基于云平臺的化學發光免疫分析儀檢測管理系統

趙五明，張欣欣，翟 炯，張 雪，孫欽東

基金項目論文

基于云平臺的化學發光免疫分析儀檢測管理系統

趙五明1，張欣欣1，翟 炯1，張 雪2，孫欽東2

(1. 煤炭科學技術研究院有限公司，北京 1000132；西安理工大學計算機科學與工程學院，西安 710048)

全自動化學發光免疫分析儀平臺檢測管理系統是對全自動化學發光免疫分析儀及其檢測工作相關信息進行管理的系統，通過該系統可以實現檢測工作的自動流轉和檢測結果共享，提高檢測效率。本文研究與實現的基于云平臺的全自動化學發光免疫分析儀檢測管理系統，是針對食品安全檢驗的一款全自動化學發光免疫分析儀的管理系統。本文主要介紹了該系統的總體結構和主要功能，并對系統各功能的模塊和實現進行了詳細描述。

全自動化學免疫分析儀；食品安全檢測；Highcharts圖表

1 前言

近年來，由于各種食品安全事故的頻發和曝光，對人們的健康和社會發展造成了嚴重的危害,食品安全已成為人們關注的焦點問題之一[1,2]。化學發光免疫分析（chemiluminescence immunoassay，CLIA），是繼酶免分析、放免分析、熒光免疫分析和時間分辨熒光免疫分析之后發展起來的一項最新免疫測定技術[3]，將具有高靈敏度的化學發光測定技術與高特異性的免疫反應相結合[4]，用于環境化學、分子生物學和醫學化學等領域，具有寬線性范圍，操作便捷，高精度和高靈敏度的特性[5]。為食品安全檢測領域提供一套高靈敏度、高檢測范圍、能免除人為干擾因素的全自動化、高效、快速檢測系統。

但是，隨著檢驗項目大量增加，對檢驗數據的準確性和報出時間的要求越來越嚴格，數據處理量急速增加，對儀器的維護響應周期要求也越來越短，原來的人工管理模式在這種形式下已顯得不太適應，使用計算機網絡技術完成檢驗流程的自動流轉、檢驗數據的自動采集、分析、處理以及儀器遠程維護的管理需求應運而生。

目前，有許多針對這類問題的實驗室信息管理系統（LIMS）。實驗室信息管理系統是一類針對實驗室的硬件和軟件的自動化分析和管理的系統。這類系統不僅能夠快速查看關于實驗室物品的信息，還可用于實驗業務流程控制的管理[6]。但現有的實驗室信息管理系統大多功能較為單一，主要集中在樣品管理，資源管理，事務管理，數據管理，報表管理等方面[7]，缺少對檢測的其他必要條件的管理，如檢測儀器的狀態監測等[8]，且應用客戶面較窄，大多是面向實驗室工作人員。但是由于食品安全檢測項目參數和檢測方法的專業性較強，其他部門單位很難參與其中，如食品生產企業很難全面了解和掌握，企業在面對有關檢測問題的時候常常無所適從，檢測需求與實驗室之間的快速對接十分困難。政府監管部門也難以根據檢測結果對食品安全的具體問題進行分析和監管。

本文中提出的基于云平臺的全自動化學發光免疫分析儀檢測管理系統就是針對全自動化學發光免疫分析儀的全方位管理系統。該系統通過RPC接口和全自動化學發光免疫分析儀的上位機軟件系統進行信息交互，實現對全自動化學發光免疫分析儀及其檢測樣品、檢測過程、檢測結果等的控制和管理。

和現有的化學發光分析儀監測管理系統相比，本系統功能更加全面，針對檢測實驗的所有相關資源，包括檢測儀器，檢測樣品，檢測計劃，檢測項目等進行全面的分布式集中管理，實現了大量數據的存儲、處理，并能實時、動態地顯示處理結果，所有的結果都可以保存或打印，該系統面向的用戶包括，分析測試機構、食品生產企業、政府監管部門、儀器生產企業等，系統借助科學的實驗室管理理念和計算機數據庫技術，建立方便、快捷的檢測服務網絡體系，實現檢測工作流的自動流轉、檢測結果的網絡化共享以及儀器遠程維護等功能，并且可以為有關部門實施控制措施提供決策依據。

