淺談網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站選型及實施

李寶生，張旋

廣東省藥品檢驗所，國家藥品監(jiān)督管理局藥品快速檢驗技術(shù)重點實驗室，廣州 510180

由于現(xiàn)代實驗室越來越注重電子數(shù)據(jù)的合規(guī)性和安全性，因此我單位積極開展電子實驗數(shù)據(jù)管理模式。經(jīng)過調(diào)研，我單位在實驗室內(nèi)全面實施網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站，兼容現(xiàn)代主流色譜，并結(jié)合單位實驗室跨城市、多分部的實驗室格局進行選型。通過網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站，布局科學(xué)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等前沿實驗室數(shù)據(jù)管理分析工作站；完善實驗室電子數(shù)據(jù)審計跟蹤，完整性和合規(guī)性等管理。

1 實施背景及選型理念

1.1 實施背景

在全球食藥監(jiān)管部門對電子化實驗記錄管理法規(guī)［1］日臻完善、日趨嚴(yán)格的當(dāng)下，實驗室電子實驗記錄的管理已越來越重要。從1997 年FDA 推行實施的21 CFR PART 11 到現(xiàn)如今GxP［2］標(biāo)準(zhǔn)中對電子數(shù)據(jù)管理的框架、要求和界限都給予明確的指導(dǎo)和執(zhí)行準(zhǔn)則。隨著現(xiàn)代化實驗室配備儀器及計算機用于處理及儲存實驗數(shù)據(jù)［3］，我單位認(rèn)為主動貼近電子化實驗數(shù)據(jù)合規(guī)化［4-6］是未來實驗室的必經(jīng)之路，應(yīng)盡早布局。

1.2 選型理念

廣東省藥品檢驗所是國家全額撥款運營的公益一類事業(yè)單位，現(xiàn)有色譜品牌多樣、色譜類型豐富及色譜新老型號共存。在考察網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站［7-10］供應(yīng)商產(chǎn)品時應(yīng)著重選擇能提供較好且具廣泛色譜反控能力的產(chǎn)品。由于實驗室功能根據(jù)樓層劃分，同時兼顧實驗室一體化管理，因此在網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站選型時應(yīng)注重以下幾點：（1）提高效率，降低成本。鑒于其他同類實驗室采用多套色譜品牌原廠網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的布局方式，實驗人員需適應(yīng)多套新版工作站的同時也為實驗室管理增加不必要的工作量；為降低管理、學(xué)習(xí)和布局成本，建議僅選用一套網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站即可完成實驗室內(nèi)部品類紛繁的色譜適配。（2）網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站需要配備強大的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通能力，色譜、色譜數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與服務(wù)器之間均需要通過網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)響應(yīng)的伺服功能。（3）可靠性。因網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站實驗數(shù)據(jù)應(yīng)集中通過網(wǎng)絡(luò)采集至相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份服務(wù)器，在傳輸過程中各節(jié)點之間出現(xiàn)故障均應(yīng)具有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中斷應(yīng)急機制；且網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站需要配備中轉(zhuǎn)緩存服務(wù)器以滿足實驗室斷網(wǎng)的情況下實驗數(shù)據(jù)可在中轉(zhuǎn)工作站中暫存，直至網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)或相關(guān)實驗、管理人員發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)情況異常并妥當(dāng)處理后能自主恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸儲存。

基于以上需求，一套良好的網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站需具備網(wǎng)絡(luò)性能強大，色譜兼容性出色和可靠的備份功能。

2 網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的工作原理

基于以上實際工作探索重心，我單位首先上線網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站。本網(wǎng)絡(luò)版色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)（CDS）由網(wǎng)絡(luò)版色譜數(shù)據(jù)軟件服務(wù)器、遠程控制軟件服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)版色譜處理軟件、色譜數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、遠程控制軟件客戶端程序與客戶端電腦組成。客戶端電腦運行遠程控制軟件，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通機房的遠程控制服務(wù)器，通過該服務(wù)器發(fā)布指令，遠程控制實驗室的液相色譜儀或氣相色譜儀，數(shù)據(jù)經(jīng)過色譜采集服務(wù)器的緩存后存儲在機房的網(wǎng)絡(luò)版色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)服務(wù)器上。該網(wǎng)絡(luò)版采用分級權(quán)限管理并配合遠程控制軟件，基于現(xiàn)代化辦公室的基礎(chǔ)配置可實現(xiàn)在實驗室局域網(wǎng)的任意計算機控制目標(biāo)色譜或處理相應(yīng)實驗數(shù)據(jù)。

