1、实验室信息管理系统LIMS 1.实验室信息管理系统（LIMS）主要功能 1）样品的管理（Sample Management） 是指样品进入实验室到分配检测项目直至完成并认可检测结果出具证书的过程。样品被登录到 LIMS 后，系统将严格按照预先定义好的有关规范对其实行管理。样品登录后，系统将自动分配一个按照一定规则命名的 sample ID作为该样品在实验室中唯一的标识，并打印出条码。 所有与样品有关的信息在样品登录时都将被记录下来，如送样单位付款单位接收报告单位的信息、需要出报告的日期、检测的项目及要求、样品的状态及描述、接收样品的日期部门及人员等。 样品登陆后，根据检测项目的不同会自动给相关
2、的技术小组下达工作任务，即自动分配样品。 检测结果可以从仪器直接传输或者人工键盘输入，并且会有三级审核认可的过程，只有通过认可的结果才可以进行发布和产生分析证书。2) 质量控制的管理(Quality Control Management) LIMS 应该提供相关的功能模块为实验室建立一套完善的质量管理体系，对影响实验室质量的诸要素进行有效的管理和控制，并严格规范实验室的标准操作流程（SOP）。为了保证分析数据的准确性、分析结果的可靠性和监测测试仪器的稳定性，过程质量控制中的数据进行统计分析。并通过对质控样品的数据分析，自动评价实验室总体或者个体的质量状况。通过对一定时间内样品关键质量数据的分析
3、，预测其质量的趋势。 3) 仪器集成(Instrument Interface) 将测试仪器跟 LIMS 集成，实现从测试仪器到 LIMS 的自动数据传输代替测试和质量控制结果的键盘输入，从而大大提高工作的效率和减少错误率，缩短样品在实验室中的生命周期。 4） 统计报表。提供报表软件，生成准确反应实验室需求的报表，包括统计、计算等。通过开放式数据库连接，同时保持数据的一致性和安全性。 5) 厂家的管理。 包括厂家基本信息、厂家意见反馈、厂家送样历史记录、厂家样品监测信息、厂家与实验室业务往来统计、费用统计和厂家信誉额度等信息。6）实验室资源的管理。 包括对实验室人员、分析检测仪器和相关设备、检
4、测报告、供应商的管理，从而实现对实验室的全面管理。 7）安全管理。 主要是指防止信息泄露给未授权的用户（或者攻击者），并且保证数据的完整性和可用性。完整性是指防止信息被未授权用户更改；可用性是指不拒绝授权用户的访问。并且具有审计跟踪的功能，即系统对关键的数据进行审核，自动记录什么人在什么时候因为什么原因修改了何种数据，从而保证数据的可追溯性。 根据上述需求分析， LIMS 项目主要可划分为以下四个模块，可以按照实施计划安排实施。 1) 业务流程模块 包括样品登录，检测项目的分配，样品的处理，仪器分析，结果输入和审核，证书的生成与发布。主要是围绕样品及检测结果的管理。 2）仪器连接 主要功能是连
5、接 LIMS 与实验室内重要测试仪器，用于提取实验结果。 3) 实验室内部管理模块 包括样品的财务核算，仪器设备的管理，厂家信息的维护，质量控制体系的质量保证，以及整个系统的安全设置（包括系统安全和应用程序安全）。 4) 信息查询模块 主要功能就是对 LIMS 系统应用后产生的数据资源进行开发和利用，为实验室的日常运行提供报表材料，为决策层的决策提供数据支持，为实验室的质量体系提供保障。 在该 LIMS 中，样品的管理系统为核心部分。围绕样品的管理，为了保证分析结果的准确及时地发送给厂家，该系统提供了实验室内部的管理块。不管对于实际的实验操作人员还是对于实验室的决策层来说，基于实验室数据的查询
