基于云平台的化学发光免疫分析仪检测管理系统

赵五明，张欣欣，翟 炯，张 雪，孙钦东

基金项目论文

基于云平台的化学发光免疫分析仪检测管理系统

赵五明1，张欣欣1，翟 炯1，张 雪2，孙钦东2

(1. 煤炭科学技术研究院有限公司，北京 1000132；西安理工大学计算机科学与工程学院，西安 710048)

全自动化学发光免疫分析仪平台检测管理系统是对全自动化学发光免疫分析仪及其检测工作相关信息进行管理的系统，通过该系统可以实现检测工作的自动流转和检测结果共享，提高检测效率。本文研究与实现的基于云平台的全自动化学发光免疫分析仪检测管理系统，是针对食品安全检验的一款全自动化学发光免疫分析仪的管理系统。本文主要介绍了该系统的总体结构和主要功能，并对系统各功能的模块和实现进行了详细描述。

全自动化学免疫分析仪；食品安全检测；Highcharts图表

1 前言

近年来，由于各种食品安全事故的频发和曝光，对人们的健康和社会发展造成了严重的危害,食品安全已成为人们关注的焦点问题之一[1,2]。化学发光免疫分析（chemiluminescence immunoassay，CLIA），是继酶免分析、放免分析、荧光免疫分析和时间分辨荧光免疫分析之后发展起来的一项最新免疫测定技术[3]，将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合[4]，用于环境化学、分子生物学和医学化学等领域，具有宽线性范围，操作便捷，高精度和高灵敏度的特性[5]。为食品安全检测领域提供一套高灵敏度、高检测范围、能免除人为干扰因素的全自动化、高效、快速检测系统。

但是，随着检验项目大量增加，对检验数据的准确性和报出时间的要求越来越严格，数据处理量急速增加，对仪器的维护响应周期要求也越来越短，原来的人工管理模式在这种形式下已显得不太适应，使用计算机网络技术完成检验流程的自动流转、检验数据的自动采集、分析、处理以及仪器远程维护的管理需求应运而生。

目前，有许多针对这类问题的实验室信息管理系统（LIMS）。实验室信息管理系统是一类针对实验室的硬件和软件的自动化分析和管理的系统。这类系统不仅能够快速查看关于实验室物品的信息，还可用于实验业务流程控制的管理[6]。但现有的实验室信息管理系统大多功能较为单一，主要集中在样品管理，资源管理，事务管理，数据管理，报表管理等方面[7]，缺少对检测的其他必要条件的管理，如检测仪器的状态监测等[8]，且应用客户面较窄，大多是面向实验室工作人员。但是由于食品安全检测项目参数和检测方法的专业性较强，其他部门单位很难参与其中，如食品生产企业很难全面了解和掌握，企业在面对有关检测问题的时候常常无所适从，检测需求与实验室之间的快速对接十分困难。政府监管部门也难以根据检测结果对食品安全的具体问题进行分析和监管。

本文中提出的基于云平台的全自动化学发光免疫分析仪检测管理系统就是针对全自动化学发光免疫分析仪的全方位管理系统。该系统通过RPC接口和全自动化学发光免疫分析仪的上位机软件系统进行信息交互，实现对全自动化学发光免疫分析仪及其检测样品、检测过程、检测结果等的控制和管理。

和现有的化学发光分析仪监测管理系统相比，本系统功能更加全面，针对检测实验的所有相关资源，包括检测仪器，检测样品，检测计划，检测项目等进行全面的分布式集中管理，实现了大量数据的存储、处理，并能实时、动态地显示处理结果，所有的结果都可以保存或打印，该系统面向的用户包括，分析测试机构、食品生产企业、政府监管部门、仪器生产企业等，系统借助科学的实验室管理理念和计算机数据库技术，建立方便、快捷的检测服务网络体系，实现检测工作流的自动流转、检测结果的网络化共享以及仪器远程维护等功能，并且可以为有关部门实施控制措施提供决策依据。

2 系统总体结构

系统的总体结构主要分为三个部分，如图1所示。

（1）通信层：实现本系统与全自动化学免疫分析仪的上位机系统软件的信息交互。交互信息包括四个内容：第一，系统添加检验计划，将检验计划信息发送给上位机软件，上位机根据接收到的检验信息自动进行检验；第二，上位机软件系统获取各所在仪器的通信状态，发送给该系统，系统获取所有仪器的通信状态信息后在页面显示，方便仪器生产机构用户查看，以及检测人员添加检测计划或检测项目时选择适当的通信良好的仪器。第三，当检测仪器发生故障时，该仪器的系统软件获取仪器的故障信息，包括仪器编号、故障现象、故障原因等，并将这些信息发送给本系统，系统获取故障信息后在相应页面显示，以实现仪器的远程维护功能。第四，当检测结束后，上位机软件将检测结果信息发送给本系统，获取检测结果后进行统计分析，将分析结果以数据表和折线图或柱形图的形式显示在相应页面，以供查看。

