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数字化实验室与自动质控技术探索与展望

归去来兮 2021-4-27 12:00 AM 781人围观 杂谈



作者:尚雪松
单位:北京协和医院检验科

质量控制(Quality control)是实验室管理体系以及质量保证的重要手段,是临床检验科室每天都要涉及和使用的一个步骤。自动化质控(Automatic quality control)或者叫做自动化质量管理(Automatic quality management),即尽量采用减少人工干预的模式运行的质量管理程序。在临床检验领域则特别指向临床实验室内的日常质量控制(或管理)以通过软件和硬件的结合,以自动化和智能化模式运行的技术。

这一概念相对来说并不陌生,国内某些医院实验室技术人员在应用自动化流水线的同时也有了自己的应用感受与想法。其中技术人员梦寐以求的功能就是如何通过标准化流程实施室内质控。因此自动质控开始在国内的实验室、在不同的流水线平台相继开始进行规则搭建和简单的脚本编辑,探索性的开启了实施自动化质量控制运行模式。由于我国自动化检测的流水线系统入市相对较晚,最早可追溯到21世纪初才将流水线引入,而更鲜少有研究题目涉及到自动质控技术的应用,而且多停留在统计学或软件上,并没有根本性的硬件改进与配置[1]。而美国、欧洲、日本等发达国家应用流水线系统大约早于我们至少10年左右,当然这些国家即是流水线生产国也是应用最多的区域,所以自动质控这个想法也会在大洋彼岸先于我们并付出实践。自动质控最早可追溯2013年INPECO公司率先在中间体软件驱动自动质控。无论是国外还是国内对自动质控的流程开发都仅限于信息需求方面。

自动质控流程开发挑战性



为什么自动质控一直都处于探索阶段?那是因为即便是有的用户提出了需求,流水线供应商也只是提供了信息化的解决方案,使用效果只能依据客户的接受标准来决定,所以在当前状态下可接受度并不是很高,最终都没有实现规模型的落地。探索的路上又有了另外一种形式的自动质控应运而生,就在刚上市不久的S公司的新一代生免分析仪直接将质控模块内置在分析仪端。就目前为止我们没有检索到相关功能的评估文献。这里我仅代表我个人谈一谈在我中心进行自动质控开发阶段所遇到的一些问题及感受 。


1.质控品稳定性:质控品说明书及实验室SOP都明确说明质控品在上机分析前需要混匀、育温,这也是所有在实施自动质控前所需要解决的问题,但现有的流水线基础模块下并没有相关组件与之相匹配所以我们需要进行合理的评估与验证。这里我们开创性的做了一些实验,如育温实验、开瓶稳定期实验、物理密度分层监测实验等,其中最为重要的就是物理密度分层监测实验,这个实验为实施在线自动质控奠定了基础。物理密度分层监测实验目的是比较质控品随着每天的消耗比较在混匀(手工模式)与非混匀(自动模式)模式下的密度变化。当前我们评估了不同类型的质控、不同厂家的质控,但不排除有部分项目需要混匀检测。以生化质控品(L1/L3)为例。如图1/2




2.硬件的局限性:我们得先回顾一下流水线的研发与应用,流水线的开发是应对处理大批量样本节省人力成本而由日本高知医学院的佐佐木教授提出,这里强调一点流水线的目的是应对处理患者样本而启动研发的,所以所有流水线的基础模块研发在上世纪80、90年代并没有将自动质控这一设计理念融入到流水线,这里我重点提到一个模块,它是加盖与封膜这两种形式的后处理单元模组。首先以加盖形式的后处理单元为例,这个非密封盖子会导致质控品的挥发降解,从而导致质控品稳定性降低甚至失控。从另外一个角度考虑在后疫情时代我们不得不考虑由于样本管的非密闭而引起气溶胶挥发或溢撒,所引发的不必要的生物安全隐患;另外一种后处理方式是通过锡纸封膜的形式,锡纸封膜虽然密封但是其特点是脆性强受外力易破碎,所以在二次开膜的时候会引起不能完全脱膜导致报警(此故障率较高如图2),质控品被运送至错误区,同样会导致质控品的长时间放置使其稳定性降低,综上两种情况我及我的团队历时两年多的时间开发了针对不同平台的流水线实施二次开发相关硬件如密封盖、增强型锡纸封膜、质控分注管等。如图3/4/5/6/7



3.软件开发的局限性:自动质控全流程模式需要LIS、中间件、挂线分析仪等全方位信息匹配运行,才能达到理想效果。但是这里我也只提一个重要方面,就是当前大部分分析仪都没有针对流水线自动质控模式的相关流程开发,所以就当前而言没有一套真正意义上的自动质控流程。但是我们尽可能的向着理想方向努力,经过近3年的努力我们团队共同开发出一套针对多个平台的自动质控软件(Smart QC V1.005),它分为PC端、Web端、移动端,(如图8)三个终端以不同的展现形式交互应用,目的实现授权相应质量管理员无论何时、无论何地都能够了解并实施质量管理,其中最重要的功能即Real Time EQC实时室内质控室间化,积极推动了检验结果互认。真正意义上的移动互联网实验室,质量就掌握在自己的手中。



自动质控流程效能评估



1.性能评估:本次流程性能评估通过Sigma pro改进版进行评估,其模型改变的本质在于还原项目的真实偏倚并显示项目的缩写与水平,下面就是两种模式前后五个月的性能分布。如图9



