作者：白露 郝曉柯

單位：空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院檢驗(yàn)科臨床實(shí)驗(yàn)室診斷結(jié)果將直接輔助臨床大夫制定相應(yīng)的診斷和治療方法，隨著檢測(cè)項(xiàng)目的增加，檢測(cè)繪的逐年增多，技術(shù)人員相對(duì)短缺是臨床檢驗(yàn)科室面臨的一起問(wèn)題?；谝陨?span style="color: green;">需要，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化流水線廣泛應(yīng)用于生化，血球和免疫行業(yè)。微生物檢測(cè)因?yàn)?/span>樣本類型多樣，檢測(cè)項(xiàng)目因樣本類型而異，且采集容器沒(méi)法統(tǒng)一，曾經(jīng)被認(rèn)為沒(méi)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。此刻，自動(dòng)化血培養(yǎng)、質(zhì)譜鑒定和自動(dòng)化藥敏已在臨床微生物科室普及。但在新冠疫情的影響下，微生物實(shí)驗(yàn)室呼氣道樣本急劇增多，人手短缺，海量重復(fù)繁重的手工操作，有限的預(yù)算及實(shí)驗(yàn)室空間等瓶頸依然存在，限制臨床微生物檢驗(yàn)的發(fā)展。全自動(dòng)微生物流水線的實(shí)現(xiàn)可順利處理以上問(wèn)題，相對(duì)傳統(tǒng)手工操作，自動(dòng)化流水線需要更少的實(shí)驗(yàn)室操作人員，卻能供給更有效、更準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，明顯縮短TAT，改善實(shí)驗(yàn)室工作流程。但做為微生物流水線的先行者，一樣面臨巨大的挑戰(zhàn)和改變【1】。此刻市場(chǎng)占主流的兩大品牌分別是美國(guó)BD Kiestra TLA 和意大利COPAN WASPLab，她們分別推出了全自動(dòng)微生物流水線的區(qū)別模塊化制品，且在硬件和軟件上進(jìn)行持續(xù)的更新升級(jí)【2-4】；現(xiàn)周期國(guó)內(nèi)如朗邁生物，安圖生物及百博生物等廠家亦起始進(jìn)入微生物樣本前處理行業(yè)。本文重點(diǎn)總結(jié)全自動(dòng)微生物流水線在臨床的應(yīng)用發(fā)展，比較KiestraTLA和WASPLab在制品參數(shù)、實(shí)驗(yàn)室流程改善、數(shù)字化閱板、LIS連接幾個(gè)方面的重點(diǎn)差異，期待能為正在或計(jì)劃實(shí)施全自動(dòng)微生物處理方法的同行供給參考。

1、全自動(dòng)微生物流水線的制品參數(shù)

BD Kiestra TLA由平板儲(chǔ)存與分選模塊（SorterA），條碼打印模塊（BarcodA），接種劃線（全自動(dòng)/半自動(dòng)）模塊（InoqulA），智能孵箱模塊(ReadA Compact)和在線工作臺(tái)(ErgonomicA)等幾個(gè)模塊構(gòu)成，區(qū)別模塊之間經(jīng)過(guò)雙向的ProceedA軌道進(jìn)行連接，可實(shí)現(xiàn)從掃碼接收到調(diào)取平板到工作臺(tái)的閉環(huán)操作流程，BD Kiestra WCA與TLA的重點(diǎn)區(qū)別在于單向軌道和離線工作臺(tái)，針對(duì)中等樣本量及場(chǎng)地有限的微生物實(shí)驗(yàn)室將是性價(jià)比較高的配置選取。Copan WASPLab系統(tǒng)類似于BD Kiestra WCA，由前處理系統(tǒng)（WASP），并由單向的軌道連接前處理、智能孵育系統(tǒng)，且由自由移動(dòng)的工作臺(tái)模塊構(gòu)成【2, 5】。后續(xù)的閱板及ID/AST在工作臺(tái)上進(jìn)行操作，離線工作臺(tái)在與COPAN WASPLab聯(lián)機(jī)后可運(yùn)用區(qū)別工作地點(diǎn)更靈活多樣的辦公閱板工作模式【5-9】。

