臨床實驗室自動化系統

實驗室自動化系統(laboratory automation systems，LAS)又稱為自動化檢驗流水線，是指對實驗室內某一個或多個檢測系統(如，臨床化學、血液學、免疫學等系統)的整合，通過軌道和信息系統，實現各分析儀器與樣本分析前、後的處理單元的物理連線，形成網路化的集合體。

基本介紹

• 中文名：臨床實驗室自動化系統
• 外文名：ClinicLaboratory Automation Systems
• 別名：自動化檢驗流水線

分類

1.分析系統自動化

不同的檢驗項目需要使用不同的自動化分析儀器(如自動生化分析儀、自動血細胞分析儀等)，這些儀器與實驗室信息管理系統(LIS)相連，可以組成工作區管理系統(流水線)。在臨床實驗室套用的有自動生化免疫分析流水線、血細胞分析推片流水線、尿液沉渣分析流水線等，通過對部分檢驗項目的整合，可以提高實驗室的自動化程度。

2. 虛擬自動化
虛擬自動化(virtualautomation)是指套用工作管理系統軟體，模擬手工工作方式對樣本流程進行管理。通過閱讀樣本條形碼，系統可以獲得待測樣本的基本信息，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分析，檢測完成後，結果自動傳回信息系統，由軟體系統進行結果分析及後處理。虛擬自動化適合於中、小型醫院，它一般僅需增添部分管理軟體，即可對現有自動化分析儀器實施樣本流程的自動化管理。
3. 靈活性實驗室自動化
靈活性實驗室自動化(tasktargetedautomation，TTA或flexiblelaboratoryautomation.FLA)利用獨立的樣本分析前、後處理系統可選擇性解決離心、去蓋、分類、分管、裝載各種分析儀的樣本架、貼上條形碼、加蓋、歸檔、樣本查詢等工作，能大幅度的減少重複性手工勞動。FLA適用於大、中型醫學實驗室，可以整合實驗室的全部分析儀器。
4. 血清工作站自動化
臨床實驗室的全部樣本中有70%是血清樣本，它主要為生化和免疫類樣本。血清工作站自動化(serumworkingstationautomation，SWA)適用於血清樣本處理的全自動化，是一種局部的自動化過濾系統。該系統以流水線的方式處理血清樣本，整個管理過程包括離心、分類、分析、存檔等，自動化程度很高。但是，SWA不能勝任非血清樣本的分類與檢測等操作。SWA的占地空間相對較大，僅適用於連線本廠商提供的分析儀器。
5. 全實驗室自動化
全實驗室自動化(LAS)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系統等組成，其技術特點是可以實現臨床醫學實驗室的自動化、標準化、系統化、一體化和網路化。LAS採用流水線式處理樣本的方式，使得臨床檢驗更便於系統化管理。

工作原理

LAS通過將分析前和分析後處理系統和多個檢測系統進行系統化的整合，使自動化檢驗儀器和信息網路連線形成檢驗過程及信息自動化處理。由於樣本流、信息流數量龐大，計算機軟體在保證LAS和外部網路的信息交流暢通無阻，樣本處理系統、傳送系統和分析檢測系統之間的自動協調運作過程中發揮了重要的作用。實驗室自動化系統中的軟體包括LAS、實驗室信息系統(LIS)、醫院信息系統(HIS)，有的還有位於LIS和LAS之間的中間層軟體，這些軟體系統的無縫對接是確保LAS順利運行的前提。條形碼作為信息的載體在實驗室自動化過程中發揮了重要的媒介作用，通過對它的識別LAS、LIS、HIS之間的信息流得以交換。

圖1 臨床實驗室自動化系統原理圖

圖1 臨床實驗室自動化系統原理圖

基本構造

LAS由硬體和軟體構成。硬體完成標本的傳送處理和檢測功能，主要由標本傳送系統、樣本前處理系統、分析檢測系統和分析後輸出系統構成。軟體完成對硬體的協調控制和信息的傳遞，主要由內部的分析測試過程控制系統以及外部的實驗室信息系統(laboratoryinformation8-tem，LIS)和醫院信息系統(hospitalinformationsystem，HIS)構成。

