孫 雨,宋曉暉,王瑞紅,王睿男,馬 英,李 碩,李曉霞,孫 航,馮 冰,畢一鳴,楊 林,顧小雪,王傳彬
(中國(guó)動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,北京 102600)
2012 年我國(guó)出臺(tái)了《國(guó)家中長(zhǎng)期動(dòng)物疫病防治規(guī)劃(2012—2020 年)》,其目的是控制重大動(dòng)物傳染病和主要人獸共患病。該規(guī)劃的主要內(nèi)容包括消滅馬鼻疽和馬傳染性貧血,凈化種畜禽重點(diǎn)疫病,防范外來(lái)動(dòng)物疫病,完善種畜禽場(chǎng)凈化策略和養(yǎng)殖場(chǎng)動(dòng)物疫病風(fēng)險(xiǎn)管理。其中強(qiáng)化動(dòng)物疫病綜合防治能力、加強(qiáng)無(wú)規(guī)定動(dòng)物疫病區(qū)建設(shè)和提高動(dòng)物疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警處置能力是該防治規(guī)劃的重中之重。但是,當(dāng)前重大動(dòng)物疫病預(yù)防控制領(lǐng)域還存在相關(guān)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通程度較低、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)快速診斷檢測(cè)技術(shù)裝備落后、檢測(cè)記錄原始數(shù)據(jù)處理效率較低、檢測(cè)工作滯后、疫病監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)共享分析、重大動(dòng)物疫病預(yù)警不及時(shí)、信息化建設(shè)應(yīng)用滯后、應(yīng)急處置協(xié)調(diào)復(fù)雜困難等問(wèn)題。因此,加快推動(dòng)重大動(dòng)物疫病防控系統(tǒng)以及邊境口岸跨境動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與溯源云平臺(tái)建設(shè),實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、檢測(cè)大數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)人工智能等相結(jié)合,探索建立重大動(dòng)物疫病遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警大數(shù)據(jù)云平臺(tái)等新型監(jiān)測(cè)模式,是當(dāng)前動(dòng)物疫病防控信息化的當(dāng)務(wù)之急[1-5]。
以建設(shè)重大動(dòng)物疫病防控領(lǐng)域全利用、全覆蓋的“大平臺(tái)、大系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)”為目標(biāo),實(shí)時(shí)接入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享平臺(tái),建成數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、物理相對(duì)分散、數(shù)據(jù)處理邏輯集中、網(wǎng)絡(luò)資源共享的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái)管理系統(tǒng),是當(dāng)前我國(guó)重大動(dòng)物疫病防控、種畜禽場(chǎng)凈化與疫病監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)的發(fā)展方向和應(yīng)用趨勢(shì)[6-10]。
重大動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)測(cè)云平臺(tái)核心構(gòu)架主要由4 個(gè)功能模塊(圖1)組成,分別是檢測(cè)管理、數(shù)據(jù)字典、統(tǒng)計(jì)分析以及平臺(tái)管理。其中檢測(cè)管理模塊功能包括檢測(cè)數(shù)據(jù)列表、綜合查詢和統(tǒng)計(jì)報(bào)表;數(shù)據(jù)字典模塊功能包括項(xiàng)目管理和設(shè)備管理;統(tǒng)計(jì)分析模塊功能包括各地區(qū)檢測(cè)量與占比統(tǒng)計(jì)、不同病種檢測(cè)量與占比統(tǒng)計(jì)、不同病種檢測(cè)陽(yáng)性率統(tǒng)計(jì)、設(shè)備地理分布與設(shè)備檢測(cè)統(tǒng)計(jì);平臺(tái)管理模塊作為核心組成部分,其主要功能是為用戶提供數(shù)據(jù)管理、角色管理和菜單管理。上述各部分通過(guò)可視化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),針對(duì)常用、核心的檢測(cè)數(shù)據(jù),采用多元化圖表進(jìn)行展現(xiàn),讓檢測(cè)者可以通過(guò)軟件平臺(tái)視圖了解檢測(cè)信息。云平臺(tái)核心構(gòu)架功能模塊基于地圖服務(wù),對(duì)一級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、二級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、三級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、檢測(cè)關(guān)卡、動(dòng)物疫情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理,在地圖中標(biāo)注精確位置,顯示場(chǎng)點(diǎn)名稱(chēng)、負(fù)責(zé)人等基礎(chǔ)信息;可結(jié)合疫情需求,智能繪制動(dòng)物疫病疫區(qū)和感染區(qū),并分析疫區(qū)和感染區(qū)內(nèi)存在的監(jiān)測(cè)點(diǎn)、檢測(cè)關(guān)卡以及監(jiān)測(cè)動(dòng)物的基本信息。
圖1 重大動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)云平臺(tái)設(shè)計(jì)框架