1. 前處理模塊：BD Kiestra TLA可供給全自動(dòng)（FA）和半自動(dòng)（SA）兩種模式，F(xiàn)A模式重點(diǎn)應(yīng)用于臨床液體樣本，如血液，腦脊液，胸腹水和尿液。SA模式重點(diǎn)應(yīng)用于非液體標(biāo)本，如痰液，大便，分泌物等。SA接種模塊配備有2級(jí)生物安全柜，HEPA過(guò)濾系統(tǒng)最大限度守護(hù)操作人員的安全，尤其是針對(duì)國(guó)內(nèi)樣本量明顯的呼氣道樣本，Kiestra的SA接種模塊可有效的完成樣本的接種及劃線。WASP可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中添加樣本中，上樣更加快捷便利，配備的離心系統(tǒng)更能滿足樣本前處理的需求。WASP的接種環(huán)有1/10/30ul/雙頭雙環(huán)/涂布環(huán)，可按照設(shè)定接種方法，自動(dòng)換環(huán)無(wú)需手動(dòng)切換，并可按照客戶實(shí)驗(yàn)接種量的需要多次取樣，倍比增多樣本量。InoqulA FA模式最低接種為10ul，采用移液槍定量吸取，接種量可按照實(shí)質(zhì)需要進(jìn)行自定義設(shè)置；SA模式可人為調(diào)節(jié)接種量，需人工點(diǎn)樣完成。InoqulA可滿足5塊區(qū)別平板同期按區(qū)別方式劃線，采用專利的磁珠劃線技術(shù)，15種預(yù)設(shè)劃線模式可供用戶選取。全部過(guò)程閉蓋完成，避免氣溶膠及交叉污染，需要另一配備磁珠及專用的接種槍頭。WASP劃線需依次完成，接種環(huán)為單環(huán)雙頭，配高溫滅菌爐及接種環(huán)清洗液，可進(jìn)行40000次循環(huán)運(yùn)用，全過(guò)程在密閉的接種模塊中完成。劃線模式的選取可按照區(qū)別標(biāo)本類型選取適宜的劃線模式，并可按照客戶劃線需求定制，也可運(yùn)用分板培養(yǎng)基，進(jìn)行一板兩種培養(yǎng)基的雙線劃板模式。Kiestra和WASP都采用了HEPA系統(tǒng)，全程保證實(shí)驗(yàn)室生物安全管理，避免氣溶膠危害【4-8】。其中，COAN WASP系統(tǒng)中的可添加肉湯培養(yǎng)基接種模塊、KB藥敏制備模塊是區(qū)別于kiestra的模塊，針對(duì)KB藥敏工作量大的實(shí)驗(yàn)室將是較好選取，Cepheid Xpert自動(dòng)加樣模塊及蜂鳥(niǎo)系統(tǒng)（Colibri?）模塊【5-6】，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜靶點(diǎn)自動(dòng)挑取點(diǎn)樣及MIC藥敏的前處理自動(dòng)化，可兼容于：Bruker MALDI Biotyper，bioMérieuxVitek MS，Beckman Coulter，MicroScan Walk Away-96，MicroScan Walk Away-40，bioMérieuxVitek 2 X，bioMérieux，Vitek 2 60等儀器，見(jiàn)圖1。另可選配人工劃線平板入孵箱疊加模塊（Plate Loading Carrousel），涂片制備模塊 （Gram Slide Prep Module），及協(xié)作式設(shè)備人接種系統(tǒng)（Collaborative robot），類似于BD Kiestra半自動(dòng)（SA）模式，但由協(xié)作設(shè)備人操作無(wú)需人工干涉。BD InoqulA FA系統(tǒng)可添加涂片制備模塊，肉湯培養(yǎng)基接種模塊，另也可匹配鑒定模塊（可實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜靶板制備）及藥敏制備模塊。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.智能孵箱模塊：接種后的平板經(jīng)過(guò)軌道傳送到孵箱進(jìn)行孵育，并按預(yù)設(shè)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拍照，全部過(guò)程經(jīng)過(guò)平板的條碼進(jìn)行跟蹤和記錄。ReadA是采用固定的培養(yǎng)箱卡位，單個(gè)孵箱可安置1152塊平板，可設(shè)置普通培養(yǎng)和CO25%培養(yǎng)要求。WASP采用移動(dòng)式的培養(yǎng)倉(cāng)位，單個(gè)孵箱可安置795塊平板，另可應(yīng)用，單門雙孵箱系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1590塊平板的安置，以滿足空間有限的實(shí)驗(yàn)室，最大平板量安置的需求。和普通培養(yǎng)箱最大的區(qū)別在于，智能孵育箱配備了平板拍照系統(tǒng)，可根據(jù)用戶自定義的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行多次拍照，可記錄平板上菌株的全部生長(zhǎng)過(guò)程。按照光源和拍照模式的區(qū)別，可分別設(shè)置拍攝明顯菌落和明顯溶菌環(huán)的照片。智能孵箱的另一大優(yōu)點(diǎn)是均一穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境可明顯縮短培養(yǎng)時(shí)間，有效縮短TAT。ReadA采用獨(dú)立的三層軌道分別進(jìn)行平板的輸入，輸出和拍照，整體運(yùn)行速度重點(diǎn)受限于機(jī)械抓手的運(yùn)行效率。WASPLab擁有兩個(gè)機(jī)械臂和一條輸入軌道（亦可選配多條軌道），整體運(yùn)行速度重點(diǎn)受限于軌道的運(yùn)輸?shù)却?-9】。參數(shù)比較見(jiàn)表2。

