LIMS仪器接口在实验室自动化管理中的应用

随着政府部门和企业的信息化的进一步深入，LIMS的应用领域也愈来愈广，其已经成为现代化实验室管理不可或缺的工具。但是一个成功的LIMS实施，才能为用户带来效益。影响LIMS实施成功的因素很多，仪器数据的自动获取就是其中重要的因素之一。本文就从仪器数据获取以及仪器数据应用方面提出了一些方案，以保证LIMS仪器接口的成功实施。

LIMS即“Laboratory Information Management Systems”的缩写，也就是实验室信息系统管理系统。LIMS将实验室的分析仪器通过计算机网络连起来，采用科学的管理思想和先进的数据库及软件技术，实现以实验室为核心的整体环境的全方位管理。它集样品管理，资源管理，事务管理，网络管理，数据管理(采集、传输、处理、输出、发布、分析)，报表管理等诸多模块为一体，组成一套完整的实验室综合管理和产品质量监控体系，既能满足外部的日常管理要求，又能保证实验室分析数据的严格管理和控制[1]。

随着科研和生产技术的不断发展，人们对分析测试的要求无论在样品数量、分析周期、分析项目和数据准确性等方面都提出了更高的标准，而原来的人工管理模式在这种形式下已显得不太适应。为此，国际上相关实验室均已开始朝网络化管理的方向发展。实验室信息管理系统(LIMS) 就是在这一背景下产生的集现代化管理思想与计算机技术为一体的用于各行业实验室管理和控制的一项崭新的应用技术。

当今社会信息化程度已经相当高，传统的手工录入数据，纸张式的数据管理模式已经不能满足客户的需求;基于电子表格的管理，无法解决不同数据之间的相互关联问题。这些都会导致实验室数据的数据利用率低，管理难度加大。因此，除了加强实验室自身专业水准，提高实验室的管理水准已经是唯一的选择。这里，LIMS的引入无疑会把实验室的管理水平提升到信息时代的最高水平。

LIMS的发展主要经历了一下几个时期：

当前LIMS项目实施中存在问题

近些年来计算机的普及和IT技术的突破性发展，以及人们对实验室信息管理系统重要性的接受，使LIMS得到了飞速的发展。在中国，LIMS已经有了越来越多的用户。从刚开始的大型石油化工企业实验室到现在的医药检验、环境检测、食品检疫等不同种类实验室。LIMS已经逐渐成为一个高水平实验室的标志性因素。

但是，并不是所有的LIMS的项目都是成功的。LIMS项目的实施是一个跨行业，跨学科的工程，它涵盖了计算机硬件，软件，分析化学以及项目管理等多方面的内容，这样导致影响其成败的因素也变得多元化。

从LIMS的定义来看，仪器数据的自动采集，即仪器接口，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。但是由于仪器种类众多，通讯协议纷繁复杂，仪器接口也成为LIMS实施的一个瓶颈，主要体现在以下几个方面：

仪器数量及种类多，难以集中管理

目前，采用RS232/RS485接口的仪器众多，而一台计算机通常只有一个RS232/RS485接口，如果用一台计算机控制一台仪器，这样会导致仪器控制成本太高。目前市场上也出现了RS232/RS485集线器，可以使用一台计算机控制多台RS232/ RS485的仪器，但基于RS232/RS485集线器的布线复杂，影响实验室整体美观，而且由于连接线电器特性而导致的长度的限制，这种方式在实际应用中也不多。

接口程序操作复杂

接口程序的操作比较复杂也是很多用户不愿意使用的原因之一。造成这方面的原因主要有两点：一是接口程序与LIMS系统之间没有无缝连接，造成了一些不必要的重复操作，如样品号的重复输入等;二是接口程序没有与实验室的实际工作流程相结合，人为增加了用户操作的复杂度。

LIMS仪器接口种类

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。下面将介绍几种仪器接口的工作原理。

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 1. LIMS与仪器工作站双向传输。

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。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 (步骤一)。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。工作站将任务经过转换，传达给仪器(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(步骤四)。

LIMS与仪器工作站的单向传输

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：

图 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。当样品到达实验室，经实验室人员确认后，有实验室人员讲分析任务下达给仪器 (步骤一)。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(步骤二)。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(步骤三)，发送成功之后数据将会归档。

LIMS与无工作站仪器相连

这些仪器由一个共同点：没有相应的仪器操作软件。通常这类仪器通过RS232/RS485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 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，我们采用了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：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(步骤一)。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(步骤二)，工作站将数据传送到LIMS系统(步骤三)。

LIMS仪器接口带来的好处

仪器的接口为实验室的自动化管理提供了方便，主要集中在以下几点：一是帮助实验室实现的自动化，二是帮助实验室统计实验室仪器的使用率。

实验室的自动化

通过仪器接口程序，LIMS可以直接将测试任务，测试条件等输入仪器;在测试完毕之后，可以自动从仪器获取数据。一方面减少了由于人为因素导致的出错，另一方面也减轻了实验室人员的结果输入负担，使他们能更加专注于业务本身。

仪器使用率的统计

标准的LIMS系统并不提供仪器使用率模块，但是通过数据挖掘技术，这些信息可以通过LIMS数据库中各种数据的关联得到。所谓数据挖掘，就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程[2]。在LIMS数据库中，通过仪器接口，可以得到每个数据具体来自于哪台仪器，这样，从样品到达实验室时间算起，到获得计算结果时间，这段时间就是该台仪器被占用的时间。通过报表，可以统计每台仪器每天，每个月，每年的工作时间计算。

仪器控制图

当仪器正常运行一段时间之后，难免会出现一些偏差。这种偏差很多时候不能由单个控制样分辨出来，需要通过一段时间控制样的数据，进行数学分析之后才能进行识别。LIMS无缝集成的控制图模块就能帮助用户把控制数据从数据库取出，产生控制图，提供仪器工作状态的科学依据。

小结

仪器接口实施成功与否，是LIMS实施成败的关键因素之一。仪器接口将减少人为原因导致的数据出错，减少实验室人员的负担，实现数据获取的自动化。但是，仪器接口并不是LIMS项目的全部，成功的LIMS实施还涉及到实验室管理流程的改造，报表的设计，与其他系统的接口，其它实验室资源的管理模块等。但是成功仪器实施，可以极大鼓舞用户对LIMS的信心，为整个LIMS项目的实施带来积极的影响。