作者：白露 郝曉柯

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

1、全自動微生物流水線的制品參數(shù)

BD Kiestra TLA由平板儲存與分選模塊（SorterA），條碼打印模塊（BarcodA），接種劃線（全自動/半自動）模塊（InoqulA），智能孵箱模塊(ReadA Compact)和在線工作臺(ErgonomicA)等幾個模塊構成，區(qū)別模塊之間經(jīng)過雙向的ProceedA軌道進行連接，可實現(xiàn)從掃碼接收到調(diào)取平板到工作臺的閉環(huán)操作流程，BD Kiestra WCA與TLA的重點區(qū)別在于單向軌道和離線工作臺，針對中等樣本量及場地有限的微生物實驗室將是性價比較高的配置選取。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)，且由自由移動的工作臺模塊構成【2, 5】。后續(xù)的閱板及ID/AST在工作臺上進行操作，離線工作臺在與COPAN WASPLab聯(lián)機后可運用區(qū)別工作地點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（FA）和半自動（SA）兩種模式，F(xiàn)A模式重點應用于臨床液體樣本，如血液，腦脊液，胸腹水和尿液。SA模式重點應用于非液體標本，如痰液，大便，分泌物等。SA接種模塊配備有2級生物安全柜，HEPA過濾系統(tǒng)最大限度守護操作人員的安全，尤其是針對國內(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可實現(xiàn)運行過程中添加樣本中，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)，可按照設定接種方法，自動換環(huán)無需手動切換，并可按照客戶實驗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，接種量可按照實質(zhì)需要進行自定義設置；SA模式可人為調(diào)節(jié)接種量，需人工點樣完成。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，15種預設劃線模式可供用戶選取。全部過程閉蓋完成，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，可進行40000次循環(huán)運用，全過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，也可運用分板培養(yǎng)基，進行一板兩種培養(yǎng)基的雙線劃板模式。Kiestra和WASP都采用了HEPA系統(tǒng)，全程保證實驗室生物安全管理，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KB藥敏工作量大的實驗室將是較好選取，Cepheid Xpert自動加樣模塊及蜂鳥系統(tǒng)（Colibri?）模塊【5-6】，該系統(tǒng)可實現(xiàn)質(zhì)譜靶點自動挑取點樣及MIC藥敏的前處理自動化，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)作式設備人接種系統(tǒng)（Collaborative robot），類似于BD Kiestra半自動（SA）模式，但由協(xié)作設備人操作無需人工干涉。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（可實現(xiàn)質(zhì)譜靶板制備）及藥敏制備模塊。詳細參數(shù)見表1。

2.智能孵箱模塊：接種后的平板經(jīng)過軌道傳送到孵箱進行孵育，并按預設的時間節(jié)點進行拍照，全部過程經(jīng)過平板的條碼進行跟蹤和記錄。ReadA是采用固定的培養(yǎng)箱卡位，單個孵箱可安置1152塊平板，可設置普通培養(yǎng)和CO25%培養(yǎng)要求。WASP采用移動式的培養(yǎng)倉位，單個孵箱可安置795塊平板，另可應用，單門雙孵箱系統(tǒng)可實現(xiàn)1590塊平板的安置，以滿足空間有限的實驗室，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)用戶自定義的時間點進行多次拍照，可記錄平板上菌株的全部生長過程。按照光源和拍照模式的區(qū)別，可分別設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)點是均一穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境可明顯縮短培養(yǎng)時間，有效縮短TAT。ReadA采用獨立的三層軌道分別進行平板的輸入，輸出和拍照，整體運行速度重點受限于機械抓手的運行效率。WASPLab擁有兩個機械臂和一條輸入軌道（亦可選配多條軌道），整體運行速度重點受限于軌道的運輸?shù)却?-9】。參數(shù)比較見表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)別在于能夠設定區(qū)別的精確的孵育時間，并進行拍照影像保留，可時時觀察菌落的生長狀況；平板也不需要反復從孵箱拿進拿出，經(jīng)過閱板工作站的系統(tǒng)軟件，可將生長平板的高清照片表示在屏幕上供實驗人員判讀。針對陽性菌落可直接在照片上進行標記后續(xù)ID/AST，分純，其他實驗等操作。針對陰性平板，在培養(yǎng)程序結束后，將被自動移出孵箱并歸類堆疊到指定卡位。針對待查閱平板，KiestraTLA可實現(xiàn)從孵箱自動傳送到在線工作臺。平板影像系統(tǒng)可支持區(qū)別操作人員在區(qū)別的工作場所對平板結果進行判定，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）的另一大趨勢是支持陰性平板自動批量報告，這般操作人員可把時間集中用來處理陽性樣本，優(yōu)化工作流程的同期縮短TAT。在影像閱板的軟件應用系統(tǒng)中，Kiestra系統(tǒng)及WASPLab系統(tǒng)可進行動態(tài)檢測、半定量、顯色培養(yǎng)基鑒定（例如：MRSA、VRE）及自動測繪抑菌圈等功能亦將極重加強閱板效率。新研發(fā)的Machine learning algorithms技術已開發(fā)專用軟件可識別血液和尿液標本培養(yǎng)出的大腸埃希菌的菌落形態(tài)但該檢測技術待更大樣本的臨床驗證及應用評定【5,8-12】。平板影像系統(tǒng)的另一種應用，是進行血培養(yǎng)陽性標本轉(zhuǎn)種后的自動直接篩查。傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，一般最少16-24小時的孵育時間。結合流水線的數(shù)字成像能力及精確的孵育時間，可實現(xiàn)90%血液培養(yǎng)陽性標本在5小時內(nèi)測試。這般敗興，針對腦脊液及血液樣本能且最大提醒操作人員進行后續(xù)ID/AST，縮短TAT【13】。這在兩個廠家的系統(tǒng)上都有較好的表現(xiàn)。

