淺談網絡版色譜工作站選型及實施

李寶生，張旋

廣東省藥品檢驗所，國家藥品監督管理局藥品快速檢驗技術重點實驗室，廣州 510180

由于現代實驗室越來越注重電子數據的合規性和安全性，因此我單位積極開展電子實驗數據管理模式。經過調研，我單位在實驗室內全面實施網絡版色譜工作站，兼容現代主流色譜，并結合單位實驗室跨城市、多分部的實驗室格局進行選型。通過網絡版色譜工作站，布局科學數據管理系統等前沿實驗室數據管理分析工作站；完善實驗室電子數據審計跟蹤，完整性和合規性等管理。

1 實施背景及選型理念

1.1 實施背景

在全球食藥監管部門對電子化實驗記錄管理法規［1］日臻完善、日趨嚴格的當下，實驗室電子實驗記錄的管理已越來越重要。從1997 年FDA 推行實施的21 CFR PART 11 到現如今GxP［2］標準中對電子數據管理的框架、要求和界限都給予明確的指導和執行準則。隨著現代化實驗室配備儀器及計算機用于處理及儲存實驗數據［3］，我單位認為主動貼近電子化實驗數據合規化［4-6］是未來實驗室的必經之路，應盡早布局。

1.2 選型理念

廣東省藥品檢驗所是國家全額撥款運營的公益一類事業單位，現有色譜品牌多樣、色譜類型豐富及色譜新老型號共存。在考察網絡版色譜工作站［7-10］供應商產品時應著重選擇能提供較好且具廣泛色譜反控能力的產品。由于實驗室功能根據樓層劃分，同時兼顧實驗室一體化管理，因此在網絡版色譜工作站選型時應注重以下幾點：（1）提高效率，降低成本。鑒于其他同類實驗室采用多套色譜品牌原廠網絡版色譜工作站的布局方式，實驗人員需適應多套新版工作站的同時也為實驗室管理增加不必要的工作量；為降低管理、學習和布局成本，建議僅選用一套網絡版色譜工作站即可完成實驗室內部品類紛繁的色譜適配。（2）網絡功能。網絡版色譜工作站需要配備強大的網絡聯通能力，色譜、色譜數據采集服務器與服務器之間均需要通過網絡通訊實現響應的伺服功能。（3）可靠性。因網絡版色譜工作站實驗數據應集中通過網絡采集至相應的數據備份服務器，在傳輸過程中各節點之間出現故障均應具有相應的網絡中斷應急機制；且網絡版色譜工作站需要配備中轉緩存服務器以滿足實驗室斷網的情況下實驗數據可在中轉工作站中暫存，直至網絡恢復或相關實驗、管理人員發現網絡情況異常并妥當處理后能自主恢復數據傳輸儲存。

基于以上需求，一套良好的網絡版色譜工作站需具備網絡性能強大，色譜兼容性出色和可靠的備份功能。

2 網絡版色譜工作站的工作原理

基于以上實際工作探索重心，我單位首先上線網絡版色譜工作站。本網絡版色譜數據系統（CDS）由網絡版色譜數據軟件服務器、遠程控制軟件服務器、網絡版色譜處理軟件、色譜數據采集服務器、遠程控制軟件客戶端程序與客戶端電腦組成。客戶端電腦運行遠程控制軟件，通過網絡聯通機房的遠程控制服務器，通過該服務器發布指令，遠程控制實驗室的液相色譜儀或氣相色譜儀，數據經過色譜采集服務器的緩存后存儲在機房的網絡版色譜數據系統服務器上。該網絡版采用分級權限管理并配合遠程控制軟件，基于現代化辦公室的基礎配置可實現在實驗室局域網的任意計算機控制目標色譜或處理相應實驗數據。

3 實施成果及具體分析

上線網絡版色譜工作站為我單位的色譜儀器的管理帶來了前所未有的體驗，提高了我單位人員工作效率、數據管理能力。儀器管理上提供與現有單機版工作站不同的管理模式，數據高安全性，操作高簡便性。實現實驗室的一體化管理、實驗室分析效率提高及實驗室數據安全的保障。

3.1 實現實驗室的一體化管理

3.1.1 儀器的一體化管理網絡版工作站上線前實驗室使用的是單機版工作站軟件，要想了解實驗室儀器的信息，必須對每臺電腦逐一查看。在上線網絡版工作站后，每臺色譜及色譜采集工作站均配置靜態IP 地址，通過固定IP 地址實現聯機及訪問色譜儀，可以實現對實驗室所有色譜儀的一體化管理。打開網絡版工作站后，可以立刻了解到實驗室所有接入網絡版儀器當前的分析內容、分析者、預計結束時間等工作狀態。如遇實驗需要中止或方法需要添加更多設置都可通過網絡版色譜工作站遠程實現。

