临床检验学：实验室自动化检验的发展现状

实验室自动化检验的发展现状自动化检验产生的背景

随着社会、经济不断发展，临床实验室工作面临着两大挑战：医疗支出不断上升，要求临床实验室持续地降低成本；随着人民生活水平的提高,对自身医疗保健更加关注,对检测准确性的要求不断增加。实验室工作负荷持续加大，实验室自动化系统(laboratoryautomationsystems,LAS)的出现化解了临床实验室所面临的问题，并随之成为检验医学自动化技术发展的一大趋势。基本概念

实验室自动化：就是实验室利用各种自动检测设备和计算机等手段实现测量、实验和数据处理的自动化，借以减轻实验人员的手工操作，提高科研工作效率。实验室自动化系统（LAS）：是指为实现临床实验室内某一个或多个检测系统，如临床化学、血液学、免疫学等系统的整合而将不同的分析仪器与分析前后的实验室分析系统通过自动化和信息网络进行连接。发展历程

纵观检验医学的发展，临床实验室的检测可追溯到近一百年前，在20世纪20～40年代的30年间，所有的检测项目从单一的临床化学试验到外周血涂片检查，都是通过手工完成，同时需要大量的血清、血浆或全血标本。20世纪50年代的世界工业革命与其自动化的引入带动了临床实验室的变革。第一代实验系统：出现于20世纪50年代。那时将酶、辅酶、缓冲液等配制成为随时备用（ready-to-use）的试剂盒，其被认为是一个“系统”，因其使那些试剂配制麻烦的步骤如需精确称重或pH调试等的配制过程变得容易和简单化。第二代实验系统：出现于20世纪70年代。当时拥有复杂软、硬件的分析仪器的问世，使手工加样、孵育和测定过程实现了自动化。

80年代初期，人们开始重视并引入检验周期（turnaroundtime，TAT）的概念，要求缩短检验周期，并对分析测试所需标本量进一步减少。同时，新技术、新方法不断问世，分析仪器不断更新。第三代实验室系统:出现于20世纪90年代，实验室系统发生了划时代的变化，包括分析前（pre-analytical）、分析中（analytical）和分析后（post-analytical）的过程实现了自动化工作流水线作业，并使过去耗时的标本处理和数据处理等单调、脏、危险的所谓“3D工作”（dull、dirty、dangerous，3D）实现了自动化、一体化。

Dull反映了分析前阶段工作的繁琐、单调、机械；Dirty是指所接触的样本中可能存在潜在感染性病原体；Dangerous是指被处理样本中未知的感染性病原体可能会

给接触者的身体带来危害。第三代实验室系统的实现，大大提高了实验室效率，使实验室工作人员更集中精力于层次更高的活动，如结果审校，开发新试验、新技术，做更多深入的检查或研究工作等。第三代实验室自动化系统除自动化分析仪外，有三个重要的结构组成部分，即标本自动转送系统、标本处理系统和信息处理系统。发展趋势自动化一体化

（全实验室自动化）小型化高通量自动化样本上机后，仅需较少人工操作和干预，系统便可自动进行检测，给出试验结果通过扫描原始样本管的条码以确保病人信息与样本一致双向传输系统发出检测指令能评估样本是否有溶血、脂血或黄疸等影响结果正确性的因素估计样本的体积(包括死腔体积)较强大的监控错误和系统监测功能优势提高效率，缩短出报告时间标准化操作减少误差更加方便的质量管理提高实验室生物安全性增加新的检测项目一体化

即不同检测系统间的整合，通过更新技术平台，将免疫学测定与化学测定整合在一起以满足实验室降低成本、提高效率、节约实验室空间和缩短报告周期等实际需要。

不同检测系统间的整合模式免疫学和化学测定整合为具有二个独立平台的统一体轨道传递系统使免疫学测定和化学测定部分整合在一起在化学测定平台上加一个非均相免疫测定模块或均相免疫测定模块

优势不足只需一管血清样品即可完成生化及免疫项目测定无需人工分杯和在不同仪器间运送样品在一个操作界面上一次输入病人信息和输出检测结果，增加效率减少出错，增加安全性仅仅合并了免疫和生化项目的测定，无法整合非血清样品的测试仍需手工进行样品前处理整合方式较为固定，无法按需选择连接方式免疫测定耗时较长，在一些系统上影响整体速度小型化小型化实际上包括分析仪器的小型化和分析技术的微量化促使向小型化方向发展的主要因素：

