實驗室自動化

狹義的實驗室自動化指通過實驗獲取數據、數據處理和獲得實驗結果這一過程的自動化；廣義的理解包括科學實驗、仿真、圖像處理、計算機輔助設計、自動測量、自動檢查、實驗設備的控制、文獻專利情報的管理、各種資料庫、自動翻譯、專家系統等。實驗室自動化系統是充分運用實驗室技術資源、信息資源和人的智力資源的科學研究支持系統。

基本介紹

• 中文名：實驗室自動化
• 外文名：laboratory automation
• 特點：自動化
• 用途：臨床實驗室

發展背景

隨著社會、經濟不斷發展,我國的醫療體制面臨重大挑戰.這些挑戰在臨床實驗室工作中體現在兩方面:一方面醫療支出不斷上升,要求臨床實驗室持續地降低成本;另一方面隨著人民生活水平的提高,對自身醫療保健更加關注,對檢測準確性的要求不斷增加.這些原因使實驗室工作負荷持續加大,臨床實驗室面臨更大的挑戰.實驗室自動化系統(laboratory automation system,LAS)為化解臨床實驗室所面臨的問題提供了很好的契機.

含義

實驗室利用各種自動檢測設備和計算機等手段實現測量、實驗和數據處理的自動化，藉以減輕實驗人員的手工操作，提高科研工作效率。實驗室自動化的初級階段主要是實驗數據的自動測量。現代實驗室自動化已涉及研究計畫的制定、研究調查、實驗設備的設計和試製、實驗樣品的準備、實驗數據的蒐集整理、研究成果的發表與普及、資料庫的建造等各項研究分析活動。因此，實驗室自動化已有狹義和廣義兩種含義。狹義的實驗室自動化是指通過實驗獲取數據、數據處理和獲得實驗結果這一過程的自動化；廣義的理解則包括科學實驗、仿真、圖像處理、計算機輔助設計、自動測量、自動檢查、實驗設備的控制、文獻專利情報的管理、各種資料庫、自動翻譯、專家系統等。實驗室自動化系統是充分運用實驗室技術資源、信息資源和人的智力資源的科學研究支持系統。

構成要素

實驗室自動化系統主要包括實驗設備、計算機和科技人員三個要素，分別完成實驗對象的測量與控制、數據的蒐集和判斷、對實驗進行解釋和判斷等任務（見圖）。一般的實驗室自動化系統由專用電子計算機、接口和測量用局部網路等硬體以及相應的軟體組成。高級的實驗室自動化系統採用專家系統，具有某些推理功能，成為人的智慧型創造活動的助手。

實驗室自動化系統的要素和功能

主要功能

實驗室自動化主要用於小型實驗設備的測量自動化、大規模實驗室設施的自動化、工業質量管理的分析與試驗以及生物醫學等領域。80年代以來，實驗室自動化又與辦公自動化、計算機輔助設計、計算機輔助製造等結合起來，成為工廠自動化的組成部分。

系統分級

實驗室自動化系統（Laboratory Automation Systems，LAS）無疑是部分醫學檢驗實驗室發展的目標。其重要一步就是將分析前、後的一系列步驟自動化，比如：標識，分裝，去蓋，離心，分類，裝載，加蓋，儲存等。自動化系統一般都由以下幾部分組成：樣品原始管入口區、自動識別樣品原始管條碼站、自動離心機、自動去蓋器、自動樣品水平面探測儀、自動分裝樣本裝置、自動分類裝置、傳輸系統和樣品儲存區。

理想的LAS應該具有以下特點：①開放性：並不局限於與本廠家儀器的連線，應該可以與其他任何廠家的分析儀進行連線；②完整性：具有完整的“分析前-分析中-分析後”硬體及軟體支持，信息系統完整；③靈活性：整個系統可以根據場地要求，進行多種擺放方式；④智慧型性：高度智慧型、人性化的系統設計，最大限度地協助實驗室的工作；⑤獨立性：各功能單元既相互協作又相對獨立，各單元均可獨立運作；⑥完備性：具有冷藏儲存後處理自動化的系統。但要滿足以上全部條件還相當困難。

根據自動化的規模及程度，LAS可分為以下類別：

1．分析系統自動化

不同的檢驗項目使用不同的自動化分析儀，如全自動生化分析儀、全自動血細胞分析儀，全自動凝血分析儀，全自動尿液分析儀，全自動化學發光免疫分析儀，全自動酶聯免疫分析儀，全自動血氣分析儀，全自動細菌鑑定儀等等，且自動化分析儀與實驗室信息管理系統（LIS）相連，組成工作區管理系統。目前已推出全自動生化免疫分析儀、血細胞分析推片流水線、尿液沉渣分析流水線等，對部分檢驗項目進行了整合。分析系統的自動化大多數實驗室均可比較容易實現，且投資回報快，但尚未涉及標本前、後處理的自動化。

2．虛擬自動化

由工作管理系統軟體支持，通過手工工作流程對標本進行管理。通過閱讀標本條形碼，信息系統可以告訴你標本的項目情況，如分杯數目、檢測儀器、專業組、存檔等，然後送往相應的專業組和儀器進行自動化檢測，檢測結果又會傳回信息系統進行結果分析及後處理。虛擬自動化適合於中、小醫院，僅需添置管理軟體，利用現有的自動化分析儀器，運用軟體來管理標本流程。