图1 系统总体结构Fig.1 general structure of system

（2）数据库层：实现各管理功能的数据存储和各功能之间的数据交互。仪器管理模块和样品管理模块为检验计划和检测项目提供检测仪器和检测样品信息，检验计划管理和检测项目管理通过每个检测样品和检测仪器的唯一ID获取指定的样品和仪器信息，添加到检验计划信息和检测项目信息中；检测结果管理的报表根据检测项目管理和检测样品管理获取检测项目和检测样品的分类，对检测结果进行不同条件的筛选和统计分析。

（3）应用层：实现系统的所有功能供用户使用。分为管理员应用和用户应用两方面。用户应用根据系统的四类用户的不同管理内容分为三个部分，分别是样品管理、仪器管理和检测管理。样品管理部分实现样品的入库出库的信息记录，详细记录每个样品的单位、数量、所在区域、所在机构、出入库时间和操作员，以便于分析测试机构和食品生产企业对检测样品的管理和使用。仪器管理部分实现检测仪器即全自动化学免疫分析仪的分布、状态、使用和远程维护等信息的记录，以便于分析检测人员对仪器更方便的使用，以及仪器生产企业对仪器的管理和维护。检测管理部分包括检验计划、检测项目、检测结果的管理。分析测试机构的检测人员可以添加检验计划和检测项目，下发到上位机仪器上进行检测，检测完成后获取检测结果，并且对检测结果进行合格率的统计分析，食品生产企业和政府监管部门可以按照时间、区域、检测机构、检测样品等不同条件，查看相应的检测结果报表和图表，并打印检测结果报表。

管理员应用主要有数据库管理、用户管理和日志管理。系统的管理员可以通过系统中的数据库管理功能对数据库存储实现备份和恢复，防止数据丢失。管理员可以通过系统的用户管理功能对系统用户进行增添，修改，删除等操作，并将系统用户分类，各类用户拥有不同的权限，可以使用权限内的系统功能和查看权限内的数据。本系统会自动记录上述所有用户对系统的操作，生成系统日志，用户手动更该数据、删除数据等难以恢复数据的操作均有详细的日志记录，以备被破坏后能追踪和修复，管理员可以对日志进行查询查看、定期备份或清理。

3 功能实现

系统开发使用symfony框架，symfony是一个基于MVC模式的面向对象的PHP5框架，设计用来帮助并加速网络应用的开发，symfony提高了代码的抽象级别，使用它能够快速地用轻量化、高性能的代码实现复杂的功能[9]，适用于大型的复杂的企业级应用。

系统的数据库使用MySQL数据库，经过对系统需求和功能的详细分析，建立相应的数据表，包括仪器信息表和仪器使用以及远程维护信息表、样本信息表和样本出库信息表、检验计划表、检测项目表、日志信息表、用户信息表、机构信息表、检测结果表。各个表中的字段、数据类型等应根据实际应用中的系统功能进行相应的设置。

本系统的界面使用了jQuery EasyUI框架，EasyUI是一种基于jQuery的用户界面插件集合。为创建现代化，互动，JavaScript应用程序，提供必要的功能。EasyUI提供了大多数UI控件的使用，如：accordion，combobox，menu，dialog，tabs，validatebox，datagrid，window，tree等等。其功能强大的dialog数据表格控件，非常适合管理数据信息的系统使用，方便又美观。

不同类型的用户登录系统之后，系统根据用户权限显示该用户权限内可操作的数据，并限制用户对非权限内功能的使用。方便用户查看本机构的数据，并且限制非法登录、非法操作和非法获取数据，增强数据信息安全防护。

系统的检验计划管理实现了数据导入和数据导出的功能，可以将检验计划信息的Excel表格直接导入数据库，并显示在检验计划管理的页面上，或者将系统中的检验计划管理信息导出为Excel表格。系统的检验计划管理、检测样品管理、检测结果管理的各页面实现了数据打印功能，可直接打印系统中的数据和检测结果报表。

3.1通信功能的实现

系统与上位机软件交互信息，使用RPC（Remote Procedure Call Protocol）接口，即远程过程调用。本系统和上位机软件之间可以互相调用对方的接口来发送或获取信息。RPC的协议有很多，如最早的CORBA，Java RMI，Web Service的RPC风格，Hessian，Thrift等。由于上位机软件和本系统使用的语言不同，因此本系统采用的是Thrift框架。

Thrift是Facebook开源的RPC框架，通过IDL中间语言, 并借助代码生成引擎生成各种主流语言的RPC框架服务端/客户端代码。Thrift可以支持多种程序语言，例如:C++，C#，Cocoa，Erlang，Haskell，Java，Ocami，Perl，PHP，Python，Ruby，Smalltalk等。在多种不同的语言之间通信Thrift可以作为二进制的高性能的通讯中间件，支持数据或对象序列化和多种类型的RPC服务[10]。Thrift适用于程序对程序静态的数据交换，需要先确定好他的数据结构，他是完全静态化的，当数据结构发生变化时，必须重新编辑IDL文件，代码生成，再编译载入的流程，跟其他IDL工具相比较可以视为是Thrift的弱项，Thrift适用于搭建大型数据交换及存储的通用工具，对于大型系统中的内部数据传输相对于JSON和xml无论在性能、传输大小上有明显的优势。