－希望降低样本体积和减少试剂消耗

－POCT的快速发展

－高通量药物筛检的需要

－战争时生物因子的检测

－太空生物学发展的需要…

POCT检测仪

快速、小型、轻便低电力消耗、操作简便微量化由于体内许多物质以极低水平存在，因此需要检测技术更特异、更敏感和更微量化。微量化的优点是可使生产成本降低，便于运输和占据实验室较少的空间。高通量

HLA芯片

细胞因子芯片

肿瘤芯片

中风芯片

过敏原芯片蛋白芯片的应用

自动化

微型化

整合化构成要素

实验室自动化系统主要包括实验设备：完成实验对象的测量与控制计算机：数据的搜集和判断科技人员：对实验进行解释和判断等基本组成标本传送系统或传送带，负责标本转运；标本处理系统，如标本的自动识别、离心、揭盖、分装；

自动分析仪；分析测试过程控制软件，包括分析控制软件和结果处理的实验室信息系统（laboratoryinformationsystern，LIS）。理想的LAS开放性：并不局限于与本厂家仪器的连接，应该可以与其他任何厂家的分析仪进行连接完整性：具有完整的“分析前-分析中-分析后”硬件及软件支持，信息系统完整灵活性：整个系统可以根据场地要求，进行多种摆放方式智能型：高度智能、人性化的系统设计，最大限度地协助实验室的工作独立性：各功能单元既相互协作又相对独立，各单元均可独立运作完备性：具有冷藏储存后处理自动化的系统LAS分类

根据自动化的规模及程度，LAS可分为以下类别分析系统自动化虚拟自动化灵活性实验室自动化血清工作站自动化全实验室自动化分析系统自动化不同的检验项目使用不同的自动化分析仪，如全自动生化分析仪、全自动血细胞分析仪，全自动凝血分析仪，全自动尿液分析仪，全自动化学发光免疫分析仪，全自动酶联免疫分析仪，全自动血气分析仪，全自动细菌鉴定仪等等，且自动化分析仪与实验室信息管理系统（LIS）相连，组成工作区管理系统。目前已推出全自动生化免疫分析仪、血细胞分析推片流水线、尿液沉渣分析流水线等，对部分检验项目进行了整合。分析系统的自动化大多数实验室均可比较容易实现，且投资回报快，但尚未涉及标本前、后处理的自动化。虚拟自动化由工作管理系统软件支持，通过手工工作流程对标本进行管理。通过阅读标本条形码，信息系统可以告诉你标本的项目情况，如分杯数目、检测仪器、专业组、存档等，然后送往相应的专业组和仪器进行自动化检测，检测结果又会传回信息系统进行结果分析及后处理。虚拟自动化适合于中、小医院，仅需添置管理软件，利用现有的自动化分析仪器，运用软件来管理标本流程。虚拟自动化但该系统缺少运送标本的轨道，需人工将各种标本架搬运至各检测分析仪上进行检测。检测完毕后再将标本架送回该系统进行后处理、存档。灵活性实验室自动化

（FlexibleLaboratoryAutomation，FLA）

利用独立的标本分析前、后处理系统可选择性解决离心、去盖、分类、分管、装载各种分析仪的标本架、贴条形码、加盖、归档、标本查询等工作，减少重复性手工劳动。灵活性实验室自动化系统可适用于大、中型实验室，适用于整个实验室的全部分析系统，其分类功能强大，可进行精细分杯，运用软件管理样本流程，进行数据审核，自动处理检验科80%的标本结果。灵活的实验室自动化（FLA）：其通常是上述可分别独立运行的不同检测系统或工作单元根据特定需求进行灵活组合而形成的LAS。如样本前处理、血液分析工作站、一体式酶免疫测定仪、全自动尿液流水线等，较之TLA，FLA更灵活、成本更低，因而适合大部分实验室。但该系统缺少运送标本的轨道，需人工将各种标本架搬运至各检测分析仪上进行检测。检测完毕后再将标本架送回该系统进行后处理、存档。血清工作站自动化

