一種基于互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)介紹

胡永艷, 陶迎紅, 孔申申

(北京大學(xué)第一醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心, 北京 100034)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)、使用和管理的平臺(tái)，承擔(dān)著常見實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的日常飼養(yǎng)和管理職能。我院原先對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的管理，基本以手工數(shù)據(jù)采集和人工處理數(shù)據(jù)為主，且數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)開放，同時(shí)動(dòng)物數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)工作量很大。以目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中最常用的大鼠和小鼠為例，一個(gè)設(shè)施的飼養(yǎng)量經(jīng)常是數(shù)以萬只計(jì)[1]，它們的品系、數(shù)量、出生時(shí)間、特殊飼養(yǎng)的標(biāo)記、籠位占用等的管理完全依靠人工登記，由于數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)顯現(xiàn)和更新，使用人員不能及時(shí)獲取信息，進(jìn)而可能影響對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的判斷，管理人員的資源分配和匯總信息亦費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及與發(fā)展，建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)來信息化管理實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施成為可能，但現(xiàn)有的信息化管理系統(tǒng)主要側(cè)重于繁育或生產(chǎn)管理[2-4]，系統(tǒng)功能不適用于本單位設(shè)施[5-6]。因此，有必要建立一套能在管理人員和使用人員中開放權(quán)限的實(shí)時(shí)獲取、更新并自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)動(dòng)物信息、分配實(shí)驗(yàn)資源、數(shù)據(jù)匯總分析的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

針對(duì)之前是手工采集各類數(shù)據(jù)，使用者和管理人員各自登記，不能報(bào)警、實(shí)時(shí)共享和自動(dòng)數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是：1)解決實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用信息雙向(管理人員/使用者)在線更新、數(shù)據(jù)采集、異常報(bào)警、實(shí)時(shí)共享、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析計(jì)算；2)利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配實(shí)驗(yàn)資源；3)同時(shí)加入平臺(tái)管理的一些輔助功能。

該系統(tǒng)采用電腦端和移動(dòng)客戶端的雙重方式，管理人員使用電腦和移動(dòng)端處理和維護(hù)數(shù)據(jù)，飼養(yǎng)員使用移動(dòng)端采集數(shù)據(jù)，研究人員可以在移動(dòng)端查看、更新個(gè)人數(shù)據(jù)，以及申請(qǐng)使用資源。

該系統(tǒng)提供微信入口，因此軟件的基礎(chǔ)架構(gòu)、后臺(tái)服務(wù)器和數(shù)據(jù)部署都存儲(chǔ)于能夠通過互聯(lián)網(wǎng)和微信訪問的數(shù)據(jù)中心 (IDC)內(nèi)。數(shù)據(jù)庫(kù)使用開源數(shù)據(jù)庫(kù)軟件MYSQL。

2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)架構(gòu)組成

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)主要由電腦端和移動(dòng)端組成(圖1)。

電腦端管理后臺(tái)：用于實(shí)現(xiàn)涉及安全管理的部分，系統(tǒng)管理員是動(dòng)物中心的管理人員。主要功能包括：1)用戶賬戶設(shè)置，即實(shí)驗(yàn)人員信息設(shè)置，包括個(gè)人代碼、科室、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、動(dòng)物品種品系、計(jì)劃使用動(dòng)物數(shù)量和飼養(yǎng)方式等。所有使用者信息可匯總并生成二維碼打印，掃碼即可顯示。2)資源設(shè)置及個(gè)人資源占用情況，包括各種籠位、飼養(yǎng)間、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、指導(dǎo)教師等，在線可以查詢；所有數(shù)據(jù)均可分時(shí)、分段、按人、按籠、按飼養(yǎng)間等提取數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。3)設(shè)置邊界數(shù)值報(bào)警，如籠內(nèi)動(dòng)物數(shù)量超標(biāo)報(bào)警等。

