作者：白露 郝晓柯
单位：空军军医大学西京医院检验科临床实验室诊断结果将直接辅助临床大夫制定相应的诊断和治疗方法，随着检测项目的增加，检测绘的逐年增多，技术人员相对短缺是临床检验科室面临的一起问题。基于以上需要，实验室自动化流水线广泛应用于生化，血球和免疫行业。微生物检测因为样本类型多样，检测项目因样本类型而异，且采集容器没法统一，曾经被认为没法实现全自动化。此刻，自动化血培养、质谱鉴定和自动化药敏已在临床微生物科室普及。但在新冠疫情的影响下，微生物实验室呼气道样本急剧增多，人手短缺，海量重复繁重的手工操作，有限的预算及实验室空间等瓶颈依然存在，限制临床微生物检验的发展。全自动微生物流水线的实现可顺利处理以上问题，相对传统手工操作，自动化流水线需要更少的实验室操作人员，却能供给更有效、更准确的检测结果，明显缩短TAT，改善实验室工作流程。但做为微生物流水线的先行者，一样面临巨大的挑战和改变【1】。此刻市场占主流的两大品牌分别是美国BD Kiestra TLA 和意大利COPAN WASPLab，她们分别推出了全自动微生物流水线的区别模块化制品，且在硬件和软件上进行持续的更新升级【2-4】；现周期国内如朗迈生物，安图生物及百博生物等厂家亦起始进入微生物样本前处理行业。本文重点总结全自动微生物流水线在临床的应用发展，比较KiestraTLA和WASPLab在制品参数、实验室流程改善、数字化阅板、LIS连接几个方面的重点差异，期待能为正在或计划实施全自动微生物处理方法的同行供给参考。1、全自动微生物流水线的制品参数
BD Kiestra TLA由平板储存与分选模块（SorterA），条码打印模块（BarcodA），接种划线（全自动/半自动）模块（InoqulA），智能孵箱模块(ReadA Compact)和在线工作台(ErgonomicA)等几个模块构成，区别模块之间经过双向的ProceedA轨道进行连接，可实现从扫码接收到调取平板到工作台的闭环操作流程，BD Kiestra WCA与TLA的重点区别在于单向轨道和离线工作台，针对中等样本量及场地有限的微生物实验室将是性价比较高的配置选取。Copan WASPLab系统类似于BD Kiestra WCA，由前处理系统（WASP），并由单向的轨道连接前处理、智能孵育系统，且由自由移动的工作台模块构成【2, 5】。后续的阅板及ID/AST在工作台上进行操作，离线工作台在与COPAN WASPLab联机后可运用区别工作地点更灵活多样的办公阅板工作模式【5-9】。
1. 前处理模块：BD Kiestra TLA可供给全自动（FA）和半自动（SA）两种模式，FA模式重点应用于临床液体样本，如血液，脑脊液，胸腹水和尿液。SA模式重点应用于非液体标本，如痰液，大便，分泌物等。SA接种模块配备有2级生物安全柜，HEPA过滤系统最大限度守护操作人员的安全，尤其是针对国内样本量明显的呼气道样本，Kiestra的SA接种模块可有效的完成样本的接种及划线。WASP可实现运行过程中添加样本中，上样更加快捷便利，配备的离心系统更能满足样本前处理的需求。WASP的接种环有1/10/30ul/双头双环/涂布环，可按照设定接种方法，自动换环无需手动切换，并可按照客户实验接种量的需要多次取样，倍比增多样本量。InoqulA FA模式最低接种为10ul，采用移液枪定量吸取，接种量可按照实质需要进行自定义设置；SA模式可人为调节接种量，需人工点样完成。InoqulA可满足5块区别平板同期按区别方式划线，采用专利的磁珠划线技术，15种预设划线模式可供用户选取。全部过程闭盖完成，避免气溶胶及交叉污染，需要另一配备磁珠及专用的接种枪头。WASP划线需依次完成，接种环为单环双头，配高温灭菌炉及接种环清洗液，可进行40000次循环运用，全过程在密闭的接种模块中完成。划线模式的选取可按照区别标本类型选取适宜的划线模式，并可按照客户划线需求定制，也可运用分板培养基，进行一板两种培养基的双线划板模式。Kiestra和WASP都采用了HEPA系统，全程保证实验室生物安全管理，避免气溶胶危害【4-8】。