CLSI 临床实验室自动化标准概述

付亚文，杜玉珍，高 锋

（上海交通大学附属第六人民医院医学检验科，上海 200233）

随着检测技术、机械制造技术、信息技术的不断进步，临床实验室的自动化程度越来越高，已从过去的纯手工方式发展到半自动化、全自动化分析检测，工作模式也从过去单台仪器的自动化发展到目前的流水线式全实验室自动化。全实验室自动化亦被称为实验室自动化系统（laboratory automation system，LAS），是指将临床实验室相同类别的仪器或互不相关的自动化仪器串联起来，并将各种分析仪器与分析前处理设备、分析中处理设备及分析后处理设备，通过自动化输送轨道和信息网络相连接，构成流水线作业的组合，实现对样本的自动分拣、输送、处理、分析和存储[1-3]。LAS的概念最早在20世纪80年代由日本的Masahide博士提出[2]，经过多年的发展和实践，日趋成熟。LAS的实施，可提升临床实验室管理水平、提高工作效率、降低错误率、减少采血量、缩短报告时间、降低对急诊检验的需求及实验室生物安全风险等[4-7]，是医学实验室发展的重要方向。

LAS在发展早期均为封闭性系统，即连接的检测仪器均来自同一家供应商，兼容性较好，但整体的检测性能往往会受到影响。随着开放性系统的逐渐增多[8]，开放性系统的兼容性成为影响LAS效率和品质的重要因素，需要进行技术的规范。1999—2005年，美国临床实验室标准化协会（the Clinical and Laboratory Standards Institute，CLSI）发布了若干临床实验室自动化标准，包括对样本容器及样本容器架的要求、条形码使用与识别的规则、LAS的通信协议、LAS操作系统的要求、机电接口的标准化等。本文对CLSI关于临床医学实验室自动化的标准文件进行介绍和解读，为我国临床医学实验室全自动化建设提供参考。

1 CLSI临床实验室自动化标准概述

CLSI发布了关于LAS的整套标准。尽管最初的5项标准于2000年就已发布，目前大体上仍然适用，仅其中部分标准已被修订，以适应实际工作中的LAS。AUTO01-A是关于收集和处理样本（如血液和尿液）的样本容器和样本容器架的设计和制造标准；AUTO02-A2用于规范样本容器上线性条形码的使用；AUTO07用于规范条形码所包含的信息内容；AUTO03-A2用于规范LAS与其他信息系统之间的数据和信息交换；AUTO04用于规范自动化操作系统应该具有的功能，如显示样本位置、试剂供应情况以及警告和警报等，并可用于评估操作系统的性能[1]；AUTO05-A可为实验室检测仪器、样本处理设备以及自动化轨道系统之间机电接口的标准化提供指导；AUTO10-A用于规范设计自动审核系统，使自动审核能独立于任何自动化系统。

2 CLSI临床实验室自动化标准介绍

2.1 样本容器及样本容器架（AUTO01-A）[9]

LAS使用的容器材质应为玻璃或塑料，与临床实验室检测样本的收集和其他处理相兼容。容器外观通常是圆底且带盖设计，带有倒角底部的平底管在规定的偏差范围内是允许的。常用容器尺寸的规格为13 mm×75 mm、13 mm×100 mm、16 mm×75 mm和16 mm×100 mm。用于离心的容器应能在纵轴上承受3000×g的最小重力加速度。对插入或取出容器所需的承受力量没有规定。

样本容器架应可以容纳常用规格的容器，托架的宽度为22 mm±0.2 mm。样本容器架可分为多样本架和单样本架，对两者也有不同的规定，如规定多样本架的宽度为22 mm±0.2 mm，而对单样本架的宽度未做要求。样本容器架应至少留出1面提供条形码槽，托架以垂直角度承载样本容器，样本容器不得偏离托架中心超过1度。

2.2 样本容器条形码使用与制定（AUTO02-A2、AUTO07）

条形码是样本从申请检测到结果回报整个流程中患者信息的唯一标识，流水线上出现的最常见的问题就是条形码的识别问题[10]，不合格的条形码会导致样本无法被识别，需要多扫几次甚至手工输入号码，或者需要手动编号上机，大大阻碍了流水线的效率，延长了报告时间，且人工编号可能导致出错，因此规范条形码对于流水线的通畅非常重要。条形码规范的内容包括：条形码标签的特性（尺寸、空白、字符数量、分辨率等）、扫描仪特性（扫描速率、焦距、扫描长度、符号解码等）、标签放置的允许偏差、条形码携带的信息等[11]。

条形码标签粘贴位置的要求：（1）标签位置应与样本管的中轴线垂直，偏差角度允许范围在±7.5%内；（2）标签应粘贴于样本容器的边缘或管帽下沿的管柱部分，距离管顶10 mm，管底9 mm；（3）建议标签最多不超过3个（包括制造商的标签），但实际情况是使用4个标签很常见。

条形码标签粘贴质量的要求：（1）条形码标签必须有足够的不透明度，以防止读取到下层标签；（2）条形码标签宽度应比样本管周长少5 mm，方便观察样本液面高度和样本质量；（3）条形码标签黏合力应当足够强，防止标签在分析前、分析中、分析后的常规处理及贮存的条件下脱落；（4）条形码标签加上黏合剂的厚度应＜0.09 mm；（5）所有条形码标签和黏合剂的总厚度不能超过0.36 mm。

