生物医学科研仪器共享信息系统的开发与应用

张春宇，高 波*，毛军文

（1.军事科学院科研部条件建设处，北京 100091；2.北京脑科学与类脑研究中心，北京 102206）

0 引言

近年来，互联网环境下的信息数据库管理系统逐渐成为科研仪器管理的主流方向[1-2]。同时，随着“生物大数据”时代的到来与测序技术的发展，生物数据呈指数增长，而传统的生物数据管理方法和技术手段已无法满足海量数据的存储管理、统计提取及分析挖掘等需求，这使得生物信息学的发展需要新技术的支持。因此，需要构建一个生物医学科研仪器共享信息系统，一方面是通过最大程度地共享仪器数据，进而从各种类型的数据中快速采集获得有价值的信息；另一方面是利用该系统进行数据存储及管理、数据提取及处理、数据分析及挖掘、数据统计及应用等操作[3]。信息化科研（e-Science）包括信息化基础设施和信息化科研活动2个方面[4]，生物医学大型科研仪器是科学研究的基础设施，各种研究、测试及分析是基本的科研活动，将上述科研基础设施和科研活动与信息化的生物数据库结合，从而构成了一种新的、信息化的生物医学科研仪器共享信息系统[5]。该信息系统能解决仪器利用率普遍较低、设备私有化以及信息不透明等问题，避免了国有资产的巨大浪费。同时，将先进的信息技术应用于科研活动的各个环节，可激发新科研模式的产生，反向促进了科研工作的顺利开展与生物交叉学科的融合。以生物数据库为主的信息化科研环境为科研仪器的共享管理提供了条件，是提高仪器利用率的有效手段。因此，本文进行了生物医学科研仪器共享信息系统的开发。

1 系统设计

1.1 设计思路

生物医学科研仪器共享信息系统的建设是按照“整合、共享、完善、提高”的思路，借鉴国外大学资源计划（university resource planning，URP）的经验，综合地域空间、使用密度、管理归属等因素，统筹本单位生物医学科研仪器与技术测试能力等公共资源，进行高度优化配置整合和整体规划，注重集约发展。在加快基础性、支撑性、战略性的科技基础条件设施建设的基础上，探索建立紧贴医学科研实际、有效可行的信息共享体系，以实现生物医学科研仪器的集中建设、有序管理与高效利用。

1.2 系统架构

生物医学科研仪器共享信息系统采用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式，实现了计算机、网络、数据库等技术的有机结合。本系统包含仪器全生命周期管理（本文不作介绍）、共享预约管理和系统设置3个功能模块，实现了对院内所有在用生物医学科研仪器的精准管理，且模块间实现了数据的无缝集成，将系统中产生的生物样品属性信息和测试指标数据资源与生物信息数据库实时互联，以便及时进行数据的收集、整理和挖掘利用。

2 系统开发

本文基于计算机局域网，采用先进的互联网技术、数据库技术和实验室管理理念，构建了一个全面、规范的生物医学科研仪器共享信息系统。本系统采用C#编程语言、.Net Framework信息系统框架和Oracle数据库进行开发，主要包括共享预约管理模块和系统设置模块的开发。生物医学科研仪器共享信息系统功能结构如图1所示。

图1 生物医学科研仪器共享信息系统功能结构图

2.1 共享预约管理模块

生物医学科研仪器共享信息系统是以数据库为核心的信息数据技术与科研共享理念相结合设计的信息化管理工具，通过网络把安装了软件平台的服务器、仪器监控保护仪（硬件终端）及个人计算机联为一体。除了具备信息系统的基本功能外，还具备预测、计划、控制和辅助决策等功能，不同身份的用户可以根据自身需要从相应入口进入系统进行操作。共享预约管理模块下设仪器开发设置和项目信息设置2个子模块。仪器开发设置子模块可以让仪器的管理者根据个人科研工作计划来设置共享仪器对外开放信息，包括仪器是否对外开放、仪器开放时间段、维修保养时间和预约仪器填写信息栏目等。项目信息设置子模块可以让技术服务项目管理者设置项目测试共享服务信息，包括测试样品要求、技术方法、服务时限、收费标准和必填样品属性信息等内容。通过以上2个子模块的功能设置来引导用户顺利申请生物医学科研仪器的共享服务。通过生物医学科研仪器共享，提高资源使用效益和效率，增进学术交流和学科交叉，促进生物医学科研仪器使用的专业化和社会化，推进科学研究方法与技术的创新[6]。

