AUTOMATIZACIJA I KOMPJUTERIZACIJA U KLINIČKO-BIOHEMIJSKOJ LABORATORIJI

Prof. dr Svetlana Ignjatovi: Predavanja iz klinike hemije Automatizacija u kliniko-biohemijskim laboratorijama

1

AUTOMATIZACIJA I KOMPJUTERIZACIJA U KLINIKO-BIOHEMIJSKOJ LABORATORIJI

UVOD

Kliniko-biohemijska laboratorija kao deo medicinske slube unutar zdravstvene ustanove treba da ima svoj organizacioni i tehnoloki princip rada koji obezbeuje nesmetan i efikasan protok humanog biolokog materijala i informacija. Automatizacija se sprovodi radi poveanja produktivnosti rada, smanjenja broja zaposlenog osoblja, smanjenja cene kotanja izvrene analize, odnosno smanjenja ukupnih trokova zdravstvene zatite. Termin automatizacija primenjen na polju klinike hemije govori o korienju laboratorijskih instrumenata i opreme za obradu uzoraka kod izvoenja laboratorijskih testova u kliniko-biohemijskoj laboratoriji sa minimalnim uecem tehniara. Brze promene u zdravstvenom sistemu povezane sa napretkom u tehnologiji dovode do evolucije novih prilaza u laboratorijskoj automatizaciji.

AUTOMATIZACIJA U KLINIKO-BIOHEMIJSKOJ LABORATORIJI

Pod automatizacijom podrazumevamo mehaniki transfer ili samostalno prenoenje uzoraka unutar kompleksa instrumenata koji sami za sebe pojedinano izvravaju odreene etape u celokupnom analitikom procesu od samog uzorka do analitikog rezultata. Razvoj automatizacije u klinikoj laboratoriji se odvija uporedno sa razvojem proizvoake industrije i napredovao je od fiksne, jednostavne automatizacije, gde jedan instrument izvrava zadatak ponavljanjem, do programabilne automatizacije koja omoguava instrumentima izvoenje velikog broja zadataka.

Smanjenje trokova zdravstvene zatite u razvijenim zemljama sveta je doveo do integracije manjih laboratorija u vee i efikasnije entitete. Ovi sistemi su skoro potpuno automatizovani s obzirom da je tok uzoraka pacijenata organizovan u tzv struji (engleski izraz stream). Uspena implementacija potpune automatizacije u mega laboratorijama e verovatno predstavljati kljuni momenat prosperiteta klinikih laboratorija u budunosti.

Vana prednost automatizacije je smanjenje variranja rezultata i greaka u analizama, koje inae mogu biti est problem u toku manuelnog rada.

OSNOVNI KONCEPTI PODELE ANALIZATORA

Automatski analizatori se dele na osnovu vie razliitih kriterijuma. Prema tome da li analizator radi jednu ili vie razliitih analiza istovremeno, razlikuju se jednokanalni i viekanalni analizatori. Pomou jednokanalnih analizatora odreuje se samo jedan parametar u datom uzorku, a pomou viekanalnih analizatora istovremeno se odreuje vie razliitih parametara u datom uzorku.

Postoje jednokanalni analizatori sa fiksnim programom koji odreuju samo jedan odreeni parametar (na primer analizatori firme Beckman pomou kojih se odreuje koncentracija glukoze). Pomou fleksibilnih jednokanalnih analizatora izvode se


2

razliite analize, ali uvek samo jedna vrsta analize koja je u datom momentu zahtevana i programirana (takvi su bili analizatori Abba 100 i Abba firme Abbott i Impact 400E firme Gilford koji danas vie nisu u upotrebi). Prema nainu rada jednokanalni analizatori mogu da se podele na sekvencijalne i batch analizatore. Na sekvencijalnim analizatorima se redom odreuje jedan parametar za drugim, a sa batch analizatorima istovremeno vie istih parametara.

Prema nainu rada viekanalni analizatori se dele na selektivne (diskriminarujue) i neselektivne (nediskriminirajue) analizatore. Pomou selektivnih analizatora se odreuje vie parametara u pojedinanom uzorku, ali samo oni koji su zaista zahtevani, tako da se reagensi ne troe za odreivanja koja nisu traena. Neselektivni anlizatori rade sva odreivanja iz svog programa u svim uzorcima, bez obzira da li su traena ili ne (o ovoj vrsti analizatora koji vie nisu u upotrebi proitati u sledeem pasusu, kontinuirani protoni analizatori).