3.1.2 數據的一體化管理單機版的工作站軟件中，色譜生成的數據都是保存在其配置單機電腦硬盤上，數據的管理、查找、瀏覽都需要在每臺色譜的單機工作站上操作。而網絡版工作站則是把各臺分析儀器生成的數據經色譜采集工作站緩存，由網絡版色譜工作站直接從色譜采集工作站全部抓取并備份；通過遠程控制軟件，實驗室人員也可以在辦公區域直接訪問網絡版色譜工作站服務器檢索數據。將實驗數據集中儲存在網絡版色譜工作站的方式保證對實驗室所有的數據進行集中管理。

3.1.3 人員的一體化管理單機版色譜工作站軟件設定每位分析人員的權限時，需要在每臺電腦上進行逐一的設置；后期有新員工的加入，則必須重復在每臺電腦上增加新員工的權限設置。隨著實驗室儀器、人員的增加，授權操作將呈指數性增長。配置網絡版色譜工作站后人員設定及權限都集中保存在服務器上。后期新增人員或儀器也在整個系統中一次性授權完成后，整個系統運行周期均可識別和留痕，極大地方便了管理人員的工作。

3.2 提高實驗室整體工作效率

3.2.1 遠程操作方案基于遠程服務器及網絡版色譜工作站的協同工作原理，我單位信息部門創新地變廢為寶：將舊單機版色譜工作站安裝遠程控制軟件后連接遠程服務器，利用服務器強大的后臺處理性能為實驗人員提供連接控制色譜或處理網絡版工作站結果數據。在解決網絡色譜工作站對操作系統的兼容性問題的同時也極大程度提高對可能閑置計算機的利用。

現有的單機版工作站軟件僅能實現一對一的分析形態（每臺電腦控制對應匹配的色譜儀）。而網絡版工作站提供的是網絡化的控制形式，是通過計算機加入局域網及我單位早期搭建的Windows 域后實現實驗室及辦公區內幾乎全覆蓋的連接能力。實驗人員可以使用任意一臺電腦，在本實驗室任意場所就可以實現對實驗室所有儀器的控制。不僅可以很大程度上減少實驗人員長期在色譜實驗室對健康影響，而且提高實驗室空間的利用率。實驗人員在辦公室“足不出戶”就可以了解到實驗室所有儀器的工作狀態，減少了因實時查閱實驗數據往返于實驗室和辦公室的來往次數，更有效的安排工作內容，從而提高整體實驗室的工作效率。同時，基于網絡版色譜工作站色譜儀、色譜數據采集服務器集中放置，服務器及操作終端通過網絡訪問的布置特點，可為實驗室實現人機分離提供最優方案。

3.2.2 數據檢索單機版的工作站軟件，在數據量非常多且沒有明確的數據信息的情況下，查找數據會非常的不方便。僅知道數據名情況下，因可能出現同名數量很多，查找起來也會花費很多時間。而網絡版色譜工作站具備數據查找功能。如沒有明確的數據信息，可以通過數據篩選功能，通過分析時間、分析者、儀器名等關鍵字進行查找；可迅速并準確的找到所需數據，節省數據查找所耗時間。

3.2.3 軟件易用性該版本的網路版色譜工作站儀器控制界面完全復制相關儀器原單機版操作界面。實驗人員從原單機版工作站過渡到網絡版僅需通過進行登錄操作界面學習及數據處理模塊內容分區布置進行熟悉即可。同時我單位運行網絡版時也提升了實驗室分析人員的計算機操作水平，可謂一舉多得。

3.2.4 實驗室管理軟件聯動我單位于2006 年實施實驗室信息管理系統［11］（LIMS），并于2016 年上線全生命周期儀器設備管理系統（EAM）［12］，通過網絡版色譜工作站與上述平臺間的內部局域網信息共享或端口協議抓取，實驗室人員在網絡版色譜工作站中運行的相關樣品數據結果可通過LIMS 直接采集，同時當次儀器使用記錄也在相關實驗啟動后自動記錄于EAM 系統，從而減少實驗人員登記工作。

3.3 提高實驗室數據的安全管理

3.3.1 數據庫形式的管理多數單機版工作站軟件的數據都是基于Windows 系統的文件形式保存的，數據安全無法完全保障。國家食品藥品監督管理局關于發布《藥品生產質量管理規范（2010 年修訂）》［13］計算機化系統和確認與驗證等2 個附錄的2015 年第54 號公告第十九條規定“以電子數據為主數據時，形成的電子數據文件時應建立完善的備份恢復機制、采取物理或電子手段保障數據完整性及可訪問性，并滿足數據保存時限”。