6、时不可或缺的工具。 4样品工作流设计和实现 为了规范样品检测分析的工作流程,对样品分析的每一个环节进行监控和管理,减少人为因素造成的分析误差，提高样品分析质量和人员工作效率,建立起一套完善的质量保证体系,对影响实验室质量的要素进行有效的管理和控制,并严格规范实验室的操作规程，采用工作流技术，结合数据库技术和网络技术，对样品进行全方位的管理。从而建立一个以实验室为中心的管理体系，提供完善的质量保证体系，实现检验数据的网络化共享、无纸化记录与办公、资源与成本管理和人员量化考核，为实验室管理水平的整体提高和实验室全面管理提供先进的技术支持。 4.1 工作流概述 所谓工作流（workflow）,是将实
7、验室分析检测业务的部分或者整体在计算机应用环境下的自动化。即在网络、服务器、多台计算机厂家端和测试仪器的硬件平台上，样品检测业务过程按照预先设定的规则并借助应用程序和人对相关数据的处理而完成。例如，样品送到实验室后，需要先把样品的基本信息登录到LIMS中，然后根据厂家要求把检测任务下达到各个技术小组，技术小组按照他们接收到的检测任务检测样品，并把检测结果输送给报告组成员，报告组把结果汇总并产生分析报告发送给厂家。这样，就形成了一个样品在实验室中的生命周期。对于这样的情况，我们可以使用工作流技术来控制和管理样品。这就可以称之为工作流。4.2 检验业务流程的概述 LIMS采用先进的工作流技术，结合
8、数据库技术和网络技术为实验室提供了一个对实验室各类工作尤其是分析测试业务进行全方位管理的一个平台。 样品在系统中生命周期为: 样品登录、样品分配、样品分析、分析结果复核、报告生成、报告发布。该周期以实验室先进的管理经验为依据,结合样品在实验室中的实际检测流程而设计,从而实现样品从登录到报告输出的全过程实时监控。其业务流程如图4-3所示：图4-3：实验室工作流4.2.1 样品登录 样品登录是实验室工作流的第一步，也是非常关键的一步。登录样品的目的是为了实现样品的追踪和样品的管理。样品登录要求在友好的人机界面下快速、方便地采集所有必要的信息。 顾名思义，在这个过程中将涉及样品信息的登记：记录谁在什
9、么时候什么地点如何收到什么样的样品，这个样品来自哪个厂家，需要在什么时候提交给哪个厂家报告，该样品需要检测的项目是什么，等等。这些需要采集的信息是通过设置多个登录字段实现的。字段的类型包括字符型、数值型、布尔型、日期时间型、编码型和连接型这几种。 样品登录并不是简单的数据录入，根据实验室的一些相关规定，样品在登录时需要进行如下计算和操作。 1）检查厂家信用额度 样品登录时，根据选择的厂家编码，自动核对该厂家的财务信用等级。举例说明一下，如果该厂家有逾期未交的欠款，则该样品会被悬置直至该厂家结清欠款；如果该厂家因为信誉不好而被列入黑名单，则该样品不能被登录到LIMS中；如果该厂家没有信用额度，则
10、该样品在检测前需要预先付费，否则该样品不能被检测。 2）检查样品是否是完好 送检样品如果被记录成样品的状态不适合检测或者不满足检测的条件，那么样品会被悬置，直至新的符合检测要求的样品被送到。不符合检测要求的情况有：3）自动计算样品周期 从接收到到样品到出具报告的这段时间称为样品的生命周期（Sample Turnaround）。样品周期是一个用于考核实验事服务质量的非常重要的参数，它关系到实验室是否及时给厂家出具报告。该周期的计算方法是（样品出报告日期 样品接收日期），如果样品在当天的10点前送到，接收日期以当天为准；如果是10点后送到，接收日期则是接收到样品的第二天，并且要去除这个时间段内的双
11、休日及假期。 4）打印样品条码 核对输入信息正确无误后，登陆样品并为该样品获得唯一的LIMS标识LIMS ID，并打印条码标签，并把该条码贴在样品显著的位置。LIMS ID是样品在实验室中的唯一标识，是为了满足ISO/IEC17025:2005质量体系对厂家保密条款的要求：样品在实验室检测时要公平公正，样品上不得有厂家的标识，检测人员也不得询问有关厂家的信息。 5）打印样品接收表 核对输入信息正确无误后，用户可生成基于该样品的报表发送给厂家确认。此报表内容包括：送样单位信息、样品信息、检测要求、出报告日期及报价，相当于一个检测委托合同。相关人员要在收到样品24小时内跟厂家联系把该报表发送给厂家