移動(dòng)端：主要用戶是動(dòng)物中心的工作人員和實(shí)驗(yàn)人員即使用者，用于申請(qǐng)及實(shí)時(shí)查看資源和數(shù)據(jù)，更改個(gè)人數(shù)據(jù)，預(yù)約實(shí)驗(yàn)資源，并接受報(bào)警提醒。用戶可以通過移動(dòng)端及時(shí)查詢自己負(fù)責(zé)的動(dòng)物數(shù)量及動(dòng)物所在的位置，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)意外移位，可以及時(shí)修改動(dòng)物數(shù)量變化，接受邊界數(shù)值報(bào)警，防止動(dòng)物數(shù)量過多、過少對(duì)實(shí)驗(yàn)造成的不良影響。隨時(shí)導(dǎo)出數(shù)據(jù)，分析設(shè)施飼養(yǎng)情況是否正常，避免生物安全事故發(fā)生。

3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)主要功能

圖1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)的功能模塊Figure 1 Function modules of the laboratory animal management system

主要包括：1)設(shè)立個(gè)人賬戶，包括姓名、倫理編號(hào)、課題名稱、用戶權(quán)限以及其他相關(guān)的信息。為了保護(hù)系統(tǒng)安全和個(gè)人隱私，系統(tǒng)的賬戶設(shè)置分管理員賬戶和實(shí)驗(yàn)人員賬戶。2)記錄每一個(gè)實(shí)驗(yàn)人員賬戶下動(dòng)物的信息，包括品種品系、建籠時(shí)間、數(shù)量、規(guī)格、特殊要求、飼養(yǎng)間及籠架位置等。管理系統(tǒng)中飼養(yǎng)籠盒是核心，單個(gè)籠盒上所有的信息為一個(gè)單位，生成一個(gè)二維碼，也可以通過自助終端打印機(jī)打印出來掛在籠牌上，掃描二維碼即可查看或修改籠盒內(nèi)動(dòng)物的信息(圖2)。3)由于管理系統(tǒng)采用的是模擬飼養(yǎng)間

圖2 帶二維碼的籠牌 Figure 2 Cage card printed according to the laboratory animal management system

視圖，實(shí)驗(yàn)人員可以實(shí)時(shí)在線查看并修改自己的動(dòng)物信息，例如位置、數(shù)量、飼養(yǎng)條件變更等(圖3)。4)系統(tǒng)還包括網(wǎng)上訂購(gòu)動(dòng)物(圖4)和飼料、實(shí)驗(yàn)設(shè)備租借(如代謝籠的預(yù)約與使用記錄)(圖5)、實(shí)驗(yàn)老師預(yù)約以及籠位預(yù)約等一系列相關(guān)輔助功能。網(wǎng)絡(luò)通過圖表直觀顯示資源狀態(tài)，使用者申請(qǐng)時(shí)可以看到，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算更新，準(zhǔn)確分配。當(dāng)實(shí)驗(yàn)資源被占用后，其他使用者將不能獲得。5)管理人員賬戶通過數(shù)據(jù)庫(kù)可以提取所需統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(圖6)，例如籠位使用情況、飼養(yǎng)數(shù)量、飼養(yǎng)要求等，并進(jìn)行匯總分析，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)科學(xué)管理飼養(yǎng)間相關(guān)工作及向?qū)嶒?yàn)人員提出合理化的建議。也可以通過該系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的課題倫理申請(qǐng)相關(guān)工作如動(dòng)物使用數(shù)量、課題結(jié)束時(shí)間、研究人員變更等進(jìn)行管理。

實(shí)際操作過程中，實(shí)驗(yàn)人員提交倫理申請(qǐng)后，管理人員在電腦端依據(jù)倫理信息建立實(shí)驗(yàn)人員賬號(hào)信息，之后實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)用該賬號(hào)密碼登錄移動(dòng)端并提交動(dòng)物訂購(gòu)單，管理人員電腦端審批、訂購(gòu)、分配籠位、錄入籠位信息，并于自助打印終端打印籠牌。開始實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，在移動(dòng)端修改籠位信息，打印增加的籠牌，也可以通過移動(dòng)端預(yù)約設(shè)備、老師、技術(shù)服務(wù)等實(shí)驗(yàn)資源。系統(tǒng)自動(dòng)記錄動(dòng)物和籠位數(shù)量，管理人員可以通過電腦端查看數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖3 籠位信息實(shí)時(shí)模擬圖Figure 3 Sketch map of the cage frame