（SerumWorking-StationAutomation，SWA）

检验科全部标本中70%是血清标本，主要是生化、免疫类标本。SWA适用于血清样本处理的全自动化，是局部的自动化。该系统可以流水线式处理血清标本，从离心、分类一直到分析、存档一气呵成，自动化程度很高。但非血清样本的分类、检测等工作不能进行，且占地空间相对较大，一般只能连接本厂商提供的分析仪器，不能充分利用实验室现有的分析检测系统。全实验室自动化

（TotalLaboratoryAutomation，TLA）TLA主要由前处理系统、样本运送系统、样本分析系统、实验数据/结果处理系统、样本保存系统和计算机硬件等组成。全实验室自动化（TLA）又称全程自动化，是指将临床实验室相互有关或互不相关的自动化仪器串联起来，构成流水线作业的组合，形成大规模的全过程的自动化。全实验室自动化自动传输系统在全实验室自动化系统中起到了至关重要的作用，因为它同时担负着将处理好的标本输送到各分析仪上和将各类自动化分析仪联为一体的作用。实现了从标本处理-分类-运输-检测-报告结果-标本后处理整个过程的完全自动化。使用封闭样本管（或自动开盖和再上盖）、自动进行液面探测、根据条码内容自动分杯、运输样品管至仪器进行分析，并且将检测结果输出至计算机控制中心。避免生化和免疫测定整合后所需的分样步骤和样本安全保存等环节，能最大限度地降低操作者和实验室其他人员暴露于血液样本中的感染因子的程度。进行全实验室自动化是减少人工，提高效率最有效办法。在这种实验室，工作人员要求有全面检验技术操作能力，基本的仪器维修和维护能力，并且有一定管理和计算机才能的新型技术人员。实验室自动化的优势

提高临床实验室管理水平：充分发挥条形码技术及实验室信息系统的优势；减少人工操作环节，降低差错率，提高检验结果的准确性；极大地减轻了劳动强度，提高工作效率，降低人力成本；调整工作流程及检验工作的管理模式，提高管理水平；优化数据管理；利于标准化。实验室自动化的优势

提高实验室的生物安全性：减少了检验技术人员与标本的直接接触的频率，有效避免了标本对操作者污染的机会。

给患者带来的好处：可实施分杯来减少患者的抽血管数及用血量，同时也降低了传统多管检测的医疗成本；检验结果报告速度加快，缩短了患者候诊时间；患者同等检验费用得到高质量的医疗服务。LAS的不足

现实LAS或TLA的最大障碍，也是其最大的不足，即TLA系统价格的昂贵。据50家已安装TLA的实验室初步统计，平均每套TLA系统（不包括分析仪器）要花100万美元。其次，是LAS或TLA各组成部分的标准化问题，这也是各制造商面临的挑战和必须解决的问题。TLA的未来

TLA的实现对未来检验医学的发展将产生重要影响，这一点无可置疑。TLA的实现可导致我们对所有检测项目的整合和重组；可引发对实验室设置的重新调整及安排（如中心自动化实验室及特别项目实验室）；可加强对实验室全面质量管理；拓展对分子诊断技术的自动化管理（如DNA芯片、蛋白质芯片）等。

临床实验室自动化并不是为达到检验科“无人化”而设计，而是希望用先进的理念和引进必要的设备，为检验科的管理者进一步提高自己科室的整体管理水平和效率提供帮助，从而使检验流程更科学、整体表现更优秀、为患者提供的服务更好、获得的效益更多、为操作人员提供的工作环境更安全。不断地完善技术和更新管理理念对实验室管理与发展至关重要，临床实验室自动化也因之成为众多大型实验室的必然选择。样本在实验室内的流程其它的仪器传统的检验流程从样品采集、样品检测到最后样品保存，要经历几十个流程，共中有许多需要手工完成，这样势必会造成样品的差错和污染。在全部检验过程的时间分配中，分析前阶段约占67％，分析中阶段占15％，分析后阶段占18%。传统的分析前阶段占用大量人力，就是在国外常被称为“3Dtasks”（“3D工作”）。分析前阶段也是最容易使检验结果产生误差的阶段，有研究表明：60％以上差错来自“分析前阶段”。单机型的自动化模块型的自动化离散型的自动化智能整合型的自动化工作效率的提高成本&样本周转时间实验室自动化渐进式发展解决方案信息控制中心加盖进样模块自动化离心机开盖器分杯器免疫分析仪生化分析仪储存器输出工作站二次开盖器第二台离心机轨道血清液面检测全实验室自动化流水线全实验室自动化的构成组成功能进样单元连续装载样品管至输送器。条码阅读器自动识别样品管上条码信息，根据信息将试管导向所连接的各个仪器。离心单元自动平衡、离心，具人工和自动两种模式。去盖单元自动去除标本管盖，避免人工开盖，大大提高安全性。分杯单元智能分杯，避免交叉污染和人工接触生物危害。输出单元将样品管智能归类到专用架上。存储单元提供常温存储或试管低温冰箱存储。可方便随时自动复查或运行追加的检测项目。重新盖盖单元对完成测试的样品进行重新盖盖，减少污染。保证复检样本结果的准确性。连接单元转送轨道与机械臂，负责样品的转送。分析仪可以连接生化、免疫、血球、血凝等仪器

