医学检验实验室自动化技术原理及应用

洪凌云

【中图分类号】R446【文献标识码】A【文章编号】1007-8231（2016）16-0242-03

编者按：引入实验室自动化流水线，可以优化实验室工作流程，大大提升实验室工作效率，缩短样本周转时间(TAT)；可以减少流程环节，减少人为干预，最大化地降低人为误差；可以有效地管理人力资源，重新合理分配劳动力，有效提升人员知识架构和整体水平；可以节省成本，为不断发展的实验室提供坚实的基础，以最少的投入获取最大的收益，迎接实验室发展的挑战。

1.实验室自动化技术原理

实验室自动化系统提供了一种创新的实验室自动化方法。这些系统由模块化组件构成，这些组件可以进行不同的配置，以创建用于样本管管理的定制开放性实验室自动化解决方案。自动化解决方案的基本构件是一个2米长的双轨道节段。

自动化解决方案系统包含一个可将样本运送到各仪器和模块的主轨，以及可进入仪器或模块接口的侧轨（每个2米传送装置节段有2个侧轨）。这种双轨设计使得系统能够控制和管理样本传送，避免单轨系统上可能出现的样本阻塞问题。

自动化系统，根据实验室需要提供相应的装置。自动化系统提供接口计算机和机械手模块的电源。实验室必须为每个分析仪提供水、电源、气和废物装置。

硬件系统简介

1、主轨2、侧轨3、仪器或模块4、多功能模块

实验室自动化系统包含以下主要硬件组件：传送装置、样本管理器、接口和工作站。

实验室自动化系统可支持多台工作站：用于样本管理器的至少1台工作站，及其他工作站的组合，其他工作站可能包括仪器、模块、样本管理器和1个SIQ（异常样本队列）接口。根据实验室需要提供各种工具装置。对于机械手和接口计算机，需提供空气和电源。

1.1传送装置包括轨道和样本管载体

1.1.1主轨由连续轨道组成，以环形逆时针方向绕着传送装置移动。侧轨将样本从主轨移到仪器或模块上进行处理，然后将样本移回到主轨上。

1.1.2样本管在轨道上运送时，将被置于一个称作载样器的单样本管运送装置中。

当信号灯塔内的彩色信号灯点亮时，表示系统或工作站需要引起注意：（颜色不同表示仪器的状态不同，如有的颜色表示传送装置正在运行、有的表示警告情况、有的表示硬件有问题、有的表示出现致命问题整个轨道离线）。

1.4样本管理器

样本管理器提供了一种自动化的方式，将各种尺寸的样本管移到轨道上或从轨道上移去。样本管理器有抽屉，每个抽屉可装几个托盘，每个托盘有条形码，样本管理器可以通过扫条码来识别托盘。当抽屉打开时，操作员可以通过样本管理器工作区定义托盘类型。

样本管理器可执行以下任务：

?将样本管从托盘移到轨道上进行处理

?处理完成后，将样本从轨道移到托盘上

?按照预先定义的配置（如冷藏或离线检测）对样本进行分类

1样本管理器机械手2样本管理器3抽屉；样本管理器可以有多个样本抽屉

可以将样本管装入输入样本托盘，这种托盘最多可装载100个样本管。从位置A1开始装入样本管，然后继续从左至右放置。同一托盘上可以装载各种类型和尺寸的样本管。

1.5离心机及去盖模块

1.5.1离心机/去盖模块是自动化系统的可选模块，它能够离心样本管，然后将样本管去盖。

1.5.2离心机/去盖模块接口模块有3个机械手：

1）机械手将样本在轨道上的离心机接口和管架之间移动样本管，并将不带盖的样本管从离心机/去盖模块传送到轨道上的离心机接口。

2）管架抓手机械手将管架移入移出离心机。

3）样本管抓手机械手将离心过的样本管从管架移到去盖模块和离心机传送装置。

这个过程中样本的身份靠扫描样本管上的条形码来识别，所以模块与模块之间都有一个装有条码扫描仪的GATE口来扫描条形码。

1.6工作站

实验室自动化系统包括2种类型的工作站：机械手工作站和非机械手工作站。

1.6.1机械手工作站与不能直接从仪器模块接口吸取的仪器或模块连接。血液自动化系统就是这种类型的工作站。

1.6.2非机械手工作站仪器或模块与传送装置之间的接口：仪器可直接吸取接口中的样本。ADVIA生化工作站就是这种类型的工作站。

1.7分杯器及盖帽模块

1.7.1实验室自动化系统的分杯器模块是在当同一个病人的标本需要在自动化系统以外的仪器上再做实验时使用的。

1.7.2实验室自动化系统的分杯器可以将原样本管中的样本吸出并放入新的样本杯中，自动打印出相应的条码贴在新的样本杯上，盖帽器将此样本盖帽后输出。

1.8空压机组件

一、空压机是独立于自动化系统模块之外的一个必不可少的组件，因为去盖器和轨道上的很多动作都是靠气动元件来完成的。空压机产生的空气经过过滤器到储气罐再到自动化轨道的进气口。

