临床检验医学技术装备的发展现状与发展前景

徐英春，研究员、临床医学教授、博士及博士后研究生导师。中国医学科学院北京协和医院检验科主任,北京协和医学院临床检验诊断学系主任。主要学术兼职：国家卫生健康委抗菌药物临床应用与耐药评价专家委员会办公室主任，国家卫生健康委全国真菌病监测网国家中心主任，中国医学装备学会检验医学分会会长，临床实验室杂志副主编。承担国家高技术研究发展（“863”）计划课题、国家科技部课题、国自然科学基金资助课题项目、首发专项重点课题等20余项。发表SCI近百篇，中文论著200余篇、主编书20余部。主持撰写标准、指南、共识30余项，培养硕士博士20余名。本人及所领导团队获国家科学技术进步二等奖、国家教育部科技进步二等奖、北京市科学技术二等奖等近10项。

宁雅婷，北京协和医院临床检验诊断学专业在读博士研究生，师从徐英春教授。研究方向为近平滑念珠菌复合体微进化与地域进化过程中的耐药发展和毒力调控机制研究。欧洲临床微生物和感染病学会药敏委员会华人抗菌药物敏感性试验委员会（CHICAST）秘书；《医学参考报微生物与感染频道》责任编辑；《临床抗真菌药物应用精要》著书秘书。

文丨宁雅婷 邱玲 李永哲 吴洁 吴卫 罗国菊 汪自然 李蕾 徐英春

【摘要】临床检验医学是一门综合应用型学科，在患者诊断中起至关重要的作用。近年来，随着检验方法和技术的革新和推广，检验医学得到了空前的发展，极大提高了检验效率、速度和准确性，进而推动了临床医学的进步。本文就各亚学科检验医学技术的现状及前景进行简要阐述。

【关键词】检验技术；临床基础检验学；临床生物化学；临床免疫学；临床微生物学；临床分子生物学

检验医学是临床医学与实验室技术相结合的多学科交叉渗透的一门学科，通过物理、化学、免疫、分子等方法对临床样本进行定性或定量检验，为临床疾病预防、诊断、治疗和预后提供及时准确信息。新技术的应用和方法论的革新，极大地改变了诊断手段，并提高了诊断水平，同时也促进了临床医学的发展。

一、临床基础检验学技术

临床基础检验与细胞学专业是对血液和体液的标本进行理学、化学和显微镜形态学的检验，以满足临床筛查诊断疾病的需要。最初，采用人工显微镜法对细胞进行计数以及形态学检验。1953年，电阻抗法计数粒子技术被应用于血细胞分析仪，极大地提高了分析检测的速度和效率。近60年来，全血细胞分析仪、尿液干化学分析仪、全自动尿液沉渣分析仪、全自动粪便分析仪及计算机辅助精液分析系统等自动化仪器逐渐投入临床应用。随着信息化技术的发展，仪器的自动化程度越来越高，例如血常规检测从手工、半自动发展到轨道将全血细胞分析仪、自动推染片机、血细胞识别系统连接组合在一起，使实验室的分析完全自动化。同时，检测的功能和分析参数也不断完善，不断满足临床的需求，在疾病诊断、鉴别诊断、治疗监测、预后判断等方面发挥着日益重要的作用。

目前，虽然仪器的自动化程度越来越高，但传统的人工镜检法能够有效地弥补分析仪器在性能和能力上的不足，是仪器检测、校准和质量保证的重要组成部分。例如在血细胞分析中，血涂片细胞形态学检验仍是判断血细胞形态变化的金标准，参考国际血液学复检专家组制定的“41条”规则，实施血涂片复检流程，建立实验室个性化的全血细胞分析复检规则，可大大提升血细胞分析的准确率[1-3]；在尿液有形成分分析中，各类仪器能够对尿液中干化学进行半定量分析以及各类细胞计数进行定量分析，但只能作为过筛手段，实验室需制定复检规则，通过人工镜检，有效地发现和纠正干扰因素[4]，为泌尿系统的临床诊断和治疗提供准确、客观的依据。