其中，COAN WASP系统中的可添加肉汤培养基接种模块、KB药敏制备模块是区别于kiestra的模块，针对KB药敏工作量大的实验室将是较好选取，Cepheid Xpert自动加样模块及蜂鸟系统（Colibri™）模块【5-6】，该系统可实现质谱靶点自动挑取点样及MIC药敏的前处理自动化，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等仪器，见图1。另可选配人工划线平板入孵箱叠加模块（Plate Loading Carrousel），涂片制备模块 （Gram Slide Prep Module），及协作式设备人接种系统（Collaborative robot），类似于BD Kiestra半自动（SA）模式，但由协作设备人操作无需人工干涉。BD InoqulA FA系统可添加涂片制备模块，肉汤培养基接种模块，另也可匹配鉴定模块（可实现质谱靶板制备）及药敏制备模块。详细参数见表1。
2.智能孵箱模块：接种后的平板经过轨道传送到孵箱进行孵育，并按预设的时间节点进行拍照，全部过程经过平板的条码进行跟踪和记录。ReadA是采用固定的培养箱卡位，单个孵箱可安置1152块平板，可设置普通培养和CO25%培养要求。WASP采用移动式的培养仓位，单个孵箱可安置795块平板，另可应用，单门双孵箱系统可实现1590块平板的安置，以满足空间有限的实验室，最大平板量安置的需求。和普通培养箱最大的区别在于，智能孵育箱配备了平板拍照系统，可根据用户自定义的时间点进行多次拍照，可记录平板上菌株的全部生长过程。按照光源和拍照模式的区别，可分别设置拍摄明显菌落和明显溶菌环的照片。智能孵箱的另一大优点是均一稳定的培养环境可明显缩短培养时间，有效缩短TAT。ReadA采用独立的三层轨道分别进行平板的输入，输出和拍照，整体运行速度重点受限于机械抓手的运行效率。WASPLab拥有两个机械臂和一条输入轨道（亦可选配多条轨道），整体运行速度重点受限于轨道的运输等待【5-9】。参数比较见表2。
3. 平板影像判读模块：平板影像系统与传统判读最大的区别在于能够设定区别的精确的孵育时间，并进行拍照影像保留，可时时观察菌落的生长状况；平板也不需要反复从孵箱拿进拿出，经过阅板工作站的系统软件，可将生长平板的高清照片表示在屏幕上供实验人员判读。针对阳性菌落可直接在照片上进行标记后续ID/AST，分纯，其他实验等操作。针对阴性平板，在培养程序结束后，将被自动移出孵箱并归类堆叠到指定卡位。针对待查阅平板，KiestraTLA可实现从孵箱自动传送到在线工作台。平板影像系统可支持区别操作人员在区别的工作场所对平板结果进行判定，明显供给人员工作效率；且能够永久保留菌落的图像记录。Kiestra平板影像系统（软件Synapsis）的另一大趋势是支持阴性平板自动批量报告，这般操作人员可把时间集中用来处理阳性样本，优化工作流程的同期缩短TAT。在影像阅板的软件应用系统中，Kiestra系统及WASPLab系统可进行动态检测、半定量、显色培养基鉴定（例如：MRSA、VRE）及自动测绘抑菌圈等功能亦将极重加强阅板效率。新研发的Machine learning algorithms技术已开发专用软件可识别血液和尿液标本培养出的大肠埃希菌的菌落形态但该检测技术待更大样本的临床验证及应用评定【5,8-12】。平板影像系统的另一种应用，是进行血培养阳性标本转种后的自动直接筛查。传统的培养模式，一般最少16-24小时的孵育时间。结合流水线的数字成像能力及精确的孵育时间，可实现90%血液培养阳性标本在5小时内测试。这般败兴，针对脑脊液及血液样本能且最大提醒操作人员进行后续ID/AST，缩短TAT【13】。这在两个厂家的系统上都有较好的表现。
2、全自动微生物流水线实验室流程
1. Kiestra TLA实验流程：
（1）SorterA，平板储存与分选；
（2）BarcodA，条码打印与平板粘贴条码；
（3）InoqulA,平板接种与划线；
（4）ProceedA输入/输出轨道；
（5）普通培养孵箱；CO2培养孵箱；
（6）在线阅板工作台。见图3。
2. WASPLab实验流程：
