LIMS儀器接口在實驗室自動化管理中的應用
隨著政府部門和企業的信息化的進一步深入，LIMS的應用領域也愈來愈廣，其已經成為現代化實驗室管理不可或缺的工具。但是一個成功的LIMS實施，才能為用戶帶來效益。影響LIMS實施成功的因素很多，儀器數據的自動獲取就是其中重要的因素之一。本文就從儀器數據獲取以及儀器數據應用方面提出了一些方案，以保證LIMS儀器接口的成功實施。
LIMS即“Laboratory Information Management Systems”的縮寫，也就是實驗室信息系統管理系統。LIMS將實驗室的分析儀器通過計算機網絡連起來，采用科學的管理思想和先進的數據庫及軟件技術，實現以實驗室為核心的整體環境的全方位管理。它集樣品管理，資源管理，事務管理，網絡管理，數據管理(采集、傳輸、處理、輸出、發布、分析)，報表管理等諸多模塊為一體，組成一套完整的實驗室綜合管理和產品質量監控體系，既能滿足外部的日常管理要求，又能保證實驗室分析數據的嚴格管理和控制[1]。
隨著科研和生產技術的不斷發展，人們對分析測試的要求無論在樣品數量、分析周期、分析項目和數據準確性等方面都提出了更高的標準，而原來的人工管理模式在這種形式下已顯得不太適應。為此，國際上相關實驗室均已開始朝網絡化管理的方向發展。實驗室信息管理系統(LIMS) 就是在這一背景下產生的集現代化管理思想與計算機技術為一體的用于各行業實驗室管理和控制的一項嶄新的應用技術。
當今社會信息化程度已經相當高，傳統的手工錄入數據，紙張式的數據管理模式已經不能滿足客戶的需求;基于電子表格的管理，無法解決不同數據之間的相互關聯問題。這些都會導致實驗室數據的數據利用率低，管理難度加大。因此，除了加強實驗室自身專業水準，提高實驗室的管理水準已經是唯一的選擇。這里，LIMS的引入無疑會把實驗室的管理水平提升到信息時代的最高水平。
LIMS的發展主要經歷了一下幾個時期：
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時期 |
特點 |
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80年代 |
建立在小型機和分級、獨立的數據結構。它的缺點是價格昂貴、使用困難、界面不友好，同時也不便與LIMS系統外部進行數據交換。 |
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90年代 |
C/S構架的管理模式成為主流，普遍采用網絡數據庫，大大提高了數據處理能力。在90年代后期，采用Internet、Intranet和Web技術的LIMS開始出現。 |
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2000年之后 |
實驗室整體數據管理功能更加完善，利用數據挖掘技術加強對實驗室的管理。 |
當前LIMS項目實施中存在問題
近些年來計算機的普及和IT技術的突破性發展，以及人們對實驗室信息管理系統重要性的接受，使LIMS得到了飛速的發展。在中國，LIMS已經有了越來越多的用戶。從剛開始的大型石油化工企業實驗室到現在的醫藥檢驗、環境檢測、食品檢疫等不同種類實驗室。LIMS已經逐漸成為一個高水平實驗室的標志性因素。
但是，并不是所有的LIMS的項目都是成功的。LIMS項目的實施是一個跨行業，跨學科的工程，它涵蓋了計算機硬件，軟件，分析化學以及項目管理等多方面的內容，這樣導致影響其成敗的因素也變得多元化。
從LIMS的定義來看，儀器數據的自動采集，即儀器接口，是LIMS系統中十分重要的模塊，也是用戶衡量LIMS實施成功與否的一個重要指標。但是由于儀器種類眾多，通訊協議紛繁復雜，儀器接口也成為LIMS實施的一個瓶頸，主要體現在以下幾個方面：
儀器數量及種類多，難以集中管理
目前，采用RS232/RS485接口的儀器眾多，而一臺計算機通常只有一個RS232/RS485接口，如果用一臺計算機控制一臺儀器，這樣會導致儀器控制成本太高。目前市場上也出現了RS232/RS485集線器，可以使用一臺計算機控制多臺RS232/ RS485的儀器，但基于RS232/RS485集線器的布線復雜，影響實驗室整體美觀，而且由于連接線電器特性而導致的長度的限制，這種方式在實際應用中也不多。
接口程序操作復雜
接口程序的操作比較復雜也是很多用戶不愿意使用的原因之一。造成這方面的原因主要有兩點：一是接口程序與LIMS系統之間沒有無縫連接，造成了一些不必要的重復操作，如樣品號的重復輸入等;二是接口程序沒有與實驗室的實際工作流程相結合，人為增加了用戶操作的復雜度。
