實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)

1、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）在水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)施與體會摘要：本文介紹了實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)（ LIMS）的概念、功能、特點(diǎn)與發(fā)展，以 Nautilus系列實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)為例，描述了水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室LIMS 的設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)架構(gòu)。從工作流和角色分配兩個方面，對水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室如何應(yīng)用LIMS 開展分析與管理工作進(jìn)行了探討，并結(jié)合長江流域水環(huán)境監(jiān)測中心 LIMS 系統(tǒng)建設(shè)，總結(jié)和分析了實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)建設(shè)方面存在難點(diǎn)，及實(shí)施過程中的一些經(jīng)驗(yàn)與體會。關(guān)鍵字： LIMS ；實(shí)驗(yàn)室信息管理隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 其應(yīng)用逐步向系統(tǒng)集成化控制和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展， 由此也誕生出實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)這樣高度自動化

2、的全流程控制管理系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)分析、質(zhì)量控制、試樣全過程、實(shí)驗(yàn)方法管理、 SOP（標(biāo)準(zhǔn)工作程序）管理方面實(shí)現(xiàn)了自動化遠(yuǎn)程控制與管理，使管理者實(shí)時掌握樣品所在位置、所處狀態(tài)和分析結(jié)果，并按要求完成各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)與報表， 極大地提高了工作成效。 在水利系統(tǒng)， 擁有一大批水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室，如何開發(fā)結(jié)合自己管理特點(diǎn)的 LIMS，對于實(shí)現(xiàn)水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室分析管理自動化、 網(wǎng)絡(luò)化，提高實(shí)驗(yàn)室管理水平和分析時效性，提升整個水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測能力，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。1、LIMS 系統(tǒng)的概念和主要特點(diǎn)1.1 LIMS的概念LIMS 是實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(Laboratory Information Mananement

3、 Systems)的英文縮寫， 是將實(shí)驗(yàn)室的分析儀器通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連起來，采用科學(xué)的管理思想和先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)室的高效、科學(xué)運(yùn)作以及實(shí)驗(yàn)室各類信息的保存、交流和加工提供平臺，它集樣品管理、分析過程管理、數(shù)據(jù)管理( 采集、傳輸、處理、輸出、發(fā)布) 、報表管理、資源管理、事務(wù)管理等為一體，組成一套完整的實(shí)驗(yàn)室綜合管理和質(zhì)量監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)室為核心的整體環(huán)境的全方位管理，既能滿足日常管理要求，又能保證分析數(shù)據(jù)的嚴(yán)格管理和控制。1.2 LIMS 的主要特點(diǎn)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理方式相比，LIMS 具有以下特點(diǎn) :(1) 管理科學(xué)。 LIMS 是建立在工作流基礎(chǔ)上的，能夠根據(jù)工作實(shí)際組合各類要素

4、，依照管理規(guī)范要求完成實(shí)驗(yàn)分析和管理任務(wù)， 為實(shí)驗(yàn)室管理建立了完整的質(zhì)量保證體系和優(yōu)良的自動化運(yùn)行方案。(2) 提高工作效率。 LIMS 有著較為全面的儀器聯(lián)結(jié)與控制功能，可以自動采集檢測數(shù)據(jù)，從而減少手工錄入的錯誤；可以進(jìn)行必要的計(jì)算分析，加快數(shù)據(jù)傳送的速度。此外，還可對水樣、底質(zhì)樣等各類樣品進(jìn)行統(tǒng)一的登錄和調(diào)配，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室工作秩序，縮短樣品的周轉(zhuǎn)時間。(3) 實(shí)施過程監(jiān)控。在樣品登錄時， LIMS 對每個樣品進(jìn)行了唯一標(biāo)識，并實(shí)時動態(tài)跟蹤樣品分析每個環(huán)節(jié)； 在審核過程中可對每個數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤， 對于錯誤處理提供了可靠的保證。(4) 加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全。 LIMS 將任何對數(shù)據(jù)的修改都記錄在案，確保