2、全自動微生物流水線實驗室流程

1. Kiestra TLA實驗流程：

（1）SorterA，平板儲存與分選；

（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。見圖3。

2. WASPLab實驗流程：

（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；

（5）離線閱板工作臺。見圖4。

3、全自動微生物流水線的實驗室信息系統(tǒng)管理

全自動微生物流水線的實現(xiàn)離不開與實驗室信息系統(tǒng)（LIS系統(tǒng)）的整合，與實驗室信息系統(tǒng)的有效交互亦是一個持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，由于系統(tǒng)軟件、中間軟件和實驗室信息系統(tǒng)的升級，給實驗室?guī)砹诵碌臋C遇。但因為LIS供應商屬于三方機構，LIS系統(tǒng)的兼容性及功能研發(fā)參差不齊，且與LIS系統(tǒng)對接的巨額花費亦是科室與廠家要面臨的問題?，F(xiàn)周期全自動微生物流水線與LIS的雙向通訊基本都是經(jīng)過中間體軟件完成的。且經(jīng)過區(qū)別的掌控模式，能夠實現(xiàn)同一個病人的信息在LIS系統(tǒng)和判讀軟件上同步表示，陰性結果可自動審核并發(fā)送最后報告。

綜上，微生物流水線自動化系統(tǒng)如在現(xiàn)代臨床微生物實驗室中發(fā)揮功效，自動化系統(tǒng)必須具備足夠的靈活性，以適應技術人員在基于培養(yǎng)的微生物檢測中分析前、分析中和分析后各個周期高度的變化性。分析前標本處理周期：雖現(xiàn)有COPAN Swab系列這一個標準化的標本容器類型，可保持微生物的活力，并做為類似采血管的方便運輸模式，使微生物標本采集的形成統(tǒng)一獨特的增長模式。但與此相反，微生物實驗室會收到的許多來自區(qū)別源自的標本（例如，糞便、骨、組織等），由擁有各樣標本形狀原因的區(qū)別容器（采樣杯、采用管、和拭子等）提交到實驗室，因此呢，可能需要區(qū)別的處理方式。如可統(tǒng)一標本容器類型且必須是螺旋蓋口，BD Kiestra TLA（FA）和COPAN WASPLab自動化系統(tǒng)都可設計兼容匹配。如尚不可統(tǒng)一標本容器，BD Kiestra TLA（SA）是不錯的選取， 且針對國內(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現(xiàn)上自動化設備的應用。半自動接種模式能夠較好的處理呼氣道樣本這個問題，且接種效率要優(yōu)于自己的FA全自動模塊，在現(xiàn)有的裝機用戶中，SA模塊被運用的頻率更高。在COPAN協(xié)作設備人的應用中，可類似于BD Kiestra TLA（SA）系統(tǒng)，將由設備人完成點樣過程，日前國內(nèi)尚未安裝，咱們也期待其一樣能有不俗的表現(xiàn)。分析中：在進行全自動化流水線的應用時，微生物技術人員的工作經(jīng)驗是必須的，怎樣針對系統(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行培訓；工作流程亦需要恰當的優(yōu)化，咱們悉知微生物檢測包含從接種到鑒定的各個環(huán)節(jié)，意見流水線系統(tǒng)配置一個技術人員專門從事一個任務（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)別任務之間切換的時間，形成工廠流水線樣的工作協(xié)作模式，從而提有效率。當然，任何一種工作模式的可行性，都需要各個實驗室評定創(chuàng)立適合自己的系統(tǒng)工作模式，學習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、能夠流暢應用軟件并能處理平常簡單問題的技術人員構成團隊，微生物全自動流水線系統(tǒng)將得到最好的利用。

臨床微生物學尚處在采用自動化流水線系統(tǒng)的初期周期，并正在評定和利用這一新的技術辦法，經(jīng)過優(yōu)化操作流程，標準化操作，能減少海量重復操作并能加強檢測效率，智能孵育及平板影像系統(tǒng)明顯縮短培養(yǎng)時間，加強判讀效率。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)模塊及應用軟件可能火速就會升級或更替。精確評定微生物流水線的價值，尚需一個實踐再回顧的過程?？偨Y已發(fā)布的文獻，已裝機用戶的在人員數(shù)量減少30%的狀況下，工作效率加強了27%【14-15】。微生物全自動流水線會大幅降低實驗室出錯及浪費的成本，從而節(jié)省檢測成本。TAT的縮短可減少病人住院天數(shù)，節(jié)省住院花費，加強醫(yī)院床位周轉(zhuǎn)，加強醫(yī)療質(zhì)量。一切技術的應用，都在打破傳統(tǒng)的格局，旨在更好地服務臨床。

參考文獻略

注：本文源自于《臨床實驗室》雜志2020年第10期“感染性疾患”專題

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原文發(fā)布時間 | 2020年11月2日