[转发]数字实验室--LIMS未来发展趋势

数字实验室--LIMS未来发展趋势

冯金辉（北京中科科仪计算技术有限责任公司 北京2724信箱 邮编 100080）

　　摘要 LIMS出现于八十年代，九十年代在西方迅速普及。目前国内也掀起了LIMS的热潮。LIMS从最初仅仅完成数据存储、有限的网络功能，发展到现在已经可以处理海量数据，具备完善的管理职能，并且能够运行于Internet之上，极大的提高了实验室的运行效率，大幅度节约了实验室的运营成本。今后，LIMS将朝着数据挖掘、集成最新、最先进的专用分析方法、结合GIS技术、宽带网络技术、以及电子商务技术的方向发展。成为一个功能极其完备的复杂系统。在文章最后，针对LIMS用户提出了一些有意义的建议。
　　关键词 LIMS，实验室管理、Internet、Analysis Method, GIS, WEB

一、 引言
1 LIMS概念
　　实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System）英文缩写为 LIMS，就是利用计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理技术来对实验室进行全方位管理的计算机软、硬件系统。通过它，实验室可以达到自动化运行、信息化管理和无纸化办公的目的，对实验室提高工作效率、降低运行成本起到至关重要的作用。
　　我们这里提到的实验室包括各种类型的检测和校准实验室，分布于社会经济活动和社会公益活动的各个方面。检测是针对原材料、半成品、成品、自然环境各要素、科学研究过程中以及涉及人身健康诸方面的测试活动；校准则是指各类计量监督、检查部门对仪器的计量进行校准的活动。
2 LIMS的发展历史
　　LIMS的产生是随着分析测试仪器自动化程度的提高、实验室规模与处理能力的提高而逐步出现的。二十世纪80年代初，大规模集成电路的普及使得仪器的自动化水平大大增强，进而实验室单位时间内所能完成的测试任务大大增加，这就对实验室的管理提出了新的要求。同时随着计算机数据处理能力及数据吞吐量的极大提高，采用计算机信息系统来自动管理实验室成为可能。早期的LIMS以大中型计算机（mainframe）为主，造价比较高，进入九十年代后微型计算机的迅速普及使得 LIMS的造价得到极大的下降， LIMS在西方发达国家迅速得到推广。今天，我们在总结前人经验的基础上，推出了以管理为中心、强调对实验室总体提供管理、运行支持，达到自动化、信息化、无纸化的目标。同时采用最新软件工程方法以及最新技术，迅速向市场推出最新、最好、最实用的 LIMS产品，先期占领国内市场，进而逐步推向国际市场。
3 国内LIMS现状
　　西方发达国家的 LIMS市场在九十年代就已经完全打开，现在 LIMS已经成为一个标准词汇为大家广为接受，在美国每年要召开一次 LIMS大会，讨论 LIMS的有关问题，在国内， LIMS在九十年代开始为人们所知道，并在石油化工等行业得到了一些初步推广，但总的来说还远没有达到普及的程度。这当然也受到了各种条件的制约：体制、观念、经费等等，但其中起根本作用的是硬件基础条件和人们的观念，试想：如果连计算机都没见过，何谈使用软件？而市场、商品经济观念的落后也制约了 LIMS的推广，如果一个企业不把追求经济效益放在第一位，他是不会考虑 LIMS的。
　　可喜的是，通过近几年的信息化建设，国内大部分实验室都配备了自己的局域网系统，各种计算机设备的配置也都是很高档的。但是运行于网上的软件系统却没有！这实际形成了这样一种局面：实验室花大量经费建好局域网后却不知道拿他来干什么！当然，更多的则是在考虑下一步如何上 LIMS这一问题。特别是经过近几年互联网热潮的影响，网络、信息化等观念已经深入人心，甚至出现了诸如"不懂网络就是新文盲"的说法。随着全球经济一体化进程的加快，国家在大力提倡、资助各行业的信息化进程，可以说，目前国内 LIMS市场处于一种天时、地利、人和的最佳时机！