5、數(shù)據(jù)的公正性和可溯性；分布式的數(shù)據(jù)存放，防止了數(shù)據(jù)遭受災(zāi)難性的破壞。2、LIMS 的組成與設(shè)計(jì)長江流域水環(huán)境監(jiān)測中心引進(jìn)了英國實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)公司開發(fā)的Nautilus系列實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于 Oracle 數(shù)據(jù)庫，通過所編制一系列的管理程序，將實(shí)驗(yàn)室分析與管理中的產(chǎn)生所有數(shù)據(jù)和信息集中起來，完成整個水質(zhì)分析與實(shí)驗(yàn)室管理工作。工作流和角色是貫穿于Nautilus系統(tǒng)的兩條重要主線：工作流是完成分析和管理工作的規(guī)范性工作步驟，是實(shí)際工作流程在 Nautilus 內(nèi)的程序化反映；角色則是分析者和管理者能參與到工作流中所需要身份， 也反映了每個參與者在工作流中所承擔(dān)的職責(zé)。在實(shí)施過程中， 開發(fā)人員按

6、照 質(zhì)量管理手冊和 程序文件等實(shí)驗(yàn)室規(guī)范文件，規(guī)劃系統(tǒng)的主要功能、各部門和人員的管理職責(zé)，據(jù)此劃分出若干個工作流，包括樣品登錄、樣品分配、樣品分析、結(jié)果復(fù)核、報告生成與發(fā)布等環(huán)節(jié)；再根據(jù)人員的各自職責(zé)進(jìn)行角色分配，從而完成實(shí)驗(yàn)室全面管理，包括儀器管理、人員管理、質(zhì)量管理、位置管理、試劑管理、安全管理以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集管理等等（見圖一）。圖一水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室LIMS 總體構(gòu)架示意圖2.1 工作流的設(shè)計(jì)作為實(shí)驗(yàn)室信息的管理系統(tǒng)， Nautilus 要按照實(shí)驗(yàn)室工作規(guī)程，為每個分析測試樣品建立嚴(yán)格的分析工作流程和質(zhì)控工作流程，實(shí)現(xiàn)分析檢測工作程序化。因此，我們在 Nautilus 的工作流設(shè)計(jì)中，主要考

7、慮了以下幾個方面：（ 1） 檢測任務(wù)安排與樣品登錄、分發(fā)與分析工作相一致， 系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)檢測任務(wù)安排、 樣品登記和分發(fā)程序。 管理人員在計(jì)算機(jī)上輸入檢測任務(wù)， 采樣人員依據(jù)檢測任務(wù)采集樣品，而質(zhì)控人員則將樣品的樣品編號、樣品類型、樣品性狀、送樣人、送樣時間、測試方法等信息登錄到系統(tǒng)中。登錄后，系統(tǒng)自動為每個樣品分配一個 ID 號，作為該樣品在工作流程中的唯一標(biāo)識，減少人為失誤。樣品登錄后，系統(tǒng)根據(jù)檢測任務(wù)書中確定的測試項(xiàng)目以及質(zhì)控要求將檢測任務(wù)下發(fā)到分析室。分析室負(fù)責(zé)人收到樣品后，將樣品分配給具有相關(guān)檢測資質(zhì)的分析員。（2）樣品分析由于樣品分析分為自動（半自動）和人工操作兩種。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需

8、按照這兩種模式分別編制控制和數(shù)據(jù)采集程序。 自動（半自動）分析的儀器中， 一些是通過 Nautilus 可以直接控制儀器和讀取分析數(shù)據(jù)的， 還有一些需要編制“腳本”程序，即數(shù)據(jù)讀取轉(zhuǎn)換程序，定時讀取儀器數(shù)據(jù)；而對于無法與計(jì)算機(jī)連接的人工分析項(xiàng)目，則需要編制錄入程序，從網(wǎng)絡(luò)的任一臺客戶端計(jì)算機(jī)上進(jìn)行人工輸入。數(shù)據(jù)采集程序中， 還需要設(shè)計(jì)“事件”處理程序， 進(jìn)行數(shù)據(jù)類型正確性的驗(yàn)證和量程檢查，而且還要檢查它們的指標(biāo)限值。一旦數(shù)據(jù)可疑，系統(tǒng)將給出提示信息通報分析員。數(shù)據(jù)采集完成后，樣品狀態(tài)等相關(guān)信息將同時被更新，并可以根據(jù)事先設(shè)置好的計(jì)算公式自動計(jì)算出結(jié)果，進(jìn)行水質(zhì)類別的判定。（3）審核和糾正審核是