3 實施成果及具體分析

上線網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站為我單位的色譜儀器的管理帶來了前所未有的體驗，提高了我單位人員工作效率、數(shù)據(jù)管理能力。儀器管理上提供與現(xiàn)有單機版工作站不同的管理模式，數(shù)據(jù)高安全性，操作高簡便性。實現(xiàn)實驗室的一體化管理、實驗室分析效率提高及實驗室數(shù)據(jù)安全的保障。

3.1 實現(xiàn)實驗室的一體化管理

3.1.1 儀器的一體化管理網(wǎng)絡(luò)版工作站上線前實驗室使用的是單機版工作站軟件，要想了解實驗室儀器的信息，必須對每臺電腦逐一查看。在上線網(wǎng)絡(luò)版工作站后，每臺色譜及色譜采集工作站均配置靜態(tài)IP 地址，通過固定IP 地址實現(xiàn)聯(lián)機及訪問色譜儀，可以實現(xiàn)對實驗室所有色譜儀的一體化管理。打開網(wǎng)絡(luò)版工作站后，可以立刻了解到實驗室所有接入網(wǎng)絡(luò)版儀器當(dāng)前的分析內(nèi)容、分析者、預(yù)計結(jié)束時間等工作狀態(tài)。如遇實驗需要中止或方法需要添加更多設(shè)置都可通過網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站遠程實現(xiàn)。

3.1.2 數(shù)據(jù)的一體化管理單機版的工作站軟件中，色譜生成的數(shù)據(jù)都是保存在其配置單機電腦硬盤上，數(shù)據(jù)的管理、查找、瀏覽都需要在每臺色譜的單機工作站上操作。而網(wǎng)絡(luò)版工作站則是把各臺分析儀器生成的數(shù)據(jù)經(jīng)色譜采集工作站緩存，由網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站直接從色譜采集工作站全部抓取并備份；通過遠程控制軟件，實驗室人員也可以在辦公區(qū)域直接訪問網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站服務(wù)器檢索數(shù)據(jù)。將實驗數(shù)據(jù)集中儲存在網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的方式保證對實驗室所有的數(shù)據(jù)進行集中管理。

3.1.3 人員的一體化管理單機版色譜工作站軟件設(shè)定每位分析人員的權(quán)限時，需要在每臺電腦上進行逐一的設(shè)置；后期有新員工的加入，則必須重復(fù)在每臺電腦上增加新員工的權(quán)限設(shè)置。隨著實驗室儀器、人員的增加，授權(quán)操作將呈指數(shù)性增長。配置網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站后人員設(shè)定及權(quán)限都集中保存在服務(wù)器上。后期新增人員或儀器也在整個系統(tǒng)中一次性授權(quán)完成后，整個系統(tǒng)運行周期均可識別和留痕，極大地方便了管理人員的工作。

3.2 提高實驗室整體工作效率

3.2.1 遠程操作方案基于遠程服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的協(xié)同工作原理，我單位信息部門創(chuàng)新地變廢為寶：將舊單機版色譜工作站安裝遠程控制軟件后連接遠程服務(wù)器，利用服務(wù)器強大的后臺處理性能為實驗人員提供連接控制色譜或處理網(wǎng)絡(luò)版工作站結(jié)果數(shù)據(jù)。在解決網(wǎng)絡(luò)色譜工作站對操作系統(tǒng)的兼容性問題的同時也極大程度提高對可能閑置計算機的利用。

現(xiàn)有的單機版工作站軟件僅能實現(xiàn)一對一的分析形態(tài)（每臺電腦控制對應(yīng)匹配的色譜儀）。而網(wǎng)絡(luò)版工作站提供的是網(wǎng)絡(luò)化的控制形式，是通過計算機加入局域網(wǎng)及我單位早期搭建的Windows 域后實現(xiàn)實驗室及辦公區(qū)內(nèi)幾乎全覆蓋的連接能力。實驗人員可以使用任意一臺電腦，在本實驗室任意場所就可以實現(xiàn)對實驗室所有儀器的控制。不僅可以很大程度上減少實驗人員長期在色譜實驗室對健康影響，而且提高實驗室空間的利用率。實驗人員在辦公室“足不出戶”就可以了解到實驗室所有儀器的工作狀態(tài)，減少了因?qū)崟r查閱實驗數(shù)據(jù)往返于實驗室和辦公室的來往次數(shù)，更有效的安排工作內(nèi)容，從而提高整體實驗室的工作效率。同時，基于網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站色譜儀、色譜數(shù)據(jù)采集服務(wù)器集中放置，服務(wù)器及操作終端通過網(wǎng)絡(luò)訪問的布置特點，可為實驗室實現(xiàn)人機分離提供最優(yōu)方案。

