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全实验室自动化（Total Laboratory Automation, TLA）又称全程自动化（Front to End Automation）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，形成大规模的全检验过程的自动化。全实验室自动化的两个关键概念是“统一化”（Consolidation）及“集成化”（Integration）。“统一化”是指在一台仪器或相互有关的一组仪器上结合不同的分析技术或策略；“集成化”是指将各种分析仪器与分析前处理设备及分析后处理设备相连接。一、TLA的发展简史 全实验室自动化1981年发源于日本。在20世纪最后年代中，医学的发展给社会带来沉重的经济负担，给政府和患者都施加了更大的压力，要求医院能提供更有效但又廉价的服务，临床实验室面临压缩编制的压力。1996年IFCC大会提出了全实验室自动化（Total Laboratory Automation, TLA）的概念。20世纪90年代TLA进 入美国和欧洲，发展势头迅猛。随着时代的发展，随着检验领域所能涵盖的检测项目的逐渐丰富，它在临床诊断以及治疗监测等方面发挥出越来越重要的作用。正是 这种发展的需求使实验室面临着一个前所未有的挑战，即：既要最大限度的提高工作效率，又要提高检测品质以满足医院以及实验室逐渐与国际标准实验室接轨的需 求，满足临床的需求！近年来，自动检测仪器、自动搬送系统、控制系统等得到了惊人的发展。已经从过去的单纯按照速度决定一切的时代改变为向品质，需求，便 利方向发展。以客户的实际需求来设计和满足为目标开发下一代的模组化概念产品。二、TLA的模式现状 实验室自动化系统主要分全实验室自动化和灵活的实验室自动化。全实验室自动化主要由下列部分组成：前处理系统，标本运送系统，样本分析系统，实验资料/结果处理系统（包括LIS系统（Laboratory Information System, LIS））样本保存系统和电脑硬体。 灵活的实验室自动化系统包括：前处理工作站和各种标本分析工作站。前处理工作站包括样本归类/条 码识别，离心，样本质地识别、提示，去盖，血清管标记，血清管分样，插入仪器使用的样本架。标本的运送由手工完成。这种模式适合于小型门诊实验室或远端遥 控的自动化实验室。优点是：可用实验室已有设备，达到规范结果，节省大量的前处理时间；为开放式，可灵活配置其他设备；对于大型医院，是即时可行的实验室 自动化方案，将来迈向TLA时，可配置其他设备，也可做后备之用。对于中型/小型医院，使迈向实验室自动化效果成为可能；在自动化方案上，灵活的实验室自动化有成本低，容易达成有效的投资回报。 LIS是TLA不可缺少的部分。主要功能为：资料休集，核实检验结果，列印报告，结果查询，品质控制，结果监测，收费记帐，报表生成，网间通讯，优化整个系统的运行过程。当前LIS系统的特点是：①采用客户/伺服器（C/S）体系；②在用户端使用图形介面的作业系统（如Windows3.X/Windows9.X），显示图形图像等资讯更加方便；③在网路上。每台微机可同时作为LIS系统和HIS系统的用户端；④每台自动分析仪都可以即时连接到网路用户端端上，所有检验资料都能为整个HIS系统所共用；⑤门诊病人、资料存储、资料输出的编码已有统一标准，条码得到广泛应用；⑥具有图形介面为基础的即时品质控制系统。 1、引进全系统化实现TLA的意义 现代的TLA带给用户的是在原有的高效，快速，全系统自动化的基础上更加贴近临床和检验应用的实际。对临床检验，临床医疗和医院管理等方面都将产生极大的推进作用。检验科逐步实现各个部门一体化（Consolidation），工作人员技术多面化（Cross Training）； 所需人力资源和花销减少，效率提高；所用的标本量减少，更好的方便患者，人工作业减少，操作误差减少到最小，更快的处理标本，回报结果的能力增强；促进实 验室操作的规范化；安全性和整个过程的控制更好；实验室占用较少的空间；全面提升临床检验的管理。满足世界范围内的医疗体制改革和卫生保健的需求。缺点在TLA发展的初期还不容易看出来。