我單位上線網絡版色譜工作站是通過Oracle 數據庫［14］對數據進行管理的，該數據庫使用雙機運行模式；數據庫雙機屬于比較傳統的方式，采用兩臺服務器，各自安裝數據庫，一主一備，采用共享存儲，數據文件存放于共享存儲之上，并掛接到主運行服務器上運行提供服務，為了節省服務器資源也可各自安裝一套數據庫，互為備機。雙機運行，依靠雙機軟件進行網絡及進程監控，當主運行服務器發生故障可以切換到備機繼續運行數據庫。同時Oracle 也是一套經過驗證數據儲存機制，可為數據合規性保駕護航。

3.3.2 磁盤陣列技術單機版的工作站的電腦硬盤發生損害，則容易導致電腦中數據丟失。而網絡版工作站的服務器采用硬件級磁盤陣列技術，通過復數塊硬盤的配置（RAID 技術），實現數據的分散型備份保存，如遇其中一塊硬盤發生損害，也可以從其余硬盤中恢復丟失的數據，保證數據的安全性［15］。同時在網絡版色譜工作站中，色譜數據首先被色譜采集服務器采集，色譜采集服務器同樣擁有復數塊硬盤的配置（RAID 技術），在局域網中斷或與網絡版色譜服務器連接出錯時數據會被優先儲存至色譜采集服務器，防止數據意外丟失。

4 實施成果

我單位在2015 年下半年采購網絡版色譜工作站，于2016 年年中完成網絡版色譜工作站的部署。因單位在不同地方均有自籌實驗室，而基于粵港澳大灣區發展規劃的響應，又開展了與中山市政府共建口岸藥檢所的實驗室。從原有的跨樓層布局，到2017 年試行跨行政區布局及2019 年實現跨市布局；前后共計接入4 個品牌、30+型號、100+套色譜、100+用戶，實現了網絡版色譜工作站的實驗科室全覆蓋。在將來我單位的色譜將實現實驗人員僅需熟悉一套網絡版色譜工作站的使用，即可輕松的駕馭在我單位的各款色譜，極大地提高我單位的實驗效率，同時也減小了實驗人員的負擔。

5 審計追蹤

當前實驗數據得益于信息化大潮流的發展，電子化的實驗記錄幾乎在實驗室中代替原有的紙質記錄；電子化數據時代數據修改及儲存在為實驗人員及實驗室管理提供方便高效的體驗的同時，也因頻出實驗數據被非正常修改及實驗數據惡意丟失的丑聞被提出了審計追蹤［16-17］的要求。雖然目前審計追蹤多在生產行業或其相關實驗室中要求執行，但在全球檢驗檢測指導文件對審計追蹤愈發完善，日臻嚴苛的大環境下。藥檢系統于檢驗檢測機構是運動員，于服務對象則為裁判員；主動響應審計追蹤法規，布局面向未來的檢驗檢測分析環境及技術應用是對公平、公正、公開意義的真切詮釋，也是廣東藥檢人對檢驗檢測結果的負責態度。

6 討論

6.1 穩步推進的網絡版布局

我單位是進口藥品的法定檢驗機構，日常檢品任務量大，實驗人員普遍工作量都有較高負載，這對于實現網絡版色譜工作站提出相當高的要求，既要保持日常檢驗檢測任務不斷不亂，又要保持網絡版色譜工作站積極、高效、穩定地推進。我單位實行了單臺聯機測試，多臺成功同時連接的方法。在檢驗儀器閑置時工程師上門單聯機調試，整個實驗室儀器調試完畢后整體上線網絡版，剩余同類型儀器可由我單位IT 部門跟進聯機。

6.2 跨區域實驗室協同

因我單位有異地實驗室，在跨區域調試時服務器出現掉包、反應慢等情況，最終通過增加網絡線纜帶寬及加強服務器地址統一管理后問題得到解決。

6.3 軟件使用要求

網絡版色譜工作站軟件需要實驗人員有一定程度的計算機操作系統的使用基礎，并需要培訓相關遠程軟件；由于軟件系統限制，軟件多為英文版，因此對使用者的英文水平有要求。

6.4 布局未來

得益于網絡版色譜工作站是一套經過驗證的色譜工作站，其數據也符合21 CFR PART 11 及GxP的相關文件規定，我單位下一步將引進其同類的科學數據管理系統，進一步加強和提升我單位的電子數據管理水平。

6.5 行業希冀

在上線網絡版色譜工作站的過程遇到了儀器廠家職責劃分未能明確而導致的需要“自助服務”的情況，為方便我單位實驗及整體管理，我單位僅上線一套色譜網絡版工作站。T 廠家的色譜因未就驅動許可與W 廠家網絡版色譜工作站進行匹配，從而導致W 廠家工程師因安全性理由而無法提供安裝服務；同時T 廠家工程師并不熟悉且無W 廠家網絡版色譜工作站安裝能力。不同于個人/辦公電腦、手機等終端操作系統需要具有普遍的適用性，色譜工作站目前依舊是各色譜廠商的自主知識產權產品，我們期待各家廠商早日開放反控儀器的協議。