新型冠狀病毒(COVID-19) 應(yīng)急核酸檢測(cè)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

【作者】婁海芳，吳海翔，胡娟，張喬冶，湯旭帆，吳飛，閆志文，陳仁

浙江省人民醫(yī)院，杭州醫(yī)學(xué)院附屬人民醫(yī)院，杭州市，310014

0 引言

2020年9月，浙江為適應(yīng)常態(tài)化新型冠狀病毒肺炎疫情防控需要，提升病毒核酸應(yīng)急檢測(cè)能力，按照5～7 d內(nèi)完成1000萬人次病毒核酸篩查的標(biāo)準(zhǔn)組建了25支核酸檢測(cè)機(jī)動(dòng)隊(duì)。機(jī)動(dòng)隊(duì)先后奔赴新疆、河北等地增援并完成了應(yīng)急核酸檢測(cè)任務(wù)。不同于一般的實(shí)驗(yàn)室新冠肺炎核酸檢測(cè)，院外應(yīng)急新冠肺炎核酸檢測(cè)由于時(shí)間緊、任務(wù)重，場(chǎng)地和人員都是臨時(shí)組建，在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，這些院外臨時(shí)核酸采集點(diǎn)的被檢測(cè)人信息錄入、標(biāo)本運(yùn)送、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果上傳等仍采用手工登記的方式，工作量大且容易出錯(cuò)，嚴(yán)重影響檢測(cè)進(jìn)度和準(zhǔn)確性。

我院作為浙江省新冠病毒肺炎防控物資儲(chǔ)備基地，承擔(dān)了核酸檢測(cè)機(jī)動(dòng)隊(duì)所需設(shè)備和耗材的管理工作，為響應(yīng)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)《關(guān)于加強(qiáng)信息化支撐新型冠狀病毒感染的疫情防控工作的通知》，結(jié)合兩次大規(guī)模應(yīng)急核酸檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)、開發(fā)了新型冠狀病毒核酸應(yīng)急檢測(cè)云平臺(tái)。云平臺(tái)包括實(shí)驗(yàn)室與采集點(diǎn)管理模塊、標(biāo)本采集模塊、檢測(cè)管理模塊、報(bào)告發(fā)布模塊，實(shí)現(xiàn)了新冠核酸普篩快速、高效全流程管理，同時(shí)為我國(guó)其他地區(qū)的新冠肺炎疫情防控信息化建設(shè)提供參考。

1 需求分析

在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍的全民核酸篩檢是防控新型冠狀病毒肺炎疫情的重要手段。在浙江省核酸檢測(cè)機(jī)動(dòng)隊(duì)新疆、河北等地核酸檢測(cè)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，由于大規(guī)模核酸采集與檢測(cè)工作點(diǎn)分散，短時(shí)間內(nèi)大量標(biāo)本要采集和檢測(cè)，采集和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)形成一定程度的混亂，各戶外臨時(shí)采集點(diǎn)被檢測(cè)人員身份核實(shí)和標(biāo)本核對(duì)通過人工登記，檢測(cè)點(diǎn)陽性標(biāo)本的追溯靠人工核查，信息匯總和發(fā)布也要人工統(tǒng)計(jì)和上報(bào)，這些都需要大量的人力去完成，且容易出錯(cuò)。因此，需要建立一個(gè)核酸應(yīng)急檢測(cè)管理系統(tǒng)。將核酸采集、運(yùn)送、檢驗(yàn)、管理、發(fā)布等一系列信息系統(tǒng)納入平臺(tái)架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的身份核對(duì)、信息上傳和信息發(fā)布；同時(shí)優(yōu)化各核酸采集點(diǎn)的部署，充分調(diào)配和發(fā)揮各檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)?zāi)芰?，?shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的交換價(jià)值，提高應(yīng)急核酸檢測(cè)全流程管理水平。

2 云平臺(tái)設(shè)計(jì)

