臨床微生物自動化的現狀與展望

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·綜述·

臨床微生物自動化的現狀與展望

肖學會 綜述，陳學兵 審校

(湖北省荊門市第一人民醫院檢驗科，湖北荊門 448000)

關鍵詞:微生物技術；自動化；現狀

傳統的微生物診斷主要包括病原菌的培養、鑒定、藥敏試驗，耗時較長無法滿足臨床對快速診斷的需求[1]。雖然部分醫院的細菌鑒定和藥敏已經實現了自動化，但標本的接種、劃線、分離、培養依舊靠手工操作。除少數發達國家外，極少有實驗室達到了臨床微生物的整體自動化。

隨著科學技術的進步，臨床微生物的自動化的時代已經來臨。尤其是基質輔助激光解析離子飛行質譜的出現及液體轉運培養基的使用[2-3]，為臨床微生物的自動化提供了巨大的可能性。

1阻礙臨床微生物的自動化的幾個因素

1.1臨床微生物標本復雜臨床生化、免疫和臨床血液學以血標本為主，以真空采血管采集和傳輸，標本處理易于標準化和處理。臨床微生物標本則不然，首先標本類型繁雜，既有液體類型的血液、體液標本，也有非液體類型的組織、大便等標本。其次是采集標本的容器大小、形態、容積各異。此外，標本的采集和運送方式亦是多種多樣，如呼吸道的咽拭子在咽部采集，以運送培養基運送。血培養標本則需采集外周靜脈血，注入特制的血培養瓶后運送。標本的處理復雜，有的標本需離心濃縮，有的標本需酶消化處理，有的標本需半定量接種，有的標本需定量接種。依據目標分離菌的不同特性，標本還需選擇合適的培養基，放置在不同的溫度、不同的氣體環境中培養。依據不同微生物生長速度不同，在長短不一的生長時間內對目標菌進行觀察。

1.2機器無法取代人的判斷微生物檢驗操作過程中，每一步皆離不開人的經驗性判斷。如接種時平板類型的選擇、劃線分區方式，尤其是平板上生長菌落中可疑菌落與正常菌落的篩選[4],生化反應陰陽性的判讀，血培養陽性污染菌的區分等，現行的儀器尚無法完全取代人腦的功能。

1.3自動化的成本高自動化設備占用空間大，硬件投入成本高，中小醫院與經濟不發達地區難以實現。由于臨床微生物檢驗標本量不及臨床生化和臨床免疫學檢驗的標本量大，自動化設備雖能減輕工作量，但不能增加檢驗科的收入，加上臨床微生物檢驗的試劑耗材支出比遠高于臨床生化檢驗，這也是導致臨床微生物自動化普及不廣的原因之一。

2推動臨床微生物自動化的幾個因素

2.1臨床微生物標本量的增加由于人口老齡化，多重耐藥菌的出現及感染控制的需要[5]，臨床微生物標本檢測量以每年10%～15%的速度遞增。越來越多的微生物實驗室選擇了每周7 d、每天24 h的工作模式來應對增長迅猛的工作量。選用臨床微生物自動化設備可減輕工作量，縮短TAT[6]。一般情況下，微生物實驗室工作人員會在每天早晨上班時間處理生長的平板和各種生化試管、藥敏試驗，若平板在中午或周末時間長出可見菌落，須等到隔日上午方能得到審閱并處理，這會導致不必要的時間延遲。若引入自動化設備，可快速報告檢驗結果。

2.2溯源性方面的訴求臨床微生物標本類型復雜，大多實驗室并未使用條碼系統，而是以常規的編號處理標本。如果在接收標本、接種標本、培養標本、鑒定標本的任一環節出錯，會導致最終結果出錯。臨床微生物自動化對標本從開始就采用條碼系統標記，作為唯一識別代號，與人工編號相比，不易出錯，且溯源性好。