3.2.2 數(shù)據(jù)檢索單機版的工作站軟件，在數(shù)據(jù)量非常多且沒有明確的數(shù)據(jù)信息的情況下，查找數(shù)據(jù)會非常的不方便。僅知道數(shù)據(jù)名情況下，因可能出現(xiàn)同名數(shù)量很多，查找起來也會花費很多時間。而網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站具備數(shù)據(jù)查找功能。如沒有明確的數(shù)據(jù)信息，可以通過數(shù)據(jù)篩選功能，通過分析時間、分析者、儀器名等關(guān)鍵字進行查找；可迅速并準(zhǔn)確的找到所需數(shù)據(jù)，節(jié)省數(shù)據(jù)查找所耗時間。

3.2.3 軟件易用性該版本的網(wǎng)路版色譜工作站儀器控制界面完全復(fù)制相關(guān)儀器原單機版操作界面。實驗人員從原單機版工作站過渡到網(wǎng)絡(luò)版僅需通過進行登錄操作界面學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)容分區(qū)布置進行熟悉即可。同時我單位運行網(wǎng)絡(luò)版時也提升了實驗室分析人員的計算機操作水平，可謂一舉多得。

3.2.4 實驗室管理軟件聯(lián)動我單位于2006 年實施實驗室信息管理系統(tǒng)［11］（LIMS），并于2016 年上線全生命周期儀器設(shè)備管理系統(tǒng)（EAM）［12］，通過網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站與上述平臺間的內(nèi)部局域網(wǎng)信息共享或端口協(xié)議抓取，實驗室人員在網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站中運行的相關(guān)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果可通過LIMS 直接采集，同時當(dāng)次儀器使用記錄也在相關(guān)實驗啟動后自動記錄于EAM 系統(tǒng)，從而減少實驗人員登記工作。

3.3 提高實驗室數(shù)據(jù)的安全管理

3.3.1 數(shù)據(jù)庫形式的管理多數(shù)單機版工作站軟件的數(shù)據(jù)都是基于Windows 系統(tǒng)的文件形式保存的，數(shù)據(jù)安全無法完全保障。國家食品藥品監(jiān)督管理局關(guān)于發(fā)布《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010 年修訂）》［13］計算機化系統(tǒng)和確認(rèn)與驗證等2 個附錄的2015 年第54 號公告第十九條規(guī)定“以電子數(shù)據(jù)為主數(shù)據(jù)時，形成的電子數(shù)據(jù)文件時應(yīng)建立完善的備份恢復(fù)機制、采取物理或電子手段保障數(shù)據(jù)完整性及可訪問性，并滿足數(shù)據(jù)保存時限”。

我單位上線網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站是通過Oracle 數(shù)據(jù)庫［14］對數(shù)據(jù)進行管理的，該數(shù)據(jù)庫使用雙機運行模式；數(shù)據(jù)庫雙機屬于比較傳統(tǒng)的方式，采用兩臺服務(wù)器，各自安裝數(shù)據(jù)庫，一主一備，采用共享存儲，數(shù)據(jù)文件存放于共享存儲之上，并掛接到主運行服務(wù)器上運行提供服務(wù)，為了節(jié)省服務(wù)器資源也可各自安裝一套數(shù)據(jù)庫，互為備機。雙機運行，依靠雙機軟件進行網(wǎng)絡(luò)及進程監(jiān)控，當(dāng)主運行服務(wù)器發(fā)生故障可以切換到備機繼續(xù)運行數(shù)據(jù)庫。同時Oracle 也是一套經(jīng)過驗證數(shù)據(jù)儲存機制，可為數(shù)據(jù)合規(guī)性保駕護航。

3.3.2 磁盤陣列技術(shù)單機版的工作站的電腦硬盤發(fā)生損害，則容易導(dǎo)致電腦中數(shù)據(jù)丟失。而網(wǎng)絡(luò)版工作站的服務(wù)器采用硬件級磁盤陣列技術(shù)，通過復(fù)數(shù)塊硬盤的配置（RAID 技術(shù)），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分散型備份保存，如遇其中一塊硬盤發(fā)生損害，也可以從其余硬盤中恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全性［15］。同時在網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站中，色譜數(shù)據(jù)首先被色譜采集服務(wù)器采集，色譜采集服務(wù)器同樣擁有復(fù)數(shù)塊硬盤的配置（RAID 技術(shù)），在局域網(wǎng)中斷或與網(wǎng)絡(luò)版色譜服務(wù)器連接出錯時數(shù)據(jù)會被優(yōu)先儲存至色譜采集服務(wù)器，防止數(shù)據(jù)意外丟失。

