二维码技术在生物样本库编码中的应用与评价

郭爱华，张翠，余永国，傅启华，金燕樑，江帆，王伟，刘世建

·技术与方法·

二维码技术在生物样本库编码中的应用与评价

郭爱华，张翠，余永国，傅启华，金燕樑，江帆，王伟，刘世建

随着电子信息化的迅速普及，条形码发展十分迅速，它已广泛应用于商业贸易、生产制造、医疗卫生[1]、仓储物流[2]等领域。条码的应用大大提高了信息处理和数据采集的速度，提高了工作效率，促进商品贸易管理的现代化和科学化[3]。但是传统的一维码信息量有限，纠错能力差，二维条码信息容量大，信息密度高，编码能力强，可以对文字、照片、指纹、掌纹、声音、签名等信息进行编码，并且它容易印制，成本低廉，纠错能力强，译码可靠性高[4-5]，在国外已经得到应用[6-7]，本文主要就生物样本库管理中二维码的应用进行介绍。

1　应用举例

1.1软件和硬件设施

①采血材料：一次性 5 ml 针筒、无菌真空 EDTA-K2采血管。②血样分装：普通 0.5 ml 彩色样品管、一次性塑料滴管。③管理系统硬件设施：生物样本库服务器、电脑终端、条码打印机（Zebra GX430tTM）、耐低温条码标签、色带、红外线条码阅读机（扫描枪，Honeywell 1900）等。④软件设施：FreezerPro 2012 生物样本库管理系统（美国RURO 公司，香港晶鑫国际上海科页仪器有限公司代理）。

1.2生物样本库的编码方法

1.2.1生物样本的入库流程 建立先天性心脏病为主的血液生物样本库和外科手术标本组织样本库为例，经过签订知情同意书后抽取患儿血液样本，随后在实验室中将血样离心分装成多管血浆和血细胞，使用样本库管理软件 FreezerPro 2012 进行入库管理，然后在 –80 ℃ 冰箱或液氮罐中长期保存。同时通过小儿先天性心脏病流行病学调查问卷，调查怀孕期间其父母的生活习惯、健康状况、居住工作环境和遗传因素等，调查数据使用 Epidata 3.0 软件录入，数据导入FreezerPro 2012 生物样本库管理系统或者使用与样本库管理软件整合的样本随访系统收集有关的信息。

1.2.2软件系统与硬件设施的安装应用 ①系统安装：FrezerPro 2012 样本库管理系统安装在服务器端，系统采用B/S 架构，条码打印机、计算机终端需要网络连接，红外线条码扫描枪连接到计算机。②条码打印识别：根据生物样本的条码编码规则，设定条码标签，调整合适的尺寸和标识内容。

1.2.3二维码标签编码与应用 上海交通大学医学院下属12 家医院组建统一的生物样本库，要求所有下属单位有统一的编码规则，便于统一汇总生物样本库信息。

⑴二维码编码规则：根据组织类型的差异，血液或体液样本和组织样本有不同的编码规则，儿童疾病中遗传性疾病较多，所以样本库中有较多的遗传家系样本，相应的遗传家系样本有特殊的编码规则。

①血液样本编码规则：由单位、年份、科室、病例流水号（门诊号或住院号）、血液类型、样品管编号以及家系样本编码组成，不同编码前使用不同字母开头，便于识别和区别。其中单位可以采用医院简写，如上海儿童医学中心（Shanghai Children’s Medical Center）采用英文缩写SCMC；年份如 2012；科室以 KS 开头加上各个科室代码；病历流水号以字母 N 开头加上门诊号或者住院号；血液类型包括全血、血浆、血清、血细胞、DNA、RNA 等，以字母 LX 开头；样品管编号按照顺序编号，以字母 D 开端，通常一位患者血液分装 2～3 份；家系编码以字母 G 开头，放在最后，如无家系则此编码空缺，如有家系，则加上此位编码，在 FreezerPro 2012 生物样本库管理系统编码中可以实现自动判断，如编码父亲为 1，母亲为 2，以此类推，一般编码直系三代即可，所有编码根据规则在样本录入时根据各部分编码自动产生统一的编码。如编码SCMC2012KS1N80245654LX2D3G1，它代表上海儿童医学中心 2012 年心内科采集门诊号为 80245654 患儿父亲血浆第 3 管样本。

②组织样本编码规则：和血液样本编码不同，组织标本编码需在样品管编号后增加取材器官和取材部位代码，取材脏器编码可参考《中国医药生物技术协会生物样本库试行标准》[8]；不同取材部位的代码：肿瘤组织用“T”表示，癌旁组织用“P”表示，淋巴结用“L”表示，正常组织用“N”表示，转移组织用“M”表示，息肉用“Y”表示，囊壁用“C”表示，例如 SCMC2012KS1N12345678LX2D1A13T表示：上海儿童医学中心 2012 年外科采集门诊号为12345678 病例第 1 管髋骨肿瘤组织。