3. 平板影像判讀模塊：平板影像系統(tǒng)與傳統(tǒng)判讀最大的區(qū)別在于能夠設(shè)定區(qū)別的精確的孵育時(shí)間，并進(jìn)行拍照影像保留，可時(shí)時(shí)觀察菌落的生長(zhǎng)狀況；平板也不需要反復(fù)從孵箱拿進(jìn)拿出，經(jīng)過(guò)閱板工作站的系統(tǒng)軟件，可將生長(zhǎng)平板的高清照片表示在屏幕上供實(shí)驗(yàn)人員判讀。針對(duì)陽(yáng)性菌落可直接在照片上進(jìn)行標(biāo)記后續(xù)ID/AST，分純，其他實(shí)驗(yàn)等操作。針對(duì)陰性平板，在培養(yǎng)程序結(jié)束后，將被自動(dòng)移出孵箱并歸類堆疊到指定卡位。針對(duì)待查閱平板，KiestraTLA可實(shí)現(xiàn)從孵箱自動(dòng)傳送到在線工作臺(tái)。平板影像系統(tǒng)可支持區(qū)別操作人員在區(qū)別的工作場(chǎng)所對(duì)平板結(jié)果進(jìn)行判定，明顯供給人員工作效率；且能夠永久保留菌落的圖像記錄。Kiestra平板影像系統(tǒng)（軟件Synapsis）的另一大趨勢(shì)是支持陰性平板自動(dòng)批量報(bào)告，這般操作人員可把時(shí)間集中用來(lái)處理陽(yáng)性樣本，優(yōu)化工作流程的同期縮短TAT。在影像閱板的軟件應(yīng)用系統(tǒng)中，Kiestra系統(tǒng)及WASPLab系統(tǒng)可進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)、半定量、顯色培養(yǎng)基鑒定（例如：MRSA、VRE）及自動(dòng)測(cè)繪抑菌圈等功能亦將極重加強(qiáng)閱板效率。新研發(fā)的Machine learning algorithms技術(shù)已開(kāi)發(fā)專用軟件可識(shí)別血液和尿液標(biāo)本培養(yǎng)出的大腸埃希菌的菌落形態(tài)但該檢測(cè)技術(shù)待更大樣本的臨床驗(yàn)證及應(yīng)用評(píng)定【5,8-12】。平板影像系統(tǒng)的另一種應(yīng)用，是進(jìn)行血培養(yǎng)陽(yáng)性標(biāo)本轉(zhuǎn)種后的自動(dòng)直接篩查。傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，一般最少16-24小時(shí)的孵育時(shí)間。結(jié)合流水線的數(shù)字成像能力及精確的孵育時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)90%血液培養(yǎng)陽(yáng)性標(biāo)本在5小時(shí)內(nèi)測(cè)試。這般敗興，針對(duì)腦脊液及血液樣本能且最大提醒操作人員進(jìn)行后續(xù)ID/AST，縮短TAT【13】。這在兩個(gè)廠家的系統(tǒng)上都有較好的表現(xiàn)。

