临床诊断实验室自动化系统

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

1. 临床常见细菌的鉴定：2009年Seng等用1660株细菌对MALDI-TOF MS常规鉴定细菌进行前瞻性研究，结果显示MALDI-TOF MS是一种经济、快速、准确的常规细菌鉴定方法，未来有可能取代传统的革兰染色和生化方法。此后，MALDI-TOF MS在临床应用迅速增加。在Medline数据库用“MALDI tof bacteria identification”作为MeSH检索词，从2009至2013年1月发表相关文章467篇，其中2011至2013年发表323篇。由此可见MALDI-TOF MS近几年在临床微生物检验中备受关注。　　另外，MALDI-TOF MS对弯曲菌、螺杆菌、军团菌等苛氧菌、少见菌等的鉴定，解决了微生物实验室对这类病原菌的鉴定、临床对其感染的诊断和治疗、流行病学资料缺失等的瓶颈问题。　　2. 样本直接检测：应用MALDI-TOF MS直接鉴定阳性血培养标本中的细菌和真菌可以极大地提高检测速度。大量的研究尝试用不同的方法来处理血标本，由于血培养基各异、数据库和分析软件等差异都对样本前处理的方法标准化造成了一定的困难。布鲁克公司研发了血培养标本的前处理试剂盒，用于阳性血培养标本直接质谱鉴定的前处理。研究显示革兰阴性菌的准确率优于革兰阳性菌，而对厌氧菌、α-溶血性链球菌和多个细菌混合样本的鉴定存在困难。新的富集技术的应用（比如附加特异性抗体亲和特定蛋白）以及相应分析软件的改进，将使MALDI-TOF MS直接用于血液病原菌的检验成为可能，即MALDI-TOF MS作为一种快速、使用简便，低成本消耗的检测技术，有望取代传统血培养检测技术，为血培养中病原菌的快速诊断提供有力支持。此外，临床的尿液和脑脊液标本也可以经一定处理后，用质谱技术进行蛋白谱的分析用于疾病的辅助诊断。　　3. 真菌鉴定：有学者应用MALDI-TOF MS对327株菌（其中19株为酵母菌）在种的水平上鉴定正确率为61株为酵母菌）的鉴定正确率为92%。　　4. 非结核分枝杆菌鉴定：国外学者对107株分枝杆菌临床分离株（包括结核分枝杆菌复合体），利用声波降解的热失活方法和利用玻璃珠进行细胞裂解的方法进行失活和提取，再利用MALDI-TOF MS方法进行鉴定，发现两种方法在种/属水平上成功鉴定率分别为82.2%和88.8%。周昭彦等采用MALDI-TOF MS对83株非结核分枝杆菌（临床分离非结核分枝杆菌15株和医院供水系统环境分离非结核分枝杆菌68株）进行快速鉴定方法及其可行性、准确性和重复性进行研究，并得出结论认为MALDI-TOF MS可快速准确地鉴定临床和环境分离的非结核分枝杆菌，在临床实验室常规鉴定方面有着较好的应用前景。　　5. 质谱技术检测病原菌耐药性：除快速鉴定外，质谱技术也被尝试用于检测一些临床常见的耐药基因，例如耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌、万古霉素耐药的肠球菌等的识别，鲍曼不动杆菌相关的耐药机制与产生条件等，为控制耐药菌株播散流行及治疗提供新的策略。　　质谱技术为临床微生物实验室提供了快速而准确鉴定细菌、分枝杆菌、真菌等的方法，其中临床标本的直接鉴定成为未来研究的方向。将MALDI-TOF MS与全自动药敏检测仪相连，整合到实验室自动化流水线后，可以提高检测速度，缩短患者住院时间，提高疗效，降低医院和患者的经济负担。另外MALDI-TOF MS与其他分子生物学检测技术联合，可以对临床产酶菌株的检测方法、基因分型及测序、蛋白质组学方面开展更加深入的研究。MALDI-TOF MS有望成为临床实验室微生物鉴定分型等领域发展的重要方向。

近日，由中科院自动化研究所田捷研究员团队自主研制的乳腺癌早期临床检测设备——分子影像手术导航系统，在汕头大学医学院附属肿瘤医院得到临床应用，受到了院方领导、外科医生积极肯定的评价。 在医学临床领域，如何早期发现肿瘤组织及如何在手术过程中实现肿瘤的精确定位一直是国际上的挑战问题。在2009年世界分子影像大会（WMIC）上，2008年度诺贝尔化学奖获得者钱永健先生报告了如何用荧光显微镜成像引导切除荧光标记的小鼠肿瘤组织，开启了光学分子影像技术在手术导航领域的先河。目前，欧洲科学家已经研发出手术导航的原型系统，并成功应用到人体卵巢癌的临床手术中。 田捷研究员及其团队瞄准国际最新进展，基于多年来在分子影像领域所积累的经验，研发出针对人体乳腺癌的分子影像手术导航系统，并与汕头大学医学院附属肿瘤医院紧密合作，成功地将该系统应用于人体乳腺癌的早期临床诊断和精确手术治疗上。作为目前国内具有自主知识产权的首例应用于人体乳腺癌的分子影像手术导航设备，该成果不仅打破了国外公司在高档医疗设备上的技术垄断，同时也拓展了光学分子影像研究与应用的范围，对于我国医疗技术的发展具有深远的意义。 迄今为止，医疗手术操作主要依靠眼睛查看，而深入体内的观察非常有限。即使利用先进技术，外科大夫也只能看到组织表层，隐藏在内部的小肿瘤基本查看不到，限制了医疗早期干预的可能性，也导致一定的诊断错误率。伴随手术过程的荧光分子成像技术则带来了革命性的变化，课题组研究的成果跨领域地将外科手术与光学技术连为一体，为癌症患者早期发现病变并进行精确切除提供了一种新的技术手段。http://www.cas.cn/ky/kyjz/201205/W020120515439501682169.jpg自动化所自主研发的分子影像设备实现临床应用http://www.cas.cn/ky/kyjz/201205/W020120515439501695967.jpg相机拍摄图片以及叠加后的效果图