基于LIMS与ELN融合的药品检验数据全生命周期可靠性保障体系研究

袁怡万顺陈晓颙吴晶胡敏秦娟 2026-07-10

针对传统药品检验记录数据容易篡改、追溯困难、效率不高，以及电子记录原始模板不统一、仪器互联水平偏低等问题，本研究建立了实验室信息管理系统（LIMS）与电子实验记录本（ELN）融合的药品检验数据全生命周期可靠性保障体系。依据 ISO/IEC 17025、FDA 21 CFR PART 11 等相关标准要求，我们通过搭建集成化框架下的标准化电子原始记录模板，攻克 LIMS 系统与仪器设备深度互联的技术难点，构建符合现行质量体系要求的数字化追溯体系。其中，标准化电子原始记录模板能实现数据自动计算、修约与判定；仪器互联技术能实现无人工干预的数据传输；数字化追溯体系则可实现全流程审计追踪与双向追溯，从而满足合规性审计要求。LIMS 与 ELN 融合构建的全生命周期数据可靠性保障体系，为药品检验实验室的数字化转型提供了技术支撑。

Part1 引言

药品质量评价的核心是药品检验数据，其可靠性直接影响到药品安全和公众健康。随着《药品记录与数据管理要求（试行）》等法规的正式施行^[1]，LIMS 系统作为实验室业务流程管理的核心手段，可做到检验任务分派、报告形成等全流程管控；ELN 则聚焦于原始记录的电子化，能够满足复杂实验数据实时记录和计算的要求，二者融合可覆盖检验流程原始记录数据追溯的全链条，但当前行业应用依旧面临三大痛点：一是电子原始记录模板未形成统一标准，不同检验项目的模板重复进行开发，兼容性较差；二是 LIMS 与仪器设备的互联水平偏低，大多借助人工录入，易引发数据误差；三是数据追溯体系凸显出碎片化特征，难以达成“人机料法环”全要素的有效关联^[2-8]。

本文结合 ELN 项目要求与仪器采集技术规范，参考 ISO/IEC17025、FDA 21 CFR PART 11^[9-10] 等标准，从标准化模板、仪器互联、质量追溯三个维度，构建药品检验数据全生命周期可靠性保障体系，为药品检验实验室的数字化转型提供技术路径。

Part2 LIMS 与 ELN 融合的核心需求与技术体系

2.1

核心需求分析

药品检验数据全生命周期涵盖样品接收、检验实施、数据记录、结果审核、报告发布、数据归档六个阶段，各阶段对 LIMS 与 ELN 相融合的需求如下：

● 数据采集阶段：可实现检测仪器数据的自动抓取，避免人工转录产生的差错，同时支持天平这类小型设备的数据实时上传至 ELN^[11]；

● 记录生成阶段：需要建立标准化 ELN 模板，覆盖溶出度、含量测定、有关物质检查等常见检验项目，支持公式自动完成计算和结果修约工作，降低人为计算差错 ^[12]；

● 流程管控阶段：借助 LIMS 实现任务分配、检验进度的实时监控和多级审核流程的固化，ELN 记录状态与 LIMS 任务进度实时同步，杜绝记录与流程脱节的问题^[13]；

● 质量追溯阶段：必须建立样品、仪器、试剂、人员、环境的相关联系，支持借助 LIMS 查询 ELN 原始记录，并通过 ELN 追溯对应仪器使用日志、试剂批号等信息，满足合规性审计的要求 ^[14] ；

● 归档存储阶段：ELN 原始记录和 LIMS 报告可实现自动关联归档，支持数据加密存储，实现权限管控，保障数据不可篡改，同时支持可追溯查询 ^[15]。

2.2

融合技术框架

基于“数据层、业务层、应用层”三层架构设计LIMS 与 ELN 的融合框架，具体如下：

● 数据层：搭建统一数据库，实现 LIMS 业务数据与 ELN 原始数据的结构化存储；采用数据映射技术建立 LIMS 任务编号与 ELN 记录 ID 的唯一关联，保障数据溯源的唯一性^[16] ；

● 业务层：开发数据互通接口，实现 LIMS 与 ELN实时数据同步。由 LIMS 向 ELN 推送样品基本信息、检验项目、标准限度等基础数据，ELN 则向 LIMS 反馈数据录入状态、计算结果、异常预警等信息；开发仪器数据接入中间件，支持 RS232/485、TCP/IP 等多种通信协议，实现仪器数据向 ELN 的自动传输^[17]；

● 应用层：将 ELN 访问入口整合到 LIMS 中，检验人员可通过 LIMS 直接打开对应任务的 ELN 模板；将LIMS 流程状态标识嵌入 ELN 中，实时反映任务审核的进度；创建移动端应用工具，支持现场进行取样数据录入以及远程审核工作，提高流程的灵活性 ^[18]。