應(yīng)急核酸檢測(cè)云平臺(tái)總體構(gòu)架，如圖1所示，平臺(tái)采用前后端分離架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高性能、易擴(kuò)展、易維護(hù)的Web應(yīng)用。前端基于主流的React框架，通過JavaScript語言開發(fā)應(yīng)用，解決了跨平臺(tái)開發(fā)過程中開發(fā)效率低和代碼復(fù)用率不高等問題。服務(wù)器端使用跨平臺(tái)高性能的ASP.NET Core框架，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的核心操作，數(shù)據(jù)交互格式采用輕量級(jí)的JSON格式；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面使用高性能的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)；使用Nginx反向代理服務(wù)器作為Web服務(wù)器，利用Nginx的輪詢方案、權(quán)重方案和iphash方案實(shí)現(xiàn)各前端服務(wù)器負(fù)載均衡分布。身份證信息讀取利用百度OCR技術(shù)完成，自動(dòng)識(shí)別并錄入被檢測(cè)人身份信息，有效降低輸入成本，控制業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 應(yīng)急核酸檢測(cè)云平臺(tái)總體構(gòu)架Fig.1 Overall framework of emergency nucleic acid detection cloud platform

3 云平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)室與采集點(diǎn)管理模塊

設(shè)定或?qū)霗z測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)人員等信息；制定檢測(cè)計(jì)劃，明確各采集點(diǎn)信息，包括采集地址、采集時(shí)間、采集人員、采集模式（單采或混采（1:5或1:10））、送檢安排。決策人員利用地圖模式實(shí)時(shí)監(jiān)控各采集點(diǎn)的情況，包括各采集點(diǎn)的位置分布、采集數(shù)量、完成時(shí)間等。云平臺(tái)地圖監(jiān)控模式，如圖2所示。

圖2 云平臺(tái)地圖監(jiān)控模式Fig.2 Map monitoring mode of cloud platform

3.2 標(biāo)本采集模塊

采用預(yù)制標(biāo)本容器條形碼標(biāo)簽?zāi)Ｊ?，即預(yù)先打印并粘貼好通過云平臺(tái)生成的標(biāo)本容器條形碼標(biāo)簽，作為標(biāo)本唯一標(biāo)識(shí)。

使用PDA或高拍儀讀取市民身份證信息，測(cè)量體溫后再掃描標(biāo)本容器條形碼標(biāo)簽進(jìn)行綁定；若被檢測(cè)人未攜帶身份證，需用手機(jī)掃描采集點(diǎn)二維碼，填寫身份信息、聯(lián)系方式后生成登記信息二維碼，再由PDA依次掃描該登記信息二維碼和標(biāo)本容器條形碼標(biāo)簽進(jìn)行綁定；最后采集標(biāo)本，確認(rèn)完成。全程無紙化，避免了現(xiàn)場(chǎng)操作人員手工書寫和錄入導(dǎo)致的信息差錯(cuò)，同時(shí)能夠快速進(jìn)行身份核實(shí)。云平臺(tái)臨時(shí)采集點(diǎn)（含入戶采集）標(biāo)本采集工作流程，如圖3所示。

圖3 云平臺(tái)臨時(shí)采集點(diǎn)（含入戶采集）標(biāo)本采集工作流程Fig.3 Flow chart of specimen collection at temporary collection point (including household collection) on cloud platform

3.3 檢測(cè)管理模塊

在完成一定數(shù)量的標(biāo)本采集后，使用便攜式條碼打印機(jī)，生成標(biāo)本運(yùn)送條碼。標(biāo)本放入帶GPS定位功能的專用標(biāo)本運(yùn)送箱交給運(yùn)送人員，運(yùn)送人員掃描運(yùn)送條碼進(jìn)行交接。標(biāo)本送達(dá)后，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室人員掃描標(biāo)本運(yùn)送條碼進(jìn)行接收交接，系統(tǒng)自動(dòng)將標(biāo)本相關(guān)信息導(dǎo)出供瀏覽。利用帶GPS定位功能的運(yùn)送箱可實(shí)時(shí)追蹤標(biāo)本送檢情況，并根據(jù)各實(shí)驗(yàn)室的工作量動(dòng)態(tài)調(diào)整送檢目標(biāo)實(shí)驗(yàn)室，以期達(dá)到檢測(cè)資源優(yōu)化配置的目的。

標(biāo)本檢測(cè)分為兩種情況，第一種是在臨時(shí)搭建的實(shí)驗(yàn)室或移動(dòng)檢測(cè)車進(jìn)行檢測(cè)，第二種是在醫(yī)療機(jī)構(gòu)固定實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)大范圍的應(yīng)急核酸檢測(cè)場(chǎng)景，由于醫(yī)療機(jī)構(gòu)固定實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)能力有限，且距離部分采集點(diǎn)太遠(yuǎn)，因此大量標(biāo)本檢測(cè)任務(wù)是在采集點(diǎn)附近臨時(shí)搭建的實(shí)驗(yàn)室或移動(dòng)檢測(cè)車中進(jìn)行。