条形码标签的信息内容应包括患者姓名、患者标识、样本编号、日期和优先级（急诊、常规、加急等）。随着医疗设施的整合，大型的自动化实验室可能接受多个医疗单位的样本，条形码中所包含的信息内容应能防止一台计算机发出的样本号可能与另一台计算机发出的样本号发生冲突，使条形码在不同的自动化系统中均能被识别[12]。

2.3 LAS的通信协议

LAS分为信息系统、操作系统、分析检测仪器、样本前/后处理系统以及样本传输系统。AUTO03-A2标准为LAS、实验室信息系统（laboratory information system，LIS）、自动化仪器设备之间的通信提供了标准，用于促进自动化仪器、LAS和其他信息系统之间准确、及时的数据和信息交换[13]，其采用功能控制模型作为实验室自动化信息的架构。图1是根据AUTO03-A2标准复制的信息交互功能控制模型，描述了LAS、LIS、样本前/后处理器、样本传输仪器以及分析检测仪器之间的信息交互逻辑关系。

图1 信息交互的功能控制模型

2.4 LAS操作系统的规范及要求

AUTO04-A标准涉及LAS过程控制组件之间复杂的相互作用，包括检测仪器和样本处理装置、信息系统和其他组件，如样本容器和容器架、对接系统、条形码和患者样本等。AUTO04-A描述了LAS各组件的状态、位置、完整性、质量控制和其他相关特征基本数据的统一方式。这些标准便于制造商对LAS进行状态监测，为操作人员提供了显示系统状态信息（如样本位置、试剂供应、支持实验室自动化操作的警告和警报）的标准[14]。

2.4.1 样本状态信息的传递 样本状态信息用于描述样本在自动化系统中移动时的状态，包括样本的检测状态、完整性和位置信息，由自动化系统中相关组件或设备组成（如仪器或样本处理设备、自动化组件、手动输入等）。

2.4.2 质量控制（quality control，QC）自动分析仪或LIS直接将原始QC数据输入中央系统，系统识别QC信息，根据用户定义的规则处理信息，将其转换成相应的警告状态，并向用户清楚地显示。

2.4.3 LAS的QC功能（1）识别并传输QC结果；（2）动态通知LAS操作人员QC故障和某些类型的QC警告；（3）提供一系列选择供操作人员选用；（4）关闭或绕过仪器和样本处理装置内不相关的模块或通道，以响应QC故障；（5）确定在仪器或样本处理装置修复后需要重新分析哪些样本，或者是否因为QC失败而采取了其他纠正措施。

2.4.4 LAS操作软件的技术要求 LAS操作软件应该能够读取样本的条形码以获取LIS关于样本种类以及拟检测项目等信息，由此可以决定在自动化系统中检测样本所要进行的程序以及应该遵循的方法。LAS操作系统应该能达到如下技术要求：（1）依据检测项目计算吸样的次数以及每份样本检测所需的适当样本体积；（2）吸样并送至分析前样本处理仪器，然后送至分析仪；（3）检测后盖帽，存储于特定位置，并能在复查时自动召回该样本；（4）能够监测分析仪中试剂、耗材的状态，以及检测结果是否在控，并能在检测无效的情况下向操作者发出警告；（5）样本完整性检测应该是自动化的，监测样本的质和量，并基于规则作出合理判断；（6）能够进行检测项目报告时间的估算；（7）保存完整、实时的维护记录，并有一定保存期限，根据命令提供；（8）具有工作量统计分析的功能；（9）进行工作量的评估，随时检查工作量，通过工作站、仪器、样本处理设备或LAS提供工作流程的概述和基本生产力测量；（10）保留错误事件的列表，日志保存有规定的期限，具体保存时间的长短取决于实际需要和监管的要求。

2.4.5 自动审核 大多数LAS的操作系统能够进行“自动审核”，即在没有人工干预的情况下靠临床实验室预先设定的自动审核规则来管理结果的发布。实验室中间系统以及LIS应该包括基于规则的决策过程，该过程能够将异常样本标记出来供有资质的实验室人员审核，同时自动检索样本进行复查、自动多步骤连锁反应测试以及稀释后测试等[15]。自动审核应能独立于任何自动化系统完成，并能积极影响报告时间和质量。AUTO10-A提供了自动审核系统的标准[16]，我国目前也已制定自动审核的相关标准[17]。

2.5 机电接口的标准化

AUTO05-A主要解决的问题包括样本容器、传输系统、检测仪器以及样本前后处理设备之间的最佳定位，以及与操作有关的安全和人体工程学问题[18]。LAS应该能够做到以下几点：（1）确定样本容器底部与参考点的偏差，并将此信息传达给仪器或样本处理设备，以便选择用于液位检测的适当算法，以避免包括抽吸气泡、过度润湿探针或探针撞击到样本容器底部等误差的产生；（2）与仪器和/或样本处理设备通信，表明样本可用于取样、已完成取样、已发出错误条件以及类似的状态信息；（3）确认容器中的样本容量充足，允许在将样本容器递送到仪器取样之前为仪器编写所有样本检测的程序。

标准执行时需注意以下事项：由于通常不可能知道哪些样本是具有传染性的，因此所有的人体样本都应该按照“标准预防措施”进行处理；在运输过程中，LAS应保护样本免受空气中颗粒物的污染，并避免蒸发造成样本分析物浓度的显著改变；样本定位和机电接口机制不可造成离心样本的飞溅、雾化、气泡形成、破裂或再混合。

3 小结

随着LAS的日渐成熟以及临床实验室样本量的日益增多，越来越多的实验室开始选择LAS，在其设计、安装过程中，了解各环节相关的技术规范有利于系统建设的高效实施及性能评估，促进临床医学全自动化实验室的建设。