Part3 LIMS与ELN集成框架下电子原始记录标准化模板的构建

电子原始记录是药品检验数据生成的起点，其标准化水平直接影响数据的可靠性。ELN 项目要求以模板受控、数据自动计算、格式兼容等核心需求为基础，结合药品检验项目的特征，构建分层标准化模板体系。

3.1

模板架构设计

借助“主模板、子模板、参数规则”三层体系，适配各类检验项目的需求。主模板包含检验任务的基本信息，如样品编号、检验依据、检验人员等；子模板依照检验类型拆分模块；凭借函数定义参数规则，即可实现数据自动处理功能。以溶出度检验模板为例，主模板用于记录样品名称、药典版本等基础信息，子模板则进一步细分为溶出条件设置、数据采集、结果判定三个模块，参数规则内置了数值修约函数和药典溶出度判定逻辑 ^[4] 。

3.2

模板设计原则

综合药品检验项目的多样性特性以及法规合规需求，ELN 标准化模板设计应遵循以下原则：

● 合规性：模板字段要满足 ALCOA+ 原则设定的要求，含有数据创建者、创建时刻、修改记录、审计追溯等元素，符合 GMP/GLP 针对电子记录的合规要求；

● 通用性：针对同一类检验项目设计通用模板，采用固定字段与可变参数的方式适配不同品种，减少模板的总量，降低维护开支；

● 自动化：加入 Excel 公式、VBA 脚本及 Python 函数，做到数据自动核算，防止人工干预；

● 可追溯：模板中设定仪器编号、试剂批号、对照品来源等关联字段，经由下拉列表从 LIMS 数据库自动提取对应数据，保证数据资源之间的关联可查。

3.3

核心功能标准化

系统围绕数据处理的合规性与效率，构建了三大标准化功能：

● 数据自动处理：把 Excel 通用函数跟自定义算法集成在一起，实现仪器数据自动收集、运算及修约。在含量测定模板中，通过 VLOOKUP 函数关联对照品浓度数据，采用 IF 函数自动判定测定结果是否符合标准范围；修约环节使用系统支持的合规函数，将结果按标准限度修约至规定有效位数；

● 模板受控管理：参考 LIMS 系统采用的权限管理机制，针对模板从创建、审核、发布到废止的全流程设置权限管控，确保检验环节仅可引用受控模板，杜绝因使用非标准模板导致的数据格式混乱问题；

● 格式兼容性优化：支持导入 Word、Excel 等常见格式文件，可自动识别带上下标、特殊符号的样品名称与标准规定，无需人工后续二次加工；同时准许在 ELN内配置下拉控件、复选框及标准曲线等各类图表，以顺应复杂实验记录的需求。

3.4

典型模板构建实例

以药品溶出度检验为例^[4]，基于 LIMS 与 ELN 的数据交互设计了 ELN 标准化模板，该模板分为基础信息、仪器参数、数据记录、结果判定四个模块：

● 基础信息模块：可从 LIMS 自动同步样品编号、样品名称、批号、检验依据，无需人工录入，确保信息一致性；

● 仪器参数模块：通过 LIMS 与溶出仪的互联接口，可自动获取仪器编号、转数、溶出介质体积、介质温度等参数；

● 数据记录模块：HPLC 的峰面积可通过仪器数据接口自动上传至 ELN，操作人员通过下拉菜单选择或手动录入对照品浓度、供试品稀释倍数等参数后，模板即可自动计算出单份样品每片的溶出度；同时，系统支持空白扣除功能，通过嵌入的 IF 函数可判断是否需要扣除空白吸收度；

● 结果判定模块：依照 LIMS 推送的药典标准，模板自动遵循初试6片、复试6片的分阶段判定逻辑，例如，若初试 6 片的溶出度都不小于 Q，则判定结果符合规定；若其中有 1 ～ 2 片的溶出度小于 Q，但平均溶出度不小于 Q，则自动开启复试流程，最后凭借 12 片的检测结果给出结论。

3.5

模板验证与维护

系统通过严格的验证流程与动态版本管控，保障模板在全生命周期内的准确性与合规性。

● 验证流程：采用标准样品测试方式验证模板计算公式的准确性，以已知浓度的对乙酰氨基酚对照品溶液为例，验证 ELN 计算得到的溶出度与理论值的偏差不超过 0.5% ；确认模板对异常数据的处理效能^[6]；通过对比 ELN 接收的原始数据（如峰面积）与仪器原始数据的一致性，验证数据采集的准确性；通过强制遵循先录入对照品数据，后进行供试品计算的操作顺序，验证流程控制的准确性；