2、全自動(dòng)微生物流水線實(shí)驗(yàn)室流程

1. Kiestra TLA實(shí)驗(yàn)流程：

（1）SorterA，平板儲(chǔ)存與分選；

（2）BarcodA，條碼打印與平板粘貼條碼；

（3）InoqulA,平板接種與劃線；

（4）ProceedA輸入/輸出軌道；

（5）普通培養(yǎng)孵箱；CO2培養(yǎng)孵箱；

（6）在線閱板工作臺(tái)。見(jiàn)圖3。

2. WASPLab實(shí)驗(yàn)流程：

（1）WASP前處理模塊；

（2）輸入/輸出軌道；

（3）普通培養(yǎng)孵箱；CO2培養(yǎng)孵箱；

（4）輸出堆疊機(jī)；

（5）離線閱板工作臺(tái)。見(jiàn)圖4。

3、全自動(dòng)微生物流水線的實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)管理

全自動(dòng)微生物流水線的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)與實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)（LIS系統(tǒng)）的整合，與實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的有效交互亦是一個(gè)持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，由于系統(tǒng)軟件、中間軟件和實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的升級(jí)，給實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)了新的機(jī)遇。但因?yàn)?/span>LIS供應(yīng)商屬于三方機(jī)構(gòu)，LIS系統(tǒng)的兼容性及功能研發(fā)參差不齊，且與LIS系統(tǒng)對(duì)接的巨額花費(fèi)亦是科室與廠家要面臨的問(wèn)題?，F(xiàn)周期全自動(dòng)微生物流水線與LIS的雙向通訊基本都是經(jīng)過(guò)中間體軟件完成的。且經(jīng)過(guò)區(qū)別的掌控模式，能夠實(shí)現(xiàn)同一個(gè)病人的信息在LIS系統(tǒng)和判讀軟件上同步表示，陰性結(jié)果可自動(dòng)審核并發(fā)送最后報(bào)告。

