临床微生物室全流程信息管理系统建设与应用*

刘文静，陈浩，杨文航，尹相龙，徐英春

(1. 中国医学科学院北京协和医院检验科 北京市侵袭性真菌病机制研究与精准诊断重点实验室，北京100730；2. 景洪市第一人民医院检验科，云南景洪 666100；3. 北京浩辰星月科技有限公司，北京 102488)

实验室信息管理系统(laboratory information management system，LIMS)是指利用计算机网络系统将条形码应用于流程管理，实现检验标本分析前、分析中、分析后等各个环节的检验信息传递及质量控制，杜绝患者信息及检测数据转录的差错[1]。随着现代网络信息化技术的快速发展，医院信息化的建设受到不断的冲击。在微生物实验室的建设和发展、与临床的交流和沟通中，实验室全流程信息化管理系统起着至关重要的作用[2]。

目前，微生物检验除自动化血培养仪和药敏检测系统外，还无法实现全程自动化。微生物检验手工操作步骤多，涉及标本接收、接种、菌种的分纯、鉴定、体外药物敏感性试验、结果读取、报告发放、结果查询及历史结果比对、质量控制等多个环节，参与人员较多，不同小组分管不同任务单元,且标本的处理周期较长，因此，相比检验科其他自动化检测平台完善的专业组，微生物检验较易出现差错。如何能有效地记录整个操作过程，保存原始数据，以便溯源，保证整个过程的质量控制，北京协和医院检验科微生物室自2011年开始不断优化流程，建立了相应的微生物检测系统，获得了相应的专利[3]，配套的药敏测量仪获得了其他几项专利[4-6]，可以测量分析纸片扩散法、微量肉汤稀释法药敏并进行菌落计数，现简单介绍该系统的功能。

1 材料与方法

1.1常规设备 Intel(R)Core(TM)i3 CPU(内存4 G以上)、服务器(Windows Server 2003～2019，内存16 G以上，存储空间1 T以上)、条形码打印机、扫描枪(北京弘信晟达科技有限公司)。

1.2联网仪器 Vitek 2 Compact细菌鉴定及药敏仪、Vitek MS质谱仪、Bact/Alert 3D血培养仪、BACT/ALERT VIRTUO全自动血培养仪(法国生物梅里埃公司)，Bactec FX400全自动血液培养仪(美国BD公司)，普通光学显微镜和荧光显微镜(尼康株式会社)，XMVision机器视觉鉴定分析及药敏鉴定仪(北京皓辰星月技术有限公司)。

1.3微生物LIMS研发及完善 北京协和医院微生物室根据微生物检验特点、常规检测和质量控制等需求不断完善设计思路，由北京浩辰星月科技有限公司编制相应软件，并不断更新升级。

2 结果

常规设备和联网仪器均可与LIMS实现数据传输，LIMS主要有任务管理、鉴定管理、质控管理、统计管理和系统设置五大模块。

2.1任务管理模块 主要有标本接收、不合格标本、当前任务、检验报告等界面。

2.1.1标本接收界面 接收标本时，使用条码枪扫描标本容器上的医嘱项目条码，LIMS会根据标本和检验项目进行分类编号并自动打印带有实验室内部唯一样本编号检验ID的条形码标签纸，将该标签纸贴于待接种的各种培养基琼脂平板上或涂片检查用的载玻片上，微生物检验工作人员在输入检测过程信息、检验结果或审核检验报告等操作时，直接扫描培养基或玻片上的条形码即可实现标本快速定位。

2.1.2不合格标本界面 对于不合格标本，来自住院患者则电话通知医生，来自门诊患者则电话通知门诊办公室，由专职人员通知患者，同时在系统内直接设置不合格，登记不合格原因，接听电话人员工号和时间。升级系统拟实现医生工作站和患者手机APP端可同步接受到相关信息，建议重新留取标本送检或退费，医生可根据病情需要及时指导患者正确留取合格标本，或者撤销医嘱。LIMS、医生工作站和患者手机APP端可通过服务器接口实现对接，并定期验证数据传输的准确性和安全性。不合格标本登记之后，可自动在标本鉴定界面标注为“不合格标本”的过程记录，方便溯源。可按月、季度或年，对不同科室标本不合格率和不合格原因进行统计分析，定期反馈，提升检测质量。