LIMS儀器接口種類
儀器與LIMS的接口種類繁多，但是從接口的模式來看，大致可分為以下幾種：LIMS與儀器工作站的雙向傳輸;LIMS與儀器工作站的單向傳輸;LIMS與無工作站儀器的單向傳輸。下面將介紹幾種儀器接口的工作原理。
LIMS與儀器工作站的雙向傳輸
此種儀器接口的示意圖如下：
圖 1. LIMS與儀器工作站雙向傳輸。
在儀器工作站上，其數據必須共享，并賦予接口程序可讀寫的權限，這樣接口程序可以通過此目錄與儀器操作軟件進行數據交換。當樣品到達實驗室，經實驗室人員確認后，系統會判斷當前樣品中是否含有此類儀器的任務。如果存在此類儀器的任務，系統會根據接口配置信息，找到任務所對應的儀器，將任務下達到對應儀器的工作站 (步驟一)。任務中除了樣品的信息，還能包括測試的條件，如溫度，時間等信息。工作站將任務經過轉換，傳達給儀器(步驟二)。儀器接到任務，按要求進行分析，分析完畢后，將結果傳送給工作站(步驟三)。儀器工作站會將測試結果傳送到數據目錄，由接口程序發送到系統中(步驟四)。
LIMS與儀器工作站的單向傳輸
對于此種接口，系統直接讀取其結果文件，將數據的結果傳輸到LIMS中;
此種儀器的接口通訊的示意圖如下：
圖 2 .LIMS與儀器工作站儀器單向傳輸。
在儀器工作站上，數據也必須共享，并賦予接口程序可讀寫的權限，這樣接口程序可以通過此目錄與儀器操作軟件進行數據交換。當樣品到達實驗室，經實驗室人員確認后，有實驗室人員講分析任務下達給儀器 (步驟一)。儀器接到任務，按要求進行分析，分析完畢后，將結果傳送給工作站(步驟二)。儀器工作站會將測試結果傳送到數據目錄，由接口程序發送到系統中(步驟三)，發送成功之后數據將會歸檔。
LIMS與無工作站儀器相連
這些儀器由一個共同點：沒有相應的儀器操作軟件。通常這類儀器通過RS232/RS485與外部通訊。為了能將儀器統一管理，可以通過轉換器將儀器接口轉化成以太網接口，通過以太網協議與LIMS系統進行接口。
此種接口的示意圖如下：
圖 3 .LIMS與儀器與無工作站儀器單向傳輸。
對于此種儀器，它只能通過RS232接口與外界進行數據交換。為了能更方便實驗室對數據進行管理，我們采用了RS232-TCP/IP的轉換器，讓用戶通過以太網與儀器設備進行數據交換。
具體流程如下：實驗室人員拿到樣品，通過工作站在LIMS系統中找到相應的樣品(步驟一)。實驗室人員對儀器設備進行操作，得到實驗室數據，將數據通過網絡傳送到工作站中選定的樣品(步驟二)，工作站將數據傳送到LIMS系統(步驟三)。
LIMS儀器接口帶來的好處
儀器的接口為實驗室的自動化管理提供了方便，主要集中在以下幾點：一是幫助實驗室實現的自動化，二是幫助實驗室統計實驗室儀器的使用率。
實驗室的自動化
通過儀器接口程序，LIMS可以直接將測試任務，測試條件等輸入儀器;在測試完畢之后，可以自動從儀器獲取數據。一方面減少了由于人為因素導致的出錯，另一方面也減輕了實驗室人員的結果輸入負擔，使他們能更加專注于業務本身。
儀器使用率的統計
標準的LIMS系統并不提供儀器使用率模塊，但是通過數據挖掘技術，這些信息可以通過LIMS數據庫中各種數據的關聯得到。所謂數據挖掘，就是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的實際應用數據中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程[2]。在LIMS數據庫中，通過儀器接口，可以得到每個數據具體來自于哪臺儀器，這樣，從樣品到達實驗室時間算起，到獲得計算結果時間，這段時間就是該臺儀器被占用的時間。通過報表，可以統計每臺儀器每天，每個月，每年的工作時間計算。
儀器控制圖
當儀器正常運行一段時間之后，難免會出現一些偏差。這種偏差很多時候不能由單個控制樣分辨出來，需要通過一段時間控制樣的數據，進行數學分析之后才能進行識別。LIMS無縫集成的控制圖模塊就能幫助用戶把控制數據從數據庫取出，產生控制圖，提供儀器工作狀態的科學依據。
小結
儀器接口實施成功與否，是LIMS實施成敗的關鍵因素之一。儀器接口將減少人為原因導致的數據出錯，減少實驗室人員的負擔，實現數據獲取的自動化。但是，儀器接口并不是LIMS項目的全部，成功的LIMS實施還涉及到實驗室管理流程的改造，報表的設計，與其他系統的接口，其它實驗室資源的管理模塊等。但是成功儀器實施，可以極大鼓舞用戶對LIMS的信心，為整個LIMS項目的實施帶來積極的影響。