4 實施成果

我單位在2015 年下半年采購網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站，于2016 年年中完成網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的部署。因單位在不同地方均有自籌實驗室，而基于粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃的響應(yīng)，又開展了與中山市政府共建口岸藥檢所的實驗室。從原有的跨樓層布局，到2017 年試行跨行政區(qū)布局及2019 年實現(xiàn)跨市布局；前后共計接入4 個品牌、30+型號、100+套色譜、100+用戶，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的實驗科室全覆蓋。在將來我單位的色譜將實現(xiàn)實驗人員僅需熟悉一套網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的使用，即可輕松的駕馭在我單位的各款色譜，極大地提高我單位的實驗效率，同時也減小了實驗人員的負(fù)擔(dān)。

5 審計追蹤

當(dāng)前實驗數(shù)據(jù)得益于信息化大潮流的發(fā)展，電子化的實驗記錄幾乎在實驗室中代替原有的紙質(zhì)記錄；電子化數(shù)據(jù)時代數(shù)據(jù)修改及儲存在為實驗人員及實驗室管理提供方便高效的體驗的同時，也因頻出實驗數(shù)據(jù)被非正常修改及實驗數(shù)據(jù)惡意丟失的丑聞被提出了審計追蹤［16-17］的要求。雖然目前審計追蹤多在生產(chǎn)行業(yè)或其相關(guān)實驗室中要求執(zhí)行，但在全球檢驗檢測指導(dǎo)文件對審計追蹤愈發(fā)完善，日臻嚴(yán)苛的大環(huán)境下。藥檢系統(tǒng)于檢驗檢測機構(gòu)是運動員，于服務(wù)對象則為裁判員；主動響應(yīng)審計追蹤法規(guī)，布局面向未來的檢驗檢測分析環(huán)境及技術(shù)應(yīng)用是對公平、公正、公開意義的真切詮釋，也是廣東藥檢人對檢驗檢測結(jié)果的負(fù)責(zé)態(tài)度。

6 討論

6.1 穩(wěn)步推進的網(wǎng)絡(luò)版布局

我單位是進口藥品的法定檢驗機構(gòu)，日常檢品任務(wù)量大，實驗人員普遍工作量都有較高負(fù)載，這對于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站提出相當(dāng)高的要求，既要保持日常檢驗檢測任務(wù)不斷不亂，又要保持網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站積極、高效、穩(wěn)定地推進。我單位實行了單臺聯(lián)機測試，多臺成功同時連接的方法。在檢驗儀器閑置時工程師上門單聯(lián)機調(diào)試，整個實驗室儀器調(diào)試完畢后整體上線網(wǎng)絡(luò)版，剩余同類型儀器可由我單位IT 部門跟進聯(lián)機。

6.2 跨區(qū)域?qū)嶒炇覅f(xié)同

因我單位有異地實驗室，在跨區(qū)域調(diào)試時服務(wù)器出現(xiàn)掉包、反應(yīng)慢等情況，最終通過增加網(wǎng)絡(luò)線纜帶寬及加強服務(wù)器地址統(tǒng)一管理后問題得到解決。

6.3 軟件使用要求

網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站軟件需要實驗人員有一定程度的計算機操作系統(tǒng)的使用基礎(chǔ)，并需要培訓(xùn)相關(guān)遠程軟件；由于軟件系統(tǒng)限制，軟件多為英文版，因此對使用者的英文水平有要求。

6.4 布局未來

得益于網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站是一套經(jīng)過驗證的色譜工作站，其數(shù)據(jù)也符合21 CFR PART 11 及GxP的相關(guān)文件規(guī)定，我單位下一步將引進其同類的科學(xué)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，進一步加強和提升我單位的電子數(shù)據(jù)管理水平。

6.5 行業(yè)希冀

在上線網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站的過程遇到了儀器廠家職責(zé)劃分未能明確而導(dǎo)致的需要“自助服務(wù)”的情況，為方便我單位實驗及整體管理，我單位僅上線一套色譜網(wǎng)絡(luò)版工作站。T 廠家的色譜因未就驅(qū)動許可與W 廠家網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站進行匹配，從而導(dǎo)致W 廠家工程師因安全性理由而無法提供安裝服務(wù)；同時T 廠家工程師并不熟悉且無W 廠家網(wǎng)絡(luò)版色譜工作站安裝能力。不同于個人/辦公電腦、手機等終端操作系統(tǒng)需要具有普遍的適用性，色譜工作站目前依舊是各色譜廠商的自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，我們期待各家廠商早日開放反控儀器的協(xié)議。