明显的缺点是建设TLA所需的费用过高，并有一定的技术要求。 2、国内目前临床实验室的自动化的现状 国内医学检验界德高望重的老专家原中华医学检验学会副主委王金良教授在1999年出席第17届国际临床化学与检验医学大会（IFCC）后回国专文《从IFCC看检验医学发展》报导中说：“实 验室组织及检验手段的两极发展。一方面是实验室全自动化或全程自动化。自动化仪器将生化、免疫、血液、尿液药物检测合为一体。与之相适应，在医院内组成核 心，集中实验室或实验室的统一。另一方面是实验室仪器的小型化，快速、即时、简易的检验的段，用于现场检验、床边检验、医师诊所和家庭。”不 但在国外检验全系统化，自动化受到关注，中国的检验界也在积极的参与其中。在中国先后有浙江医科大学第一附属医院和天津泰达心血管专科医院引进了具有世界 最先进的日立样品前处理系统。表明了中国的经济发展带来了检验事业的飞速进步，同时也表明了新技术的发展对于中国检验事业也是至关重要的。但高昂的投资， 固定的设备（生产线、仪器设查），缺乏灵活性，操作人员的技术水准与先进的仪器不相适应还不适合于中国国情，不适用于中国一般医院。三、问题及展望 医院以及实验室是不停地在发展的，变化之快甚至超出我们的想象。实验室将来面临的挑战是：预期随着时间的推移，服务逐渐增加，周转和测试需求增加，但支出逐渐减少。实验室需要进一步规范化，完善服务。高品质、高效率、高自动化将是实验室未来的发展方向。 来自不同厂家的自动化仪器往往执行不同的电子、通信标准及机械介面协定，给TLA的系统整合带来诸多困难，严重阻碍了TLA的市场推广。美国国家临床实验室标准委员会（NCCLS）和国际临床实验室标准委员会（ICCLS）合作正在研制实验室自动化的统一标准。 同时TLA系统的引进，各部门一体化的实现。实验室组织结构的转变要求对实验室工作者进行全新的角色定位。实验室工作者应具备丰富的管理学、电子学、电脑、仿生学、人工智慧（AI）等知识，掌握全面检验技术操作和仪器维护维修技能。开发出功能更强的专家软体系统，利用LIS对实验资料进行筛选，加工处理报告，以求达为诊断某种疾病提供诊断依据；为已确诊为某疾病的患者作出预后判断；对“健康人”未来的疾病状况作出预报。我国的检验医学教育也应充分关注TLA的发展动向及其影响
如今，临床实验室越来越多地向现代化和自动化方向迈进，而医学检验的自动化又对实验室耗材提出了很多新诉求。“临床实验室自动化带给耗材企业新的机遇和挑战。一个完美的样本应该满足‘不多不少’、不‘错’、不‘丢’、不‘坏’、不‘违规’的要求。”北京协和医院检验科副主任邱玲日前在郑州召开的“中国医学装备协会临床检验装备技术专业委员会论坛”上指出。多数问题出自耗材 邱玲主任解释说，临床实验室的自动化涉及实验前、中、后的各个环节。它以减低各类医疗差错、提高工作效率、加快并均衡样本结果的回报时间（TＡＴ）为目的，利用各种自动化硬件平台和与之相匹配的软件控制系统，替代原有的手工操作。实验室自动化系统，也称自动流水线，是为实现临床实验室内一个或几个检测的功能整合，而将不同分析仪器与分析前、分析后相关设备，通过硬件和信息网络进行连接的相关设备整合体。它可以是分步骤、模块式的，也可以是全连接的、客户高选择性的。 临床实验室采用自动化系统后，会产生哪些变化呢？邱玲说，现在很多临床实验室使用了自动化流水线，以及自动打标机、自动物流系统、自动分拣系统等。目前，北京协和医院检验科共有３条自动化流水线。从医生发出检测申请，到样本采集、检测的每一个时间点，直到最后归档，每一个样本从“生”到“死”都有完整的记录。协和医院临床实验室采用自动化系统后，样本错误率明显降低，每个样本的结果回报时间均衡，人力资源也明显节省了。但是，仍然有个别样本丢失、结果回报时间明显延长的情况。 “作为一名实验室主任，在运作了两年的自动化系统后，如今我仍然会趴在机器下面查看一下是否有样本丢失。”邱玲还说，“在采用自动化系统后，有些以往业务熟练的老技师面临一些困难，导致现在的整体故障率比使用单机时还增加了。而分析发现，80%的问题出自耗材，15%出在管理上，仅5%与自动化有关”。采血管“讲究”多 “有时候，临床检验就是围绕一管血进行的。很多护士都习惯于采用注射器采血后再将血样打入采血管。