● 版本控制：采用 LIMS 实现 ELN 模板的版本管理，当药典标准更新时，为新生成的模板标注生效日期，系统会依据检验任务的下达时间自动匹配对应版本，避免新老任务模板交叉混用 [11]。新版本生效后，旧版本模板将立即停用，所有历史版本的模板及其关联元数据（如创建人、生效 / 失效日期）都会在系统中完整归档。

Part4 LIMS 与仪器设备深度互联技术研究

仪器数据是药品检验原始数据的核心来源，其自动采集与实时传输是确保数据可靠性的关键。针对当前仪器互联时所面临的协议不兼容、数据解析难、集成成本高等问题，本文提出了分层互联技术方案。

4.1

互联架构设计

采用“设备层、采集层、应用层”的三层架构模式，实现 LIMS 与仪器的零间隙对接。设备层涉及天平、色谱仪、溶出度仪等各类药品检验常用仪器；采集层借助通用接口与专用协议适配不同类型的仪器；应用层将采集的数据即时同步至 LIMS 与 ELN，形成数据闭环结构。

4.2

互联技术架构

传统 LIMS 与仪器的互联大多采用“仪器工作站→数据文件导出→手动上传至 LIMS”的半自动化模式，普遍存在数据滞后、易被篡改的问题。本文制定了“中间件 + 双向通信”的深度互联架构，可分为三个层级：

● 设备感知层：为不同类型的仪器设计适配接口，例如针对高效液相色谱仪，通过调取仪器工作站的API，实现峰面积、保留时间等数据向 ELN 的实时传输，同时支持 LIMS 向仪器发送包含样品名称、进样顺序的样品序列；针对天平，可通过串口转网络接口设备将称量数据、pH 值实时传输至 ELN 对应的单元格中，无需人工录入 ^[11] ；

● 数据处理层：开展仪器数据解析中间件的开发工作，支持对不同仪器生成的原始数据格式进行解析，提取关键检测数据后整合成结构化格式，自动匹配 ELN模板中的对应字段，实现仪器数据至 ELN 记录的无人为干预输送 ^[17] ；

● 控制层：在 LIMS 中研制仪器远程控制模块，协助检验人员利用 LIMS 向仪器下达启动、暂停、停止指令，同时可对仪器运行状态进行实时监控，若仪器未完成校准，LIMS 将自动阻拦该仪器的数据上传到ELN^[18]。

4.3

关键技术突破

为解决仪器接入难度大、数据实时性不足、数据质量不可控等行业痛点，本项目在多个方向实现了关键技术创新与突破，具体内容如下：

● 多协议适配技术：针对各类仪器的通信协议，开发通用采集模块。针对配备了串口的天平，采用RS232/485 转以太网协议实现数据即时传送；针对色谱仪等携带工作站的仪器，通过 SDMS 科学数据管理系统解析 PDF 报告中的相关数据，提取峰面积、保留时间等关键参数并自动映射到 ELN 的对应字段，可避免人工转录引起的误差^[8]；

● 数据实时性保障：采用边缘计算和 5G/ 工业以太网等相关技术，可将仪器数据采集延迟控制在 1 s 以内，保证溶出度测定、含量测定等对实时性要求较高的检验项目的数据同步准确一致；构建数据暂存机制，网络中断时仪器数据可暂存于本地，待网络恢复后自动补传至LIMS，从根源上避免数据丢失 ^[9] ；

● 数据清洗与校验技术：将数据校验规则嵌入数据采集层，针对天平类数据设定超量程警报与数据波动临界值，针对色谱类数据审核峰形完整性与积分参数合理性，异常数据将触发实时告警，确保数据精准可靠^[11] ；

● 轻量化集成技术：采用 WebService 与 API 接口，可实现 LIMS 和仪器采集系统的实时数据对接，无需对现有 LIMS 架构实施大规模改造，可缩减集成开支。某机构依靠该技术促成了 120 余台仪器与 LIMS 的互联，集成周期压缩至 15 天，与传统方案相比，效率提升达60%^[17] ；

● 仪器状态预警技术：在 LIMS 中创建仪器校准、维护、使用关联模型，当仪器校准临近到期时，系统自动向管理员发送提醒；若仪器在检验过程中出现异常，LIMS 实时触发 ELN 弹窗作出预警，然后锁定对应的相关数据条目，数据需经过人工审核后才可以解锁，以此阻止异常数据进入后续环节 ^[14]。

Part5 构建符合质量体系要求的数字化质量追溯体系

药品检验数据追溯需涉及“人机料法环”的全要素范畴，契合 ISO/IEC17025、FDA 21 CFR PART 11 等标准对数据可追溯性的要求。依托 LIMS 与 ELN 融合形成的数据基础，可组建全生命周期追溯体系。