可移動(dòng)式高敏熒光微球檢測(cè)儀、高敏熒光微球試紙條與數(shù)據(jù)溯源云平臺(tái)實(shí)時(shí)對(duì)接構(gòu)成了重大動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)測(cè)云平臺(tái)的運(yùn)行模式流程(圖2)。高敏熒光微球試紙條插入可移動(dòng)式高敏熒光微球檢測(cè)儀進(jìn)行定量讀值并記錄檢測(cè)數(shù)據(jù),讀取的數(shù)據(jù)可通過(guò)儀器上的無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)時(shí)上傳并保存至遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)測(cè)云平臺(tái)中。云平臺(tái)的“運(yùn)行模式流程”具體包括:(1)采樣單登記:通過(guò)APP 錄入,不需要填寫(xiě)紙質(zhì)采樣單,監(jiān)測(cè)點(diǎn)人員現(xiàn)場(chǎng)錄入采樣單信息,實(shí)時(shí)更新到系統(tǒng)中,可自動(dòng)導(dǎo)出紙質(zhì)采樣單;(2)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè):高敏熒光微球試紙條插入可移動(dòng)式高敏熒光微球檢測(cè)儀進(jìn)行定量讀值并記錄檢測(cè)數(shù)據(jù);(3)檢測(cè)信息錄入:對(duì)接檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù),系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算檢測(cè)值和判定結(jié)果,并填充到對(duì)應(yīng)位置,可自動(dòng)生成原始記錄表。(4)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):可視化模式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),設(shè)置多元化的統(tǒng)計(jì)條件,例如檢測(cè)時(shí)間、地理位置、檢測(cè)人員、檢測(cè)病種、免疫統(tǒng)計(jì)、用藥信息、檢測(cè)陽(yáng)性率、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等要素均可以組合進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢,查詢結(jié)果可生成報(bào)表;(5)報(bào)告生成:根據(jù)報(bào)告模板自動(dòng)生成報(bào)告,并可根據(jù)用戶所在地區(qū)自動(dòng)切換模板,報(bào)告中需要簽名位置可自動(dòng)填充電子簽名;(6)檢測(cè)評(píng)估報(bào)告:根據(jù)月份選擇,自動(dòng)生成檢測(cè)評(píng)估報(bào)告,報(bào)告中包括免疫統(tǒng)計(jì)、疫情監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)、流行病調(diào)查統(tǒng)計(jì)等,且統(tǒng)計(jì)結(jié)果可導(dǎo)出。該監(jiān)測(cè)模式具有方便攜帶,易操作,可使用無(wú)線網(wǎng)卡、物聯(lián)網(wǎng)卡或藍(lán)牙連接無(wú)線通訊,檢測(cè)用APP/PC 端軟件連接使用等特征?,F(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的主要技術(shù)指標(biāo)為檢測(cè)精密性誤差控制在2%以內(nèi)、快速檢測(cè)時(shí)間小于5 s、檢測(cè)結(jié)果計(jì)算的線性范圍可達(dá)4 個(gè)數(shù)量級(jí)、便攜式檢測(cè)儀器可以自動(dòng)計(jì)算處理數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)上傳保存至云平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警功能。
圖2 現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái)對(duì)接示意圖
重大動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái)將動(dòng)物傳染病現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)診斷檢測(cè)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、數(shù)據(jù)溯源云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)處理、人工智能等功能進(jìn)行了有機(jī)組合,具有以下特征。
檢測(cè)者可攜帶可移動(dòng)式高敏熒光微球檢測(cè)儀,在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)高敏熒光微球試紙條對(duì)樣品進(jìn)行快速檢測(cè),實(shí)時(shí)記錄檢測(cè)結(jié)果,提升了檢測(cè)效率。
2.1.1 高敏快速熒光定量檢測(cè)方法在動(dòng)物疫病凈化工作中的優(yōu)勢(shì) 高敏熒光微球檢測(cè)試紙條于近幾年開(kāi)始在獸醫(yī)領(lǐng)域推廣使用。本方法相較于膠體金試紙條檢測(cè)方法更敏感,靈敏度比膠體金檢測(cè)方法高2~3 個(gè)數(shù)量級(jí);檢測(cè)方法更特異,檢測(cè)本底值更低、信噪比更優(yōu),并且示蹤物穩(wěn)定不受檢測(cè)環(huán)境干擾,穩(wěn)定性更高;在結(jié)果的準(zhǔn)確性方面,高敏快速熒光定量檢測(cè)方法使用儀器判讀,可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得待測(cè)物濃度值實(shí)現(xiàn)定量分析,可降低膠體金試紙條檢測(cè)方法肉眼判讀的誤差。該方法操作比ELISA 檢測(cè)方法更簡(jiǎn)便,適用于大量樣品的快速檢測(cè),且無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員操作,結(jié)果相對(duì)更準(zhǔn)確,檢測(cè)時(shí)間短,5~20 min 獲得檢測(cè)結(jié)果,可真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)、野外快速檢測(cè),更適合基層實(shí)驗(yàn)室對(duì)相關(guān)動(dòng)物疫病的診斷檢測(cè)。綜上所述,高敏快速熒光定量檢測(cè)方法相對(duì)于傳統(tǒng)的膠體金試紙條與ELISA 檢測(cè)方法等技術(shù)更適用于基層動(dòng)物疫病凈化防控工作。