但是，有一天早上，某医院的58根血样全部被污染了。检验人员分析查找原因后发现，原来是厂家产品设计有一定缺陷，易造成采血管打开再次盖上后密封性受到影响。检验人员不得不一管一管地进行样本处理。后来，该采血管生产企业通过采用全帽设计终于解决了这一缺陷。另外，在自动化流水线中，采血管会互相挤压，这对于采血管的密封性和帽体设计等都是很大的挑战。”邱玲主任列举了现实中临床实验室发生的一些事件。 “有关真空采血管的标准正在升级之中，该标准涉及管材硬度、平滑程度、添加剂等。生产企业应关注到，目前真空采血管都是经手工插到架子上，因此产品应当能够承受多次抓取。随着自动化系统的应用，采血管必须满足密封良好、去帽方便、能够承受气动物流等要求，以免脱帽、遗洒、被污染，从而适应自动分拣系统。 另外，很多自动化流水线要求使用100毫米即5毫升的采血管，但是一些患者只需要检测少数几个项目，5毫升采血管的采血量对于他们来说有些多了。对此，企业能否在采血管的设计上考虑尽量减少患者的失血量呢？比如，企业仍然可以设计5毫升的采血管，而只是通过改变帽体设计，让采血量只保留2~3毫升。还有，目前没有任何一家生产商公布采血管采用的稳定剂的成分是什么，但是检验人员发现，实验室气动物流系统中的采血管整体颜色发深。对于国内厂家来说，稳定剂的使用可能也是一个很大的挑战。”邱玲给出建议和分析。条码要求大大提升 一个简单的条码，学问很大。邱玲告诉记者，目前很多检验人员报怨护士贴打印条码不标准，造成了检验工作的麻烦，而很多护士又不太能接受预制条码。另外，对采血管透明标签的质量及其粘度也需要进一步考量。还有一些厂家与临床实验室制作了一些个性化标签，这是一种尝试。但是，厂家要多学习标准，在使用有色标签的情况下，要测试这种改变对标签识读率带来的影响。 “实现自动化检测后，对条码打印机的要求也越来越高了。”邱玲主任强调，用了不长时间就缺线的条码并不少见，过去没用自动化流水线时，这种影响不明显，即使条码有一点缺陷，临床人员还是能读出来的。但是，采用自动化流水线后，采血管在机器上旋转，要经历对码、自动分拣等一系列流程，这样一来，检测设备对条码的要求远远高于以往。 如果条码的寿命和激光打印设备的性能差一些，就容易出现缺线、磨花等情况。而当条码出现缺线时，实验室必须立即更换打印机。此外，对于条码打印还要关注季节因素，例如在干燥的气候条件下如何保证条码的粘度。为了环保，目前条码都采用水溶性胶粘贴。但是，这种胶从低温条件回到常温条件后，会出现分布不均匀的问题，而且水溶性胶在南方发霉的情况也是有的。如果厂商注意储存条件和告诉医务人员应该注意的事项，相关问题就可能有所减少。关注耗材标准化 “实验室自动化催生了很多耗材方面的新问题。除上述方面外，还有分杯管的装载方便性、吸头的标准化、封口膜的密封性和便捷性、管塞的标准化和再利用；还有托架、分杯盘、管托、破片、气动筒等方面的问题。”邱玲主任强调，对于国内实验室耗材生产企业来说，最大的机遇还是价格。除此之外，国内企业还应该在产品的个性化、集成化、标准化、功能性上多下工夫，从而在防止仿造、由同一厂家提供所有耗材的辅助服务、满足更多的新功能需求、参与更多标准制定上有所突破。值得关注的是，“只有耗材标准化，自动化系统才能真正运转起来”。
实验室自动化作为一个热门赛道，有数据显示，2023年的市场规模达到了72亿美元，上海汇像信息技术有限公司（以下简称“汇像科技”）也于去年获得了超亿元B轮融资。近期，汇像科技在上海交通大学举办了“机器人+”智慧实验室自动化创新论坛，活动现场，汇像科技隆重推出了其“机器人+”产品，并重磅发布了专为实验室场景打造的“智灵者”智慧机器人Helen X系列。这一新产品的推出立即引发了现场观众的广泛关注与好奇， “机器人+” 是什么？它有哪些应用？它对于智慧实验室的建设又有什么帮助？为了帮助大家更好的了解，仪器信息网特别采访了汇像科技CTO舒亚锋。[align=center][img=,277,400]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/99eb8002-1735-4428-8fe9-36e46e04b468.jpg[/img][/align][align=center]汇像科技CTO舒亚锋[/align]舒亚锋，上海交通大学机械工程及自动化本科，瑞士苏黎世联邦理工大学机器人及控制系统硕士，曾任职于瑞士F&P robotics AG 个人通用机器人公司，担任研发主管，在瑞士苏黎世参与P-rob系列智能协作机器人研发。