未来，随着人工智能在医学检验领域的应用，有望在血液和体液形态识别方面，提高检测的自动化和智能化程度。例如以数字图像数据库为基础，通过机器学习可实现血涂片全片阅片和智能识别分析，进一步提高全血细胞分析检测的质量[5, 6]；在止血与血栓方面，全流程检测实现从自动化、信息化向智能化方向的发展[7]。

二、临床生物化学检验技术

早在1920年，北京协和医学院吴宪教授主持的生物化学系就开始讲授临床生物化学检验，并开展了一系列临床检测工作，后又初步建立了中国人群血液化学成分的参考范围[8]。如今，血液生化检测已从最初的代谢产物，酶，电解质等成分分析，扩展到了覆盖糖、脂、蛋白质、水矿物质代谢全过程，反映各种脏器功能及损伤，调节机体各项机能的激素等的多达数百项生化标志物；另外，维生素、微量元素及毒物、药物检测谱也越来越宽。这些都为疾病诊断、鉴别诊断、预后评估、治疗效果评估、治疗方案的选择提供了重要的体外诊断证据，同时也为健康评估提供了更广泛的依据。

生化标志物的检测方法越来越多样，技术也不断迭代更新，从紫外分光光度法，离子选择电极法，电泳法，放免法等逐步扩展到干化学法、化学发光法等，近期快速应用于临床的色谱、质谱检测技术[9]，单分子阵列技术[10]及未来可能应用于临床的拉曼光谱技术等将能够提供标志物含量检测及结构分析更高的平台，为疾病早期诊断提供了更多可能。不断发展和迭代的多样化的分析技术也带来了更卓越的分析性能，精密度、灵敏度、特异性、线性、抗干扰能力等大幅提升，样本量需求越来越低，检测速度越来越快，同时大通量的分析检测系统和灵活的床旁检测设备结合，为临床诊断提供了多种解决方案。

质量控制依然是生化标志物检测的核心工作之一，室内质控和实验室间评价的方法越来越完善，有效利用质量工具的意识也越来越强，有效保证了检验结果的精密度和准确性。同时起始于生化标志物检测的参考测量系统和量值传递的理念也越来越广泛的被制造商和实验室接受，仅JCTLM公布的参考测量程序就达213项,涉及160种被测物,参考物质257种,涉及被测物180种[11]。越来越多的项目实现了检验结果的标准化或一致性，为检验结果的全面互认奠定了坚实基础。

同时，在生化标志物检测领域最早开始兴起的实验室自动化系统，经历40年的发展，已经在世界各地的实验室被广泛应用，据笔者调查，截止2020年底，中国大陆地区流水线的累积安装量已达1680余台。另一方面，自动化系统正从传统流水线扩展为覆盖采样、运送、分拣、实验室内传递、离心、检测、后存储、自动质控等的全流程解决方案；同时自动化系统连接的设备类型也越来越多元化，从最初的自动生化分析仪、化学发光免疫分析到全血细胞分析仪、凝血分析仪，近期有流水线连接了PCR仪、血沉仪，连接液相色谱串联质谱仪乃至试剂前处理系统的流水线也有望在不久的未来服务于实验室。近10年，实验室自动化发展的另一特点是向着智能化方向发展，检验结果的自动审核[12]，基于患者数据的质量控制[13]，基于真实数据的间接法参考区间建立[14]，疾病诊断模型等方面的探索和应用真正蓬勃发展，将为保证结果准确，提升临床检验服务能力，扩展检验结果的临床应用价值做出更大的贡献。