共享预约管理模块部分开发代码如下：

public ActionResult InstrumentReservationForm(int iID,string iName)

{

//获取使用仪器

var instrumentServiceEntity= _instrumentServiceAppService.GetInstrumentServiceExtend(iID)；

//仪器预约设置值绑定

if(instrumentServiceEntity!=null)

{

instrumentServiceEntity.BeginUnit=ConvertTo－TimeUnit(instrumentServiceEntity.BeginUnit)；

instrumentServiceEntity.EndUnit=ConvertTo－TimeUnit(instrumentServiceEntity.EndUnit)；

var fieldList=_customTableAppService.GetAll－CustomTableById(instrumentServiceEntity.ReTableID)；

if(fieldList!=null)

ViewBag.BuildHtml=new MvcHtmlString(field－List.FormHtml)；

ViewData["CurrentName"] =base.CurrentPersonal.Name；

ViewData["CurrentPhone"] =base.CurrentPersonal.Phone；

ViewData["CurrentUnit"] =base.CurrentPersonal.UnitStr+base.CurrentPersonal.OfficeStr；

return View(instrumentServiceEntity)；

}

2.2 系统设置模块

系统设置模块包括用户管理、字典管理、权限管理、统计分析和信用卡管理5个部分。其中，用户管理可将所有使用本系统的用户进行角色分类，如明确用户的姓名、性别、科室、课题组、部门和职务等信息，实现用户的精准身份管理。字典管理用于生物医学科研仪器共享信息系统数据语言的规范，即实现本系统中用户、仪器或样品的所有基础信息的标准化，可进行数据字典维护、定制与查询等。权限管理用于针对不同用户进行操作权限的区分与设定，防止用户超权限操作。统计分析用于共享过程中各种业务数据的信息统计工作。信用卡管理用于管理所有用户支付共享经费所关联使用的信用卡信息，但在此之前需要联合财务部门明确各课题组成员使用的信用卡卡号并录入系统，从而实现共享过程中产生的费用记录在信用卡中，以便定期进行经费结转。系统用户角色分类见表1。

表1 系统用户角色分类表

系统设置模块部分开发代码如下：

public ActionResult SaveRoleUser(string RoleIDList,string Account)

{

//获取角色ID

string[] TempList=RoleIDList.Split(',')；

List＜int＞ _TempRoleIdList=new List＜int＞()；foreach(var item in TempList)

{_TempRoleIdList.Add(int.Parse(item))；

}

try

{

var_roleUserExt=new RoleUserExtDto

{

RoleIdList=_TempRoleIdList,

Account=Account

}；

//保存

_roleUserAppService.GetRoleUserInput(_roleUser Ext)；

return Json("OK")；

}

catch(Exception ex)

{

return Json("ERROR")；

}

}

3 系统功能

3.1 共享预约管理模块

共享预约管理模块分为仪器开放时间预约和检测项目预约2个部分，可实现项目查询、仪器预约、生物样品信息录入、管理员审批和预约信息查询等功能。仪器预约审批流程如图2所示。科研人员可根据仪器和项目查询所有可提供预约的清单，根据仪器时间和测试项目2种类型进行预约测试工作，还能按照仪器名、项目名、时间段、流程状态等条件进行统计汇总，查看仪器的预约及使用情况。共享预约管理模块的应用界面如图3所示。

图2 仪器预约审批流程图

图3 共享预约管理模块应用界面

3.2 系统设置模块

系统设置模块的主要功能是管理用户、角色、权限、字典、信用卡、流程、表单、位置等信息。其中，用户管理可以查看、注册、修改和禁用用户账号；角色管理可以查看、新建、修改和禁用角色，角色一般分为普通用户、指导老师、课题组长、仪器管理员、所领导、院领导等，角色不同，其相应的权限也不同；权限管理可以修改用户或角色的权限；字典管理可以查看和新建网站数据库字典信息；信用卡管理可以查看、注册、修改和禁用院内信用卡；流程管理可以新建、修改和禁用仪器的共享预约审批流程；表单管理可以新建、修改和删除表单；位置管理可以新建、修改和禁用位置[7]。系统设置模块的应用界面如图4所示。