主导开发的P-rob系列协作机器人被“高工机器人”评选为2015年全球十大协作机器人之一。2020年加入上海汇像信息有限公司，担任CTO。主导参与了国内多个大型自动化实验室的设计与研发。主导完成了mRNA疫苗筛选平台，NGS 测席平台，化合物筛选平台，细胞株筛选平台，Elisa工作站等多个实验室自动化系统交付。[color=#0070c0][b]“机器人+”：机器人是载体，“+”才是关键[/b][/color]工业自动化与实验室自动化背后的逻辑不同，在工业领域，大家更关注如点焊、打螺丝等动作的执行，但在实验室领域，转移样本、耗材等动作执行完成后，仪器跑出的数据更为重要，舒亚锋解释道：“比如，无论是做核酸检测、医院检查，还是三方质检，最重要的都是检测报告。”“机器人+”就是以机器人为载体，通过机器人与其他仪器设备、AI平台或者其他辅助产品进行交互，完成实验数据的收集、处理工作，并根据数据结果优化实验流程等以辅助科研人员提高实验效率。[align=center][img=,700,298]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/86966e91-29af-4b29-b05b-97d4adc9db64.jpg[/img][/align][align=center]汇像科技“智灵者”智慧机器人Helen X系列[/align]为了更好地理解“机器人+”的含义，舒亚锋举了一个例子：“常见的检验检测仪器设备虽然有固定化的工作流程，但不够智能。为了更好地、自动化地判断流程、优化流程、根据不同的实验结果选择流程，就需要“机器人+”将这些仪器设备串联在一起，例如，在药物发现实验中，机器人通过与AI平台的结合，可以自行构建靶点、发现靶点、构建实验，再根据实验结果，进行自我学习、自我迭代，最终形成“Design-Build-Text-Learn”的闭环过程。”[color=#0070c0][b]研发过程三阶段，攻坚重点各不同[/b][/color]对于“机器人＋”来说，由于“+”的部分产品不同，所带来的效果也就不同，通过与不同类别的产品叠加，“机器人＋”的研发主要分为三个阶段：第一，与仪器设备结合，实现了实验室自动化；第二，与多台仪器设备和智慧化中控软件结合，实验室开始向智能化的方向发展；第三，与仪器设备、智慧化中控软件、AI大数据平台结合，智慧实验室由此诞生，可以进行类似靶点发现、个性化医疗、化学合成等实验。在不同的研发阶段，研发团队面临的技术挑战也有所不同。舒亚锋介绍道：“在针对实验室这样的特殊场景进行开发时，[b]首先需要攻克的是机器人本体以及与其他仪器设备交互的技术问题[/b]：第一，与工业相比，实验室空间十分狭小，耗材多种多样。机器人如何提高空间利用率和在狭小空间内的实验效率；第二，面对复杂变化的实验流程，机器人如何能更加柔性的执行实验流程、调度仪器设备；第三，机器人在与人协作的过程中如何保障实验人员的安全；第四，如何打通仪器设备的接口。到了“机器人+”[b]研发的第二个阶段，面临的主要难点是数据处理[/b]。在多台仪器设备高通量并行的情况下，如何更好的调度仪器设备以便每台仪器都被充分有效地使用；如何通过数据算法、调度算法和智能化算法等方法更好的对数据进行处理和利用；如何根据实验数据自动出具智能化检测报告；如何根据报告结果调整实验流程……都是在这一阶段需要解决的问题。在“机器人+”研发的第三个阶段，通过和AI大数据平台的结合，“机器人+”如何能根据预测结果，自动化优化、生成实验步骤，形成“Design-Build-Text-Learn”的闭环过程，这是研发团队在这个阶段需要思考的问题。”[color=#0070c0][b]产品落地两大难题：仪器接口不开放、标准化平台构建周期长[/b][/color]目前，“机器人+”已经应用到了很多的场景，舒亚锋介绍说：“‘机器人+’赋能仪器设备厂商，共同建设实验工作站；赋能三方平台，一起构建实验室自动化生态圈，最终使整个行业达到共赢。