在這些臨時(shí)實(shí)驗(yàn)室和移動(dòng)檢測(cè)車中，部署一臺(tái)云檢測(cè)工作站即可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室與云平臺(tái)的聯(lián)網(wǎng)交互。云檢測(cè)工作站的硬件設(shè)備為電腦、條形碼閱讀器，檢測(cè)人員通過4G/5G移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)登錄檢測(cè)云平臺(tái)，使用條形碼閱讀器依次掃描待檢標(biāo)本試管上的標(biāo)簽，在系統(tǒng)中建立本次檢測(cè)的標(biāo)本列表；檢測(cè)完畢后操作人員快速上傳經(jīng)審核的陰性檢測(cè)報(bào)告；若發(fā)現(xiàn)陽性標(biāo)本，用條形碼閱讀器掃描該標(biāo)本試管標(biāo)簽，在云平臺(tái)中快速定位到具體標(biāo)本及人員信息，上報(bào)給上級(jí)部門。

醫(yī)療機(jī)構(gòu)固定實(shí)驗(yàn)室在用的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIS）通過數(shù)據(jù)接口也可直接與云平臺(tái)對(duì)接，充分發(fā)揮固定實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力。鑒于各醫(yī)療機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的LIS與云平臺(tái)的接口不盡相同（見表1），需要花費(fèi)大量人力與時(shí)間來建立和調(diào)試每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)接口，因此在大范圍的應(yīng)急核酸檢測(cè)場(chǎng)景下，實(shí)驗(yàn)室LIS與云平臺(tái)建立數(shù)據(jù)接口的交互方式并不是一個(gè)最佳的選擇。

表1 實(shí)驗(yàn)室接入云平臺(tái)的兩種方式對(duì)比Tab.1 Comparison of two ways of laboratory access to cloud platform

3.4 報(bào)告發(fā)布模塊

云平臺(tái)將審核后的檢測(cè)結(jié)果上傳至浙江政務(wù)服務(wù)網(wǎng)，被檢測(cè)人通過“浙里辦”手機(jī)APP查詢檢測(cè)報(bào)告。同時(shí)云平臺(tái)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行匯總，形成多種報(bào)表，如采集進(jìn)度匯總表、送檢匯總表、單位接收情況匯總表等，管理人員通過這些報(bào)表信息實(shí)時(shí)掌握全局檢測(cè)進(jìn)度，政府部門可以根據(jù)情況調(diào)整檢測(cè)計(jì)劃和部署，達(dá)到加快完成應(yīng)急核酸檢測(cè)的目的。

4 總結(jié)與展望

參考核酸檢測(cè)機(jī)動(dòng)隊(duì)的實(shí)戰(zhàn)反饋，本院臨床醫(yī)學(xué)工程部和信息中心利用現(xiàn)有資源，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套滿足短時(shí)間內(nèi)大范圍全民核酸篩檢場(chǎng)景的新型冠狀病毒核酸應(yīng)急檢測(cè)云平臺(tái)，云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急核酸檢測(cè)工作的標(biāo)本現(xiàn)場(chǎng)采集、信息快速錄入、采樣點(diǎn)臨時(shí)快速布置、標(biāo)本動(dòng)態(tài)分配檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、檢測(cè)結(jié)果快速上報(bào)等全流程信息化管理，支持標(biāo)本單采、混采（1:5、1:10）等多種方式，為新型冠狀病毒感染的疫情防控工作提供了強(qiáng)有力的信息化支撐，決策人員可以第一時(shí)間掌控全局檢測(cè)進(jìn)度，并快速制定下一步方案，從而高效、精準(zhǔn)地完成全民核酸篩檢任務(wù)。由于浙江省內(nèi)未發(fā)生大規(guī)模疫情，該云平臺(tái)目前在杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)、寧波櫟社國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)行了演練，均達(dá)到預(yù)期效果。

在未來新冠肺炎疫情結(jié)束以后，借助云平臺(tái)技術(shù)可以將各區(qū)域零散分布的實(shí)驗(yàn)室聯(lián)成一張網(wǎng)，通過大數(shù)據(jù)追溯、人工智能技術(shù)提升云平臺(tái)的數(shù)據(jù)獲取和處理能力，使智能化檢驗(yàn)管理、新型疫情預(yù)測(cè)成為可能。