12、核实。厂家核实签字后方可安排检测，否则不安排检测。 4.2.2 分配测试项目 样品登录后，要对其指定分析项目和分析方法，跟据分析项目和分析方法的样品自动分配到相应的技术小组，实现样品的分配。4.2.3 结果输入 样品登录后，经过各种处理和操作，在完成仪器分析后，需要把仪器分析的最终结果输入到LIMS 中。结果输入的方式有两种：一种是手工输入，两一种是通过仪器连接直接从仪器中采集数据4.2.4 结果的审核认可 为了保证结果的准确性和有效性，需要要对输入到LIMS中的结果（包括手动输入和通过仪器连接自动采集的结果）进行审核和认可。这个过程是通过三个安全机制来实现的。 一是通过在样品工作流中规定“质
13、量指标”，指定结果的上限、下限和目标值，如果结果超出指定的范围，系统自动的产生提醒功能。这个过程是系统自动完成的，不需要人员干预。 二是可是在工作流中定义“检查计划”，指定该结果需要逐级检查，结果只有通过所有检查后才能发布。 三是对结果进行认可，只有通过认可的结果才能发布并发送给厂家。 结果输入LIMS后，是不能轻易修改的，其修改操作必须符合优良实验室规范（Good Automated Laboratory Practice,GALP）的要求：即LIMS会对该系统中的数据进行审核（Audit），经过授权可以修改数据的操作人员在修改未认可数据时，需要记录什么人在什么时间因为什么原因修改了何种数据
14、。而结果一旦经过认可后，任何人都不能就行修改。从而保证数据的完整性和可追溯性。 4.2.5 分析证书及报告的发布 分析证书（Certification of Analyse） 是LIMS最终的目标输出物，也是实验室检测的最终结果。分析证书是一种特殊格式的报表，该报表只有授权的人员才可以产生，并且可对其进行数字签名以保证分析证书的完整性和可用性。分析证书可以.psr文件的形式保存，也可以.pdf的形式保存。 分析证书可通过打印报告、电子文档、E-mail、Web等多重形式与其他系统进行通讯和发布。 4.3 样品跟踪的实现 样品登录到LIMS后，一个重要的问题就是如何跟踪这些样品，及时了解到样品的
15、确切状态。样品跟踪允许用户标识和获知样品在实验室的当前状态，如登录、前处理中、仪器分析中、结果认可中还是已经完成并发送报告给厂家，还可以获知样品的存放位置等信息。这就用到了我们熟知的自动识别技术。 4.3.1条形码技术 所谓条形码技术是一种数据标识和输入技术。它是研究如何把计算机所需要的数据用一种条形码来表示，以及如何将条形码表示的数据转变为计算机可以自动采集的数据。条形码技术主要包括条形码编码原理规则标准、条形码译码技术、光电技术、印刷技术、扫描技术、通讯技术、计算机技术等。条形码是由一组长度相同而宽度不同、反射率不同的条和空格按规定的编码规则组合起来的，用以表示一组数据或者符号；条形码是一
16、种信息记录形式，任何信息都可以转换为条形码。若从印制条形码的材料、颜色分类，可分黑白条形码、彩色条形码、发光条形码（荧光条形码、磷光条形码）和磁性条形码等。 目前已经提出的条形码编码方案已多达四十余种，应用最为广泛的有：交叉 25 码、39 码、UPC 码、EAN 码、128 码等。近年来又出现了按矩阵方式或者堆栈方式排列信息的二维条形码。不论哪一种条形码，其共同点是：a).条形码符号图形结构简单；b).每个条形码字符有一定的条、空组成，占有一定的宽度和印刷面积；c).每种编码方案均有自己的字符集；d).每种编码方案与对应的阅读装置的性能密切相关。 基本的条形码系统包括：扫描器、译码器、装有条