9、水質(zhì)分析的重要管理手段。Nautilus允許設(shè)定三個以上層級的審核流程。在系統(tǒng)中，我們根據(jù)計(jì)量認(rèn)證要求設(shè)計(jì)了三級審核程序。在授權(quán)的范圍內(nèi)，審核人員可以在計(jì)算機(jī)上完成對分析結(jié)果進(jìn)行復(fù)核、審核。由于 Nautilus 對分析的每一個步驟都是記錄的，因此審核人員可以同時查看樣品采集、分析過程中的相關(guān)信息，以判斷分析結(jié)果和方法是否準(zhǔn)確可靠。在審核階段， 系統(tǒng)允許對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正， 但任何的修改都必須說明原因， 且原始數(shù)據(jù)不容修改， 所有的修改記錄都必須附在最終結(jié)果的記錄中， 以便進(jìn)行數(shù)據(jù)溯源。數(shù)據(jù)審核完成后，審核人員需要對結(jié)果做出確認(rèn)、重做、作廢的結(jié)論。（4）結(jié)果報告實(shí)驗(yàn)室工作的最終目的就是通過分

10、析測試得出一系列的數(shù)據(jù)， 提供分析結(jié)果的最終報告。Nautilus 提供了完善的報表生成和發(fā)布工具。 我們可以根據(jù)工作的需要編制各類報告、報表程序，使用人員根據(jù)事先設(shè)置好的流程，按照授權(quán)范圍，自動生成報告。還可生成電子文檔、電子郵件、網(wǎng)上發(fā)布等電子形式的結(jié)果報告，并附加電子簽名。2.2實(shí)驗(yàn)室管理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室管理涉及實(shí)驗(yàn)室工作的方方面面， 依據(jù)于實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)管理制度， Nautilus 可以通過角色的分配，實(shí)現(xiàn)各謀其事、各負(fù)其責(zé)，完成好各項(xiàng)管理工作。每一個分析人員和管理人員的職責(zé)被分配到水質(zhì)分析與管理的每一個步驟，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，每一個相關(guān)人員的管理內(nèi)容都和工作流相關(guān)聯(lián)。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室分析與管理的需求

11、， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下管理模塊：（1）儀器管理在儀器管理模塊中， 管理人員人員可以依據(jù)計(jì)量認(rèn)證要求對實(shí)驗(yàn)室儀器、 設(shè)備、計(jì)量器具進(jìn)行有效的管理，對設(shè)備、儀器、計(jì)量器具的購買、審批、驗(yàn)收、檢定、保管、標(biāo)準(zhǔn)操作、校正、校驗(yàn)、保養(yǎng)、維護(hù)、使用狀況、降級、報廢規(guī)定等進(jìn)行記錄。能夠隨時查詢各種設(shè)備的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)時間、產(chǎn)地、技術(shù)指標(biāo)和操作規(guī)程；系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的質(zhì)量控制信息和校驗(yàn)周期， 計(jì)算下次校驗(yàn)日期，以提醒工作人員定時校驗(yàn)儀器和定時維護(hù)儀器；（2）人員管理系統(tǒng)的人員管理模塊可記錄實(shí)驗(yàn)室的人員組成結(jié)構(gòu)、 培訓(xùn)考核記錄、 資質(zhì)、工作情況、獎懲、薪金、現(xiàn)行工作狀態(tài)、所完成的項(xiàng)目和正在做的項(xiàng)目以及現(xiàn)在和將來的任