2.TAT评估:对于患者报告整体提前审核,这一点是毋庸置疑的,由于自动质控提前在非工作时间完成了检测,所以上班可以马上进入患者样本检测状态,在这里不做过多描述。如图10



3.绩效评估:实验室成本核算已经成为实验室重要的质量指标,所以本次流程不但实现了TAT改善、质量提升。还在人员的节省、质控品的节省、降低生物安全隐患等几个方面也达到了不同程度的提升,真正意义上的实现了一举多得的流程再造。首先在人员方面我们直接取消早班质控岗,将节省的人力资源用于其他的质量改善或者开展新的业务上面去。人员节省,如图11;其次质控品的节省是超出我们的预期的,起初我们只是认为自动质控能够替代手动质控就凭借这一点我们的心理预期就很满足了,但意料之外的是经统计手动质控模式一年所消耗的质控分析物与自动模式相比较节省了36.3%。如图12。



展望未来



在临床检验基础领域,质量管理往往是一个复杂的问题,血液和体液分析平台最可能会成为下一个被标准化的自动化室内质控平台。大家知道临检血细胞分析质量管理的一个特点就是质控品稳定时间较短,一般在2个月左右。质控的频次一般要求每日进行一次三个水平质控物的检测,特别是在新一批质控品开始使用之前,需要与上一批质控品平行测定,至少获得10个测定数据之后,计算靶值,CV和SD。在开启使用的时候需要将计算得到的新批号质控数据输入到LIS系统或质量管理系统中。而现在的血细胞分析流水线系统已经在大中型医院逐步普及,在临检工作中质控品的不稳定,失控经常发生,其中许多问题或许发生在质控品处理之前(如复温时间不统一、混匀不统一、质控品超启用期使用、操作者之间的差异等问题),可能就是导致失控的重要原因。


如何解决这些问题呢?我们设想应该引入自动化质控管理模式。在一篇《医学检验领域人工智能技术应用与展望》[2]文章中提到:自动化质量控制运行及智能化判断,设想在自动化分析流水线上添加智能化的质控模块,在流水线系统上建立质控物存储设备或者样本贮存系统中设置质控品保存空间,保障存放样本的温度控制,编制运行和检测程序,使得质控品每日按预定的时间启动质控程序,自动测定质控样本,自动填入质控数据和绘制质控图,自动判定质控结果 并可通过信息系统发送消息给仪器使用者或管理者,提示在控或失控及相应的处理方案进行重测等。检测后的质控品可以通过流水线自动回归质控品保存区域,这个区域中至少可以存储同一个批号的多管质控物。系统还可以按照程序自动累计新批号质控物靶值,计算CV和SD和进行统计分析,确定新批号靶值和设定变异范围,经质控管理者确认后传输到LIS系统中并开启使用。或者开盖启用后在规定的时间内检测,超开盖期则不再使用,过期质控物不再使用等规则得到保障和正确执行,这样可以大大降低血细胞分析的失控情况。


在这个质量管理平台上或许还可开发更多的应用程序,例如仪器的自动化性能评价运行模式、室内多台同项目同原理检测仪器设备的自动对比模式、浮动均值管理模式等多种质量管理程序。现在凝血检验分析的流水线系统已经开始普及,设想一下凝血检验的质量控制,包括开机、某些项目如D-D,FDP,需在连续运行中插入每8小时一次的质控及试剂换批号的质控,也是频率比较高的质量管理要求,这需要更多的时间和精力去管理和操作,如果也能完成自动化质控运行,满足实验室管理要求,那将极大方便用户。此外临床检验基础还有诸多质控问题,例如尿液干化学和有形成分分析的质控,体液检验的质量管理、形态学质量管理等许多问题,有待今后深入研发。


下面向大家展示一款全新概念的自动质控组件,这个组件的功能是以应对含有沉降系数高或者有固态成分的质控分析物而设计的。我们命名为Moto Tube(马达震荡管)它的特点就是这对不同的质控分析物进行定制化混匀,如图13



结语



实验室自动质控未来发展空间很广泛,不只局限在当前主流的生免平台,还会辐射到血液、体液平台、分子、POCT等相关亚专业组,实验室自动质控应用相对较新,未来将会围绕着流水线、中间件、分析仪、Lis等重新定义的此功能模块,预计未来一段时间里会出现相应的共识或指南。


2020年10月22日,由中国医学装备协会、中国医学装备人工智能联盟检验医学委员会主办,由北京协和医院牵头,联合贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司、伯乐生命医学产品(上海)有限公司、金寓润泽(北京)科技有限公司参与的这个项目,在北京正式开启实验室自动化室内质控多中心研究项目。参与多中心研究的17家医院单位代表共同参加了项目启动仪式。期待不久的将来,研究不断深入、涉及面更加广泛,实验室内各种自动化分析仪器、各种品牌的设备及流水线系统,包括血细胞分析和体液分析系统的质量管理都可以以自动化、智能化模式运行。


参考文献

1.邬华坤,郭先锋,何丽婷,临床检验质控的自动化处理.现代医院.2013.13(11).134-135

2.张时民.医学检验领域人工智能技术应用与展望. 国际检验医学杂志.2018.39(5):513-516


来源: 临床实验室
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