綜上，微生物流水線自動(dòng)化系統(tǒng)如在現(xiàn)代臨床微生物實(shí)驗(yàn)室中發(fā)揮功效，自動(dòng)化系統(tǒng)必須具備足夠的靈活性，以適應(yīng)技術(shù)人員在基于培養(yǎng)的微生物檢測(cè)中分析前、分析中和分析后各個(gè)周期高度的變化性。分析前標(biāo)本處理周期：雖現(xiàn)有COPAN Swab系列這一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)本容器類型，可保持微生物的活力，并做為類似采血管的方便運(yùn)輸模式，使微生物標(biāo)本采集的形成統(tǒng)一獨(dú)特的增長(zhǎng)模式。但與此相反，微生物實(shí)驗(yàn)室會(huì)收到的許多來(lái)自區(qū)別源自的標(biāo)本（例如，糞便、骨、組織等），由擁有各樣標(biāo)本形狀原因的區(qū)別容器（采樣杯、采用管、和拭子等）提交到實(shí)驗(yàn)室，因此呢，可能需要區(qū)別的處理方式。如可統(tǒng)一標(biāo)本容器類型且必須是螺旋蓋口，BD Kiestra TLA（FA）和COPAN WASPLab自動(dòng)化系統(tǒng)都可設(shè)計(jì)兼容匹配。如尚不可統(tǒng)一標(biāo)本容器，BD Kiestra TLA（SA）是不錯(cuò)的選取， 且針對(duì)國(guó)內(nèi)樣本量最大的呼氣道樣本，如痰液和肺泡灌洗液等，在不液化的前提下很難實(shí)現(xiàn)上自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用。半自動(dòng)接種模式能夠較好的處理呼氣道樣本這個(gè)問(wèn)題，且接種效率要優(yōu)于自己的FA全自動(dòng)模塊，在現(xiàn)有的裝機(jī)用戶中，SA模塊被運(yùn)用的頻率更高。在COPAN協(xié)作設(shè)備人的應(yīng)用中，可類似于BD Kiestra TLA（SA）系統(tǒng)，將由設(shè)備人完成點(diǎn)樣過(guò)程，日前國(guó)內(nèi)尚未安裝，咱們也期待其一樣能有不俗的表現(xiàn)。分析中：在進(jìn)行全自動(dòng)化流水線的應(yīng)用時(shí)，微生物技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)是必須的，怎樣針對(duì)系統(tǒng)正確操作，及區(qū)別于肉眼直接閱板的工作方式都必須進(jìn)行培訓(xùn)；工作流程亦需要恰當(dāng)的優(yōu)化，咱們悉知微生物檢測(cè)包含從接種到鑒定的各個(gè)環(huán)節(jié)，意見(jiàn)流水線系統(tǒng)配置一個(gè)技術(shù)人員專門從事一個(gè)任務(wù)（例如，培養(yǎng)板的讀取與ID/AST人員根據(jù)環(huán)節(jié)區(qū)分）。這般能夠減少在區(qū)別任務(wù)之間切換的時(shí)間，形成工廠流水線樣的工作協(xié)作模式，從而提有效率。當(dāng)然，任何一種工作模式的可行性，都需要各個(gè)實(shí)驗(yàn)室評(píng)定創(chuàng)立適合自己的系統(tǒng)工作模式，學(xué)習(xí)怎樣最大限度地利用資源及人員配置，這是最重要的挑戰(zhàn)。最后，如由精通微生物檢測(cè)、能夠流暢應(yīng)用軟件并能處理平常簡(jiǎn)單問(wèn)題的技術(shù)人員構(gòu)成團(tuán)隊(duì)，微生物全自動(dòng)流水線系統(tǒng)將得到最好的利用。

臨床微生物學(xué)尚處在采用自動(dòng)化流水線系統(tǒng)的初期周期，并正在評(píng)定和利用這一新的技術(shù)辦法，經(jīng)過(guò)優(yōu)化操作流程，標(biāo)準(zhǔn)化操作，能減少海量重復(fù)操作并能加強(qiáng)檢測(cè)效率，智能孵育及平板影像系統(tǒng)明顯縮短培養(yǎng)時(shí)間，加強(qiáng)判讀效率。加上質(zhì)譜快速鑒定的普及與整合，TAT能大幅縮短。需要知道指出，微生物自動(dòng)化流水線系統(tǒng)這一行業(yè)正在快速發(fā)展，因此呢，以上文中所描述的每種儀器的系統(tǒng)模塊及應(yīng)用軟件可能火速就會(huì)升級(jí)或更替。精確評(píng)定微生物流水線的價(jià)值，尚需一個(gè)實(shí)踐再回顧的過(guò)程?？偨Y(jié)已發(fā)布的文獻(xiàn)，已裝機(jī)用戶的在人員數(shù)量減少30%的狀況下，工作效率加強(qiáng)了27%【14-15】。微生物全自動(dòng)流水線會(huì)大幅降低實(shí)驗(yàn)室出錯(cuò)及浪費(fèi)的成本，從而節(jié)省檢測(cè)成本。TAT的縮短可減少病人住院天數(shù)，節(jié)省住院花費(fèi)，加強(qiáng)醫(yī)院床位周轉(zhuǎn)，加強(qiáng)醫(yī)療質(zhì)量。一切技術(shù)的應(yīng)用，都在打破傳統(tǒng)的格局，旨在更好地服務(wù)臨床。

參考文獻(xiàn)略

注：本文源自于《臨床實(shí)驗(yàn)室》雜志2020年第10期“感染性疾患”專題

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題圖| veer.com

原文發(fā)布時(shí)間 | 2020年11月2日