集成化实验室(iLAB)的益处

Robert PAVLIS

集成化实验室(iLAB)是一种新型实验室信息化系统——一种全面自动化控制系统。其最大的价值是探索并解决了当今实验室信息化过程中面临的四个主要难题：

1. 缺乏用户的实时控制——在日常测试中，通常要求分析者依照标准操作流程(SOPs)来进行，但却没有办法强迫他们。例如，分析者往往需要对一种试剂是否适用于该运行中的测试体系进行核实，但系统却无法确认这种核实的存在。分析者的责任是既要坚持SOP的要求，又要决定过程中的每个步骤。而针对后者，要求他们做出的决定过多。

2. 工作流程管理有限——当其中一台设备发生故障，整个集成化系统该如何调整自己？首先，系统应该查找是否存在其他设备可以应用于相同的测试。如果无法实现，接下来便需要重新制定测试计划，使得其他分析样品可以被先行测试。系统一方面要保证故障设备得以尽快维修，一方面需将数据延迟的信息及时通知实验室外部。所有的这些过程都应该自动完成，并且兼顾实验室的各种可用信息及资源。而当今的实验室信息化系统离这种能提供真正工作流程控制的要求还相距甚远。

3. 大部分过程由人驱动或者文件驱动，而不是事件驱动——如果一个过程基于文件，那它是人驱动，而不是事件驱动。通常分析者需要做出很多决定，包括核对结果，事件安排，确认测试的顺利进行等。事实上，这些过程都应由自动化系统来完成。系统将确保所有的流程每次均按正确的方式进行，而这些决定将以发生的事件为基础。事件可以是一个分析者的行为，例如从列表中选择一台设备；也可以是系统的某个行为，例如校验运行记录。

4. 信息整合有限——任何一个在实验室中操作一种以上软件的分析者均会遇到类似的问题，比如在软件系统之间及设备与软件之间缺乏整合。恰当的信息整合体系具有两个突出的优势：信息只保存在一个地方，并且无论何时何地都可以被立即获取。

这四个主要难题往往使流程控制丧失自动化。如果不将分析者的决策权解除，而系统之间又没有得以集成，自动化工作流程控制的实现将面临挑战。

1 iLAB的描述

iLAB系统配置如图1所示。图1中各模块均是主要的实验室应用系统，例如实验室信息管理系统(LIMS)、电子实验记录本(ELN)、仪器软件等。它们各自实施特定的功能，且独立运行。

每个应用模块与其他应用模块之间利用实时整合层来完成交互连接，而非线性连接。这在系统的设计中极为关键。无论何时何地，任何应用模块中的任何信息均可被其他应用模块获取。如果ELN需要关于仪器校准的信息，通过实时整合层便可从校准应用模块中轻松获得。

上文提到的实时整合层，是一种工作流程控制层，可以从所有应用模块中获取信息，并利用业务规则最大限度地控制工作流。如果一台设备停止运行，整合层将实时地重新调整，使整个实验室系统找到最佳的解决途径。

由于实时整合和工作流程控制在iLAB的设计中至关重要，下文将对它们分别进行讨论。

1.1 实时整合

实时整合意味着无论何时何地，所需要的信息都可以被及时获取。系统可以因此执行多个自动化校验过程来避免错误的产生，同时替用户做出决定。

数据和事件可以被实时、自动地校验。每个新产生的数据依次被评估、核对、最后保存到正确的位置。而本次事件只有被回顾和核对后，才可以继续发动后续事件。由于对自动化系统而言，将信息存放在多个位置极为不利，所以在iLAB系统中数据将只保存在一个正确的位置。

1.2 工作流程控制

一个事件会自动引发其他事件。它们之中的一部分需要分析者来完成，而另一部分将自动运行。由于一些事件可能会影响当前的进度，这将使得接下来的事件被重新安排。例如，在iLAB中选择一个平衡将自动触发以下一系列事件：

检查校准

检查平衡是否适当

检查运行记录

将平衡的使用记入仪器记录簿重新获得校准信息

重新获得指导性的SOP

在这个例子中，选择一个平衡的单一事件触发了多达5个应用模块之间的相互作用。

2 Nexxis iLAB 的描述

Nexxis iLAB (Labtronics Inc., Guelph, Ontario, Canada)为iLAB提供了一定的附加功能(见图2)。这些将在下文中进行介绍。

2.1 即插即用的应用系统

应用模块与实时整合层连接的设计对于iLAB最佳应用选择功能的发挥是必不可少的。Labtronics开发了一套应用运行界面(API)标准用于应用模块与整合层之间的信息交流。这表明应用模块之间是可以互换的。例如，Nexxis科学数据管理系统(SDMS)可以被NuGenesis(Waters Corp.，Milford，MA)或者Open-LAB ECM(Agilent Technologies, Palo Alto, CA)所替代却不丧失任何功能(图3)。由于API针对SDMS的设计与其他应用模块完全相同，使得将一个应用模块替换为另一个仅需要一个简单的屏幕配置。一旦配置完成，实时整合层便无法分辨是哪一个SDMS被连接。

Nexxis iLAB API非常通用，目前已获广泛应用的文件系统都可以被用来替代SDMS。这种即插即用的特点对于将iLAB应用于一个已存在信息化系统的实验室来说很重要，因为它不需要更换任何现有系统。

2.2 开箱即用配置

目前大量的Nexxis iLAB都可以提供简单配置用以代替脚本和编程定制方案。例如，Nexxis ELN中的ReDITM技术允许用户使用单击拖动功能来产生自动化工作列表。将ELN工作表与仪器校准信息、运行记录、仪器记录簿相连接只需要利用简单的配置便可在一到两分钟内完成。而与现有LIMS的连接则是通过标准的单屏配置的LIMS模块来完成。

3 小结

iLAB是一种新型的实验室信息化系统，它是通过实时整合层和工作流程控制来解决当今实验室信息化过程中面临的四个主要问题：1)缺乏用户的实时控制；2)工作流程管理有限；3)大部分过程由人驱动或者文件驱动，而不是事件驱动；4)信息整合有限。通过这些问题的解决，iLAB将LIMS与其他现有体系集成至一个完整的实验室系统当中，从而提高了它们各自的价值。而在这个系统中：

不论何时何地，所有的数据均可被实时获取。

数据和事件一旦发生便即时生效。

错误可以被避免——例如，iLAB可以执行操作，并且在运行结束后避免分析者的任何操作，而不是简单的跟踪运行记录。

程序被高度控制以确保它们的正确运行。

资源被实时处理——化学试剂的有效期总是当前，且仪器总是被实时校准。

这样一种iLAB环境有利于简化核实过程和加快产品发布。