实验室自动化

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

狭义的实验室自动化指通过实验获取数据、数据处理和获得实验结果这一过程的自动化；广义的理解包括科学实验、仿真、图像处理、计算机辅助设计、自动测量、自动检查、实验设备的控制、文献专利情报的管理、各种数据库、自动翻译、专家系统等。实验室自动化系统是充分运用实验室技术资源、信息资源和人的智力资源的科学研究支持系统。

发展背景

随着社会、经济不断发展,我国的医疗体制面临重大挑战.这些挑战在临床实验室工作中体现在两方面:一方面医疗支出不断上升,要求临床实验室持续地降低成本;另一方面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.这些原因使实验室工作负荷持续加大,临床实验室面临更大的挑战.实验室自动化系统(laboratory automation system,LAS)为化解临床实验室所面临的问题提供了很好的契机.

含义

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。实验室自动化的初级阶段主要是实验数据的自动测量。现代实验室自动化已涉及研究计划的制定、研究调查、实验设备的设计和试制、实验样品的准备、实验数据的搜集整理、研究成果的发表与普及、数据库的建造等各项研究分析活动。因此，实验室自动化已有狭义和广义两种含义。狭义的实验室自动化是指通过实验获取数据、数据处理和获得实验结果这一过程的自动化；广义的理解则包括科学实验、仿真、图像处理、计算机辅助设计、自动测量、自动检查、实验设备的控制、文献专利情报的管理、各种数据库、自动翻译、专家系统等。实验室自动化系统是充分运用实验室技术资源、信息资源和人的智力资源的科学研究支持系统。

构成要素

实验室自动化系统主要包括实验设备、计算机和科技人员三个要素，分别完成实验对象的测量与控制、数据的搜集和判断、对实验进行解释和判断等任务（见图）。一般的实验室自动化系统由专用电子计算机、接口和测量用局部网络等硬件以及相应的软件组成。高级的实验室自动化系统采用专家系统，具有某些推理功能，成为人的智能创造活动的助手。

主要功能

实验室自动化主要用于小型实验设备的测量自动化、大规模实验室设施的自动化、工业质量管理的分析与试验以及生物医学等领域。80年代以来，实验室自动化又与办公自动化、计算机辅助设计、计算机辅助制造等结合起来，成为工厂自动化的组成部分。

系统分级

实验室自动化系统（Laboratory Automation Systems，LAS）无疑是部分医学检验实验室发展的目标。其重要一步就是将分析前、后的一系列步骤自动化，比如：标识，分装，去盖，离心，分类，装载，加盖，储存等。自动化系统一般都由以下几部分组成：样品原始管入口区、自动识别样品原始管条码站、自动离心机、自动去盖器、自动样品水平面探测仪、自动分装样本装置、自动分类装置、传输系统和样品储存区。

理想的LAS应该具有以下特点：①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；②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；③灵活性：整个系统可以根据场地要求，进行多种摆放方式；④智能性：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；⑤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；⑥完备性：具有冷藏储存后处理自动化的系统。但要满足以上全部条件还相当困难。

根据自动化的规模及程度，LAS可分为以下类别：

1．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。

2．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。

3．灵活性实验室自动化（Task Targeted Automation，TTA或Flexible Laboratory Automation，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。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。

4．血清工作站自动化（Serum Working-Station Automation，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。

5．全实验室自动化（Total Laboratory Automation，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，以实验室工作的自动化、标准化、系统化、一体化和网络化为特点。以流水线式处理标本的方式，更方便于统一、系统化的管理。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。TLA系统适用于大型的临床检验实验室，覆盖整个实验室内绝大多数标本。但成本昂贵，占地空间大。

流水线

实验室自动化流水线：为了实现临床实验室内某一个或几个检测系统如临床化学、免疫学、血液学等检验的检测系统系统化整合，而将相同或不相同的分析仪器与实验室分析前和分析后的分析系统，通过自动化流水线和信息网络进行连接的过程，构成全自动化的流水线作业环境，覆盖整个检验过程，形成大规模的全检验过程的自动化。

实验室自动化流程：将众多模块分析系统整合成一个实现对标本处理、传送、分析、数据处理和分析过程的全自动化。标本在实验室自动化流水线可完成临床化学、免疫学、血液学等亚专业的任一项目检测。全实验室自动化包括：自动化标本处理、标本自动传送和分选至相应的分析工作站、自动分析、利用规范的操作系统软件对分析结果进行审核、储存已分析的标本并能随时对储存标本重新进行测试。

系统评估

实验室自动化的实施可以给我们的工作带来质的飞跃。

1．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。

2．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。

3．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。

选择策略

一个理想的LAS应由实验室的工作人员结合实际工作流程进行设计，既能满足工作需要，又不在短期内过度增加实验室的运营成本。LAS的建设是一项综合性的系统工程，涉及面广，以检验科为主体，涉及信息、财务、门诊及住院护理、样品配送等多部门的综合配套改造。医院应根据自身的基本情况和检验科的业务发展，结合投入经费、医院规模、检验标本量、检验项目种类、医院及科室工作流程、场地等具体情况进行总体规划，再分阶段逐步落实建设，还要注意系统的兼容与扩展，最终实现大规模的实验室自动化。分阶段实施有利于降低投资风险，并可在建设和发展过程中充分发现缺点和不足之处，从而在后阶段通过调整补充得以修改和完善。逐步实现实验室自动化的过程不仅仅是设备的投入和更新，更重要的是工作流程和管理模式的改变以及对LIS的改造。在LAS建设之前应该考虑：①构建样品前处理模式，改造实验室信息系统，应用条形码技术，为适应TLA信息流控制规则奠定基础。②充分挖掘自动分析仪的双向通信功能，实现分析仪与LIS的双向对话。③调整部分工作流程及管理层次，如将免疫室的自动化检测部分并入生化室，便于日后自动化系统上的操作与质量管理。

在LAS安装后，还必须对其不断地进行考量评估，不断优化实验流程，修葺目前不足的方面，是一个不断完善的过程。我科自安装灵活性自动化系统后，也经历了一个不断改进的过程，至今尚在继续。如：①在使用初期，发觉TAT并未明显缩短，经分析，是由于原专业组标本分类很清楚，人员分工也很细，因此许多免疫标本以及微生物专业的血清标本还是人工在分类，并未自动化处理；②由于原人工观察血清外观已不能实施，必须开通仪器的血清指数测定；③各自动化分析仪与LIS的双向通讯必须开通，并对原LIS作进一步的改进；④由于部分工作人员担心岗位的变动，故在实验室整合过程中要做必要的思想工作。

社会影响

2024年11月21日，第五届中关村“医工谷”创新创业高峰论坛在京举办，发布“2024医工交叉十大科技创新热点方向”，其中包括自动化实验室等领域。

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