2 系統總體結構

系統的總體結構主要分為三個部分，如圖1所示。

（1）通信層：實現本系統與全自動化學免疫分析儀的上位機系統軟件的信息交互。交互信息包括四個內容：第一，系統添加檢驗計劃，將檢驗計劃信息發送給上位機軟件，上位機根據接收到的檢驗信息自動進行檢驗；第二，上位機軟件系統獲取各所在儀器的通信狀態，發送給該系統，系統獲取所有儀器的通信狀態信息后在頁面顯示，方便儀器生產機構用戶查看，以及檢測人員添加檢測計劃或檢測項目時選擇適當的通信良好的儀器。第三，當檢測儀器發生故障時，該儀器的系統軟件獲取儀器的故障信息，包括儀器編號、故障現象、故障原因等，并將這些信息發送給本系統，系統獲取故障信息后在相應頁面顯示，以實現儀器的遠程維護功能。第四，當檢測結束后，上位機軟件將檢測結果信息發送給本系統，獲取檢測結果后進行統計分析，將分析結果以數據表和折線圖或柱形圖的形式顯示在相應頁面，以供查看。

圖1 系統總體結構Fig.1 general structure of system

（2）數據庫層：實現各管理功能的數據存儲和各功能之間的數據交互。儀器管理模塊和樣品管理模塊為檢驗計劃和檢測項目提供檢測儀器和檢測樣品信息，檢驗計劃管理和檢測項目管理通過每個檢測樣品和檢測儀器的唯一ID獲取指定的樣品和儀器信息，添加到檢驗計劃信息和檢測項目信息中；檢測結果管理的報表根據檢測項目管理和檢測樣品管理獲取檢測項目和檢測樣品的分類，對檢測結果進行不同條件的篩選和統計分析。

（3）應用層：實現系統的所有功能供用戶使用。分為管理員應用和用戶應用兩方面。用戶應用根據系統的四類用戶的不同管理內容分為三個部分，分別是樣品管理、儀器管理和檢測管理。樣品管理部分實現樣品的入庫出庫的信息記錄，詳細記錄每個樣品的單位、數量、所在區域、所在機構、出入庫時間和操作員，以便于分析測試機構和食品生產企業對檢測樣品的管理和使用。儀器管理部分實現檢測儀器即全自動化學免疫分析儀的分布、狀態、使用和遠程維護等信息的記錄，以便于分析檢測人員對儀器更方便的使用，以及儀器生產企業對儀器的管理和維護。檢測管理部分包括檢驗計劃、檢測項目、檢測結果的管理。分析測試機構的檢測人員可以添加檢驗計劃和檢測項目，下發到上位機儀器上進行檢測，檢測完成后獲取檢測結果，并且對檢測結果進行合格率的統計分析，食品生產企業和政府監管部門可以按照時間、區域、檢測機構、檢測樣品等不同條件，查看相應的檢測結果報表和圖表，并打印檢測結果報表。

管理員應用主要有數據庫管理、用戶管理和日志管理。系統的管理員可以通過系統中的數據庫管理功能對數據庫存儲實現備份和恢復，防止數據丟失。管理員可以通過系統的用戶管理功能對系統用戶進行增添，修改，刪除等操作，并將系統用戶分類，各類用戶擁有不同的權限，可以使用權限內的系統功能和查看權限內的數據。本系統會自動記錄上述所有用戶對系統的操作，生成系統日志，用戶手動更該數據、刪除數據等難以恢復數據的操作均有詳細的日志記錄，以備被破壞后能追蹤和修復，管理員可以對日志進行查詢查看、定期備份或清理。

3 功能實現

系統開發使用symfony框架，symfony是一個基于MVC模式的面向對象的PHP5框架，設計用來幫助并加速網絡應用的開發，symfony提高了代碼的抽象級別，使用它能夠快速地用輕量化、高性能的代碼實現復雜的功能[9]，適用于大型的復雜的企業級應用。

系統的數據庫使用MySQL數據庫，經過對系統需求和功能的詳細分析，建立相應的數據表，包括儀器信息表和儀器使用以及遠程維護信息表、樣本信息表和樣本出庫信息表、檢驗計劃表、檢測項目表、日志信息表、用戶信息表、機構信息表、檢測結果表。各個表中的字段、數據類型等應根據實際應用中的系統功能進行相應的設置。