Otvoreni i zatvoreni sistemi

Automatski analizatori se takoe klasifikuju kao otvoreni ili zatvoreni. Kod otvorenog analizatora, operater je u mogunosti da promeni parametre vezane za odreivanje i da pripremi ,,in-house" (one koje sam pravi) reagense ili da koristi reagense od vie razliitih dobavljaa. Takvi analizatori obino imaju odreenu fleksibilnost i lako se prilagoavaju novim metodama i analitima. Analizatoru sa zatvorenim sistemom je potreban reagens u jedinstvenom kontejneru ili u obliku koji obezbeuje proizvodja analizatora. Generalno, teni reagensi za otvorene sisteme su jeftiniji od odgovarajuih komponenti potrebnih za zatvorene analizatore. Sa druge strane, zatvoreni sistemi imaju skrivenu utedu zato to rekonstitucija ili priprema reagenasa za korienje ne zahteva vreme tehniara. Varijabilnost koja se javlja pri rekonstituciji suvih reagenasa moe biti prevaziena upotrebom unapred pripremljenih tenih reagenasa ili kroz pripremu prethodno izmerenih tenosti. Stabilnost tenih reagenasa za neke otvorene sisteme se sada pribliava duoj stabilnosti koja je karakteristina za mnoge zatvorene sisteme. Veina sistema za imunoodreivanja su zatvorenog tipa, kao i veina sistema razvijenih za POCT ("point of care testing") primenu.

Prema principu rada automatski analizatori mogu da se podele u etiri grupe: 1. kontinuirani protoni analizatori 2. diskretni analizatori 3. centrifugalni analizatori 4. film analizatori

Kontinuirano protoni analizatori

Kontinuirano protoni analizatori su bili prvi upotrebljavani u kliniko-biohemijskoj laboratoriji. U poetku su se koristili samo za jednokanalne analize, tj. izvodila su se odreivanja svakog uzorka redom, jednog za drugim. Kasnije se razvila verzija ovih analizatora kao viekanalnih gde se odreivanje svakog uzorka izvrava paralelno na svakom kanalu. Poto je fleksibilnost ovakvih analizatora bila mala, zamenjeni su svestranijim oblicima.

U kontinuiranim protonim sistemima reakcija se odigrava u cevima koje istovremeno slue kao protoni kontejner i kiveta. Protok se odrava radom peristaltinih pumpi. Da


3

bi se kontrolisala koliina reagensa i uzorka korieni su razliiti unutranji dijametri cevi pumpe. Meanje je postignuto proputanjem reaktanata kroz spiralne cevi. Spreavanje kontaminacija tekueg uzorka uzorkom koji mu je prethodio (''carryover'') je svedena na minimum ubacivanjem vazdunih mehuria u odreenim vremenskim intervalima, ime se postignuto odvajanje uzorka. Uzorak je zatim dolazio u dijalizator gde se dijalizom vrena deproteinizacija. Vazduni mehurii su uklanjani kada protok reaktanata stigne do fotometra gde je oitavana apsorbancija. Kontrola temperature je postignuta potapanjem spiralne cevi u termoregulaciona vodena kupatila. Vreme reakcije je kontrolisano duinom cevi kroz koju uzorci prolaze. Kontinuirani protoni analizatori su bili osnova za razvoj kasnijih automatizovanih sistema.

Prvi kontinuirani protoni analizator je razvio Leonarda Skeggs 50-ih godina prolog veka i praktino je predstavljao prvi korak napred od manuelnog izvoenja laboratorijskih analiza. Skeggsov pionirski ureaj, nazvan Tehnicon Auto Analizator, bio je jednokanalni protoni batch analizator koji je davao jedan rezultat po analizi za svaki uzorak pri brzini od 40 do 60 obraenih uzoraka po satu. Druga i trea generacija kontinuiranih protonih analizatora, Tehnicon SMA (eng. Sequential Multiple Analyzers) i Technicon SMAC (eng. Sequential Multiple Analyzer Computer), omoguila je odreivanje vie parametara iz istog uzorka.