2.1.3当前任务界面 主要有过程记录和患者列表2个任务单元，可快速实现切换。选择不同的字段实现不同的功能，常用的字段为检验ID、病案号、病人ID和患者。每个检验ID下均有其对应的培养、涂片镜检、鉴定、药敏、既往药敏、检验报告和收费管理，扫描培养基琼脂平板上检验ID的条形码，可快速定位到该标本的相关检测。标本过程记录界面下可实现以上不同模块的切换。在病案号、病人ID和患者下输入患者信息，在患者列表中可检测到该患者所有微生物检测项目，可按照时间、标本类型、检测项目等进行排序。临床咨询时，可在电脑端快速准确回复相关内容。常规工作使用频率高的几项功能如下。

(1)涂片检查：LIMS与显微镜成像系统连接，可直接获取显微镜下图像，将图像文件转换成数字文件存储至服务器内，便于随时调阅。也可通过成像系统将图像储存到本地，以加载图像的方式生成图文报告。若同一份标本同时具有涂片和培养项目，鉴定步骤界面会显示该标本涂片结果，利于检验者根据涂片结果修正扩展正确鉴定思路，例如：不合格痰标本则没必要继续进行相关的菌种鉴定和体外药敏；无菌标本若涂片提示存在大量细菌，而需氧培养无菌生长，则考虑联系临床加送厌氧培养；弱抗酸染色阳性但常规未送检诺卡菌培养的患者，则可在其相同类型标本的普通细菌培养过程记录中录入“该标本弱抗酸阳性，请延长培养”的提示，避免漏检。

(2)微生物培养鉴定：微生物鉴定过程记录字典包含了菌数、鉴定方法、药敏组合、继续培养等常用字段，培养阴性、分纯模块、显微镜检、各种菌特殊鉴定模块，尤其是真菌模块、血培养模块、结核模块更具特征性。检验人员根据平板上的生长情况，在过程记录字典中快速选择所需要的记录信息，比如：菌落大小、数量、形态、辅助试验、无菌生长、无致病菌生长、继续培养、分纯、药敏板卡等信息，同时会记录操作者和操作时间。实现整个检测流程的信息完整传递，方便不同的检验人员在替班或周末及节假日时处理标本。

(3)药敏试验：LIMS可根据美国临床和实验室标准协会(CLSI)的药敏标准更新设置折点和相应的专家规则，系统可根据细菌鉴定结果和标本来源等患者相关信息进行合理逻辑判断，自动勾选应报告的药敏谱，进行药敏结果耐药(R)或中介(I)或敏感(S)的判读，自动屏蔽天然耐药和根据标本类型不该报的药敏结果(如：非尿液标本不报告“呋喃妥因”、“磷霉素”等)，对一些耐万古霉素肠球菌(vancomycin resistant Enterococcus，VRE)、耐万古霉素金黄色葡萄球菌(vancomycin resistantStaphylococcusaureus，VRSA)、碳青霉烯类抗菌药物耐药的肠杆菌科细菌(carbapenem resistant Enterobacteriaceae，CRE)等特殊药敏及其他罕见的药敏结果会用红色背景标识，以期提醒报告发布者注意复核，发放准确报告。纸片琼脂扩散法(Kirby Bauer paper dispersion method，K-B法)自动化药敏成像系统，工作原理基于计算机视觉与机器学习等人工智能(artificial intelligence，AI)技术的应用，AI系统摄像头自动感应培养皿置放动作，识别速度小于1 s，采集设备自动拍摄检测图像，对药敏纸片类型与剂量进行自动识别，同时自动测量抑菌圈直径。测量精度：重复精度<0.02 mm，旋转精度<0.05 mm。获得检测数据后，数据传入检测专家系统，系统根据CLSI折点，自动给出药敏结果判定。此AI系统内置机器学习系统，在更换药敏纸片类型或有新抗菌药物纸片应用后，仍可以通过机器学习获得认知。对CRE、VRE、甲氧西林耐药/敏感、多重耐药等的情况会自动识别，确认耐药预警后，会直接传输到院感监测系统，对CRE、VRE还需电话通知院感办和临床，落实院感防控。采集的图像可保存在药敏试验界面上，随时调阅审查。

(4)既往药敏：患者7 d内药敏结果(铜绿假单胞菌或其他临床关注药敏变化的菌除外)，不分标本类型，通过系统设置均可在既往药敏模块显示，扫描标本号时定位在既往药敏模块，则可直接看到该患者7 d内的药敏结果，检验人员识别同一标本类型分离出的相同菌株，避免同一患者同一部位同一细菌短时间内重复做药敏，实现节约成本和减少患者的医疗负担。

