实验室自动化系统LAS 的立项参考与技术构想

随着社会经济不断发展，我国的医疗体制面临重大挑战，这些挑战在临床实验室工作中体现在两方面：一方面医疗支出不断上升，要求临床实验室持续地降低成本；另一方面随着人民生活水平的提高，对自身医疗保健更加关注，对检测准确性的要求不断增加。这些原因使实验室工作负荷持续加大，临床实验室面临更大的挑战。实验室自动化系统（laboratory automation system，LAS）为化解临床实验室所面临的问题提供了很好的契机。

实验室自动化在临床市场方面需求如下：

1. 提高临床实验室管理水平：充分发挥条形码技术及实验室信息系统的优势；减少人工操作环节，降低差错率，提高检验结果的准确性；极大地减轻了劳动强度，提高工作效率，降低人力成本；调整工作流程及检验工作的管理模式，提高管理水平；优化数据管理；利于标准化。

2. 提高实验室的生物安全性：减少了检验技术人员与标本的直接接触的频率，有效避免了标本对操作者污染的机会。

3. 给患者带来的好处：可实施分杯来减少患者的抽血管数及用血量，同时也降低了传统多管检测的医疗成本；检验结果报告速度加快，缩短了患者候诊时间；患者同等检验费用得到高质量的医疗服务。

目前，国内实验室普遍使用进口仪器较多，近些年国家政策的倾斜和国内产品的不断推出，使国产仪器逐步走进检验科室，但是国产仪器使用中存在自动化技术较低，创新能力差，可模块化方案较少，整体品牌影响力不足等，使得国产仪器很难进入三甲级医院，较多分布在弱三甲、二甲以下及部分专科特色医院。实验室整体化设备进口产品占比95%，端口开放较少，近九成连接自营设备，但端口预留，除西门子流水线外都可以连接同类厂家设备，国产联机主要以生化和免疫联机为主，但总体占比不高，约占3%，项目开展仅组合几项，暂无开展全套样本处理流程的国产设备及厂家。

近年来，迪瑞医疗秉承良好的研发基础与创新精神，并契合市场时机，计划推出完全自主开发的实验室自动化流水线，涵盖了离心功能、开盖功能、血清识别、样本分样、连接接口、封盖功能、存储功能等。该项目属于大规模复杂系统，且涉及到光、机、电、气液以及软件的多学科交叉领域。实现功能复杂多样，根据上述产品功能需求，若完全按上述功能划分模块，则模块过多会导致功能分散空间布局繁琐；若模块集成过大，则导致单个模块过于复杂和庞大，不宜操作和实施，故分类整合上述功能，划分为四大功能模块：

离心模块：具有样本输入输出功能、开盖功能、离心功能、在线条码扫描功能。指标包括：最大通量300个/小时、单次离心量80个、离心转速1000转/分钟、自动配重平衡功能、恒温功能、血清识别功能。结构组成：输入输出单元，开盖单元，机械手单元，轨道单元，条码扫描组件，废料收集组件，电气组件，气动组件。

分杯模块：具有样本输入输出功能、开盖功能、分杯功能、在线条码扫描功能、在线条码粘贴功能、样本识别功能。分杯通量300个/小时，精密度小于5%。条码自动打印，条码自动粘贴，子管单方向无序上料，一次性吸样头。

封盖模块：具有样本封盖功能、在线条码扫描功能。无序式上料模式，进料仓采用向上大开口设计，便于用户直接将试管帽倒入。

存储模块：具有样本存储功能、在线条码扫描功能；存储模块主要实现短期的对样本的存储，单个存储模块按上下两层存储设计，以便节省空间，具有自动复制机制，可根据需要随时完成复查样本的调度。

整体项目所涵盖的关键技术包括：

（1）多机械手的精密机械结构，快速运动机械手的精确定位与平稳运行。具体而言，主要在于两个方面，运动设计控制：主要包括动力学算法、误差补偿、摩擦力补偿、力矩控制、驱控一体设计等功能；工艺方面：主要包括结构优化设计、装配、超柔布线等工艺问题、其他电缆走线与可靠性等。

（2）样本在线条码扫描技术。试管在自动化系统中通过试管持架进行传输，在传输的过程中试管的朝向是随机的，因此在进行试管条码扫描时必须进行试管的旋转。如果直接对试管进行旋转，则旋转装置会遮挡条码，因此只能旋转试管持架，且旋转试管持架时如果旋转中心和试管中心不重合则会导致试管成一个锥形摆动，导致条码读取失败率提高。为解决试管摆动的问题，首先需要设计试管持架压紧装置，保证试管持架不发生倾斜；其次需要试管持架在夹持试管时必须保证试管不能发生倾斜。

（3）样本在线图像识别、血清量识别技术。通过对样本试管拍照，提取图片，经智能识别算法，精准的做出如下识别：对样本所使用的试管类型进行分类；对于已经完成离心的样本的上层血清体积进行检测；对样本的上层血清的颜色进行检测，进而检测血清指数（正常、溶血、黄疸、脂血）。为实现该功能，需要能够拍出高质量的试管照片，而拍出高质量照片的前提是需要一个良好的光照环境，考虑拍照空间的避光等问题。

（4）样本离心平衡配比技术、高效转运技术。离心机在工作时要求转子上不能有太大的不平衡量，否则会导致转轴变形等严重问题，因此离心机往往对180°相对的两个吊篮的重量差有要求。为满足此要求，需要设计对样本自动平衡技术进行研究。高效转运技术是指离心机内外样本托盘转运的技术，良好的转运技术决定了高效率，低成本的转运过程。

（5）分杯子管条码自动打印、自动粘贴结构、样本移液、样本量探测技术。对于分杯用子管的条码自动打印和粘贴，要求实现在弧形试管外壁上进行条码粘贴、高度定位准确、粘贴牢固。样本移液过程对于包括液面探测，液面跟随，吸样准确度及精度的可靠稳定的要求。

实验室自动化的目的是通过改善质量和安全性，增加测试数量和简化流程，达到提高效率，减少劳动力成本，并能够准确及时地测定和报告，实现全面网络信息化管理，为临床检验工作和患者提供更好地服务。

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