12、務(wù)安排，并顯示當(dāng)前人員工作負(fù)荷，從而使得人員和檢驗(yàn)任務(wù)分配、檢驗(yàn)任務(wù)調(diào)度更合理更精確。（3）質(zhì)量管理為防范不合格品的發(fā)生和異常檢測情況的發(fā)生， 系統(tǒng)治兩管理模塊引入了過程質(zhì)量控制中的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法， 通過對質(zhì)控樣品的數(shù)據(jù)分析，自動評價實(shí)驗(yàn)室總體及內(nèi)部個體的質(zhì)量情況。通過對一定時間內(nèi)樣品關(guān)鍵數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)測其質(zhì)量的發(fā)展趨勢。對分析數(shù)據(jù)的上下限及相關(guān)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)自檢，提供人或儀器的出錯信息的統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)智能得出測試結(jié)果； 提醒分析人員進(jìn)行自校，從而把質(zhì)量問題有效地控制在初始階段。（4）客戶管理解決抱怨及不合格檢測和校準(zhǔn)是計(jì)量認(rèn)證的要求之一。 系統(tǒng)的客戶管理模塊可以記錄客戶基本信息、客戶的意

13、見反饋、客戶抱怨處理、客戶送樣的歷史信息、客戶樣品測試信息、與客戶的自動聯(lián)系方式、客戶與本實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)來往統(tǒng)計(jì)、費(fèi)用統(tǒng)計(jì)、用戶信譽(yù)度等信息。 并按照管理流程處理來自客戶或其它方面的抱怨，并保存所有抱怨的記錄以及實(shí)驗(yàn)室針對抱怨所開展的調(diào)查和糾正措施的記錄等。（5）位置管理系統(tǒng)位置管理程序幫助管理人員精確、 實(shí)時地找到儀器設(shè)備的所在位置、 樣品目前流轉(zhuǎn)到何處、留存樣品的保管地點(diǎn)、庫存材料和試劑的存放地點(diǎn)等。（6） 試劑管理試劑管理模塊反映實(shí)驗(yàn)試劑和相關(guān)消耗品的使用、 購買、保存等情況， 包括購買申請、申請審核、費(fèi)用、驗(yàn)收、使用記錄、存放要求、報廢處理等，每一計(jì)量檢定方法都可和各類消耗品相關(guān)聯(lián)。 管理

14、人員可以實(shí)時了解試劑庫存信息， 避免庫存不足影響工作或庫存過多造成積壓浪費(fèi)。另外，試劑管理也詳細(xì)記錄了試劑的檔案，包括名稱、供應(yīng)廠商、成份、含量或純度、出廠編號、出廠日期、存放條件、有效期等信息，幫助采購人員進(jìn)行試劑選購。（7） 財務(wù)管理財務(wù)管理模塊主要針對實(shí)驗(yàn)室提供對成本核算和基本的財務(wù)處理， 使管理人員可以隨時掌握質(zhì)量成本，為實(shí)驗(yàn)室的推行成本管理提供切實(shí)可行的依據(jù)和控制手段。（8）安全管理安全是信息系統(tǒng)建設(shè)的前提條件， Nautilus 安全管理主要包括：（ 1）保密性，防止信息泄露給未授權(quán)操作員 ( 或攻擊者 ) ；（ 2）完整性，防止信息被未授權(quán)用戶更改；（ 3）可用性，不拒絕授權(quán)用戶

15、的訪問。系統(tǒng)的安全管理模塊為每一個使用者分配不同的管理職責(zé)和管理權(quán)限。 以多級審核機(jī)制為例，分析室負(fù)責(zé)人只能訪問特定原始的檢測數(shù)據(jù) , 并使用第一級審核權(quán)；質(zhì)量保證人可以擁有訪問所有數(shù)據(jù)的權(quán)限，并使用第二級審核權(quán)；技術(shù)負(fù)責(zé)人擁有最高訪問權(quán)并使用最終審核權(quán)、簽發(fā)權(quán)，這樣就使結(jié)果在發(fā)送以前經(jīng)過了各級主管負(fù)責(zé)人的審核。此外，系統(tǒng)將電子簽名作為系統(tǒng)必備功能，每級審核需要電子簽名確認(rèn)，增強(qiáng)了審核的合法性和安全性。（9）數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集管理模塊針對數(shù)據(jù)采集的不同方式和要求，編制不同的采集流程。主要包括三種方式：一是與實(shí)驗(yàn)儀器聯(lián)結(jié)，自動（半自動）采集分析數(shù)據(jù)、圖譜、圖標(biāo)等，并按照要求對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行