Diskretni analizatori

Kod ovih analizatora, pojedinane reakcije uzoraka su odvojene jedna od druge odnosno uzorak i reagens se nalaze u pojedinanoj kiveti koja je fiziki odvojena od svih ostalih kiveta. Kod ovog tipa analizatora izvode se samo odreivanja koja se stvarno zahtevaju u datom uzorku (tako da se za ovu grupu anlizatora kae da pripadaju selektivnim analizatorima). Ovaj princip je u suprotnosti sa kontinuiranim protonim sistemima kod kojih svi uzorci prolaze isti put (ova grupa analizatora pripada neselektivnim analizatorima). Rani diskretni analizatori, poput robota hemiara (eng. vintage robot chemist) iz 1970. godine oponaali su faze manuelne analize. Kasnije su razvijeni mnogi diskretni analizatori i jo uvek su u irokoj primeni u klinikim laboratorijama.

Diskretni analizatori se arbitralno dele na osnovu toka uzoraka za vreme analize u dve osnovne grupe i to u multitest i batch analizatore. Postoje dve klase multitest anlizatora i to viekanalni (multichannel) i random-access analizatori (engleska re random znai bez tanog plana, neuniformno, a re access put ili nain prilaza, pristupa).

Primenom viekanalni (multichannel) analizatora obezbeuje se istovremeno odreivanje vie parametara tako to se najpre izvri viestruko deljenje svakog uzorka za svaki zahtevani parametar, nakon ega se vri njihovo pojedinano odreivanje. Svi biohemijski anlizatori novije generacije pripadaju ovoj grupi analizatora.

"Random-access" analizatori su bili jedan od najeih oblika biohemijskih analizatora kod kojih se vre pojedinana ili viestruka odreivanja i to samo ona koja se zahtevaju za pojedinani uzorak (selektivni). Kod njih je mogue da se koristi bilo koji reagens i/ili bilo koji uzorak u bilo koje vreme po bilo kom eljenom redu (to deskriptivno predstavlja izraz "random-access"). Random-access analizator vri analize grupe uzoraka sekvencionalno pri emu se za svaki analizirani uzorak vri odabir testova. Testovi izvoeni random-access analizatorima su selektivni upotrebom razliitih


4

kontejnera sa tenim reagensima, razliitim pakovanjima reagenasa ili razliitim tabletama reagenasa u zavisnosti od tipa analizatora. Ovaj pristup dozvoljava merenja varijabilnog broja parametara i ujedno razliitih parametara u svakom uzorku. Profili ili grupe testova za dati uzorak definiu se kada se traeni testovi unesu u analizator putem tastature (to je korieno u veini sistema), uz pomo laboratorijskog informacionog sistema i "bar-code" obeleavanja epruveta sa uzorkom ili odabirom odgovarajuih pakovanja reagenasa od strane operatera. Random-access analizatori ukljuuju kompjutere i mogu vriti vie merenja apsorbancije ili refleksije za svaki test. Softver svakog analizatora programiran je tako da dozvoljava tehniaru koji upravlja instrumentom, da napusti instrument na kratke periode vremena. Ova poslednja karakteristika, nazvana walk-away automatizacija od strane proizvoaa i pruila je mogunost tehniarima da upravljaju sa vie analizatora istovremeno.

Centrifugalni analizatori

Centrifugalne analizatore je izumeo i razvio dr. Norman Anderson i njegove kolege u Oak Ridge Nacionalnoj laboratoriji ranih 70-ih godina prolog veka. Kod centrifugalnih analizatora pojedinani alikvoti uzoraka i reagenasa pipetiraju se u zasebne komore (odeljke, kivete) na rotoru. Uzorci se analiziraju paralelno, okretanjem rotora i upotrebom rezultirajue centrifugalne sile za istovremeni transfer i meanje alikvota uzoraka i reagenasa u radijalno postavljenim kivetama. Nakon toga kivete se rotiranjem provode kroz optiki put optikog sistema. Pod kontrolom integrisanog kompijuterskog sistema, iz svake kivete oitava se vie apsorbancija koje kompjuterski softver koristi za izraunavanje aktivnosti enzima ili koncentracije supstrata. Iako su rani centrifugalni analizatori analizirali jedan analit u vie uzoraka istovremeno, razvoj tehnologije za odabir razliitih optikih talasnih duina ubrzo je omoguio da centrifugalni analizatori izvode vie analiza istovremeno na razliitim talasnim duinama. Tako je rotor mogao da sadri uzorke za vie razliitih testova u isto vreme i odgovarajui testovi za svaki uzorak mogli su biti zadati unosom putem tastature. U naoj zemlji najzastupljeniji centrifugalni analizator je bio IL Monarch 2000 firme Instrumentation Laboratory.