1.標本傳送系統

標本傳送系統在不同模組間傳送樣品使其流動起來，以完成各種處理和分析工作。依樣品傳送方式的不同，可分為傳輸帶裝置和機械手裝置。

1）傳輸帶裝置由智慧型化傳輸帶和機械軌道組成。樣本沿著軌道確定的路線行進，具有速度快、成熟穩定、價格低的特點，在大多數自動化系統中得到廣泛套用。傳輸帶裝置的不足：安裝時對場地要求較高，樣品容器規格須在允許範圍內，超出範圍則需轉換容器。

2）機械手裝置具有高靈敏性和高精密性，對不同形狀、規格的標本容器很容易適應，並輕鬆抓取轉移，可彌補傳送帶裝置的不足。機械手根據底座是否固定，分為固定機械手和移動機械手。前者活動範圍相對較小，後者因底座可以移動，活動範圍較大，靈活性更強。通過編程控制其移動範圍，機械手較容易適應系統布局的變更。

3）樣品傳送模式分為單管傳送和整架傳送兩種模式。單管傳送模式的樣品相互獨立，可同時送至相應的模組進行檢測，靈活性強，速度相對較慢。整架傳送將一組樣品置於一個樣品架上進行整體傳送，速度較快，但其靈活性稍差，不同檢測模組的樣品置於同一樣品架後，整體檢測速度反而會下降。減少樣本對軌道的占用時間可提升LAS的整體速度，有的LAS採用一次性吸夠樣本並儘快釋放樣本來減少軌道占用，有的LAS採用雙軌道運載樣本，一軌檢修另一軌正常工作，從而不影響檢測。

2.標本前處理系統

可自動化完成樣本識別分類、離心、去蓋、分裝及標記等工作，為樣品送至分析檢測模組做好準備。由樣品投入單元、離心單元、去蓋單元、線上分杯單元組成。

1）樣品投入單元是樣品進入系統的入口，有常規入口、急診入口、複測樣品入口三種形式，優先權別：急診入口>複測入口>常規入口。投入單元的緩衝區，可保證樣品能連續進入系統。進入系統的樣品首先將被系統識別，常用的識別方式是條形碼，隨後通過LIS從HIS獲取樣本相關檢測信息，並進行分類，不能檢測的樣品(非線上項目的樣本、條碼無法識別的樣本無法獲取檢驗信息的樣本等)送至特定位置，能夠檢測的樣品將進行後續處理。

2）樣本離心單元完成樣本的自動離心工作，具有自動配平功能，離心時間、轉速和溫度均可自行設定。樣品由機械臂放入和取出離心機，樣本處理速度200~400個/小時，高峰時容易成為限制整體速度的瓶頸，可採用線下離心的方式進行補充。已經線下離心的樣品，在主控端設定該樣品已離心，即可忽略對該樣品的自動離心操作。

3）樣本去蓋單元完成試管蓋的自動去除功能。減少工作人員接觸樣品所帶來的生物安全隱患。可識別已開蓋的樣品，避免重複操作，開蓋失敗後會自動報警。已手工開蓋的樣品，在主控端設定該樣品已開蓋，即可忽略對該樣品的自動開蓋操作。

4）線上分杯單元樣本加樣有兩種方式：①原始樣品直接加樣：②利用分杯後的子樣品進行加樣。當項目分布在不同的檢測模組時，第一種方式需要順次進入相應檢測系統，工作效率下降，且原始樣品有被交叉污染的可能。第二種方式由分杯單元將原始樣本分成若干個子樣本，系統生成次級條形碼並貼上到子樣品上，使其能被識別。由於採用一次性吸頭，分杯可避免原始樣品的污染，子樣品可同時進行檢測，提高了整體檢測速度。
線上分杯單元具有對血清樣品的質和量進行自動分析功能。自動檢測血清容量是否足夠，再進行智慧型分杯。通過對樣品管進行拍照，進行血清指數檢測，質量有問題的樣本(溶血、黃疸、脂血)進行標記。檢測到的不合格標本會被傳送到出口模組設定的特定區域。