（1）WASP前处理模块；
（2）输入/输出轨道；
（3）普通培养孵箱；CO2培养孵箱；
（4）输出堆叠机；
（5）离线阅板工作台。见图4。
3、全自动微生物流水线的实验室信息系统管理
全自动微生物流水线的实现离不开与实验室信息系统（LIS系统）的整合，与实验室信息系统的有效交互亦是一个持续发展的挑战，由于系统软件、中间软件和实验室信息系统的升级，给实验室带来了新的机遇。但因为LIS供应商属于三方机构，LIS系统的兼容性及功能研发参差不齐，且与LIS系统对接的巨额花费亦是科室与厂家要面临的问题。现周期全自动微生物流水线与LIS的双向通讯基本都是经过中间体软件完成的。且经过区别的掌控模式，能够实现同一个病人的信息在LIS系统和判读软件上同步表示，阴性结果可自动审核并发送最后报告。
综上，微生物流水线自动化系统如在现代临床微生物实验室中发挥功效，自动化系统必须具备足够的灵活性，以适应技术人员在基于培养的微生物检测中分析前、分析中和分析后各个周期高度的变化性。分析前标本处理周期：虽现有COPAN Swab系列这一个标准化的标本容器类型，可保持微生物的活力，并做为类似采血管的方便运输模式，使微生物标本采集的形成统一独特的增长模式。但与此相反，微生物实验室会收到的许多来自区别源自的标本（例如，粪便、骨、组织等），由拥有各样标本形状原因的区别容器（采样杯、采用管、和拭子等）提交到实验室，因此呢，可能需要区别的处理方式。如可统一标本容器类型且必须是螺旋盖口，BD Kiestra TLA（FA）和COPAN WASPLab自动化系统都可设计兼容匹配。如尚不可统一标本容器，BD Kiestra TLA（SA）是不错的选取， 且针对国内样本量最大的呼气道样本，如痰液和肺泡灌洗液等，在不液化的前提下很难实现上自动化设备的应用。半自动接种模式能够较好的处理呼气道样本这个问题，且接种效率要优于自己的FA全自动模块，在现有的装机用户中，SA模块被运用的频率更高。在COPAN协作设备人的应用中，可类似于BD Kiestra TLA（SA）系统，将由设备人完成点样过程，日前国内尚未安装，咱们也期待其一样能有不俗的表现。分析中：在进行全自动化流水线的应用时，微生物技术人员的工作经验是必须的，怎样针对系统正确操作，及区别于肉眼直接阅板的工作方式都必须进行培训；工作流程亦需要恰当的优化，咱们悉知微生物检测包含从接种到鉴定的各个环节，意见流水线系统配置一个技术人员专门从事一个任务（例如，培养板的读取与ID/AST人员根据环节区分）。这般能够减少在区别任务之间切换的时间，形成工厂流水线样的工作协作模式，从而提有效率。当然，任何一种工作模式的可行性，都需要各个实验室评定创立适合自己的系统工作模式，学习怎样最大限度地利用资源及人员配置，这是最重要的挑战。最后，如由精通微生物检测、能够流畅应用软件并能处理平常简单问题的技术人员构成团队，微生物全自动流水线系统将得到最好的利用。
临床微生物学尚处在采用自动化流水线系统的初期周期，并正在评定和利用这一新的技术办法，经过优化操作流程，标准化操作，能减少海量重复操作并能加强检测效率，智能孵育及平板影像系统明显缩短培养时间，加强判读效率。加上质谱快速鉴定的普及与整合，TAT能大幅缩短。需要知道指出，微生物自动化流水线系统这一行业正在快速发展，因此呢，以上文中所描述的每种仪器的系统模块及应用软件可能火速就会升级或更替。精确评定微生物流水线的价值，尚需一个实践再回顾的过程。总结已发布的文献，已装机用户的在人员数量减少30%的状况下，工作效率加强了27%【14-15】。微生物全自动流水线会大幅降低实验室出错及浪费的成本，从而节省检测成本。TAT的缩短可减少病人住院天数，节省住院花费，加强医院床位周转，加强医疗质量。一切技术的应用，都在打破传统的格局，旨在更好地服务临床。
参考文献略
注：本文源自于《临床实验室》杂志2020年第10期“感染性疾患”专题
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题图| veer.com
原文发布时间 | 2020年11月2日