17、形码字体的计算机，以及条形码打印机。扫描器又称光电读入器，是识别读入条码的仪器，其内部装有发光二极管和光电检测器，用来照亮条形码和接收条形码的发射光，进而产生模拟信号，并经过放大和量化以后，送至编译器转换为 ASCII（计算机可读的）码和字符。编译器中设有编码算法数据库，存储需要译读的条形码编码方案。来自描器的光信号经过量化后，由单元译出其中所含信息。4.3.2 条形码技术在工作流中的应用与实现 条形码技术在LIMS中主要应用于样品登录、样品监督、样品保存和处置、生成工作列表以及仪器集成的自动结果登录等。 举例说明一下条形码的使用。 1） 在样品登陆后，根据样品工作流预先的规定，LIMS会打印
18、出如下图4-5 所示的条形码标签。2） 登录到LIMS，用读码器扫描条码上的标签，LIMS自动会根据操作者的权限把该样品的属性页打开，该属性页中显示了样品的状态，从而实现了样品追踪的功能。3） 样品在在生成工作列表时，可用条形码代替手动输入，让LIMS自动识别样品。条形码技术有效的促进了实验室样品管理、仓储管理和流程管理的自动化，提高了生产效率和准确程度；同时也使实验室能够通过存储文本和数值来丰富样品标签所包含的信息量，这些信息可以通过条码扫描很容易地加载到LIMS中。5 基于样品信息和检测数据的查询系统 通过上面的论述我们可以了解到，LIMS作为一个信息管理平台，它保存了实验室所有样品的信息
19、、检测数据、检测费用数据以及实验室管理的信息。如何发掘和应用LIMS产生的数据资源，将是LIMS 系统应用后实验室面临的一个新的挑战。在手工数据处理中常常是一件工作量巨大而且繁琐的事情,有时甚至还会经常出错,给统计工作造成不必要的麻烦。丰富而又灵活的统计报表，可以使测试结果和数据得到有效的利用和挖掘，预测其质量的发展趋势，防范不合格品的发生和检测异常情况的发生11。 5.1 报表工具的选择 在实验室管理信息系统的开发中，统计报表模块的设计是不可或缺的，有时甚至是决定一个应用信息系统成败的关键因素。在实验室信息管理系统的开发实践中，发现实验室的主体业务逻辑发生巨大变更的机会一般不是太多，然而，用
20、户对报表的要求却是经常变化不定的。由于整个系统开发的周期较长，按照立项初期确定的报表到项目交付时经常已经不能满足用户的要求。因此，理想的统计报表模块应具有如下的功能： 1) 设计方便，可以可视化地绑定数据，即所见即所得。 2) 用户能以简单直观的办法定制各种格式的报表，如交叉表，标签，复杂的图形报表等，报表的可实现性好。 3）表报工具的稳定性能要好。 4）能在windows server2003和Windows XP环境下运行。 5) 报表作为信息交流的手段，必须能以文件方式进行存储，便于用户携带和管理，改变以往由纸张作为信息载体的传统方式带来的不便。 5.2 查询系统功能概述 通过报表的帮助
21、，我们可以实现以下的功能： 5.2.1 管理数据的开发与应用 管理数据是LIMS应用后所产生的数据中与实验室日常工作活动相关，比较直接且容易开发和利用的一部份信息资源。可以作为管理信息从LIMS 中提取的常见信息内容包括：各技术小组的工作单、检测费用信息、样品状态信息、分析数据质量信息、厂家委托样品与测试项目信息等。这些原始信息中所蕴含的潜在管理信息的开发与应用，对实验室管理人员是很有吸引力的，也是反映实验室LIMS 技术应用水平的标志之一。 1） 业务量信息的应用 业务量信息是指LIMS 数据资源中与检测分析业务有关的一类信息，主要数据源于样品登录的内容。通过报表的统计，技术组成员可以很方便