2. 分析檢測系統
分析檢測系統包括連線軌道和分析設備，連線軌道將傳送過來的樣品送入分析設備來完成檢測工作。可以根據自己的需求接入不同類型的儀器，如生化分析儀、免疫分析儀、血細胞分析儀、等。線上的設備既可線上運行，也可單獨離線運行，這樣可避免傳送系統出現問題而影響工作。

3. 分析後輸出系統

分析後輸出系統完成樣品輸出或儲存緩衝的功能，包括出口模組、標本儲存緩衝區、樣本加蓋模組。出口模組主要用來存放即將離開流水線的樣品，包括開蓋或分杯錯誤的樣本、需人工復檢的標本、非線上項目的標本、復位後推出的樣本等。這些樣本被送入出口模組的特定區域等待人工處理。標本儲存緩衝區用來管理和儲存標本，需要自動線上復檢或人工復檢時，利用索引管理可快速查找特定的標本，並被自動送入復檢迴路而完成復檢。標本儲存緩衝區可具備冷藏功能，存儲前樣本會被加蓋模組自動密封，避免標本濃縮和被污染。
4. 分析測試過程控制系統

分析測試過程控制系統是整條流水線的指揮中心。它通過和LIS緊密的信息交流及時獲得樣本檢驗信息，協調控制樣本在各模組間正確合理的流轉、分配；通過與檢驗設備的雙向通訊，及時指令分析儀器完成相應的檢測，監控標本的實時狀態，獲得結果信息；依據設定的審核規則進行自動化結果審核復檢、報告列印等。它是LAS得以自動化運行的強有力的保證。

意義

1. 提高工作效率，提升快速回報結果的能力。

2. 減少標本用量和人為誤差，顯著提升檢驗質量。

3. 運行過程標準化、精細化，全面提升實驗室管理水平和服務水平。

4. 提高實驗室的生物安全性，減少生物安全隱患。

5. 可最佳化人力資源和衛生資源配置降低運行成本。

注意事項

1.引進自動化系統必須根據實際情況合理配置，必須考慮醫院和實驗室規模及經濟承受能力、實驗室空間結構、項目開展情況、LAS的品牌及護展能力等因素，為避免過度超前浪費，可採取分步實施的方式。

2.高速的自動化系統也有產生瓶頸的可能，比如高峰期樣本離心問題。建議流水線上配置1~2台離心機，高峰時期採用線下離心的方式加以補充。

3.標本的質量對LAS的套用效果影響較大，尤其是標本的條形碼的列印和貼上質量表現更為明顯。應對護士等標本採集人員進行專門的採集知識培訓。

4.各種復檢規則、自動審核規則應合理制定，確保需人工審核的異常結果控制在合理範圍內，以保證檢驗質量。

日常維護保養

1.日常維護檢查模組和軌道有無異物，檢查、清潔條形碼印表機，檢查、清潔血清盤。

2.每周維護需檢查機械手裝置和墊是否機壞和清潔，檢查清潔離心機，清潔軌道上的感測器，檢查清潔條形碼閱讀器。

3.每月維護、徹底清潔軌道，檢查傳送帶是否異常，清潔風扇。

發展歷史

時間	發展狀況
1981年	佐佐木(Sasaki)博士首先在日本高知(Kochi)醫學院通過套用樣本自動傳送機構，建立了第一個實驗室自動化系統
20世紀90年代	商品化的實驗室自動化系統開始進入勞動力匱乏的日本市場
1995年	實驗室自動化系統技術發展到歐美各國
1996年	美國密蘇里州聖路易斯的Quest實驗室，安裝了北美第一台由日本製造的TLA系統，使得實驗室自動化技術逐漸在西方迅速傳播

擴展閱讀

[1]季家紅.臨床實驗室自動化系統選擇策略[J].健康之路,2017,16(10):218.

[2]郭廣波,胡仁智,孫偉,周愛娥,陳忠余.臨床實驗室自動化流水線的建立和套用體會[J].檢驗醫學與臨床,2015,12(12):1814-1816.

參考文獻

[1] 漆小平,邱廣斌,崔景輝.醫學檢驗儀器[M].北京:科學出版社,2014:373-377.

[2] 須建,彭裕紅.臨床檢驗儀器[M].北京:人民衛生出版社,2015:211-217.