三、临床免疫学检验技术

免疫检验技术建立在抗原和抗体的特异性结合反应基础上，抗原抗体检验技术在现代免疫学理论发展中不断壮大。对于免疫学反应的研究从传统对抗原抗体凝集反应、沉淀反应、中和反应的观测到逐步实现利用标记免疫技术将免疫信号放大进行定量检测。免疫标记技术在当前免疫诊断技术中快速发展。1960年放射性免疫技术标记测量抗原结合，首次实现定量检测的飞跃。1970年利用活性酶作为标记物的酶联免疫技术从根本上提高了免疫学检测灵敏度、重复性与准确性，实现快速免疫分析的临床推广与使用。1975年单克隆抗体技术的出现极大推进了免疫检测技术的进展，相应诊断试剂盒与测试纸条应运而生。1980年，以ELISA为代表的板式化学发光检测技术能支持全自动批量检测，适用于临床大量样本的筛查。1990年至今，纳米磁微粒管式化学发光技术的应用极大提高了免疫检测的灵敏度与重复性。同时，生物素-亲和素衍生物的问世推进多级放大检测效应，使该技术为分析微量抗原、抗体定性、定量检测及定位观察提供更高平台。随着纳米技术的发展，免疫层析技术从定性检测突破为磁珠免疫层析定量检测。

百年协和检验为我国免疫事业做出不可磨灭的贡献。教育家谢少文致力于微生物与免疫学新技术方法的研究和标准化[8]。北京协和医院检验科第一任主任张乃初潜心免疫学病原检测研究。1965年，北京协和医院检验科在国内率先研制十二种快速试纸条[9]；北京协和医院内分泌科主任刘士豪首次在中国建立胰岛素的放射免疫测定[10]；北京协和医院检验科吴安然在国内最早成立单克隆抗体实验室并建立ELISA测定方法[11]；北京协和医院检验科王惠珍在国内最早建立起系列免疫荧光法检测自身抗体方法，并将其作为检查抗核抗体的常规方法[12]。

免疫细胞、免疫分子和特种蛋白标志物检测已大部分实现仪器自动化，对抗原抗体反应的定性描述已然过渡到准确定量分析，基于抗原抗体免疫检测技术已经渗透到临床检验各个亚专业，免疫检测技术的开发显示出广阔的临床应用前景。对于感染性疾病抗原/抗体、自身免疫性疾病相关自身抗体、恶性肿瘤相关肿瘤标志物、变态反应性疾病相关过敏原、免疫缺陷病相关免疫分子、免疫增殖病相关特种蛋白等检测诊断效用日益凸显。未来也将出现更有临床价值的免疫标志物。依靠POCT平台，快速检测走向临床门诊/急诊和床边。随着生物标记技术、生物光电技术、自动化技术的发展，会涌现更多新型高通量、定量检测手段，如免疫微球、免疫质谱、光谱流式等技术，免疫检验技术的各项性能也将得到巨大提升。

四、临床微生物学检验技术

临床微生物学研究微生物的形态、结构、分类和生命活动规律，包括细菌、病毒、真菌等，指导感染性疾病的诊断、治疗和预防。临床微生物检验技术的发展，大致为两大类四个阶段。

前两个阶段以微生物表型作为鉴定指标。传统微生物检验主要由培养和形态学鉴定技术组成，依照其镜下和菌落的形态、染色特性、生化反应以及抗原结构进行鉴定[13]。目前仍是鉴定大多数病原体的金标准。但一些病原体如真菌等需要较长时间才能形成肉眼可见的菌落，可能会贻误最佳治疗时间。此外，该阶段的技术仅在细菌鉴定中普及并成熟，病毒、支原体和衣原体等微生物中，尚处于起步初级阶段。第二阶段为诊断技术发展阶段，主要以自动化设备和免疫学技术的发展为主。自动化的鉴定和药敏仪，其基本原理仍是微生物的生长和生化反应。但样本的接种、划线和分离依旧靠手工操作，临床微生物尚未达到整体自动化，主要阻碍有：样本类型繁杂、采集容器各异，标本处理、培养条件多样，人的经验性判断无法被取代[14]。此外，该阶段融入免疫学技术，如酶、放射、荧光和化学发光标记免疫分析技术，简化了鉴定步骤，提高了检验速度和准确性[15]。