二 数字实验室
　　LIMS经过了二十多年的发展，在国内也即将普及。但总的说来，各种LIMS产品（国外、国内）的技术水平参差不齐。大多数LIMS产品还是停留数据存储、工作任务安排的水平上，少数LIMS产品达到了管理的层次，可以为实验室的管理者提供管理决策服务。再深层次的应用可以讲都没有。
　　尽管如此，这些产品基本上可以让实验室达到自动化运行、信息化管理和无纸化办公的目的，对实验室提高工作效率、降低运行成本起到很大的作用。这也正好比较符合目前国内绝大多数实验室的要求。这些实验室的情况是：仪器设备配备比较好，分析测试任务很繁重，迫切需要LIMS来提供辅助管理支持，提高工作效率、降低运行成本。
　　随着经济的飞速发展，特别是加入WTO以后，各类实验室的业务也在快速的发展着。这就对LIMS提出了更高的要求。目前的LIMS产品在一个实验室应用超过五年甚至更短的时间就会失去作用。这还只是从实验室的管理角度来看。未来的实验室应当是高度专业化、智能化、系统化、自动化、空间跨距大以及多学科交叉的。因此，现有的以信息管理为主题思想的LIMS将不能使用实验室发展的要求。结合信息技术、数字技术的发展，我们认为未来的实验室将是数字化的！数字化的实验室除了自身专业技术的数字化，实验室的管理、运行都将是数字化的。
　　为顺应这种发展的潮流，我们认为数字化的LIMS首先要在专用分析方法上着手，为实验室提供更深层次、专门的、结合其专业最新科研成果的分析方法。只有这样才真正把LIMS的应用提升到了技术的最前沿，满足数字化时代的要求。其次，目前比较热门的GIS（地理信息系统）、宽带网络、电子商务等等都可以引入到LIMS中来。仪器远程控制也是相当重要的一个方面。
1 专用分析方法
　　通常，大多数LIMS都或多或少的带有一些分析方法。这些方法的多少，技术水平的高低实际上在某种程度上也代表了某一LIMS厂商的专业技术水平。

简单的数据处理
　　这里指的是对仪器出来的数据作诸如四则运算之类的简单计算。运算的公式等都可由用户自行设定。基本上，任何一套LIMS都有这个功能。

色谱数据工作站
　　国内几乎所有的LIMS厂商都包含这项功能。存在的问题是数据处理功能单一，面临被淘汰的危险。因为目前绝大多数仪器都会自带工作站。

以谱库为基础的专业方法
　　涉及质谱、核磁、红外等。目前尚未见到都产品面市。Sisc LIMS(北京中科科仪计算技术有限责任公司)正积极开展这项工作。

图象分析系统
　　图象处理涉及实验室所属专业知识、计算机图象处理理论等等，典型的交叉学科。难度比较大。目前Sisc LIMS集成了金相图象分析仪、生物图象分析、医学图象分析。

专家系统
　　实验室运行一段时间后都会积累大量的数据。如果在此之上建立专家系统，对实验室具有非同寻常的意义。目前Sisc LIMS正积极和铁道部科学研究院、北京航空航天大学合作，开发失效分析专家系统。
2 GIS（地理信息系统）
　　GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术。例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等。GIS是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合。GIS提供的用于处理地理数据的工具。GIS是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询[1]。

　　GIS应用到实验室的管理后，可以提供在空间上更加方便直观的方法。它在如下几个方面能发挥其他技术所不能替代的作用：

大型联合实验室
　　这类实验室在空间上分布在广阔的地理区间。如整个长江流域的水质监测系统；大型企业不同生产线周围的检测设备；环境监测的流动检查车等等。对它们的管理往往因为空间位置的不明确而难以开展工作。显然，引入GIS后这个问题可以迎刃而解。