在去年，已经有很多大型的数字化实验室落地案例，例如河南国网的全自动油气水智慧实验室（省重点实验室）、英矽智能苏州智能机器人实验室Life Star1（全球首个由人工智能辅助决策的智能机器人实验室，可实现干湿实验闭环全面提高药物研发效率）等，‘机器人+’只是在一个个的具体应用案例中提炼出来的产物，一个产品化的形态而已。”在谈及项目落地过程中遇到的最大阻碍时，舒亚锋认为主要有两点：[b]仪器设备的接口不开放、标准化平台系统构建周期长[/b]。就科学仪器领域而言，同一个品牌下，不同仪器种类的接口各有不同；即使是同一种仪器类型，厂商不同接口也不同。为了让“机器人+”更好的落地，汇像科技的研发团队花费了大量的精力用于打通接口、兼容多个品牌，使之在同一个架构下达到标准化。“现如今，汇像科技已经与赛默飞、丹纳赫、安捷伦、哈美顿、MD、PE等诸多主流仪器设备厂商均有合作，共整合了300余种不同型号的仪器设备。除国外品牌外，与国产厂商的合作也在陆续洽谈中。”舒亚锋说。[color=#0070c0][b]国内外差距：重点在底层仪器设备[/b][/color][b]舒亚锋认为实验室自动化是一个必然趋势[/b]，它所带来的好处不仅仅是节省多少人力，[b]更多的是去除人工误差、全流程的记录实验数据和实验结果[/b]。对实验数据的智能化判断、预测、学习等可大大提高有效实验的数量，从而加速整个研发过程。虽然当前只有部分细分领域真正实现了实验室自动化项目的落地，但每个领域都具备实现实验室自动化的潜力。从市场来看，舒亚锋指出这是一个快速增长的市场，对于国内市场来说尤其如此。三年的疫情加快了实验室自动化的发展，2022年实验室自动化市场规模为69亿美元，预计2024年可以达到76亿美元。有数据显示，当前市场上主流厂商市场份额之和为51%，仍有49%的市场份额有待抢占。技术层面，不论是自动化技术，还是AI技术，都在逐步趋向成熟，最终呈现的效果也将更加智能化、智慧化。关于国内外在自动化领域的差距，舒亚锋认为：“无论是智能化领域还是实验室自动化领域，国内外之间并没有多大差距，例如，国外有Chat GPT，国内有文心一言；近年落地的英矽智能苏州智能机器人实验室项目对于国外来说也是一个很少见的大型项目，所以我们之间的差距并没有很大，甚至在很多创新点上领先国外。但底层国产高端仪器设备的差距还很大，甚至比芯片领域还要落后。因此，汇像科技希望能够通过实验室自动化技术帮助国产仪器设备实现弯道超车，同用户、仪器厂商、AI平台算法商一起构建生态、推动产业发展。”[align=center][img=,500,282]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/86ded559-1324-4b1f-8c61-c7e35914be6d.jpg[/img][/align][align=center]汇像科技AI机器人科学家在智慧实验室作业[/align][color=#0070c0]关于汇像科技（X-imaging）：[/color]汇像科技（X-imaging）是专注于微生物学，生命科学，应用化学等科学领域的人工智能技术公司，是国内最大和最专业的实验室自动化智能化提供商之一，同时也是最早将AI科学家，机器人科学家从概念转为可落地产品的企业之一。作为人工智能领域的专精特新企业，高新技术企业，以及中国生物设施与生物资源标准化委员会成员单位，汇像参与了多项国家与行业标准的制订，同时与上海交通大学等多所高校建立有联合实验室，与祥耀生物等多家企业建立有企业联合创新中心，与江苏如皋，苏州汾湖，太仓等多家地方政府成立有示范应用平台。汇像在内部建立有AI与数字产品研发中心，自动化产品研发中心，应用产品研发中心以及解决方案与客户成功中心，分别从技术，产品，方案及客户成功等方面为合作客户提供全方位服务。汇像，汇聚智慧，超越想像。我们用AI成就科学之美，立志让世界每一个人都享受健康安全品质生活。[来源：仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]
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