胡永艷, 陶迎紅, 孔申申

(北京大學第一醫(yī)院實驗動物中心, 北京 100034)

實驗動物設施是實驗動物飼養(yǎng)、使用和管理的平臺，承擔著常見實驗動物的日常飼養(yǎng)和管理職能。我院原先對實驗動物的管理，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)不能實時開放，同時動物數(shù)據(jù)的管理和維護工作量很大。以目前動物實驗中最常用的大鼠和小鼠為例，一個設施的飼養(yǎng)量經(jīng)常是數(shù)以萬只計[1]，它們的品系、數(shù)量、出生時間、特殊飼養(yǎng)的標記、籠位占用等的管理完全依靠人工登記，由于數(shù)據(jù)不能實時顯現(xiàn)和更新，使用人員不能及時獲取信息，進而可能影響對實驗數(shù)據(jù)準確性的判斷，管理人員的資源分配和匯總信息亦費時費力。隨著計算機技術的普及與發(fā)展，建立一個實驗動物管理系統(tǒng)來信息化管理實驗動物設施成為可能，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限的實時獲取、更新并自動采集實驗動物信息、分配實驗資源、數(shù)據(jù)匯總分析的網(wǎng)絡化計算機系統(tǒng)。

1 實驗動物管理系統(tǒng)設計思路

針對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，不能報警、實時共享和自動數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)的設計目標主要是：1)解決實驗動物使用信息雙向(管理人員/使用者)在線更新、數(shù)據(jù)采集、異常報警、實時共享、數(shù)據(jù)自動分析計算；2)利用系統(tǒng)動態(tài)分配實驗資源；3)同時加入平臺管理的一些輔助功能。

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

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

2 實驗動物管理系統(tǒng)架構(gòu)組成

實驗動物管理系統(tǒng)主要由電腦端和移動端組成(圖1)。

電腦端管理后臺：用于實現(xiàn)涉及安全管理的部分，系統(tǒng)管理員是動物中心的管理人員。主要功能包括：1)用戶賬戶設置，即實驗人員信息設置，包括個人代碼、科室、實驗時間、動物品種品系、計劃使用動物數(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)資源設置及個人資源占用情況，包括各種籠位、飼養(yǎng)間、實驗室、實驗設備、指導教師等，在線可以查詢；所有數(shù)據(jù)均可分時、分段、按人、按籠、按飼養(yǎng)間等提取數(shù)據(jù)，然后進行統(tǒng)計分析。3)設置邊界數(shù)值報警，如籠內(nèi)動物數(shù)量超標報警等。

移動端：主要用戶是動物中心的工作人員和實驗人員即使用者，用于申請及實時查看資源和數(shù)據(jù)，更改個人數(shù)據(jù)，預約實驗資源，并接受報警提醒。用戶可以通過移動端及時查詢自己負責的動物數(shù)量及動物所在的位置，可以及時發(fā)現(xiàn)意外移位，可以及時修改動物數(shù)量變化，接受邊界數(shù)值報警，防止動物數(shù)量過多、過少對實驗造成的不良影響。隨時導出數(shù)據(jù)，分析設施飼養(yǎng)情況是否正常，避免生物安全事故發(fā)生。

3 實驗動物管理系統(tǒng)主要功能

圖1 實驗動物管理系統(tǒng)的功能模塊Figure 1 Function modules of the laboratory animal management system

主要包括：1)設立個人賬戶，包括姓名、倫理編號、課題名稱、用戶權限以及其他相關的信息。為了保護系統(tǒng)安全和個人隱私，系統(tǒng)的賬戶設置分管理員賬戶和實驗人員賬戶。2)記錄每一個實驗人員賬戶下動物的信息，包括品種品系、建籠時間、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，單個籠盒上所有的信息為一個單位，生成一個二維碼，也可以通過自助終端打印機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，實驗人員可以實時在線查看并修改自己的動物信息，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)上訂購動物(圖4)和飼料、實驗設備租借(如代謝籠的預約與使用記錄)(圖5)、實驗老師預約以及籠位預約等一系列相關輔助功能。網(wǎng)絡通過圖表直觀顯示資源狀態(tài)，使用者申請時可以看到，系統(tǒng)自動計算更新，準確分配。當實驗資源被占用后，其他使用者將不能獲得。5)管理人員賬戶通過數(shù)據(jù)庫可以提取所需統(tǒng)計數(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，并進行匯總分析，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)科學管理飼養(yǎng)間相關工作及向?qū)嶒炄藛T提出合理化的建議。也可以通過該系統(tǒng)對實驗動物中心的課題倫理申請相關工作如動物使用數(shù)量、課題結(jié)束時間、研究人員變更等進行管理。

