[论文解读] LabPipe: an extensible informatics platform to streamline management of metabolomics data and metadata

Bo Zhao, Luke Bryant+17 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2019

Metabolomics and Mass Spectrometry Studies参考文献 6被引用 5

一句话总结

LabPipe 是一个开源的客户端-服务器信息学平台，通过自动化的、引导式数据采集和安全的网络API传输，简化了代谢组学数据及其元数据的管理。它通过将本地数据采集与集中式存储相结合，实现了多中心、多仪器的研究——如在 EMBER 呼气组学生殖项目中所展示的——通过基于角色的访问控制和可扩展的插件，减少了人工错误，提高了数据可追溯性。

ABSTRACT

Summary: Data management in clinical metabolomics studies is often inadequate. To improve this situation we created LabPipe to provide a guided, customisable approach to study-specific sample collection. It is driven through a local client which manages the process and pushes local data to a remote server through an access controlled web API. The platform is able to support data management for different sampling approaches across multiple sites / studies and is now an essential study management component for supporting clinical metabolomics locally at the EPSRC/MRC funded East Midlands Breathomics Pathology Node. Availability and Implementation: LabPipe is freely available to download under a non-commercial open-source license (NPOSL 3.0) along with documentation and installation instructions at http://labpipe.org. Contact: [e-mail]

研究动机与目标

• 解决多中心临床代谢组学研究中缺乏集成化、可扩展的数据管理问题。
• 克服手动数据处理（如纸质记录、U盘传输）导致的错误和数据丢失等局限性。
• 开发一个可自定义、安全且可扩展的系统，以支持多样化的采样方案和仪器。
• 实现在样本采集点的实时、半自动化数据与元数据关联。
• 通过为非专家提供直观、用户友好的界面，促进技术团队与临床团队之间的协作。

提出的方法

• 采用模块化客户端/服务器架构，LPserver 作为轻量级、基于角色认证的网络API。
• 使用 NoSQL 数据库后端存储灵活的、与研究相关的元数据配置，并支持动态模式变更。
• 通过 Electron 框架部署 LPclient，实现跨平台的本地安装，支持本地数据采集和文件链接。
• 根据输入的元数据自动生成功能ID或检测新文件/修改后的文件，确保数据溯源性。
• 通过可配置的客户端表单，支持在线（实时）和离线（延迟）两种数据采集工作流程。
• 集成故障转移机制，以应对间歇性网络访问，确保数据的弹性与最终一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何改进多中心临床代谢组学研究中的数据管理，以减少人工错误和数据丢失？
• RQ2 一个可自定义、可扩展的平台在多类仪器和采样方案中，能在多大程度上简化数据采集与元数据关联？
• RQ3 一个本地安装的客户端配合自动数据传输，是否能减少对人工文件上传的依赖，并提升数据可追溯性？
• RQ4 基于角色的访问控制机制在保护分布式研究团队的代谢组学数据方面有多有效？
• RQ5 集成化、引导式数据采集工具对非技术型临床人员的工作流程效率和可用性有何影响？

主要发现

• LabPipe 在 EMBER 呼气组学生殖研究中成功取代了手动数据处理方式，消除了纸质记录和U盘传输。
• 通过在样本采集时自动关联元数据，平台减少了数据录入错误，提升了数据质量。
• 本地部署的 LPclient 安装实现了无缝的文件传输至中央 LPserver，无需用户通过网页门户手动上传数据。
• 系统通过内置的故障转移机制，在网络间歇性中断时表现出数据韧性，能够在连接恢复后自动排队并同步数据。
• 可扩展的插件架构支持渐进式功能增强，例如在样本采集后自动发送电子邮件通知，且不影响核心功能。
• LabPipe 现已成为莱斯特生物医学研究中心的既定组成部分，支持七个活跃研究项目，推动了跨学科的代谢组学研究。