仪器管理
　　 即使是处在同一幢建筑物内，规模较大的实验室有时也难免在方位上搞不清仪器的具体位置。采用GIS，每一个房间、给一台仪器的具体方位一目了然。

Call Center
　　 对于商业实验室，如何给客户提供周到的服务是至关重要的。客户来到实验室后往往不知道该到哪个部门办手续，更不知道这个部门怎么走，这是个很实际的问题。大型的实验室甚至有人专门从事向导工作。那么，实验室建立以Call Center为主的客户服务机构就很有必要了，再配以GIS，效果会更好。
3 宽带网络
　　未来的通信网络是以数据业务为中心的网络，其数据业务量的增长呈爆炸趋势，Internet业务的发展最为突出。目前的数据业务大都以电路交换网络为主，电路交换的网络是为语音业务而设计和优化的。现在数据业务呈指数增长，将成为主要的业务。语音也将由数据业务的网络承载，最终所有业务将集中于以包交换为核心的光网络中。Internet将以其开放式的接口和标准加速发展和普及，以email、www浏览、文件传送、远端登录等的最初业务，逐渐发展为教育、出版、广告、用户个人信息、财务金融信息、音频视频广播、视频会议、Internet电话的宽带业务。电子商务将成为Internet的主打应用[2]。
　　宽带网络的各项技术实际上早已成熟，只是限于网络带宽的影响，应用受到了限制。如今智能居住小区实现了100M光纤到楼，10M入户，所以宽带应用才被炒得沸沸扬扬。其实，对于实验室，100M的带宽是基本配置，早就应当把宽带应用的各个方面贯彻下去。

视频电话、视频点播
　　如果试验是处在同一建筑物内，这项功能似乎有些夸张。如果试验是在地理上分布于一个很大的范围，这就非常有实用价值了。而且，对于员工培训、考核之类的事务，通过视频电话、视频点播来进行，效果将会很好。

IP电话
　　对一个实验室，电话的投资也是笔不小的开支。而实验室内100M的网络带宽足够满足内部人员通过IP电话来交流的要求。这样就完全省掉了传统电话线路、电话交换机的费用、施工费用，维护也方便。

数据传送
　　显然，通过宽带网络，把实验室生成的海量数据（例如几百M）发给用户已经不成什么问题了。
4 电子商务
　　电子商务对于商业实验室尤其重要。如果实验室实现了和银行的联网，对客户收费完全可以从网上进行。另外配合外界的物流系统，异地用户可以很方便的提交样品，完成试验。关于电子商务的更详细的内容，因目前媒体炒得比较热，已经广为人知，在此不再赘述。
5 仪器远程控制
　　远程控制仪器对于环境监测或者仪器放置在恶劣生产环境的实验室显得尤为重要。这些仪器要么处在几十、甚至几百公里以外，要么环境有有害气体等，人员无法与之接近。对这类仪器的控制除了控制其运行，完成正常的试验外，对其运行状态的监控更重要。通常它们都可以自动运行，例如空气质量检测设备。实验室只要能实时了解其运行状况即可。应当讲，这是实验室数字化的一个很重要的方面。
　　当然，实现这一功能需要仪器厂家的大力配合。对于LIMS，这应当是个双方互惠的好事。

三、一些建议
　　LIMS作为实验室的管理工具，它必将随着实验室的发展而不断发展。通常一套LIMS的生命周期只有5年，而且随着数字化实验室的产生，LIMS使用周期会更短。软件需要不断的更新。现今的软件产业已经演变成为服务性行业，所以，对于LIMS用户，如何选择一套适合自己使用，并具有发展潜力的LIMS产品就显得尤为重要。

LIMS企业有无发展潜力
　　LIMS的不断发展变化要求企业必须能跟上这种变化并及时做出反应。如果过几年企业倒闭了，软件的更新换代就无从谈起了。

软件采用的技术是否先进
　　为适应变化，现代软件工程也在飞速发展。如果一套软件采用即将淘汰的技术，尽管目前可能比较成型，可以使用，它在未来肯定是不能跟上时代步伐的。我们认为，采用WEB方式，以浏览器作为用户界面已经是目前唯一的选择。它的最大特点是安装维护方便，便于二次开发。使用最简单的文本编辑工具即可。当然，浏览器也有它的不足。如何能弥补这个不足，使产品方便使用，也能充分体现一家软件公司的水平。

主要开发人员的技术背景
　　这一点对产品的更新，升级尤为重要。特别是LIMS跨行业、多学科交叉的特点，如果主要开发人员有较强的技术背景，还有一个强大的开发团队，他肯定可以作出高水准的产品来。特别是在数字实验室时代，对以专用分析方法为代表的高精尖技术的追求，更要强调这一点。

四、结论
　　通过以上讨论，数字实验室的时代即将到来，其中涉及的技术也在其相关领域有了长足的发展。数字实验室的梦想肯定可以实现。希望各LIMS专业厂商、LIMS用户早日携起手来，共同构筑中国数字实验室。