2.软件概述

实验室自动化系统软件包括与操作员互动软件、计算机接口软件、数据库管理软件。

2.1与操作员互动软件

是与操作员的主要互动点。您可以使用此软件监视工作站状态和确定样本位置。

2.2计算机接口软件

控制样本分配器(PLC)和仪器模块接口，并确定轨道上样本管的传送路线。您可以使用此软件访问有关接口的信息。

2.3数据库管理软件

是实验室自动化系统的数据管理组件。该软件是自动化系统、实验室信息系统(LIS)和仪器之间的通信连接。

仪器向数据库管理软件系统查询工作单。然后将检测结果和质控数据发送到数据库管理软件。自动化系统不对病人检测结果进行处理。

3.实验室自动化技术的通讯原理

各科室医生在开立检验项目申请单时将病人信息录入LIS系统中，此时系统会生成唯一性条码，此条码一旦生成不可更改，抽血护士在抽完血后将此条码打印出来并贴在该样本的试管上，标本收集处在收集标本时会扫描该条码再次核对信息。LIS系统会将病人信息传给centralink（运行该软件的是一台服务器电脑），CentraLink将此信息再传给linemaster软件，linemaster软件根据centrallink发来的任务单以及仪器的试剂定标等情况来分配何种项目给哪台机器来做。在此期间router会根据CentraLink和linemaste的综合情况来适时的控制相应的接口开启或关闭。单机完成分析后，结果会通过TERMINALSERVER交换机传递给CentraLink，经过自动审核，上传LIS。如下图所示

实验室自动化系统内部数据通讯原理示意图

4.实验室自动化系统工作原理

首先按照程序开启轨道系统、单机、以及各软件电脑和各模块，运行轨道，然后做各单机的质控，质控通过后将各工作站上线。把样本管放入样本盘，在LIS中扫描样本条码创建样本工作单，将其传送到服务器电脑中，然后下载到LAS。实验室技术员把扫描后的样本连续不间断的放入样本盘，应注意样本管需垂直放入样本盘，不要使其倾斜。随后，将托盘放到样本管理器中。样本管理器检测到样本管后，样本管理器机械手会把样本管从装样盘抓入轨道，ROUTER电脑会针对工作站确定和安排传送路线，样本管按适当的路线循环到特定的仪器的侧轨道上的仪器接口，仪器吸取样本后，样本移到侧轨。随后移动的侧轨会将样本传送至主轨。样本传送至主轨，并根据来自Router软件的信息传送至其他仪器或工作站，最后回到样本管理器相应的卸载盘上。单机完成分析后后，将样本检测结果从仪器发送至ADVIACentraLink软件，并从CentraLink软件发送至LIS。当样本管理器卸载盘已满时，操作员将移出已满的托盘，并用空托盘替换它。操作员将空托盘插入到打开的抽屉中，并关上抽屉。操作员将已满的托盘放到指定的冷藏区内。

5.实验室自动化技术应用

实验室自动化技术将不同种类的模块连接起来后，能够连续、快速、高效、智能地完成各种实验项目，实现了生化、免疫、血常规、尿常规等的完美结合。下面举例说明。

5.1各模块的完美结合

实验室自动化系统将各模块有机、智能的结合在一起

5.2结合后的优势

尽可能的减少瓶颈环节，一次性最大上样量，确保高峰期的进样量。在最短的时间内完成检测，满足医院两个小时出报告的需求。选择最快速的离心模块，尽可能的降低瓶颈效应。开盖时确保生物安全，尽量选择废物桶不暴露空气中。70%～80%生化、免疫工作量直接流水线上完成。非生化、免疫的检测项目，原始样本管优先选择，避免出错率，同时节省成本。高速轨道和检测平台，提高原始管周转率，尽量减少分杯，降低瓶颈效应。

6.总结

本文基于目前应用较为广泛的实验室自动化技术的原理和应用进行述评，期望有助于读者对实验室自动化流水线技术有总体的认识和了解。展望未来，更加节省、快速、高端、智能、低故障率的实验室自动化技术必然会进一步扩大其应用的范围和深度，随着中国医疗市场的快速扩大，和中国医药卫生体制的改革，实验室自动化技术将会更加有效地服务于临床，临床应用是检验实验室自动化技术的唯一标准，实验室自动化技术的显著临床意义将会得到进一步验证。