16、預(yù)處理計(jì)算；二是可與Internet和 GPRS網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，通過接口程序采集遠(yuǎn)程客戶端數(shù)據(jù)到中心數(shù)據(jù)庫中，如自動監(jiān)測站定時通過GPRS網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后根據(jù)相應(yīng)的處理程序進(jìn)行解讀，并形成結(jié)果報表；三是手工輸入， 對于人工判讀的數(shù)據(jù)或無法連接網(wǎng)絡(luò)的儀器設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以通過界面手工輸入分析數(shù)據(jù)和相關(guān)信息3、LIMS 實(shí)施的難點(diǎn)與經(jīng)驗(yàn)3.1實(shí)施難點(diǎn)在開發(fā)階段的難點(diǎn)在設(shè)計(jì)初期， 由于開發(fā)者與需求者在溝通和理解上難免存在著一定差異，這往往會導(dǎo)致 LIMS 的管理理念與實(shí)際工作不能充分的融合。為了實(shí)現(xiàn)LIMS 協(xié)助管理人員科學(xué)、高效的管理實(shí)驗(yàn)室，需要設(shè)計(jì)人員對實(shí)驗(yàn)室管理工作的每一個流程

17、都有深入的了解，也需要分析人員、 管理人員能夠全面周詳?shù)乇磉_(dá)出需要管理的內(nèi)容，才能設(shè)計(jì)出真正滿足需求的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)。若開發(fā)者與管理者未能進(jìn)行充分的溝通了解，會導(dǎo)致 LIMS與實(shí)際工作產(chǎn)生分歧，這勢必將影響LIMS 的成功實(shí)施。在實(shí)施階段的難點(diǎn)LIMS 是一個模式化的綜合性系統(tǒng)，是對現(xiàn)有工作模式的規(guī)范與統(tǒng)一，需要依據(jù)設(shè)定好的工作流程進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。它基于傳統(tǒng)的工作流程，但在執(zhí)行工作流程時，更加嚴(yán)密、準(zhǔn)確，不允許非正常的干預(yù)。所以，實(shí)施后的 LIMS，其全新的管理模式與現(xiàn)實(shí)工作模式的矛盾將對LIMS 的實(shí)施造成巨大阻礙。一般來說，習(xí)慣于現(xiàn)狀工作流程的實(shí)驗(yàn)室人員LIMS 運(yùn)行初期需要時間來適應(yīng)這種新

18、的管理方式， LIMS 也需要根據(jù)實(shí)際的工作情況在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。 現(xiàn)實(shí)工作與 LIMS 能否完全磨合，這是 LIMS 在實(shí)施階段的一大難點(diǎn)。3.2 LIMS 的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)從我們實(shí)施過程以及國內(nèi)外成功實(shí)施的 LIMS 系統(tǒng)來看， LIMS 的開發(fā)到實(shí)施有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)值得借鑒：管理者積極參與從本質(zhì)上說， LIMS 技術(shù)只是一件工具，一件幫助管理者更好地管理部門、提高實(shí)驗(yàn)室整體水平的有效工具。LIMS 成功實(shí)施的關(guān)鍵在于管理者，管理者是項(xiàng)目需求的根源和實(shí)際使用者，也是最大的受益者。在 LIMS 的開發(fā)與實(shí)施的全過程中，只有管理者對 LIMS 的實(shí)驗(yàn)室管理理念有了充分、 統(tǒng)一的認(rèn)識以后， 才能有針對性地提出切實(shí)可行的系統(tǒng)運(yùn)行管理機(jī)制，整個工作才可能真正實(shí)施。專人負(fù)責(zé)開發(fā)和維護(hù)由于 LIMS 應(yīng)用是一件牽涉面寬、影響范圍大、人力物力投入較大的系統(tǒng)工程，所以若無專人來構(gòu)想、協(xié)調(diào)、決策和落實(shí)是很難成功的。在LIMS 的開發(fā)階段，應(yīng)當(dāng)指定出具有水質(zhì)分析經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)