软件系统信息交互，追踪、记录样本，实现自动复检、追加项目等的检测。信息处理系统LAS的实现在很大程度上依赖于LIS的存在。在临床实验室，自动信息处理较自动化标本处理发展快得多，也先进很多。在大量的自动化分析仪中，实验室信息系统（LIS）结合复杂的软件能分析和处理大量数据和实验结果。实验室信息领域实验室信息领域仪器分析软件驱动仪器运转，检测的软件中间件软件辅助厂商连接仪器的软件数据管理样本和结果数据管理的功能增强型软件专家软件使用决策逻辑，规则进行决策支持的系统服务软件实验室信息系统管理患者信息（医嘱、测试信息、收费）和发放患者检测报告的软件DM2LIS仪器自动结果审核和自动重新分析系统在现有TLA和LIS系统中，计算机系统在自动对分析结果进行审校基础上，对可疑或不符合的结果自动进行重复试验（automaticreflextesting），以保证结果的准确性、可靠性和重复性。计算机对结果的解释系统对实验结果进行计算机化解释，不仅需要复杂的专家系统（expertsystem）和语言处理技术（languageprocessingtechnology），而且计算机还能对医学专家包括实验室高级技术人员和有经验的临床医生对结果提出的疑问进行重新检查（double－check）。在对结果解释过程中，计算机还能协助实验室技术人员作以下工作：①分选出那些不需做特殊解释的报告；②节约实验室报告的书写时间；③集中精力对那些可疑分析结果进行仔细分析和检查。但是，有一点必须明确，无论计算机程序多么复杂，结果多么可靠，在报告发出前必须由实验室人员予以签名和确认。自动化分析过程控制系统

（processcontrolsystem，PCS）使用高质量LIS和PCS软件，实验室技术人员有更强的决策能力，如可直接将标本送至工作区，任意减少组合试验中某一项或几项，任意进行重复试验，对需重复试验的标本自动送回分析仪，对标本如何进行贮存及贮存后标本的处理等。自动审核确认（Autoverification）的定义按照由临床实验室设置的标准和逻辑、遵循实验室的操作规程，并经过考评测试，由计算机系统自动对检测结果进行审核，并发布检验结果成为医疗记录的行为。56提高报告质量缩短报告时间统一审核标准减少人为失误降低工作负荷避免医疗纠纷自动审核——加速分析结果发放的关键一步控制中心可实时进行自动/人工添加和重做项目Hawkeretal.ClinChem2002;48:1761-1767

自动化前后标本丢失情况比较自动化前后的误差比较LaboratoryAutomation:Trajectory,Technology,andTacticsRodneySMarkinandScottAWhalen