圖4 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物訂購(gòu)頁(yè)面Figure 4 Animal order form

圖5 大小鼠代謝籠預(yù)約界面Figure 5 Reservation of metabolic cages in mice and rats

圖6 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能 Figure 6 Statistical function of the laboratory animal management system

該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)部分由北京衡和易商公司負(fù)責(zé)開發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用開源代碼MYSQL 系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行需要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行。開發(fā)中我們把系統(tǒng)接入了移動(dòng)終端，可以通過手機(jī)、平板(設(shè)施內(nèi)應(yīng)用)等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入系統(tǒng)，非常方便。目前該系統(tǒng)已在本院的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施中使用，顯著提高了管理工作的準(zhǔn)確性和效率，實(shí)驗(yàn)人員也更清楚地了解所飼養(yǎng)動(dòng)物的情況變化、所在飼養(yǎng)間的籠位資源、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的設(shè)備利用情況等，從而更加合理地安排實(shí)驗(yàn)。

4 討論

隨著實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的規(guī)?；?、科研水平的提高及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在線管理的需求越來越迫切。本院建立的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)、二維碼、移動(dòng)終端等技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源和用戶信息的立體對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物平臺(tái)資源的可視化實(shí)時(shí)共享及動(dòng)態(tài)分配，信息透明且可高效利用，減少差錯(cuò)，節(jié)省人力成本；同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的及時(shí)準(zhǔn)確記錄和提取，提高了實(shí)驗(yàn)及管理的科學(xué)性和精準(zhǔn)性。

現(xiàn)有的管理系統(tǒng)如LAMA[2]側(cè)重于基因修飾動(dòng)物的品系管理，鄒巖柏等[3]和王瓏等[4]開發(fā)的管理系統(tǒng)偏重于服務(wù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)單位，這兩個(gè)系統(tǒng)都能夠記錄管理實(shí)驗(yàn)動(dòng)物品系的繁育；孟霞等[6]開發(fā)的系統(tǒng)在倫理和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理方面比較突出，符合高校動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。而本文的系統(tǒng)根據(jù)本單位使用需求開發(fā)，更適合于小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科研平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化管理，本系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)和實(shí)驗(yàn)人員的直接對(duì)接，個(gè)性化管理，特別是可以在移動(dòng)端應(yīng)用，這一點(diǎn)可以更加方便實(shí)驗(yàn)人員在屏障內(nèi)移動(dòng)操作以及在設(shè)施外隨時(shí)遠(yuǎn)程操作、查看，在智能終端高市場(chǎng)占有率的當(dāng)今社會(huì)，具有更強(qiáng)的實(shí)用性和時(shí)效性；而應(yīng)用自助打印終端將系統(tǒng)里的籠位信息打印出來作為籠牌，簡(jiǎn)便了實(shí)驗(yàn)人員的工作，也方便了管理人員對(duì)設(shè)施的管理；同時(shí)把資源預(yù)約也加入了管理，使得資源分配更加充分和公開透明。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施來說，信息化管理提高了服務(wù)質(zhì)量和工作效率。該系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)提供實(shí)時(shí)分享功能，使全體科研人員及用戶能隨時(shí)隨地查詢到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的位置、狀態(tài)和繁殖等信息，更加高效地進(jìn)行科學(xué)研究。未來我們將根據(jù)工作需要進(jìn)一步優(yōu)化并新增系統(tǒng)功能模塊，同時(shí)應(yīng)用5G、人工智能(AI)、云存儲(chǔ)等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)端對(duì)設(shè)施設(shè)備運(yùn)行和動(dòng)物資源的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、智能化管理。希望本系統(tǒng)的開發(fā)對(duì)使用同類功能實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的管理單位及同行有所啟發(fā)。