⑵样品定位：通过 FreezerPro 2012 样本库管理系统模拟虚拟冰箱构造实现，将每台冰箱的每一层、每一个抽屉、每一个样品盒、每一个样品管的具体位置都模拟出来，同一样本库中推荐统一冰箱层、抽屉、样品盒等位置编码的规则，减少差错的发生。与患者基本信息相关联的同时，对每一管样品所储存的位置一目了然。但是该样品定位是以冰箱空间进行合理分割应用为基础，利用架子（抽屉）放入样本盒，盒子里存放离心管，便于以后寻找标本为最终目标。

⑶标签打印：在 FreezerPro 2012 样本库管理系统中，选择虚拟入库的样品，通过已连接的网络条码打印机打印出标签。一份样品有管身和管盖两张二维码标签，对于样品都是唯一的。将拥有完整编码信息的标签贴于样品管侧面，而将另一张二维码标签贴于管盖上，此方法有利于之后寻找样品时，可直接使用扫描枪扫描管盖二维码，无需从样品盒中取出样品，避免样品反复冻融。随后将样品放入冰箱保存。

⑷样品查询：针对不同的研究目的以及需要的病种提取样品，在系统中搜索所需样品，系统会将符合要求的样品自动罗列，包括位置信息、样品情况等，随后进行条形码核对和确认，并且可以同步获得相关流行病学问卷调查和临床检查数据等。

2　应用体会

条形码的应用体现在样本收集、分离、信息录入、储存、浏览、查询检索等整个样本处理过程中，大大提高了日常样本管理的准确性，减少手工操作录入带来的高出错率。通过对冰箱等存储空间的合理化应用，可以准确地获得样本储存的详细位置，并结合样本库管理系统，清楚地了解样本库中的样本信息，从而大大提高样本的管理效率和质量，同时提高冰箱等存储空间的利用率。条形码的使用替代了以往手工录入标本的模式，减少人工误差，有秩序地管理了各类样本出入库的情况，也将样本库管理进一步规范化。

随着生物技术的快速发展，条形码技术已经日益广泛应用于医药行业，以往大量使用的条码多数为一维码，即黑白相间的竖条，下面配有字母或者数字。但是一维码的容量较小，尤其内容较多时，条码较长，不能存储图片和文字等信息，而二维码的发展解决了这个问题[9]。生物样本库中使用的冻存管容积较小，标签可用的空间有限，本研究中保存样本使用 0.5 ml 的冻存管，使用二维码很好解决了空间受限的问题，二维码可以根据可用空间调节大小，尤其是管盖上二维码的使用更能充分体现这种优势，同时结合条码扫描枪的使用，可以有效避免样本的反复冻融。由于不受信息和空间的局限，本研究中二维码的编码详尽，多数以特定的字母开始编码，便于识别，实际使用过程中不容易混淆。FreezerPro 2012 样本库管理系统的编码规则制定灵活简便，可以进行多种组合，编码根据各部分信息自动生成统一的编码，使用准确简便，这套系统目前已经在世界各国多个实验室使用。

本研究中涉及的生物样本库来源于医院的临床样本，在实际编码中涉及的主要是血液样本，也有部分外科的组织样本，因而样本编码中的流水号使用门诊号或者住院号。但是同一患者多次住院时会产生多个门诊号或者住院号，为了解决这个问题，我们在样本入库时添加以往是否住院选项，如果患者以往曾经住院并且采集过样本，可以查询以往的住院号，同时结合家庭地址和联系方式可以确定是否是同一人，以此解决这个问题。不同于现场调查的样本[10-11]，随着技术的发展，现在已经出现冻存管底部用激光蚀刻预置的二维码，可放置 96 孔板中，适用于现场流行病学调查等大批量使用，优点是快速准确，节省空间，缺点是成本较高，需要配置专用的二维码扫描仪。

在医疗领域，生物样本库建设的广泛开展，为转化医学的开展奠定了基础。但是样本的利用涉及患者的各种信息，而这些信息往往分布在生物样本库信息系统（biobank information system，BIS）、医院信息系统（hospital information system，HIS）、实验室信息系统（laboratory information system，LIS）和影像归档和传输系统（picture archiving and communication systems，PACS）等各个系统之中，有时还包括患者流行病学调查及随访的信息，需要以住院号或者门诊号将各个系统信息关联，将不同系统之间的信息进行有效整合，便于对样本进行筛选，以提高生物样本库的使用效率。

参考文献

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DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2012.04.012

作者单位：200127 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心儿科转化医学研究所

通讯作者：刘世建，Email：arrow64@163.com

收稿日期：2012-04-11