5.1

追溯架构设计

采用“数据层、关联层、应用层”的三层架构设计。数据层实现 LIMS 业务数据与 ELN 原始记录数据的整合；关联层借助样品编号、仪器编号等唯一标识符建立样品、仪器、人员、方法、环境之间的关联关系；应用层提供追溯查询、审计追踪、异常探究等功能，可实现数据全链路的直观呈现。

5.2

追溯体系设计原则

依照CNAS及GMP对“人机料法环”全要素追溯的需求，数字化追溯体系必须符合以下原则：

● 全要素关联：实现样品信息、检验人员、检测仪器、试剂 / 对照品、检验方法、环境条件的一一对应，通过LIMS 任务编号将所有相关联的数据串联起来；

● 全流程可溯：记录数据从诞生到归档的每一次操作，形成全量审计追踪日志；

● 合规性适配：满足 FDA 21 CFR Part 11 等对电子记录与签名的要求，其安全性主要通过逻辑访问控制和审计追踪实现，并辅以必要的加密措施，保证追溯记录可作为合规性审计的凭证。

5.3

追溯体系核心功能设计

为确保实验室数据全生命周期的完整性与可追溯性，追溯体系需从以下维度展开核心功能设计：

● 全要素关联追溯：在 LIMS 中创建样品追溯树，以检品编号为核心，将检验任务信息、仪器信息、人员信息、物料信息以及环境信息进行关联，用户借助任意节点可追溯全链路的数据^[6]；

● 审计追踪与版本控制：按照 ELN 项目要求，对一切数据操作开展审计追踪，完整记录数据修改人员、修改时间、修改理由和修改前后的数据内容；为保障 ELN中电子记录的数据完整性，对 ELN 原始记录进行版本控制，保存历史版本，支持“修改痕迹比对”功能，该功能符合 FDA 21 CFR Part 11 对电子记录安全、可靠、可追溯的监管要求^[9] ；

● 时限管理与预警：在 LIMS 中设定检验流程的时限规范，系统自动扣除节假日后计算任务截止时间，针对快到期及超期任务采用颜色预警和短信提醒手段，保障检验流程合规开展；同时针对标准物质有效期、仪器校准周期等关键节点设置预警，防止资源相关问题影响数据可靠性 ^[13] ；

● 追溯查询功能：在 LIMS 中开发一键追溯模块，用户只需输入检品编号，即可生成追溯报告，显示“人机料法环”各要素的关联关系及数据流转走向；同时支持反向追溯操作，例如可通过仪器编号查询该仪器过往的检测任务或对应的 ELN 记录，快速确定仪器异常所影响的检验数据范围。

5.4

合规性保障措施

为确保检验数据符合监管要求，需从以下方面构建完善的合规性保障措施：

● 电子签名与权限管控：采用角色权限的分级管理方式，检验员仅可对本人所录入的 ELN 数据加以修改，复核员可查看数据，却不具备修改的权限，审批人被赋予最终审核权限；各项操作都要进行电子签名，签名信息将同步至 LIMS 审计日志，符合 FDA 21 CFR Part 11的要求；

● 数据加密与备份：ELN 原始记录采用 AES256 加密手段存储，数据库支持自动化数据备份机制，可定期执行全量或增量备份，且备份数据异地存放，防范数据丢失风险。本方案明确界定了数据归档有效期，到期后将自动触发归档流程，将归档数据转移到硬盘、光盘等存储介质，同时系统支持按需检索与查看归档数据。

Part6 结论与展望

本文设计了 LIMS 与 ELN 集成框架下的电子原始记录标准化模板，开展仪器深度互联技术开发研究，建立了数字化质量追溯体系，最终形成药品检验数据全生命周期可靠性保障方案，成功应对了当下行业数字化转型中的核心痛点。该方案可有效提升数据可靠性、检验效率与追溯性能，契合药品检验行业高质量发展的需求。

未来可进一步探寻 AI 技术在数据异常检测方面的应用，例如利用机器学习算法辨别检验数据中的异常起伏状况，提前预报潜在的质量隐患^[9] ；同时推动 LIMS与药品监管平台相互对接，实现检验数据与药品追溯码的关联，为药品全生命周期监管提供数据支撑^[18]。

LIMS 与 ELN 的融合不仅是实验室数字化工具的简单整合，更是药品检验数据管理理念的迭代升级。在此模式下，药品检验管理从传统的“事后审核”转变为“事前防范、事中控制、事后可追溯”，能够为药品质量监管提供更科学、更高效、更坚实的技术支撑，助力推进我国药品安全治理体系与治理能力现代化建设。

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责任编辑：邵丽竹

审　　核：何发

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