3.2仪器管理可视化的实现

本系统的区域节点仪器管理嵌入了百度地图，在百度地图上实现将各个仪器根据其所在区域的省市县地址在地图上相应的位置标注出来，使管理人员对各区域节点的仪器分布和数量一目了然，实现仪器管理的可视化。同时本系统增强了用户与地图的交互，用户可以在地图上点击随意地点，实现对该地点的仪器信息的查询，在地图右边的表格显示出所查询地点的仪器的相关信息，包括仪器名称、所在区域、所在机构、仪器数量和通信状态。这样，用户需要按照仪器所在区域查询仪器信息时就无需在查询功能的输入框内输入地名，而是直接在地图上点击相应的地点即可。如此简化了用户的查询操作。系统区域节点仪器管理页面如图2所示。

百度地图提供的JavaScript API是一套由JavaScript语言编写的应用程序接口，可在网站中构建功能丰富、交互性强的地图应用，包含了构建地图基本功能的各种接口，提供了诸如本地搜索、路线规划等数据服务。支持PC端和移动端基于浏览器的地图应用开发，且支持HTML5特性的地图开发。该套API免费对外开放[11]。

3.3检测结果可视化的实现

本系统的检测结果管理功能，接收上位机软件发来的检测结果存入数据库，然后根据用户的选择，筛选不同选择条件下的检测结果进行统计分析，得出检测结果的合格率。同时，使用Highcharts图表库根据检测结果合格率数据自动生成柱形图和折线图，显示在相应报表的下方，实现检测结果合格率的可视化，用户可直观看到检测结果合格率的对比情况和趋势走势。图3所示为检测结果的季度报表页面，即检测结果按季度统计分析其合格率生成报表和图表。

Highcharts是一个用纯JavaScript编写的一个图表库，能够根据提供的数据简单便捷的在web网站或是web应用程序添加有交互性的图表，并且可以从服务器载入动态数据进行图表绘制。和其他图表库相比，Highcharts非常轻量且配置简单，能够更加快速方便地生成图表[12]，而且Highcharts完全开源和免费，且拥有丰富全面的文档，使用起来非常简单方便。缺点是比起其他图表库图表类型较少，但足以满足本系统柱形图和折线图的要求。

图2 区域节点仪器管理页面Fig.2 Regional nodes instrument management page

图3 季度报表页面Fig.3 Quarterly reports page

4 与其他同类系统功能对比

Galaxy LIMS和惠检LIMS是目前市场上较为常用的两种实验室信息管理系统。Galaxy LIMS是基于Galaxy平台扩展了样本跟踪功能和实现多种类报告的一个实验室信息管理系统。它拥有非常完整而详细的实验过程管理的功能，适合实验室专业人员使用，其特点是应用下一代测序技术实现基因组测序的功能[13]。惠检LIMS是使用数据库技术和信息管理技术的实验室信息化解决方案，系统针对实验室的整体业务而设计，除了样品、仪器、实验过程的管理外，还有文件报告管理、人员培训管理等实验过程外的管理功能，适用于第三方检测中心、企事业检测中心等机构。相比以上两个实验室信息管理系统，本文提出的系统中的各项管理功能更加全面，如样品管理的出入库信息管理并打印，区域仪器节点分布可视化和实验结果统计分析的可视化等，系统不但适用于实验室操作人员，同时适用于仪器生产厂家和政府监管部门等机构。

表1 与其他系统功能对比Tab.1 Compared with other system functions

5 总结

本文提出了一套基于Web的针对全自动化学免疫分析仪的综合管理系统。该系统利用基于MVC的Symfony框架和MySQL数据库，实现了对对全自动化学免疫分析实验的所有相关资源，包括检测仪器、检测样品、检测过程的综合管理，使用百度地图实现了区域仪器节点管理的可视化，使用基于Thrift的RPC接口实现了信息的即时交互通信，使用Highcharts实现了检测结果的统计分析和可视化。该系统不但适用于分析测试机构，还适用于食品生产企业、政府监管部门、仪器生产企业等多类用户，具有应用面广，功能全面，实时性，可视化的特性，能够极大地提高全自动化学免疫分析仪的使用效率，从而提高食品安全检测的工作效率，增强食品安全的监测和管理。

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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

国家重大科学仪器设备开发专项(2013YQ140371)，陕西省教育厅产业化项目(17JF019)

赵五明(1978年-)，女，助理研究员，电子政务。

本文著录格式：赵五明，张欣欣，翟炯，等. 基于云平台的化学发光免疫分析仪检测管理系统[J]. 软件，2017，38（2）：01-05