22、的浏览自己每天的工作；通过对相关检测项目的统计，可以得到样品数量与技术人员或者技术小组或者检测仪器在指定时间段内的统计图/表。利用这些信息，管理者可以对指定对象（人员、部门、仪器/ 设备）进行业务量及其分布情况或特点的定量评估，为实验室各类资源的合理分配及相应的管理决策提供依据。 2） 检测费用收支信息的应用 费用收支信息包括收、支两个方面，其中收入的部分直接与检测的样品及测试项目的数量和单价挂钩，而费用支出的信息主要来自LIMS 系统经费管理模块登录的实验室费用支出明细表。通过统计比较不同的条目，我们可以得到一系列有关实验室费用收支情况的直观结果，并衍生出指定对象投入产出率分布的信息，从而为
23、管理者提供所需的定量评测信息。例如：按测试项目对指定时段进行收/支费用的统计结果，可以提供指定时段内不同测试项目在整个实验室收/ 支总额中所占的权重、不同项目的投入产出率和这些信息随时间的变化规律等诸多信息，对这些信息分析处理还可以进一步得到以下一些更深层次的管理信息： a）年度内收支比明显高的项目。这是实验室应当重点关注的服务项目。 b）各项目收支比在年度内的分布。这可以反映一个项目在一年内的收支变化情况，可以得到实验室特定服务项目的服务能力是否饱和或尚有富余信息。如果有富余，还可进一步看看富余的时段，以便决定如何开发和利用这一时段的相关资源；而对服务能力趋于饱和的项目，则可及时调整实验室内
24、部资源增加该项目的服务能力。 c） 年度内各项目服务量、单价和单次测试的平均费用统计。通过分析这一结果可以了解指定服务项目收支比高的原因，是送检样品数量多？还是收费单价高？抑或测试成本低？从而为实验室决定测试服务项目的增删提供更精确的依据。 以上针对测试项目的收支统计分析方式，也同样可应用于诸如：部门、人员、设备等对象的评估。此外，费用收支信息还可以用于对厂家进行评测。通过比较指定时间段实验室主要测试收入贡献样品/项目所对应的厂家，实验室能够清楚地知道实验室的重点服务对象、它们的主要测试需求和时段分布，以便确定相应的服务策略。 3） 样品状态信息的应用 样品状态信息是LIMS 系统中伴随样品测
25、试过程而产生的一组动态信息，它反映了样品在实验室不同岗位传递的状态，作为管理信息，它首先提供了特定委托样品在实验室的当前状态；其次，通过适当的加工，我们还可以得到实验室不同测试项目在样品测试和审核环节的平均停留周期、委托样品测试周期的主要贡献环节和项目等信息；另外，也可提取出不同样品的同一项目在特定岗位的停留周期，或同一项目和测试岗位上不同人员完成样品测试的平均周期等信息。这些信息对实验室了解其业务运行状况和调整内部资源都是很有参考价值的，同时也为厂家查询检测的进度提供了依据。 4) 分析数据质量信息的应用 分析数据质量信息是LIMS 数据库中与实验室分析数据质量相关的一类信息。测试仪器校验记
26、录、标准物质或样品的存放、配制及使用管理信息、分析方法、委托方提出异议的分析数据或样品测试项目信息、实验室内部审核的不符合项记录、人员培训记录等都是可以利用的能反映分析数据质量情况的管理信息。对这类信息进行统计研究，可以得到影响实验室分析数据质量各因素强弱的评估信息，也可以对实验室或其所属部门、人员提供的分析数据质量进行定期评估。应该说，这也是实验室管理的重要内容之一。 5）委托样品与测试项目信息的应用 委托样品和测试项目信息是样品登录信息中的一部分内容，通过研究LIMS 数据资源中委托单位（人）、委托样品和相应委托测试项目的关系，可以得到不同委托单位所委托样品及测试项目间的对应关系和年度分布
27、情况，根据这些信息，实验室可以对它的厂家进行分类，确定重点服务对象，同时可以针对这些客户的委托需求调整实验室资源，提供更个性化地服务。另外，对这些信息进行统计比较还可以获取实验室主要业务来源及其时间分布以及变化的信息，这对实验室每年的工作计划制定也是有参考价值的。 6 LIMS 的集成 以实验室内部为集成范围，信息集成的工作主要集中在 LIMS 与各种分析仪器之间的集成。从 LIMS 的定义来看，仪器数据的自动采集，即仪器连接，是 LIMS系统中十分重要的模块，也是用户衡量 LIMS 实施成功与否的一个重要指标。 将仪器连接到LIMS的好处是显而易见的。将仪器集成到LIMS后，由分析仪器到LI