2.3技術的進步臨床微生物實驗室引入了轉送培養基轉送標本，這類培養基的特點是不僅有采樣拭子，還有一個液相的基質，液相基質使得標本中細菌得到勻質化，這為自動涂片和自動接種提供了可能。MALDI-TOFMS改變了傳統微生物鑒定的模式：當平板上出現了可見菌落，無需革蘭染色，直接將菌落涂布到檢測板上，加入微量基質，干燥后放入飛行質譜儀內檢測，結果可在10 min至1 h內檢測出來。MALDI-TOF MS還可直接檢測陽性血培養液[7]、尿液中的細菌和真菌[8]。數字圖像技術與人工智能的發展 臨床微生物自動化的一個設計難點在于機器無法取代人腦作出自己的判斷。隨著數字圖像技術的發展[9]，數字平板系統可實時監測到平板上的菌落生長情況，在電子屏幕上放大，直接觀察菌落的大小、形態、溶血情況，數字平板系統還可檢測到肉眼不可見的菌落。陰性標本可直接處理報告，陽性標本可依靠內置的邏輯規則，模擬人腦作出判斷。如柯瑪嘉念珠菌顯色培養基上長出綠色的菌落，儀器會判讀為白色念珠菌，結合平板上的標本條碼號，將此ID號患者標本報告檢出白色念珠菌。數字圖像技術的應用，臨床微生物技師可與臨床醫師實時共享標本信息，便于遠程會診和教學[10]。標本信息可保存很長時間，即使標本丟棄，標本的原始信息依然保留，便于溯源。

3當前臨床微生物自動化進展

主要以分析前的自動標本接種以及分析中的自動平板孵育、自動平板影像系統為主。分析后以數據管理軟件為主。

3.1分析前的自動化自動化的平板接種儀是一種用于劃線接種培養基的革命性突破，以機器取代人工繁瑣重復的勞動。自動化的平板接種儀可提高接種的準確性和重復性，且可分離更多數量的菌落，在混合菌感染時分離效果突出[11]。同時無需人工干預，提高了生物安全性。對于液基標本，皆選擇全自動接種劃線方式，而對于像組織類非液態標本，法國生物梅里埃的PREVI-Isola須先將這類標本在試管內用液體均質化，然后再按液基標本接種的方式。而BD公司的inoqulATM對固態標本，采用專利的磁性滾珠技術[12]，在人工點樣后，利用客戶自己選擇的劃線模式，在各種不同的平板上接種，且獲得的菌落數量是手工劃線法的3～5倍。手工劃線長度最長約125 cm,磁珠法劃線長度最長約4 m。已上市的主要有4種產品有PREVI Isola、Innova、WASP和InoqulA[12]。

四種自動化的平板接種儀參數比較

3.2分析中的自動化分析中的自動化有自動平板孵育系統、智能數字平板讀取系統。BD公司的inoqulATM自動平板孵育系統可依照平板上的條碼，自動分類存儲培養皿，每個孵育箱最多可保存1 150個培養皿。依據培養條件的不同存儲培養皿，自動化的平板接種后可自動送入到自動平板孵育系統。精確控制的溫濕度，保證微生物的最佳生長條件。培養后平板的處理是常規微生物工作中的一個繁瑣耗時的環節，且通常在固定的時間處理。智能數字平板讀取系統配備有高清拍照系統，提供優質的數字平皿影像。培養過程中，可根據用戶設定的時間自動拍照定時傳遞培養結果。這大大改變了微生物檢驗的工作模式，數字平皿影像可在電腦屏幕或IPad上同時顯示同一位患者的所有培養結果，并與患者的歷史結果比對，工作站可放在獨立的房間，也可在遠程辦公。由于用戶可設定間隔時間自動拍照，可減少陽性標本的處理延遲時間，提高檢驗效率[9]。MALDI-TOF MS技術的出現加速了臨床微生物自動化進程。Mutters等[13]將InoqulA kirestra全自動化的數字圖像技術結合MALDI-TOF MS技術，對219例血培養進行快速鑒定，并與傳統的鑒定方法比較。血培養報警陽性后，立即轉種至血平板上，一旦自動化系統偵測到平板上長出菌落，將菌落放入飛行質譜儀內快速鑒定。結果發現此方法較傳統法早30.6 h報告鑒定結果，鑒定成功率為98.4%,快速鑒定使12%的患者調整了適宜的抗菌藥物治療方案。BD公司正在研發一種裝置，可從平板上直接將單個菌落接種在Bruker MALDI-TOF MS的測試板上，快速鑒定細菌和真菌。