ClinChem2000;46:764-771

orderswrittenonfloorordersdeliveredtoaccessioningorderentrylabelsprintinlabphlebotomydispatchedspecimencollectedcontainerlabeledreturntoaccessioningMORNINGDRAWSRAHsamplesRAHcollectionsiteRAHpneumaticreceivedsamplesspecimenslabeled?orderentryprint/applylabelsNOYESROUTINECOLLECTIONS756121110842193756121110842193756121110842193PROCESSWAITSTATESBIOHAZARDEXPOSUREMEDICALMISTAKESvaitaitis-2004REPETITIVEMOTIONINJURYPOTENTIALtoHEMANDCOAGsectionsloadINLETRACKOK?RELEASETOLISYESNOEVALUATEUAHProvLabsothermanualbenchesREFLEX/RE-RUN/ADD-ONTESTINGPULLEDFROMSTOCKYARDREFLEX/RE-RUNTESTINGPROMPTEDWITHINANLYZERREVIEWOFEXCEPTIONSONLYLINECONTROLLISHISMiddlewareOUTREACHCPOECOMMANDCENTRALEQC简化程序减少步骤提高效率提供完美的样本运转理念样本采集申请运输样本确认样本预处理分析报告结果解释临床执行目标–更可靠的样本传送更快速高效的分析标准化规范化信息化自动化现代化的检验科PowerProcess灵活的排列方式生化/免疫自动化流水线PowerProcess灵活的排列方式血球/血凝自动化流水线血球/血凝自动化流水线实验室自动化产品目前生产实验室自动化产品的公司主要有日立、贝克曼、Sysmex、雅培、Olympus和Bayer等厂家，其中Sysmex以血液分析为主，其他主要是前/后处理、生化和免疫系统，日立和贝克曼的前处理以及其他厂家单个独立的自动化子系统基本成熟。床旁检验（POCT）除了全实验室自动化（TLA）技术之外，检验医学自动化发展的第二大趋势就是微型检验，即床旁检验（POCT）。POCT现己深入到检验医学的各个专业包括临床化学、临床免疫学、临床分子生物学、临床微生物学及临床血液学。由于POCT简便、快速，并可实时在现场检测，深得广大医务工作者、病人及其家属的欢迎。临床对缩短检验周期的要求是开展POCT的主要原因。对POCT的系统评价应建立在标准操作及良好的质量控制基础上。POCT定义床旁分析（pointofcaretesting，POCT）是指在病人医疗现场进行的实时医学检验。该技术最早用于在家庭或医院病人在床旁监测糖尿病人的尿糖和血糖水平，因此，将其称为床旁检验。POCT发展早期的POCT使用液体试剂在试管中反应，之后发展为塑料衬垫干试剂块和集高新技术的盒式及转盘式装置的反应系统。随着免疫及更为复杂的技术，如芯片技术的应用，使得POCT的使用更为便捷，检测和应用范围更广，即已从监测糖的水平扩展为监测凝血状态、心肌损害、酸碱平衡状态、感染性疾病和治疗药物水平，使用场地也从常规病房延伸到急诊室、监护病房、外科手术室和事故现场等，应用领域也已由临床检验扩展到食品卫生、环境和法医等。POCT基本技术任何POCT的设计基础首先是建立反应池。反应池可以是多孔基质，也可以是反应平面。将传统方法中的相关试剂浸润于反应池上，成为整合的干燥试剂块，然后将其固定于硬质基底上，成为各种形式的诊断试剂条，可作为定性或半定量用。当反应池连接上一个微型化的分析、检测装置即成为可定量检测的便携式、手掌式或台式的分析仪器。临床实验室为了获取正确的检验结果，要求正确的从病人身上、在适当的时间内，采取正确的标本，使用恰当的分析手段，合理的消费，获取可理解的最后结果。开展POCT除达到以上目的外，更强调方便、快速。由于POCT可由非检验人员、在非实验室场地，如：病房、诊所、家庭等进行。尽管其操作容易，但检验质量却难于保证。因此，必须加强POCT的管理，在维护POCT检验质量方面做更多的工作。POCT与实验室服务不同之处检验的项目较少；操作人员缺乏正规训练；除了实验室的检验人员，很多POCT的使用者都缺乏有关的技术培训。为保证POCT的检验质量，有必要对使用者进行培训。培训内容包括分析前、分析中和分析后的全过程，具体内容为：①检验、临床、病理生理的基本知识；②标本类型、采样时间要求、生理变化、药物影响等；③标本采集技术；④分析仪器及试剂准备；⑤试验操作；⑥质量控制和质控结果分析、解释；⑦结果记录、报告和保存；⑧结果解释及咨询；⑨安全、健康要求，如：样品和消耗品的处置；⑩开展POCT的利弊。POCT与实验室服务不同之处POCT的工作环境不总是符合分析要求；可能存在特殊的健康和安全问题。培训后，经专门的相关组织考核，发给认可或合格证书，并定期接受检查和再培训。POCT通过缩短病人住院时间而节约费用，但对提高病人的服务质量很难用客观依据来证实。国外对于POCT应用的管理办法美国的管理办法：按照美国法规，开设任何一个POCT