3．靈活性實驗室自動化（Task Targeted Automation，TTA或Flexible Laboratory Automation，FLA）

利用獨立的標本分析前、後處理系統可選擇性解決離心、去蓋、分類、分管、裝載各種分析儀的標本架、貼條形碼、加蓋、歸檔、標本查詢等工作，減少重複性手工勞動。靈活性實驗室自動化系統可適用於大、中型實驗室，適用於整個實驗室的全部分析系統，其分類功能強大，可進行精細分杯，運用軟體管理樣本流程，進行數據審核，自動處理檢驗科80%的標本結果。但該系統缺少運送標本的軌道，需人工將各種標本架搬運至各檢測分析儀上進行檢測。檢測完畢後再將標本架送回該系統進行後處理、存檔。

4．血清工作站自動化（Serum Working-Station Automation，SWA）

檢驗科全部標本中70%是血清標本，主要是生化、免疫類標本。SWA適用於血清樣本處理的全自動化，是局部的自動化。該系統可以流水線式處理血清標本，從離心、分類一直到分析、存檔一氣呵成，自動化程度很高。但非血清樣本的分類、檢測等工作不能進行，且占地空間相對較大，一般只能連線本廠商提供的分析儀器，不能充分利用實驗室現有的分析檢測系統。

5．全實驗室自動化（Total Laboratory Automation，TLA）

TLA主要由前處理系統、樣本運送系統、樣本分析系統、實驗數據/結果處理系統、樣本保存系統和計算機硬體等組成，以實驗室工作的自動化、標準化、系統化、一體化和網路化為特點。以流水線式處理標本的方式，更方便於統一、系統化的管理。自動傳輸系統在全實驗室自動化系統中起到了至關重要的作用，因為它同時擔負著將處理好的標本輸送到各分析儀上和將各類自動化分析儀聯為一體的作用。實現了從標本處理-分類-運輸-檢測-報告結果-標本後處理整個過程的完全自動化。TLA系統適用於大型的臨床檢驗實驗室，覆蓋整個實驗室內絕大多數標本。但成本昂貴，占地空間大。

流水線

實驗室自動化流水線：為了實現臨床實驗室內某一個或幾個檢測系統如臨床化學、免疫學、血液學等檢驗的檢測系統系統化整合，而將相同或不相同的分析儀器與實驗室分析前和分析後的分析系統，通過自動化流水線和信息網路進行連線的過程，構成全自動化的流水線作業環境，覆蓋整個檢驗過程，形成大規模的全檢驗過程的自動化。

實驗室自動化流程：將眾多模組分析系統整合成一個實現對標本處理、傳送、分析、數據處理和分析過程的全自動化。標本在實驗室自動化流水線可完成臨床化學、免疫學、血液學等亞專業的任一項目檢測。全實驗室自動化包括：自動化標本處理、標本自動傳送和分選至相應的分析工作站、自動分析、利用規範的作業系統軟體對分析結果進行審核、儲存已分析的標本並能隨時對儲存標本重新進行測試。

系統評估

實驗室自動化的實施可以給我們的工作帶來質的飛躍。

1．提高臨床實驗室管理水平：充分發揮條形碼技術及實驗室信息系統的優勢；減少人工操作環節，降低差錯率，提高檢驗結果的準確性；極大地減輕了勞動強度，提高工作效率，降低人力成本；調整工作流程及檢驗工作的管理模式，提高管理水平；最佳化數據管理；利於標準化。

2．提高實驗室的生物安全性：減少了檢驗技術人員與標本的直接接觸的頻率，有效避免了標本對操作者污染的機會。

3．給患者帶來的好處：可實施分杯來減少患者的抽血管數及用血量，同時也降低了傳統多管檢測的醫療成本；檢驗結果報告速度加快，縮短了患者候診時間；患者同等檢驗費用得到高質量的醫療服務。

選擇策略

一個理想的LAS應由實驗室的工作人員結合實際工作流程進行設計，既能滿足工作需要，又不在短期內過度增加實驗室的運營成本。LAS的建設是一項綜合性的系統工程，涉及面廣，以檢驗科為主體，涉及信息、財務、門診及住院護理、樣品配送等多部門的綜合配套改造。醫院應根據自身的基本情況和檢驗科的業務發展，結合投入經費、醫院規模、檢驗標本量、檢驗項目種類、醫院及科室工作流程、場地等具體情況進行總體規劃，再分階段逐步落實建設，還要注意系統的兼容與擴展，最終實現大規模的實驗室自動化。分階段實施有利於降低投資風險，並可在建設和發展過程中充分發現缺點和不足之處，從而在後階段通過調整補充得以修改和完善。逐步實現實驗室自動化的過程不僅僅是設備的投入和更新，更重要的是工作流程和管理模式的改變以及對LIS的改造。在LAS建設之前應該考慮：①構建樣品前處理模式，改造實驗室信息系統，套用條形碼技術，為適應TLA信息流控制規則奠定基礎。②充分挖掘自動分析儀的雙向通信功能，實現分析儀與LIS的雙向對話。③調整部分工作流程及管理層次，如將免疫室的自動化檢測部分併入生化室，便於日後自動化系統上的操作與質量管理。

在LAS安裝後，還必須對其不斷地進行考量評估，不斷最佳化實驗流程，修葺目前不足的方面，是一個不斷完善的過程。我科自安裝靈活性自動化系統後，也經歷了一個不斷改進的過程，至今尚在繼續。如：①在使用初期，發覺TAT並未明顯縮短，經分析，是由於原專業組標本分類很清楚，人員分工也很細，因此許多免疫標本以及微生物專業的血清標本還是人工在分類，並未自動化處理；②由於原人工觀察血清外觀已不能實施，必須開通儀器的血清指數測定；③各自動化分析儀與LIS的雙向通訊必須開通，並對原LIS作進一步的改進；④由於部分工作人員擔心崗位的變動，故在實驗室整合過程中要做必要的思想工作。