(5)“快捷报告发布”和“批量鉴定报告发布”界面：各种涂片检查和培养阴性结果分别可通过“快捷报告发布”和“批量鉴定报告发布”界面进行快速发布，在各自界面下选择对应的阴性报告模板；在条码扫描位置扫描标本二维码信息，即可快速生成并发布检验结果，同时可在过程记录中记录相应的检测结果、操作者和操作时间等信息。并且涂片结果可自动化审核，自动审核与报告发放间隔时间可根据实验室内部流程等情况进行设置，遇到急查等情况可个性化处理，直接审核并发放，审核后可发布到医生工作站和患者手机APP端。这两项功能实现前，所有涂片及培养阴性常规报告均需分别在涂片镜检和鉴定模块，选择相应报告模板，至少需要鼠标点击打开相应界面选择相应字段操作5步才能发布报告，过程繁琐，且有可能手误发错报告。批量报告则可避免这种问题，并且在报告模板与医嘱不符时会自动进行错误提示，极大提高了工作效率。

(6)血培养的联机模式：临床送检血培养标本，通过扫描医院管理信息系统(hospital information system，HIS)的医嘱条码、血培瓶身序号，LIMS可自动提取患者信息、医嘱信息和血培养瓶信息打印检验ID条形码，粘贴在血培养瓶上，进行上机。LIMS可实现与自动化血培养仪的双向传输，实时接收血培养仪上血培养瓶的相关信息：包括血培养阳性的报阳时间、普通血培养3 d、真菌血培养14 d、结核血培养42 d等初步阴性报告等。LIMS对血培养阴性结果，可选择批量生成报告及自动审核，极大节省了阴性瓶报告发放的时间。培养模块可快速查询标本对应的培养瓶序号，最终培养结果及阳性报警时间。

(7)危急值管理：血培养阳性涂片后，目前为电话通知临床并记录到LIMS中，内容包括：血培养类型、报阳时间、涂片结果、通知时间、接收人、报告人、临床目前经验使用抗菌药物等信息。这些信息可保存在LIMS中，随时调阅核实，并可定期导出相关数据进行统计分析。LIMS正在升级，以后可实现以上相关信息直接网络回报，但此功能的实现一定得确保临床医生能够及时收到相关信息，并反馈LIMS，如未在规定的时间内反馈则需再次进行电话回报。血培养报阳后立即通知临床，此为一级报告，如果第2天初步药敏结果支持患者目前的抗菌药物使用，可不做二级电话报告，只在过程记录中登记，若初步药敏结果不支持患者目前的抗菌药物使用，则必须做二级报告，再次电话通知临床，并将接听电话人员工号等信息录入过程记录。最终向临床正式报告细菌种或属鉴定结果及标准抗菌药物敏感试验结果。分级报告结果不一致的处理：如在标本处理过程中，发现前一级回报结果错误，或标本延长培养呈阳性，经确认后应尽快与临床进行沟通，如实说明前一级报告结果存在的问题，并进行更正。

(8)检验样本周转时间(turnaround time，TAT)管理：LIMS后台专家系统提前设置好每一类检测项目的TAT，当标本接近或超过TAT时间时，在标本过程记录左下方的小模块会出现带颜色的患者信息提示，分为TAT预警和TAT超期。TAT时间管理功能的设计，有效地保证了检验结果回报的及时性，避免了报告的漏审。

(9)检验报告可浏览该份标本正式的涂片、鉴定和药敏报告。

(10)收费管理可补收或者减去多收费用，为医保自查提供依据。自动根据鉴定和药敏的实际数据,按照相应物价进行计算，初始若这些自动划价的项目被删除了，会自动产生一条负数计费，通过接口将计费项目、计费人员等信息发送给HIS完成相应患者的计费。相关记录需人工进行退费处理，并进行审核后才能实现退费。

(11)检验报告界面：可按报告发放日期、发布报告者等进行报告的批量查询、审核、打印等。

2.2质控管理模块 可实现对K-B法药敏按照不同质控菌株对不同抗菌药物允许的质控范围，按月绘制月质控报表等可视化管理，质控菌株药敏结果读取同标本，出现失控情况即用红色背景进行提示，以方便操作者及时查找原因，进行复核更正。细菌室相关的其他质控，尚为填写纸质表格，按月进行汇总统计。有待进步开发为LIMS管理。

2.3统计管理模块 统计功能集成到系统内的全部查询检索模块，系统内的临床检验数据均可进行排序、交叉表统计、分组计算、汇总等操作。鉴定管理模块可实现按菌名进行不同菌种、药敏等数据的查询统计管理。统计管理模块可计算工作量和血培养送检、阳性率及污染率等，导出TAT超期、危急值和不合格标本等相关指标。可进行WHONET数据格式导出进一步进行药物敏感性分析。接口设置：按照菌属分类、WHONET实验室方案自动配置导出规则。通过日期区间、病区、性别、年龄区间等条件组合筛选药敏数据，对药敏检测结果进行分类计数，并导出到对应的WHONET实验室文件，为国家耐药监测网提供监测数据。