28、MS的自动数据传输将代替测试和质量控制结果数据的键盘输入，从而避免了手工模式下的撰抄错误。数据自动传输通常是通过LIMS对数据文件的读取来完成的，数据文件通常存放在LIMS所跟踪扫描的某个目录，它是以特定的格式来组织和传输的，以确保数据能够准确无误地转移到LIMS系统合适的数据表中。 6.1 仪器接口的类型 实验室中仪器与LIMS的接口种类繁多,但是从接口的模式来看,大致可分为以下几种: LIMS与仪器工作站的双向传输; LIMS与仪器工作站的单向传输; LIMS与无工作站仪器的单向传输14。 1） LIMS 与仪器工作站的双向传输 此种仪器接口的示意图如下:图6-1 LIMS与仪器工作站双向
29、传输在仪器工作站上,其数据必须共享,并赋予接口程序可读写的权限,这样接口程序可以通过此目录与仪器操作软件进行数据交换。 步骤一:当样品到达实验室,经实验室人员确认后,系统会判断当前样品中是否含有此类仪器的任务。如果存在此类仪器的任务，系统会根据接口配置信息，找到任务所对应的仪器，将任务下达到对应仪器的工作站。 步骤二：任务中除了样品的信息,还能包括测试的条件,如温度,时间等信息。 步骤三：工作站将任务经过转换,传达给仪器。仪器接到任务，按要求进行分析，分析完毕后，将结果传送给工作站。 步骤四：仪器工作站会将测试结果传送到数据目录,由接口程序发送到LIMS系统中。 2） LIMS 与仪器工作站的
30、单向传输 对于此种接口,系统直接读取其结果文件,将数据的结果传输到LIMS中;此种仪器的接口通讯的示意图如下:6-2 LIMS与仪器工作站仪器单向传输在仪器工作站上,数据也必须共享,并赋予接口程序可读写的权限,这样接口程序可以通过此目录与仪器操作软件进行数据交换。 步骤一：当样品到达实验室,经实验室人员确认后,有实验室人员将分析任务下达给仪器。 步骤二：仪器接到任务,按要求进行分析,分析完毕后,将结果传送给工作站。 步骤三：仪器工作站会将测试结果传送到数据目录,由接口程序发送到系统中,发送成功之后数据将会归档。 3） LIMS 与无工作站仪器相连 这些仪器有一个共同点:没有相应的仪器操作软件。
31、通常这类仪器通过RS232与外部通讯。为了能将仪器统一管理,可以通过转换器将仪器接口转化成以太网接口,通过以太网协议与LIMS系统进行接口。此种接口的示意图如下: 图6-3 LIMS与仪器与无工作站仪器单向传输对于此种仪器,它只能通过RS232接口与外界进行数据交换。为了能更方便实验室对数据进行管理，一般采用 RS232 - TCP / IP的转换器,让用户通过以太网与仪器设备进行数据交换。 具体流程如下: 步骤一：实验室人员拿到样品,通过工作站在LIMS系统中找到相应的样品。 步骤二：实验室人员对仪器设备进行操作,得到实验室数据,将数据通过网络传送到工作站中选定的样品。 步骤三：工作站将数据传送到LIMS系统。 LIMS与仪器或者工作站有连接的类型，即前两种连接类型，通过基于仪器文件的解析和映射来实现结果的自动采集；LIMS与仪器与工作站没有连接的类型，通过RS232串行接口实现。这两种仪器连接的实现方式请参见6.2和6.3。 6.2 基于仪器文件的仪器集成的实现对于可与LIMS连接实现LIMS与仪器工作站的双向传输和单向传输的仪器， LIMS是从存储在本地硬盘或者网络硬盘上的仪器产生的数据文件中提取数据，并把提取到的有用数据映射到LIMS中。该仪器可以没有连接到工作站但是它必需把它的数据输送到一个LIMS