實際操作過程中，實驗人員提交倫理申請后，管理人員在電腦端依據(jù)倫理信息建立實驗人員賬號信息，之后實驗人員應用該賬號密碼登錄移動端并提交動物訂購單，管理人員電腦端審批、訂購、分配籠位、錄入籠位信息，并于自助打印終端打印籠牌。開始實驗后，實驗人員根據(jù)實驗情況，在移動端修改籠位信息，打印增加的籠牌，也可以通過移動端預約設備、老師、技術服務等實驗資源。系統(tǒng)自動記錄動物和籠位數(shù)量，管理人員可以通過電腦端查看數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計分析。

圖3 籠位信息實時模擬圖Figure 3 Sketch map of the cage frame

圖4 實驗動物訂購頁面Figure 4 Animal order form

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

圖6 實驗動物管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能 Figure 6 Statistical function of the laboratory animal management system

該系統(tǒng)的計算機技術部分由北京衡和易商公司負責開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用開源代碼MYSQL 系統(tǒng)。系統(tǒng)運行需要在網(wǎng)絡環(huán)境下進行。開發(fā)中我們把系統(tǒng)接入了移動終端，可以通過手機、平板(設施內(nèi)應用)等移動設備進入系統(tǒng)，非常方便。目前該系統(tǒng)已在本院的實驗動物設施中使用，顯著提高了管理工作的準確性和效率，實驗人員也更清楚地了解所飼養(yǎng)動物的情況變化、所在飼養(yǎng)間的籠位資源、實驗動物中心的設備利用情況等，從而更加合理地安排實驗。

4 討論

隨著實驗動物設施的規(guī)?；?、科研水平的提高及計算機技術的進步，實驗動物在線管理的需求越來越迫切。本院建立的實驗動物管理系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)、二維碼、移動終端等技術，通過實驗動物資源和用戶信息的立體對接，實現(xiàn)了實驗動物平臺資源的可視化實時共享及動態(tài)分配，信息透明且可高效利用，減少差錯，節(jié)省人力成本；同時對數(shù)據(jù)的及時準確記錄和提取，提高了實驗及管理的科學性和精準性。

現(xiàn)有的管理系統(tǒng)如LAMA[2]側(cè)重于基因修飾動物的品系管理，鄒巖柏等[3]和王瓏等[4]開發(fā)的管理系統(tǒng)偏重于服務實驗動物生產(chǎn)單位，這兩個系統(tǒng)都能夠記錄管理實驗動物品系的繁育；孟霞等[6]開發(fā)的系統(tǒng)在倫理和實驗項目管理方面比較突出，符合高校動物實驗的特點。而本文的系統(tǒng)根據(jù)本單位使用需求開發(fā)，更適合于小型實驗動物科研平臺網(wǎng)絡化管理，本系統(tǒng)更強調(diào)和實驗人員的直接對接，個性化管理，特別是可以在移動端應用，這一點可以更加方便實驗人員在屏障內(nèi)移動操作以及在設施外隨時遠程操作、查看，在智能終端高市場占有率的當今社會，具有更強的實用性和時效性；而應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，簡便了實驗人員的工作，也方便了管理人員對設施的管理；同時把資源預約也加入了管理，使得資源分配更加充分和公開透明。

對于實驗動物設施來說，信息化管理提高了服務質(zhì)量和工作效率。該系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)提供實時分享功能，使全體科研人員及用戶能隨時隨地查詢到實驗動物的位置、狀態(tài)和繁殖等信息，更加高效地進行科學研究。未來我們將根據(jù)工作需要進一步優(yōu)化并新增系統(tǒng)功能模塊，同時應用5G、人工智能(AI)、云存儲等新技術，實現(xiàn)在移動端對設施設備運行和動物資源的實時視頻監(jiān)控、智能化管理。希望本系統(tǒng)的開發(fā)對使用同類功能實驗動物設施的管理單位及同行有所啟發(fā)。