新型冠状病毒(COVID-19) 应急核酸检测云平台的设计与开发

【作者】娄海芳，吴海翔，胡娟，张乔冶，汤旭帆，吴飞，闫志文，陈仁

浙江省人民医院，杭州医学院附属人民医院，杭州市，310014

0 引言

2020年9月，浙江为适应常态化新型冠状病毒肺炎疫情防控需要，提升病毒核酸应急检测能力，按照5～7 d内完成1000万人次病毒核酸筛查的标准组建了25支核酸检测机动队。机动队先后奔赴新疆、河北等地增援并完成了应急核酸检测任务。不同于一般的实验室新冠肺炎核酸检测，院外应急新冠肺炎核酸检测由于时间紧、任务重，场地和人员都是临时组建，在检测过程中发现，这些院外临时核酸采集点的被检测人信息录入、标本运送、实验室检测结果上传等仍采用手工登记的方式，工作量大且容易出错，严重影响检测进度和准确性。

我院作为浙江省新冠病毒肺炎防控物资储备基地，承担了核酸检测机动队所需设备和耗材的管理工作，为响应国家卫生健康委员会《关于加强信息化支撑新型冠状病毒感染的疫情防控工作的通知》，结合两次大规模应急核酸检测工作中发现的问题，我们设计、开发了新型冠状病毒核酸应急检测云平台。云平台包括实验室与采集点管理模块、标本采集模块、检测管理模块、报告发布模块，实现了新冠核酸普筛快速、高效全流程管理，同时为我国其他地区的新冠肺炎疫情防控信息化建设提供参考。

1 需求分析

在短时间内实现大范围的全民核酸筛检是防控新型冠状病毒肺炎疫情的重要手段。在浙江省核酸检测机动队新疆、河北等地核酸检测实践中我们发现，由于大规模核酸采集与检测工作点分散，短时间内大量标本要采集和检测，采集和检测现场形成一定程度的混乱，各户外临时采集点被检测人员身份核实和标本核对通过人工登记，检测点阳性标本的追溯靠人工核查，信息汇总和发布也要人工统计和上报，这些都需要大量的人力去完成，且容易出错。因此，需要建立一个核酸应急检测管理系统。将核酸采集、运送、检验、管理、发布等一系列信息系统纳入平台架构中，实现快速、准确的身份核对、信息上传和信息发布；同时优化各核酸采集点的部署，充分调配和发挥各检测实验室的检验能力，实现信息数据的交换价值，提高应急核酸检测全流程管理水平。

2 云平台设计

应急核酸检测云平台总体构架，如图1所示，平台采用前后端分离架构来实现高性能、易扩展、易维护的Web应用。前端基于主流的React框架，通过JavaScript语言开发应用，解决了跨平台开发过程中开发效率低和代码复用率不高等问题。服务器端使用跨平台高性能的ASP.NET Core框架，实现数据交互的核心操作，数据交互格式采用轻量级的JSON格式；数据存储方面使用高性能的Oracle数据库；使用Nginx反向代理服务器作为Web服务器，利用Nginx的轮询方案、权重方案和iphash方案实现各前端服务器负载均衡分布。身份证信息读取利用百度OCR技术完成，自动识别并录入被检测人身份信息，有效降低输入成本，控制业务风险。

图1 应急核酸检测云平台总体构架Fig.1 Overall framework of emergency nucleic acid detection cloud platform

3 云平台功能实现

3.1 实验室与采集点管理模块

设定或导入检测项目、检测机构、检测人员等信息；制定检测计划，明确各采集点信息，包括采集地址、采集时间、采集人员、采集模式（单采或混采（1:5或1:10））、送检安排。决策人员利用地图模式实时监控各采集点的情况，包括各采集点的位置分布、采集数量、完成时间等。云平台地图监控模式，如图2所示。