2.1.2 高敏快速熒光定量檢測(cè)方法的改進(jìn) 本方法標(biāo)記物為鑭系熒光微球,對(duì)于樣本的定量處理需要更為精確的定量標(biāo)準(zhǔn)曲線。曲線的精確標(biāo)定決定其檢測(cè)的敏感性、特異性等多方面指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用工作過(guò)程中,不同批次的熒光微球檢測(cè)方法曲線標(biāo)定仍存在一些誤差,因此應(yīng)盡量將每一批次曲線標(biāo)定檢驗(yàn)誤差值縮減到最小,以達(dá)到最優(yōu)檢測(cè)效果。
現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái),并自動(dòng)根據(jù)檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)地區(qū)、檢測(cè)設(shè)備型號(hào)等因素進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔,用戶可通過(guò)平臺(tái)后臺(tái)實(shí)時(shí)查看和導(dǎo)出數(shù)據(jù)報(bào)表。
云平臺(tái)整合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備,同時(shí)配備物聯(lián)網(wǎng)卡與云平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)連接。不同型號(hào)的高敏熒光微球檢測(cè)儀端口通過(guò)與物聯(lián)網(wǎng)卡對(duì)接均可連接入云平臺(tái)。云平臺(tái)可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)卡實(shí)時(shí)定位檢測(cè)設(shè)備所在位置,保證了云平臺(tái)和設(shè)備實(shí)時(shí)通訊,真正實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)通訊功能與檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能。
檢測(cè)數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)皆破脚_(tái)后,云平臺(tái)根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)、計(jì)算模型對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,最后以可視化圖表形式展現(xiàn),為用戶提供決策參考。該遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)同步、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、檢測(cè)數(shù)據(jù)共享等要求,可對(duì)重大動(dòng)物傳染病檢測(cè)進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化管理與可視化分析,為我國(guó)動(dòng)物疫病防控科學(xué)管理與研究提供了重要依據(jù)。
動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái)創(chuàng)新試點(diǎn)在重要?jiǎng)游镆卟≡\斷防控等工作項(xiàng)目中取得了重要進(jìn)展與突破。目前課題研究組初步建立了禽白血病病毒P27 抗原、家畜口蹄疫病毒3ABC蛋白抗體、小反芻獸疫病毒N 蛋白抗體、豬瘟病毒E2 蛋白抗體、高致病性豬繁殖與呼吸綜合征病毒N 蛋白抗體、布魯氏菌脂多糖抗體、包蟲(chóng)病抗體、A 型塞內(nèi)卡病毒VP1 抗體等多種重大動(dòng)物傳染病的現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)預(yù)警防控工作模式,實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警上述重大動(dòng)物傳染病傳入規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)與種畜禽場(chǎng)的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素,并分析相關(guān)流行規(guī)律。
在主要?jiǎng)游镆卟∨R床檢測(cè)方面,以新疆、廣西、云南等地區(qū)檢測(cè)數(shù)據(jù)為例,牛、羊布魯氏菌抗體熒光微球檢測(cè)方法與試管凝集方法的符合率為98.0%;羊小反芻獸疫病毒抗體的熒光微球檢測(cè)方法與指定試劑盒的符合率可達(dá)90.7%;豬、牛、羊口蹄疫病毒非結(jié)構(gòu)蛋白3ABC 抗體熒光微球檢測(cè)方法與指定試劑盒的符合率可達(dá)87.1%;豬繁殖與呼吸綜合征病毒抗體熒光微球檢測(cè)方法與指定試劑盒的符合率可達(dá)88.1%,證明比對(duì)效果良好。初步試點(diǎn)開(kāi)啟了我國(guó)規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)與種畜禽場(chǎng)動(dòng)物疫情遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)新模式,為我國(guó)動(dòng)物疫病防控凈化示范場(chǎng)與創(chuàng)建場(chǎng)建設(shè)以及凈化機(jī)制建設(shè)提供了創(chuàng)新技術(shù)支撐與相應(yīng)技術(shù)支持。
