大规模新型冠状病毒核酸检测中临床实验室面临的挑战

作者:曾宪飞 郝晓柯
2022-02-22

郝晓柯,教授、主任医师、博士研究生导师,中国青年科技奖获得者,1993年起享受政府特殊津贴。现任空军军医大学(第四军医大学)附属西京医院全军临床检验医学研究所所长。担任中华医学会检验医学分会第九届副主任委员、中国医师协会检验医师分会副会长、中国医学装备协会副主任委员、全军检验医学专业委员会副主任委员、国家卫计委全国临床检验标准委员会副主任委员、陕西省检验学会主任委员、国家卫健委遗传咨询能力建设专家委员会委员等。长期从事临床检验诊断的研究,在肿瘤分子诊断及临床分子微生物研究方面取得一定成果。承担国家 “863”重大课题、科技支撑计划重点项目、国家重大专项及国家自然科学基金等12项,近5年来获得课题研究经费1780多万元;在《Nature Materials》、《PNAS》等杂志发表SCI论文50余篇,出版专著4部。获陕西省科学技术一等奖1项,军队科技进步二等奖3项,总后优秀教师,军队院校育才奖“金奖”,国家精品课程和国家级教学团队。


曾宪飞,医学博士,主任技师、副教授、医师,硕士研究生导师。西北大学医学院副教授,西安区域医学检验中心实验室总经理。中华医学会临床输血学分会青年委员会常委,陕西省健康促进与教育协会检验医学专业委员会副主任委员,陕西省医师协会输血科医师分会常委,中国医学装备人工智能联盟检验医学委员会委员等。享受军队优秀专业技术人才岗位津贴。Renal Failure、Biomarkers in Medicine等4种SCI收录期刊审稿人。以第一作者或通讯作者在Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 等发表SCI收录论文6篇,中文核心期刊论文15篇。主持陕西省自然科学基金、浙江省血液安全重点实验室开放课题等科研项目6项,获武警部队医疗成果三等奖两项,出版专著三部。


文丨曾宪飞 郝晓柯


大规模人群新型冠状病毒(以下简称新冠病毒)核酸检测是实现“早发现、早隔离、早诊断、早治疗”的重要手段[1],是我国现行采用积极有效防疫政策的基础之一。在多个人口达千万以上的大型城市的疫情防控中,已经证明,一定时间内反复多次的“大规模”筛查对于精准确定传染源、有效遏制疫情进展、早日实现社会面新增患者清零具有重要价值。


2021年12月以来,为在最短时间内发现新型冠状病毒肺炎(以下简称新冠肺炎)患者、及时高效控制疫情进展、有序实施城市逐步解除封控,西安市(人口约1400万)进行了10轮以上全员核酸筛查或规模性重点区域筛查,是我国开展新冠病毒核酸筛查为数不多的超大型城市,也是目前为止继武汉后,检测人次最多的核酸筛查。大规模人群筛查中,一方面,往往启用大型核酸检测实验室,参与人员众多、检验环节复杂,管理难度增大;另一方面,每一轮次筛查(定义为,设定区域和人口数量的条件下,从标本采集开始至最后一张核酸检验报告发出的时间)都对检验时效性、正确性和生物安全提出极高要求。因此,实验室管理面临挑战。现就大规模人群筛查过程中,大型临床实验室的质量管理、生物安全防护、检验全流程优化、防范实验室核酸污染等作一总结。


一、本次大规模核酸检测的特点


1. 充分利用信息化技术提高全员筛查的效率、正确性和便捷性。主要由核酸检测管理平台(西安东软)、实验室信息系统(LIS)、西安市个人电子识别码(简称“一码通”)组成,实现从标本采集、信息录入、标本打包与转运、实验室接收、结果确认与自动上传、扫码查验查询等全程信息化管理和实时监控。


2. 统一组织并建立协作检测机制。不同筛查轮次,依据疫情防控需求定义起始时间和结束时间,结束时间为所有实验室完成最后一个结果上报的截止时间。通过预估每个实验室最大检测能力,并利用信息化手段实时监测各实验室检验进度,有利于实验室间标本调度、分散检测压力,确保每个轮次的全市结束时间基本一致。


3. 检测轮次密集,对检验质量要求高。流行病学史和新冠病毒核酸结果是疫情防控的最重要依据,即使在高强度、高压力情况下,检验质量仍处于最重要地位。除短时间内多次实施大规模筛查外,期间开展了一次“压茬开展重点区域核酸筛查工作”(分三个茬次)、多轮次重点区域(封控区、管控区、城中村等)规模核酸筛查工作,巨大样本的“背靠背”高强度临床检验工作,对实验室的人员素质、设备维护,特别是质量管理和生物安全提出非常高的要求。


