二維碼技術(shù)在生物樣本庫編碼中的應(yīng)用與評價

郭愛華，張翠，余永國，傅啟華，金燕樑，江帆，王偉，劉世建

·技術(shù)與方法·

二維碼技術(shù)在生物樣本庫編碼中的應(yīng)用與評價

郭愛華，張翠，余永國，傅啟華，金燕樑，江帆，王偉，劉世建

隨著電子信息化的迅速普及，條形碼發(fā)展十分迅速，它已廣泛應(yīng)用于商業(yè)貿(mào)易、生產(chǎn)制造、醫(yī)療衛(wèi)生[1]、倉儲物流[2]等領(lǐng)域。條碼的應(yīng)用大大提高了信息處理和數(shù)據(jù)采集的速度，提高了工作效率，促進商品貿(mào)易管理的現(xiàn)代化和科學(xué)化[3]。但是傳統(tǒng)的一維碼信息量有限，糾錯能力差，二維條碼信息容量大，信息密度高，編碼能力強，可以對文字、照片、指紋、掌紋、聲音、簽名等信息進行編碼，并且它容易印制，成本低廉，糾錯能力強，譯碼可靠性高[4-5]，在國外已經(jīng)得到應(yīng)用[6-7]，本文主要就生物樣本庫管理中二維碼的應(yīng)用進行介紹。

1　應(yīng)用舉例

1.1軟件和硬件設(shè)施

①采血材料：一次性 5 ml 針筒、無菌真空 EDTA-K2采血管。②血樣分裝：普通 0.5 ml 彩色樣品管、一次性塑料滴管。③管理系統(tǒng)硬件設(shè)施：生物樣本庫服務(wù)器、電腦終端、條碼打印機（Zebra GX430tTM）、耐低溫條碼標(biāo)簽、色帶、紅外線條碼閱讀機（掃描槍，Honeywell 1900）等。④軟件設(shè)施：FreezerPro 2012 生物樣本庫管理系統(tǒng)（美國RURO 公司，香港晶鑫國際上?？祈搩x器有限公司代理）。

1.2生物樣本庫的編碼方法

1.2.1生物樣本的入庫流程 建立先天性心臟病為主的血液生物樣本庫和外科手術(shù)標(biāo)本組織樣本庫為例，經(jīng)過簽訂知情同意書后抽取患兒血液樣本，隨后在實驗室中將血樣離心分裝成多管血漿和血細胞，使用樣本庫管理軟件 FreezerPro 2012 進行入庫管理，然后在 –80 ℃ 冰箱或液氮罐中長期保存。同時通過小兒先天性心臟病流行病學(xué)調(diào)查問卷，調(diào)查懷孕期間其父母的生活習(xí)慣、健康狀況、居住工作環(huán)境和遺傳因素等，調(diào)查數(shù)據(jù)使用 Epidata 3.0 軟件錄入，數(shù)據(jù)導(dǎo)入FreezerPro 2012 生物樣本庫管理系統(tǒng)或者使用與樣本庫管理軟件整合的樣本隨訪系統(tǒng)收集有關(guān)的信息。

1.2.2軟件系統(tǒng)與硬件設(shè)施的安裝應(yīng)用 ①系統(tǒng)安裝：FrezerPro 2012 樣本庫管理系統(tǒng)安裝在服務(wù)器端，系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，條碼打印機、計算機終端需要網(wǎng)絡(luò)連接，紅外線條碼掃描槍連接到計算機。②條碼打印識別：根據(jù)生物樣本的條碼編碼規(guī)則，設(shè)定條碼標(biāo)簽，調(diào)整合適的尺寸和標(biāo)識內(nèi)容。

1.2.3二維碼標(biāo)簽編碼與應(yīng)用 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院下屬12 家醫(yī)院組建統(tǒng)一的生物樣本庫，要求所有下屬單位有統(tǒng)一的編碼規(guī)則，便于統(tǒng)一匯總生物樣本庫信息。

⑴二維碼編碼規(guī)則：根據(jù)組織類型的差異，血液或體液樣本和組織樣本有不同的編碼規(guī)則，兒童疾病中遺傳性疾病較多，所以樣本庫中有較多的遺傳家系樣本，相應(yīng)的遺傳家系樣本有特殊的編碼規(guī)則。