2.4字典管理和系统管理 可实现对新增细菌、药物等数据字典、过程记录字典、微生物分类和人员权限等进行维护，对系统日志、报告打印日志等进行查询，以便出现问题时能回顾解决。并对自定义的规则，如涂片和血培养阴性报告从生成到自动化审核之间的时间、非敏感菌株及多重耐药的菌株的预警提示等规则，进行设置。

全流程实验室检测及相应LIMS功能流程，见图1。

图1 全流程实验室检测及相应LIS功能流程

3 讨论

随着数字信息化的快速发展，微生物信息管理数字化平台为微生物检验流程的优化和发展提供了坚实的技术基础[7]。相比大部分基层医院的内部条形码为一维码，只能横向、纵向或定点一个方向识别信息，本实验室使用的二维条形码是以平面规律分布的黑白色几何图形来记录信息，信息容量大、编码范围广，可表示汉字及图像等多种信息，条码部分损坏也不影响信息的读取[8]，极大地提高了工作效率。另外，大部分基层医院尚未实现对不合格标本的LIMS管理，只能电话通知并手工记录，给后续不合格标本科室与原因等统计带来诸多不便，严重影响了该指标的持续改进。

细菌鉴定过程包含多个检测步骤，耗时长，可能要经过不同的检验人员才能完成。本实验室微生物LIMS可按时间节点记录不同的操作者的操作步骤，任一操作者通过标本的过程记录信息可实时查看标本状态并完成后续相关操作。将检验周期长、检验流程复杂、操作人员个性化强的检测全过程有条理地、完整地记录下来，实现了检测流程的实时监控，有效地保证了工作质量和患者安全[9]。

鉴定和药敏模块可与生物梅里埃MS、Vitek 2、BD凤凰鉴定药敏系统数据传输，避免人工录入导致的误差。药敏系统设置为只接受自动化药敏仪器的数值结果，不接收其药敏判读结果，因其没有考虑标本类型及是否为最新药敏折点等问题。部分特殊情况例如：非脑脊液标本分离的肺炎链球菌青霉素、头孢吡肟等药敏结果需要分别按照脑脊液折点和非脑脊液折点进行判断后发放报告。系统可以进行个性化设置。

将计算机图像识别、机器学习等先进的人工智能技术引入实验室，如XMVision纸片扩散法药敏测量仪的应用。实验室科研在用的XMVision MIC法药敏机器视觉鉴定分析系统和紫外荧光法菌落智能识别及拍照系统：前者对标准微量肉汤稀释法及Sensititre YeastOne药敏板卡MIC结果自动判读，后者可进行菌落计数及拍照，及对常见丝状真菌的基于深度神经网络的人工智能识别功能检测(系统研发中)可解决由人工视觉疲惫后造成的漏诊和错诊，大幅降低劳动强度，提高工作效率。基于微生物影像大数据与卷积神经网络的机器学习系统与图像理解技术，使机器可以获得与人近似甚至高于人的图像鉴别能力，通过复制可快速普及到各级医院，利于国家分级诊疗政策的执行，减少人员投入，降低诊疗成本，实现精准医疗等目标。

LIMS在实验室质量管理方面具有重大作用[10]。本实验室微生物LIMS可以实现对TAT、不合格标本、危急值通知率、K-B法质控电子月报表、血培养污染率、血培养采血量等指标的统计。另外，图像档案管理、日志管理、过程记录等功能为检验结果溯源提供了数据基础，特殊耐药表型的预警提示、细菌和药敏等方面的统计功能及与WHONET软件的对接为科研和院感防控等提供了基础。

总之，如果临床微生物LIMS能够规范优化微生物全过程的工作流程，包括自动化接种系统、自动化鉴定系统和质量控制系统等[11-13]，实现全流程信息化、智能化的精准管理，可提高工作效率和质量，降低人工操作的错误发生率,可将微生物工作人员解放更多的时间开展其他业务，如疑难菌株的鉴定和药敏，加强临床沟通、参加临床感染病例会诊、指导床旁采样等，或进行与临床密切相关的一些科研等。微生物LIMS的有效开发和升级非常有意义，本实验室将在实际工作中不断总结、创新、改进,以求更好满足临床微生物实验室检测的需求。