二、因任务需求不断优化实验室流程


大型城市新冠肺炎疫情防控主要分为几个阶段,第一阶段以快速精准发现传染源为主,是疫情控制最为关键时期,此时,实验室检测量最大,时效性要求最高;在第一阶段精准划分封控区、管控区,将患者收治、密切接触者进行隔离后,核酸检测进入“稳定期”,此阶段检测量较为稳定,重点关注特殊群体,如封闭管控区域、隔离管控区域(如隔离酒店、居家隔离)等;第三阶段为收尾阶段,规模性核酸检测主要为区域性逐步“解除封控”作准备,是判断是否“解封”的依据之一。疫情防控的不同阶段,临床实验室应建立符合检测任务需求的实验室流程。疫情防控“第一阶段”对时效性和检验质量要求最高,通常在规定时间内(每一“轮次”一般为15h至24h),一个大型实验室将完成6-12万管标本的检验、复检和结果上传。最优的检验流程是,在保证检验质量、信息溯源、符合生物安全的前提下,最大可能提高检验的效率和时效性,缩短标本周转时间(TAT)。所以,检验流程会从每个细节入手,尽可能缩短TAT、提高效率。以此阶段为例,西安区域医学检验中心的流程见图1。另外,实现实验室最大检测能力的前提是标本不间断供应[2],以及尽可能早地让实验室满负荷运行,因此,采样速度、标本运送频次与间隔、接收与排样的能力与效率,都是影响实验室最大检测量的重要因素。


图1. 西安区域医学检验中心“大规模”核酸检测流程图


注:*我们认为,影响每轮次(规定时间内)最大检测量的主要因素包括:转运,特别是持续的转运力;排板,充足人员尽快完成LIS排板,标本快速进入实验室,同时“排板”是标本溯源的关键;加样,生物安全柜加样的速度是最关键因素之一,可以采用双人加样、单人加样、使用开帽机、全自动加样等;LIS的应用是缩短TAT,保障检验质量的信息化基础;随时复检、及时复检,建立合理的复检“绿色通道”,是保障规定时间内完成全部检测任务(每轮次时间包含了标本复检时间)的重要措施。#本实验室使用专用的封闭式标本转运电梯,将标本直接运送至标本制备区。


在质量保证和时效性要求高的超大样本量检测中,许多流程和程序不同于常规检验流程,如检验前过程中“标本核收”环节,在标本量达数万管的情况下,难以进行单管标本的一一核对,可采用“将标本整理为‘整板’(96孔泡沫板),用保鲜膜(袋)进行包裹固定”的方法进行标本整板整理,既便于标本转运、外表面消杀,也能实现标本的“整板核收”,极大提高接收效率,见图2。另如,在上述谈到的第二和第三阶段,往往有重点关注的区域、群体或个人,实验室应该建立符合自身实际情况的“加急标本通道与流程”。一个加急标本会至少经历“转运,接收,检验,报告审核,结果上传”等环节,涉及转运组、接收组、标本处理区、扩增区、报告审核区、数据处理组(如阳性上报)等人员,在标本量和信息量巨大的情况下,如何保持流程通畅,需要反复推敲与演练。


图2. 鼻咽/口咽拭子采集管的整理方法


三、将质量体系建设与质量管理作为首要任务


实时荧光RT-PCR检测新冠病毒核酸阳性是现行“新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第八版)”中确诊病例的重要病原学证据,在大规模筛查中,检验结果特别是阳性结果受关注程度高;同时,在目前传染性极强的德尔塔毒株和奥密克戎毒株流行时期,阳性漏检危害很大,可能快速引起新的大规模传播。因此,确立本实验室的阳性判断标准、复检标准与流程、加强质量管理尤为重要。大规模筛查期间,通常启用大型实验室(最大检测能力5万管/日以上),与“平时检验”相比,大型核酸检测实验室开展城市全员核酸检测,具有以下特点:时效性要求高,特别是在疫情防控初期,要在最短时间内精准找出“传染源”;检测样本量巨大,实验室始终处于高速运行状态。在此双重压力下,实验室质量体系建设与质量管理就不同于“平时检验”,除了常规的质量管理外,其他质量管理要点主要包括(见表1):确立第一主要检测体系并验证,包括主检扩增试剂、复检扩增试剂、提取试剂和质控品(参考“医疗机构新型冠状病毒核酸检测工作手册(试行第二版)”)[3];确立第二主要检测体系并验证,且两种主检试剂的扩增区域应不同,防止一旦出现“核酸产物污染”,无试剂可用;落实室内质控的加样、检测、判断流程和防污染措施;严格试剂的储存、配制;强化加样过程质量控制;建立疑难结果会诊机制等。本次疫情防控的特点之一是,许多人员在单独隔离后二十天或以上才得以检出,如何灵敏、准确地更早检出这部分阳性病例,进一步缩短“窗口期”,值得进一步探讨。