第二大类两个阶段以内在本质特征作为鉴别指标。分子生物学技术发展阶段，根据分子结构特征鉴别，将微生物鉴定、耐药机制研究、分型以及新病原体的发现等均推进到分子水平。主要技术为PCR，以该技术为基础发展了多重PCR、实时荧光PCR等。此外，质谱技术逐渐成为菌种鉴定的重要技术，目前主要基于粒质荷比不同，根据蛋白指纹图谱用于微生物的鉴定，而质谱在病原菌同源性分析与分型和耐药性检测方面仍处于研究阶段[13, 16]。第四阶段为基因微生物学发展阶段，基因是决定性状的本质，因此，作为鉴别微生物的决定性方法，给微生物检验技术带来了质的革新。目前的方法有基因测序，细菌16S rRNA、真菌18S rRNA meta、核酸多样性分析、全基因组分析。此外，快速微量基因检测技术，如基因芯片、纳米生物技术、生物传感器技术等。但目前仪器、费用昂贵，技术复杂，在临床上尚未得到普及。

临床微生物检验技术正向着基因水平、快速微量检测、自动化方向发展。常规检验技术整体自动化发展，是微生物诊断鉴定发展的趋势；质谱和基因诊断等技术进一步在菌株鉴定、耐药检测、毒力检测、同源分析和分型方面突破，有望成为未来微生物实验室的主力军。

五、临床分子生物学检验技术

应用分子生物学原理和技术的临床分子检验技术已成为疾病诊疗中的一把利剑。PCR技术衍生出的荧光定量PCR、巢式PCR、多重PCR等技术是当下临床分子检验中的常规方法。DNA序列测定技术已发展成为分子生物学领域最有价值的研究工具之一，基于末端终止法的一代测序技术是目前所有基因检测方法的金标准，二代测序技术可用于未知物种和未知基因的检测[17]，基于单分子测序和纳米孔测序的第三代和第四代测序技术也日趋成熟，在今后的分子诊断领域必将大放异彩。此外，生物芯片、质谱技术、分子生物传感器等也是未来临床分子检验技术的重要发展方向。

感染性疾病诊断中，传统的培养法虽是金标准，但阳性率低，耗时费力。分子生物学技术不仅能够检测常规无法培养的病原体，快速准确识别新发突发传染病的病原体，而且能同时对其毒力和耐药基因进行分析[18]。基于巢式多重PCR和微控流技术的联合检测平台可同时对十几种病原体进行检测，且具有较高的敏感性和特异性。近年来即时检验的迅速发展使得传统的大型检验仪器逐渐实现小型化、集成化、高效化，在新冠病毒疫情防控中，该仪器采用一步法核酸免提取技术，大大缩短了检测时间，具有很高的应用价值[19]。遗传性疾病诊断中，分子生物学技术可以检测基因层面的异常，相对于传统的表型检测方法更加准确可靠。在肿瘤领域，针对基因型标志物和基因表型标志物的检测对肿瘤的早期发现，诊断及预后监测具有至关重要的作用。液体活检，包括循环肿瘤细胞、cfDNA/ctDNA、外泌体等检测在肿瘤的筛查、诊断、疗效评估和预后检测等方面均具有较高的临床价值，是较为理想的肿瘤分子标志物。个体化医学方面，对相关代谢酶基因多态性的检测，可指导药物的合理使用，实现个体化精准用药。此外，分子生物学技术还在产前诊断、移植配型等方面有着诸多的应用。

分子检验技术在临床各个领域的应用日益广泛[20]，但同时，其对人员操作要求较高，需要昂贵的设备，试剂成本高，对环境要求高，需要规范的操作流程和严格的质量控制，检验结果的解读必须密切结合临床。期待分子生物学在未来能够给检验注入新的活力，不断推动临床检验诊断行业的进步和发展，真正实现高效检验、精准检验、个体化检验！

综上所述，各学科的交叉与融合，推动了检验技术的革新；各检验方法相互取长补短，整体上提高了检验的灵敏度和特异性。未来，检验医学将继续向着快速化、高通量、简便化、自动化以及精准诊疗方向发展。

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北京协和医学院学科建设项目（201920200101）；北京市临床重点专科医学检验科卓越项目（ZK201000）

作者单位：100730北京，中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院检验科/疑难重症及罕见病国家重点实验室

通信作者：徐英春，电话：010-69159766，E-mail：xycpumch@139.com