本系統的界面使用了jQuery EasyUI框架，EasyUI是一種基于jQuery的用戶界面插件集合。為創建現代化，互動，JavaScript應用程序，提供必要的功能。EasyUI提供了大多數UI控件的使用，如：accordion，combobox，menu，dialog，tabs，validatebox，datagrid，window，tree等等。其功能強大的dialog數據表格控件，非常適合管理數據信息的系統使用，方便又美觀。

不同類型的用戶登錄系統之后，系統根據用戶權限顯示該用戶權限內可操作的數據，并限制用戶對非權限內功能的使用。方便用戶查看本機構的數據，并且限制非法登錄、非法操作和非法獲取數據，增強數據信息安全防護。

系統的檢驗計劃管理實現了數據導入和數據導出的功能，可以將檢驗計劃信息的Excel表格直接導入數據庫，并顯示在檢驗計劃管理的頁面上，或者將系統中的檢驗計劃管理信息導出為Excel表格。系統的檢驗計劃管理、檢測樣品管理、檢測結果管理的各頁面實現了數據打印功能，可直接打印系統中的數據和檢測結果報表。

3.1通信功能的實現

系統與上位機軟件交互信息，使用RPC（Remote Procedure Call Protocol）接口，即遠程過程調用。本系統和上位機軟件之間可以互相調用對方的接口來發送或獲取信息。RPC的協議有很多，如最早的CORBA，Java RMI，Web Service的RPC風格，Hessian，Thrift等。由于上位機軟件和本系統使用的語言不同，因此本系統采用的是Thrift框架。

Thrift是Facebook開源的RPC框架，通過IDL中間語言, 并借助代碼生成引擎生成各種主流語言的RPC框架服務端/客戶端代碼。Thrift可以支持多種程序語言，例如:C++，C#，Cocoa，Erlang，Haskell，Java，Ocami，Perl，PHP，Python，Ruby，Smalltalk等。在多種不同的語言之間通信Thrift可以作為二進制的高性能的通訊中間件，支持數據或對象序列化和多種類型的RPC服務[10]。Thrift適用于程序對程序靜態的數據交換，需要先確定好他的數據結構，他是完全靜態化的，當數據結構發生變化時，必須重新編輯IDL文件，代碼生成，再編譯載入的流程，跟其他IDL工具相比較可以視為是Thrift的弱項，Thrift適用于搭建大型數據交換及存儲的通用工具，對于大型系統中的內部數據傳輸相對于JSON和xml無論在性能、傳輸大小上有明顯的優勢。

3.2儀器管理可視化的實現

本系統的區域節點儀器管理嵌入了百度地圖，在百度地圖上實現將各個儀器根據其所在區域的省市縣地址在地圖上相應的位置標注出來，使管理人員對各區域節點的儀器分布和數量一目了然，實現儀器管理的可視化。同時本系統增強了用戶與地圖的交互，用戶可以在地圖上點擊隨意地點，實現對該地點的儀器信息的查詢，在地圖右邊的表格顯示出所查詢地點的儀器的相關信息，包括儀器名稱、所在區域、所在機構、儀器數量和通信狀態。這樣，用戶需要按照儀器所在區域查詢儀器信息時就無需在查詢功能的輸入框內輸入地名，而是直接在地圖上點擊相應的地點即可。如此簡化了用戶的查詢操作。系統區域節點儀器管理頁面如圖2所示。

百度地圖提供的JavaScript API是一套由JavaScript語言編寫的應用程序接口，可在網站中構建功能豐富、交互性強的地圖應用，包含了構建地圖基本功能的各種接口，提供了諸如本地搜索、路線規劃等數據服務。支持PC端和移動端基于瀏覽器的地圖應用開發，且支持HTML5特性的地圖開發。該套API免費對外開放[11]。

3.3檢測結果可視化的實現

本系統的檢測結果管理功能，接收上位機軟件發來的檢測結果存入數據庫，然后根據用戶的選擇，篩選不同選擇條件下的檢測結果進行統計分析，得出檢測結果的合格率。同時，使用Highcharts圖表庫根據檢測結果合格率數據自動生成柱形圖和折線圖，顯示在相應報表的下方，實現檢測結果合格率的可視化，用戶可直觀看到檢測結果合格率的對比情況和趨勢走勢。圖3所示為檢測結果的季度報表頁面，即檢測結果按季度統計分析其合格率生成報表和圖表。