图4 系统设置模块应用界面

4 系统应用

目前，本单位已将新药研发、蛋白质组学、生物技术、分析测试、食品环境及健康、安全评价和实验动物等多个方向1 100余项技术服务项目和上百台共享生物医学科研仪器信息录入了本系统，可提供在线预约测试服务。本系统的使用用户已达3 000余人，使用申请3万余项，测试样品数万个，实时积累了大量宝贵的一线科研生物信息数据。同时，我院还制定了《院科研仪器设备共享管理规定》及配套的政策法规，用以规范系统的运行管理流程，并在院、所、室3个层次上构建开放共享的信息系统矩阵，实现了建设虚拟仪器测试中心的目标。图5～7分别是可预约的生物医学科研仪器列表、预约状态界面以及仪器使用统计情况。

图5 生物医学科研仪器列表界面

5 系统特点

5.1 解决了生物医学科研仪器共享和生物信息管理问题

笔者从实际案例中总结了2点生物医学科研仪器利用率低的原因：一是科研仪器的共享与个别科研团体占有之间的矛盾；二是科研仪器拥有者和使用者信息交流不透明的矛盾。正是为了彻底解决这“两个矛盾”，我们利用问题倒逼机制，通过逐步完善，自主研发了生物医学科研仪器共享信息系统，一方面，该系统通过制定共享规则，依托网络环境、生物信息数据库等信息化技术进行信息传递，从而使得物理存放位置和所属权限分散的科研仪器在逻辑上整合起来，形成一个网络环境下的仪器测试分析中心，利用信息流带动“物流”，进而提高科研仪器的利用率[4，8-9]。另一方面，生物医学科研仪器共享信息系统是一个公开透明的管理系统，系统中所有合法用户均可了解系统所提供的科研仪器资源及其任意时刻的使用情况和实时产生的生物数据信息。生物医学科研仪器共享信息系统不仅提高了科研仪器运行状态和生物数据使用的透明度，打破了科研仪器和生物数据小集团拥有的壁垒，还促进了科研仪器合理、公平使用。因此，在信息化科研环境的基础下，将科研仪器共享管理理念与生物信息大数据库的应用结合起来是提高仪器设备利用率的有效途径，也是当今最先进的生物信息数据管理技术体系[10-11]。

图6 预约状态界面

图7 信息统计图

5.2 优化了生物医学科研仪器评估及其管理者的考核评价问题

长期以来，科研仪器使用状况评估和仪器管理者的绩效评价偏差较大，缺乏科学的考核评价办法[12]。而生物医学科研仪器共享信息系统提供了科学合理的数据指标记录体系（包括记录测试分析活动），如仪器预约申请信息、预约审核信息、仪器使用日志、收费登记信息等。这些信息客观地记录了测试分析活动的全部过程，并相互依存和制约。从科研管理的角度而言，本系统完善了管理机制，促进了科研仪器的全面共享，可针对科研仪器的使用情况、操作员的工作量等方面进行统计分析，从而准确、方便地得到什么科研仪器在用、什么人在用、用来做什么等基础信息[13]。这些科研活动信息对于科研仪器管理有3个方面的优势：（1）能准确掌握科研仪器的研究需求，将科研仪器使用率作为仪器建设和布局的重要依据，提高投资效益；（2）能准确掌握科研仪器操作者的人才需求，从而引导仪器操作技术队伍的建设；（3）能提供翔实的科研仪器操作者的工作量信息，从而改进对仪器管理技术人员的绩效评价办法[14]。

6 结语

生物医学科研仪器共享信息系统在本单位通过3 a的实际应用，在仪器共享共用、科研协作和生物信息数据收集等方面均取得了很好的效果，受到广大一线科研人员的好评。但如何将收集的海量生物信息数据进行更深层次的整理、挖掘和应用，衍生新的研究方向，解决复杂难题，将是下一步研究的重点。