①血液樣本編碼規(guī)則：由單位、年份、科室、病例流水號（門診號或住院號）、血液類型、樣品管編號以及家系樣本編碼組成，不同編碼前使用不同字母開頭，便于識別和區(qū)別。其中單位可以采用醫(yī)院簡寫，如上海兒童醫(yī)學(xué)中心（Shanghai Children’s Medical Center）采用英文縮寫SCMC；年份如 2012；科室以 KS 開頭加上各個科室代碼；病歷流水號以字母 N 開頭加上門診號或者住院號；血液類型包括全血、血漿、血清、血細胞、DNA、RNA 等，以字母 LX 開頭；樣品管編號按照順序編號，以字母 D 開端，通常一位患者血液分裝 2～3 份；家系編碼以字母 G 開頭，放在最后，如無家系則此編碼空缺，如有家系，則加上此位編碼，在 FreezerPro 2012 生物樣本庫管理系統(tǒng)編碼中可以實現(xiàn)自動判斷，如編碼父親為 1，母親為 2，以此類推，一般編碼直系三代即可，所有編碼根據(jù)規(guī)則在樣本錄入時根據(jù)各部分編碼自動產(chǎn)生統(tǒng)一的編碼。如編碼SCMC2012KS1N80245654LX2D3G1，它代表上海兒童醫(yī)學(xué)中心 2012 年心內(nèi)科采集門診號為 80245654 患兒父親血漿第 3 管樣本。

②組織樣本編碼規(guī)則：和血液樣本編碼不同，組織標(biāo)本編碼需在樣品管編號后增加取材器官和取材部位代碼，取材臟器編碼可參考《中國醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會生物樣本庫試行標(biāo)準(zhǔn)》[8]；不同取材部位的代碼：腫瘤組織用“T”表示，癌旁組織用“P”表示，淋巴結(jié)用“L”表示，正常組織用“N”表示，轉(zhuǎn)移組織用“M”表示，息肉用“Y”表示，囊壁用“C”表示，例如 SCMC2012KS1N12345678LX2D1A13T表示：上海兒童醫(yī)學(xué)中心 2012 年外科采集門診號為12345678 病例第 1 管髖骨腫瘤組織。

⑵樣品定位：通過 FreezerPro 2012 樣本庫管理系統(tǒng)模擬虛擬冰箱構(gòu)造實現(xiàn)，將每臺冰箱的每一層、每一個抽屜、每一個樣品盒、每一個樣品管的具體位置都模擬出來，同一樣本庫中推薦統(tǒng)一冰箱層、抽屜、樣品盒等位置編碼的規(guī)則，減少差錯的發(fā)生。與患者基本信息相關(guān)聯(lián)的同時，對每一管樣品所儲存的位置一目了然。但是該樣品定位是以冰箱空間進行合理分割應(yīng)用為基礎(chǔ)，利用架子（抽屜）放入樣本盒，盒子里存放離心管，便于以后尋找標(biāo)本為最終目標(biāo)。

⑶標(biāo)簽打?。涸?FreezerPro 2012 樣本庫管理系統(tǒng)中，選擇虛擬入庫的樣品，通過已連接的網(wǎng)絡(luò)條碼打印機打印出標(biāo)簽。一份樣品有管身和管蓋兩張二維碼標(biāo)簽，對于樣品都是唯一的。將擁有完整編碼信息的標(biāo)簽貼于樣品管側(cè)面，而將另一張二維碼標(biāo)簽貼于管蓋上，此方法有利于之后尋找樣品時，可直接使用掃描槍掃描管蓋二維碼，無需從樣品盒中取出樣品，避免樣品反復(fù)凍融。隨后將樣品放入冰箱保存。

⑷樣品查詢：針對不同的研究目的以及需要的病種提取樣品，在系統(tǒng)中搜索所需樣品，系統(tǒng)會將符合要求的樣品自動羅列，包括位置信息、樣品情況等，隨后進行條形碼核對和確認(rèn)，并且可以同步獲得相關(guān)流行病學(xué)問卷調(diào)查和臨床檢查數(shù)據(jù)等。