為配合推進(jìn)與創(chuàng)新我國(guó)規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)主要?jiǎng)游镆卟艋ぷ?,本研究依托“十三五?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃—禽病檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與計(jì)量技術(shù)方法研究”“牛羊重要?jiǎng)游镆卟⌒滦驮\斷檢測(cè)技術(shù)研究”等項(xiàng)目,創(chuàng)建了動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái),并在新疆維吾爾自治區(qū)、廣西壯族自治區(qū)、云南省等跨境地區(qū)的規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)示范點(diǎn)嘗試建立了禽白血病、家畜口蹄疫、布魯氏菌病、細(xì)粒棘球蚴病、結(jié)核分枝桿菌病跨境動(dòng)物疫病凈化檢測(cè)分析示范推廣應(yīng)用場(chǎng)點(diǎn)。該項(xiàng)工作實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程預(yù)警監(jiān)測(cè)分析各個(gè)重大畜禽傳染病流行規(guī)律及傳入風(fēng)險(xiǎn)因子,為研究我國(guó)跨境地區(qū)規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)的重大動(dòng)物疫情預(yù)警監(jiān)測(cè)與凈化新模式,完善制定適合我國(guó)國(guó)情的有效防控邊境地區(qū)規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)重大跨境動(dòng)物疫病的防控機(jī)制新措施提供一定依據(jù)。
本次重大動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)測(cè)云平臺(tái)建立試點(diǎn)工作,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析了邊境地區(qū)動(dòng)物疫病流行規(guī)律及傳入風(fēng)險(xiǎn),以信息化手段助力動(dòng)物疫病防控,有機(jī)整合了現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)儀器、高敏熒光微球定量檢測(cè)試紙條、物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)、實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)、溯源云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)等因素,讓疫病檢測(cè)離開(kāi)固定實(shí)驗(yàn)室,將現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)方法帶進(jìn)了基層農(nóng)戶、山區(qū)牧場(chǎng)、疆區(qū)草原、藏區(qū)野外等地區(qū),實(shí)現(xiàn)了動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的對(duì)接。重大動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步上傳、互聯(lián)互通共享檢測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)種畜禽場(chǎng)重大動(dòng)物疫病檢測(cè)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、系統(tǒng)化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)物疫病的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)、檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)上傳、時(shí)間/空間等多維度數(shù)據(jù)可視化分析,創(chuàng)建了全新動(dòng)物疫病檢測(cè)新模式。
后期,本研究計(jì)劃補(bǔ)充完善動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云平臺(tái)中的重要?jiǎng)游镆卟艋瘷z測(cè)項(xiàng)目,繼續(xù)完善相關(guān)規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)與種畜禽場(chǎng)凈化所需的動(dòng)物疫病現(xiàn)場(chǎng)快速診斷檢測(cè)與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線預(yù)警監(jiān)測(cè)體系。另外在上述工作進(jìn)展的基礎(chǔ)上,本研究將逐場(chǎng)推進(jìn)、點(diǎn)面結(jié)合,以規(guī)?;B(yǎng)殖場(chǎng)或者種畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)為疫病凈化的基本單元,鼓勵(lì)越來(lái)越多具備相應(yīng)凈化條件的養(yǎng)殖場(chǎng)擴(kuò)大疫病凈化范圍與凈化病種試點(diǎn),同時(shí)整合資源,將動(dòng)物傳染病現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)診斷檢測(cè)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、數(shù)據(jù)溯源云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)處理、人工智能等元素進(jìn)一步有機(jī)組合,建設(shè)完善的信息數(shù)據(jù)平臺(tái),推動(dòng)開(kāi)展試點(diǎn)示范與擴(kuò)大推廣試點(diǎn)范圍、推動(dòng)相關(guān)技術(shù)業(yè)務(wù)培訓(xùn)工作。通過(guò)上述措施,在創(chuàng)新推動(dòng)重大動(dòng)物疫病凈化工作的同時(shí),期望重點(diǎn)改變當(dāng)前動(dòng)物疫病防控凈化過(guò)程中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)效率較低、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理繁瑣、人工成本較高、不能實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)快速分析檢測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)因素等問(wèn)題,為創(chuàng)新我國(guó)動(dòng)物疫病防控凈化新型監(jiān)測(cè)模式提供借鑒,同時(shí)也期望通過(guò)上述措施的實(shí)施為我國(guó)動(dòng)物疫病防控凈化提供強(qiáng)而有力的技術(shù)支撐。