3.3分析后的自動化分析后的數據管理，可更好地對鑒定和藥敏結果上報臨床。BD公司推出的數據管理軟件BDEpicenterTM，在細菌鑒定和藥敏結果出來后，可以不依賴微生物實驗室發放報告，軟件系統直接整合患者的檢驗結果，臨床醫生在工作站可馬上獲取結果。對于危急值結果，甚至可將結果直接推送到臨床醫生的手機上，可自動去除重復的數據進行流行病學分析。生物梅里埃的Myla對于危急值結果也可通過短信、網絡報警燈的方式進行發布與遠程警報，對多重耐藥菌(MDRO)和血培養污染菌進行分析跟蹤。

4微生物整體自動化解決方案

目前已推出或正在研發的微生物整體自動化產品主要有：BD的Kiestra TLA,生物梅里埃的FMLA，Copan的WASPLab。KiestraTLA于2006年首次裝機，截至目前全球約40家用戶。它主要包括自動平板分類(SortA),平板自動貼條碼(BarcodeA),平板自動劃線接種(InoqulA),帶數字影像功能的智能孵育系統(ReadA)。該公司正在開發MalditofA模塊能從平板挑取菌落，在Bruker質譜儀上快速鑒定。有研究者評估了使用Kiestra TLA前后TAT及檢驗效率的變化，顯示了該系統的較傳統手工檢驗的優勢[14]。FMLA尚處于研發階段，主要由Previ Isola自動接種儀、帶數字影像功能的智能孵育系統，孵育系統間以軌道相連。Myla是控制整個系統的中間體軟件。FMLA正在研發與VitekMS質譜儀相連，取單個菌落或菌懸液作快速鑒定和藥物敏感試驗。

WASPLab于2012年首次裝機使用，主要由WASP自動平板接種儀、智能孵育系統、數字平皿系統組成。此系統的特色是系統給每個接種后的平板分配一個獨立的位置，檢驗人員給出指令后可取出特定患者的平板人工審閱，判讀后重新載入機器，也可儀器自動判讀，儀器可自動進行藥物敏感試驗，當前也在考慮研發與Vitek MS 質譜儀或Bruker質譜儀整合進行快速鑒定。

5小結與展望

當前臨床微生物自動化處于局部性和相對性的自動化階段，整體的依賴軌道連接的自動化還處于研發之中[15]。制約臨床微生物自動化的關鍵技術在于快速藥物敏感試驗，流式細胞術[16],MALDI-TOF MS可能會是快速藥物敏感試驗的兩個突破點[17-18]。無疑，整體的臨床微生物自動化可大大節省結果報告時間，更高效能、更高質量地為臨床提供服務。但目前臨床微生物整體自動化的現有用戶不多，對它的功能評價有待更深入的研究。

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更正

本刊2015年第36卷第23期3437頁《早產窒息新生兒同型半胱氨酸聯合心肌酶測定的臨床價值》作者單位由“延吉市第二人民醫院檢驗科”更正為“延邊第二人民醫院檢驗科”，作者簡介由“李春姬，男，副主任檢驗醫師，主要從事臨床生物化學與檢驗研究”更正為“李春姬，女，主管技師，主要從事臨床生物化學與檢驗研究”。

《國際檢驗醫學雜志》編輯部

2016年1月10日

(收稿日期：2015-09-28)

DOI:10.3969/j.issn.1673-4130.2016.01.035

文獻標識碼：A

文章編號：1673-4130(2016)01-0080-03

作者簡介：肖學會，女，副主任技師，主要從事臨床微生物檢驗研究。