Highcharts是一個用純JavaScript編寫的一個圖表庫，能夠根據提供的數據簡單便捷的在web網站或是web應用程序添加有交互性的圖表，并且可以從服務器載入動態數據進行圖表繪制。和其他圖表庫相比，Highcharts非常輕量且配置簡單，能夠更加快速方便地生成圖表[12]，而且Highcharts完全開源和免費，且擁有豐富全面的文檔，使用起來非常簡單方便。缺點是比起其他圖表庫圖表類型較少，但足以滿足本系統柱形圖和折線圖的要求。

圖2 區域節點儀器管理頁面Fig.2 Regional nodes instrument management page

圖3 季度報表頁面Fig.3 Quarterly reports page

4 與其他同類系統功能對比

Galaxy LIMS和惠檢LIMS是目前市場上較為常用的兩種實驗室信息管理系統。Galaxy LIMS是基于Galaxy平臺擴展了樣本跟蹤功能和實現多種類報告的一個實驗室信息管理系統。它擁有非常完整而詳細的實驗過程管理的功能，適合實驗室專業人員使用，其特點是應用下一代測序技術實現基因組測序的功能[13]。惠檢LIMS是使用數據庫技術和信息管理技術的實驗室信息化解決方案，系統針對實驗室的整體業務而設計，除了樣品、儀器、實驗過程的管理外，還有文件報告管理、人員培訓管理等實驗過程外的管理功能，適用于第三方檢測中心、企事業檢測中心等機構。相比以上兩個實驗室信息管理系統，本文提出的系統中的各項管理功能更加全面，如樣品管理的出入庫信息管理并打印，區域儀器節點分布可視化和實驗結果統計分析的可視化等，系統不但適用于實驗室操作人員，同時適用于儀器生產廠家和政府監管部門等機構。

表1 與其他系統功能對比Tab.1 Compared with other system functions

5 總結

本文提出了一套基于Web的針對全自動化學免疫分析儀的綜合管理系統。該系統利用基于MVC的Symfony框架和MySQL數據庫，實現了對對全自動化學免疫分析實驗的所有相關資源，包括檢測儀器、檢測樣品、檢測過程的綜合管理，使用百度地圖實現了區域儀器節點管理的可視化，使用基于Thrift的RPC接口實現了信息的即時交互通信，使用Highcharts實現了檢測結果的統計分析和可視化。該系統不但適用于分析測試機構，還適用于食品生產企業、政府監管部門、儀器生產企業等多類用戶，具有應用面廣，功能全面，實時性，可視化的特性，能夠極大地提高全自動化學免疫分析儀的使用效率，從而提高食品安全檢測的工作效率，增強食品安全的監測和管理。

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Research and Implementation of Chemiluminescence Immunoassay Test Management System Based on Cloud Platform

ZHAO Wu-ming1, ZHANG Xin-xin1, ZHAI Jiong1, ZHANG Xue2, SUN Qin-dong2
(1. China Coal Research Institute, Beijing 100013, China; 2. School of Computer Science and Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

Automated chemiluminescence immunoassay platform detection and management system is a system of automatic chemiluminescence immunoassay analyzer and its detection work and it’s related information, through which the test results could be shared and the detection efficiency could be improved. In this paper, the automatic detection system based on cloud platform is a management system of automatic chemiluminescence immunoassay analyzer for food safety inspection. This paper introduces the overall structure and main functions of the system, and introduces the design and implementation of the automatic chemiluminescence immunoassay analyzer. The modules and the realization of each function of the system are described in detail.

Automated chemiluminescence immunoassay analyzer; Food safety testing; Highcharts

TP311

: A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.02.001

國家重大科學儀器設備開發專項(2013YQ140371)，陜西省教育廳產業化項目(17JF019)

趙五明(1978年-)，女，助理研究員，電子政務。

本文著錄格式：趙五明，張欣欣，翟炯，等. 基于云平臺的化學發光免疫分析儀檢測管理系統[J]. 軟件，2017，38（2）：01-05