四、实验室生物安全管理


大规模新冠病毒核酸检测给实验室生物安全管理带来的挑战,主要体现在:检测量巨大,且检验时效性和质量要求更高,实验室长期处于高速运行;产生了数量巨大的医疗废物;实验室参与人员多、规章制度多,检测流程未实现自动化和全封闭;本次流行的德尔塔毒株传染性极强;实验室新冠病毒阳性检出远远高于常规检验。西安区域医学检验中心主要利用以下方法和措施进行大规模期间实验室生物安全管理:第一,成立实验室生物安全督导组,负责生物安全培训与考核、巡查与监督、迎检与汇报等,由实验室负责人任组长;第二,通盘考虑、合理布局,搭建专用接样帐篷、专用排板帐篷,启用专用新冠标本运输电梯、专用新冠医废通道。新冠病毒核酸筛查标本经接收、信息录入与“排样”(LIS系统)后,通过专用新冠标本运输电梯,直接进入PCR实验室标本处理区;第三,临时设立满足大量医废暂存的独立、封闭、远离人群的医废暂存处,设立标识和管理制度,指派专人管理;第四,选择病毒灭活效果良好的采集管,减少标本溢洒、采集管漏液以及操作过程中的感染风险;第五,所有人员每日进行两次体温监测和健康上报、每日一次核酸检测。所有人员闭环管理。


五、严密防范实验室核酸污染


大规模检测过程中,大量人员、标本、物资进入实验室,实验室内人员活动和设备运行频率显著增加,传递窗、缓冲间开关门次数增多,阳性标本频繁检出,实验室高速运行使得扩增区产生大量扩增产物(包括阳性质控)。这些因素都会增加实验室核酸污染的风险。大规模新冠核酸筛查中,在时间紧迫任务繁重情况下,一个大型实验室的核酸污染,将对“大规模”整体进度产生影响,甚至会短期波及疫情防控大局。笔者实验室主要采取以下措施,包括:提高全体实验室人员防核酸污染意识;提前选择并验证扩增产物不同的至少两种扩增试剂,并进行相应储备;专人、专柜、专用移液器加样弱阳性质控品;增加实验室监测频率,包括环境核酸监测、梯度负压监测等;规范标本加样操作标准,不能盲目追求加样速度,使用自动开帽机时,注意开帽头的清洁;试剂现配现用,放置时间不超过1h;缩短每班次工作时长至6h,保持最佳工作状态和效率;各班次指定专人清理医废,避免医废在实验室积压;每日进行至少两次清洁、消杀与沉降,每次时间不少于1.5h;限制三区人员活动区域等。总体工作要点见表2。



六、重视和加强后勤保障工作


大规模核酸检测过程中,后勤保障的难度远高于平时。具体情况包括:第一,检测任务重、压力大。实验室应建立场地、设备、人员、试剂储备等应急预案,以应对“大规模”过程中不断快速提升检测能力的要求;第二,物资采购困难。在全社会投入疫情防控的关键时期,生产和生活物资相较平时更难购买,应加强后勤保障力度;第三,为保障检测力量,实现工作人员“零感染”目标,必要时实行“闭环管理”,生活保障压力增加;第四,本次疫情中大规模检测持续时间长(一个月以上),无论对实验室管理人员还是技术人员而言,在生理上和心理上都是挑战,人文关怀、心理疏导都应有相应举措。


世卫组织网站数据显示,全球新冠肺炎确诊病例约3亿6千万[4],在目前新冠肺炎大流行仍未结束、新毒株不断出现的情况下,疫情防控形势依然严峻。我国的防疫政策最大限度地保护人民群众生命安全与健康,为全球疫情防控作出了重要贡献,其重要前提是我国具备有效组织“大规模筛查”的能力。目前,国家卫生健康委发布了《关于印发新冠病毒核酸20合1混采检测技术规范的通知》,要求进一步提升核酸检测能力和效率,该“通知”的发布证明,短期内我国可能仍将采用积极的疫情防控政策。笔者期望,西安区域医学检验中心核酸检验实验室(“风东实验室”)的经验和体会有助于其他实验室高效、高质量完成“大规模人群筛查”。


参考文献


国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组, 关于印发全员新型冠状病毒核酸检测组织实施指南(第二版)的通知(联防联控机制综发 [2021] 97号) [EB/OL]. 2019-09-14, http://www.gov.cn/xinwen/2021-09/14/content_5637134.htm.

曲林琳, 郭伟刚, 杨宗兴, 等.《大规模新型冠状病毒核酸检测需求下城市检测基地的流程设计及改进》. 国际检验医学杂志. 2021, 42(19): 2423-2429.

国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制医疗救治组, 关于印发医疗机构新型冠状病毒核酸检测工作手册(试行 第二版)的通知 (联防联控机制医疗发 [2020] 313号) [EB/OL]. 2020-12-30, http://www.nhc.gov.cn/yzygj/s7659/202012/b89bcd0813da41788688eb14787b3c72.shtml.

World Health Organization, WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard [EB/OL]. 2022-1-28, ttps://covid19.who.int/.


作者单位:陕西西安,西北大学医学院 西安区域医学检验中心

通讯作者:郝晓柯,邮箱:haoxkg@fmmu.edu.cn




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