图2 云平台地图监控模式Fig.2 Map monitoring mode of cloud platform

3.2 标本采集模块

采用预制标本容器条形码标签模式，即预先打印并粘贴好通过云平台生成的标本容器条形码标签，作为标本唯一标识。

使用PDA或高拍仪读取市民身份证信息，测量体温后再扫描标本容器条形码标签进行绑定；若被检测人未携带身份证，需用手机扫描采集点二维码，填写身份信息、联系方式后生成登记信息二维码，再由PDA依次扫描该登记信息二维码和标本容器条形码标签进行绑定；最后采集标本，确认完成。全程无纸化，避免了现场操作人员手工书写和录入导致的信息差错，同时能够快速进行身份核实。云平台临时采集点（含入户采集）标本采集工作流程，如图3所示。

图3 云平台临时采集点（含入户采集）标本采集工作流程Fig.3 Flow chart of specimen collection at temporary collection point (including household collection) on cloud platform

3.3 检测管理模块

在完成一定数量的标本采集后，使用便携式条码打印机，生成标本运送条码。标本放入带GPS定位功能的专用标本运送箱交给运送人员，运送人员扫描运送条码进行交接。标本送达后，检测实验室人员扫描标本运送条码进行接收交接，系统自动将标本相关信息导出供浏览。利用带GPS定位功能的运送箱可实时追踪标本送检情况，并根据各实验室的工作量动态调整送检目标实验室，以期达到检测资源优化配置的目的。

标本检测分为两种情况，第一种是在临时搭建的实验室或移动检测车进行检测，第二种是在医疗机构固定实验室进行检测。针对大范围的应急核酸检测场景，由于医疗机构固定实验室检测能力有限，且距离部分采集点太远，因此大量标本检测任务是在采集点附近临时搭建的实验室或移动检测车中进行。

在这些临时实验室和移动检测车中，部署一台云检测工作站即可实现实验室与云平台的联网交互。云检测工作站的硬件设备为电脑、条形码阅读器，检测人员通过4G/5G移动数据网络登录检测云平台，使用条形码阅读器依次扫描待检标本试管上的标签，在系统中建立本次检测的标本列表；检测完毕后操作人员快速上传经审核的阴性检测报告；若发现阳性标本，用条形码阅读器扫描该标本试管标签，在云平台中快速定位到具体标本及人员信息，上报给上级部门。

医疗机构固定实验室在用的实验室信息管理系统（LIS）通过数据接口也可直接与云平台对接，充分发挥固定实验室的检测能力。鉴于各医疗机构实验室的LIS与云平台的接口不尽相同（见表1），需要花费大量人力与时间来建立和调试每个实验室的数据接口，因此在大范围的应急核酸检测场景下，实验室LIS与云平台建立数据接口的交互方式并不是一个最佳的选择。

表1 实验室接入云平台的两种方式对比Tab.1 Comparison of two ways of laboratory access to cloud platform

3.4 报告发布模块

云平台将审核后的检测结果上传至浙江政务服务网，被检测人通过“浙里办”手机APP查询检测报告。同时云平台对检测结果进行汇总，形成多种报表，如采集进度汇总表、送检汇总表、单位接收情况汇总表等，管理人员通过这些报表信息实时掌握全局检测进度，政府部门可以根据情况调整检测计划和部署，达到加快完成应急核酸检测的目的。

4 总结与展望

参考核酸检测机动队的实战反馈，本院临床医学工程部和信息中心利用现有资源，设计并开发了一套满足短时间内大范围全民核酸筛检场景的新型冠状病毒核酸应急检测云平台，云平台实现了应急核酸检测工作的标本现场采集、信息快速录入、采样点临时快速布置、标本动态分配检测实验室、检测结果快速上报等全流程信息化管理，支持标本单采、混采（1:5、1:10）等多种方式，为新型冠状病毒感染的疫情防控工作提供了强有力的信息化支撑，决策人员可以第一时间掌控全局检测进度，并快速制定下一步方案，从而高效、精准地完成全民核酸筛检任务。由于浙江省内未发生大规模疫情，该云平台目前在杭州萧山国际机场、宁波栎社国际机场进行了演练，均达到预期效果。

在未来新冠肺炎疫情结束以后，借助云平台技术可以将各区域零散分布的实验室联成一张网，通过大数据追溯、人工智能技术提升云平台的数据获取和处理能力，使智能化检验管理、新型疫情预测成为可能。