2　應(yīng)用體會

條形碼的應(yīng)用體現(xiàn)在樣本收集、分離、信息錄入、儲存、瀏覽、查詢檢索等整個樣本處理過程中，大大提高了日常樣本管理的準(zhǔn)確性，減少手工操作錄入帶來的高出錯率。通過對冰箱等存儲空間的合理化應(yīng)用，可以準(zhǔn)確地獲得樣本儲存的詳細位置，并結(jié)合樣本庫管理系統(tǒng)，清楚地了解樣本庫中的樣本信息，從而大大提高樣本的管理效率和質(zhì)量，同時提高冰箱等存儲空間的利用率。條形碼的使用替代了以往手工錄入標(biāo)本的模式，減少人工誤差，有秩序地管理了各類樣本出入庫的情況，也將樣本庫管理進一步規(guī)范化。

隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，條形碼技術(shù)已經(jīng)日益廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)，以往大量使用的條碼多數(shù)為一維碼，即黑白相間的豎條，下面配有字母或者數(shù)字。但是一維碼的容量較小，尤其內(nèi)容較多時，條碼較長，不能存儲圖片和文字等信息，而二維碼的發(fā)展解決了這個問題[9]。生物樣本庫中使用的凍存管容積較小，標(biāo)簽可用的空間有限，本研究中保存樣本使用 0.5 ml 的凍存管，使用二維碼很好解決了空間受限的問題，二維碼可以根據(jù)可用空間調(diào)節(jié)大小，尤其是管蓋上二維碼的使用更能充分體現(xiàn)這種優(yōu)勢，同時結(jié)合條碼掃描槍的使用，可以有效避免樣本的反復(fù)凍融。由于不受信息和空間的局限，本研究中二維碼的編碼詳盡，多數(shù)以特定的字母開始編碼，便于識別，實際使用過程中不容易混淆。FreezerPro 2012 樣本庫管理系統(tǒng)的編碼規(guī)則制定靈活簡便，可以進行多種組合，編碼根據(jù)各部分信息自動生成統(tǒng)一的編碼，使用準(zhǔn)確簡便，這套系統(tǒng)目前已經(jīng)在世界各國多個實驗室使用。

本研究中涉及的生物樣本庫來源于醫(yī)院的臨床樣本，在實際編碼中涉及的主要是血液樣本，也有部分外科的組織樣本，因而樣本編碼中的流水號使用門診號或者住院號。但是同一患者多次住院時會產(chǎn)生多個門診號或者住院號，為了解決這個問題，我們在樣本入庫時添加以往是否住院選項，如果患者以往曾經(jīng)住院并且采集過樣本，可以查詢以往的住院號，同時結(jié)合家庭地址和聯(lián)系方式可以確定是否是同一人，以此解決這個問題。不同于現(xiàn)場調(diào)查的樣本[10-11]，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)凍存管底部用激光蝕刻預(yù)置的二維碼，可放置 96 孔板中，適用于現(xiàn)場流行病學(xué)調(diào)查等大批量使用，優(yōu)點是快速準(zhǔn)確，節(jié)省空間，缺點是成本較高，需要配置專用的二維碼掃描儀。

在醫(yī)療領(lǐng)域，生物樣本庫建設(shè)的廣泛開展，為轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的開展奠定了基礎(chǔ)。但是樣本的利用涉及患者的各種信息，而這些信息往往分布在生物樣本庫信息系統(tǒng)（biobank information system，BIS）、醫(yī)院信息系統(tǒng)（hospital information system，HIS）、實驗室信息系統(tǒng)（laboratory information system，LIS）和影像歸檔和傳輸系統(tǒng)（picture archiving and communication systems，PACS）等各個系統(tǒng)之中，有時還包括患者流行病學(xué)調(diào)查及隨訪的信息，需要以住院號或者門診號將各個系統(tǒng)信息關(guān)聯(lián)，將不同系統(tǒng)之間的信息進行有效整合，便于對樣本進行篩選，以提高生物樣本庫的使用效率。

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DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2012.04.012

作者單位：200127 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心兒科轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所

通訊作者：劉世建，Email：arrow64@163.com

收稿日期：2012-04-11