量PCR對(duì)接后的效果為例，檢測(cè)效率可提高3～4倍以上，還實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)科室間檢測(cè)數(shù)據(jù)資源的信息共享，進(jìn)一步提高疾病控制檢測(cè)工作效率、服務(wù)水平和社會(huì)形象。

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收稿日期：2019-09-11;修回日期：2019-12-09

編輯/王朵梅