Film analizatori

Film anlizatori ili anlizatori koji rade na principu suve hemije koriste vieslojan film od kojih jedan sloj slui za ultrafiltraciju uzorka (uklanjanje proteina) a ostali slojevi sadre reagense u suvom stanju. Obojeni reakcioni proizvod se meri na principu refleksione fotometrije na suprotnoj strani filma od one na kojoj je naneen uzorak. Analizatori koji pripadaju ovoj grupi, a koji su danas u upotrebi su Vitros analizatori firme Ortho-Clinical Diagnostics. Oni su zamenili nekada zastupljene analizatore firme Eastmen Kodak Company (Ektachem 400 i Ekatchem 700). Nimalo ili veoma malo tenosti se koristi u analitikim procesima koji se izvode na Vitros sistemima. Za bojene reakcije Vitros koristi vieslojne, 16-mm kvadratne ploice u kojima su rastvoreni reagensi u emulzijama aktivirani difuzijom tenog uzorka u slojeve. Za svaki od dostupnih testova koristi se od 3 do 7 slojeva koji sadre reagense. Vitros takoe koristi ploice za elektrometrijske testove koje inkorporiraju minijaturne jon selektivne elektrode. Kod ovih ploica, referentni rastvor i uzorak pacijenta obezbeuju tenost koja pretvara elektrode u elektrohemijske poluelije. Prednost ovih analizatora je u tome to rade sa malim koliinama suvih reagenasa i uzoraka. Glavni nedostatak je u tome to analizatori pripadaju grupi zatvorenih sistema s obzirom da se reagens filmovi mogu nabaviti samo od proizvoaa anlizatora.


5

ZNAAJNI TERMINI KOJI SE KORISTE U LABORATORIJSKOJ AUTOMATIZACIJI

Protonost

Izraz protonost (eng. throughput) predstavlja ukupan broj analiza koje su izvrene za jedan sat. Ovo predstavlja osnovnu karkteristiku u odabiru odgovarajueg anlizatora za datu kliniko-biohemijsku laboratoriju kako bi se posao balgovremeno zavrio da bi se na osnovu rezultata laboratorijskih odreivanja donele odgovarajue klinike odluke.

Vreme zadravanja

Izraz vreme zadravanja (eng. dwell time) oznaava najmanje vreme potrebno za dobijanje rezultata nakon poetka deljenja uzoraka. Kod nekih anlizatora rezultat moe da se dobije ve u toku 15 sekundi za pojedinano odreivanje (na primer glukoza), mada se dwell time obino kree u intervalu od 60 sekundi do 10 minuta. Izvesni postupci kao to su kinetiki postupci za odreivanje aktivnosti enzima zahtevaju due inkubaciono vreme usled ega je i dwell time due. Odreivanje parametara ije se fizioloke promene deavaju brzo kao u sluaju parametara acido-baznog statusa zahteva korienje analizatora ije se dwell time meri u sekundama.

Hitno odreivanje

Hitno odreivanje (stat) treba da se uradi pre drugih odreivanja to dovodi do prekida u normalnom toku laboratorijskog posla. Iz ovih razloga svi anlizatori novije generacije imaju izdvojen posebni deo na analizatoru na kome se odreuju hitni parametri u uzocima. Re stat je skraenica od latinske rei statum to znai odmah. To vreme ne bi trebalo da bude due od jednog sata od momenta donoenja hitnog uzorka u laboratoriju (na primer odreivanje troponina kod pacijenata sa akutnim koronarnim sindromom). Superstat odreivanja su ona iji rezultat treba da bude gotov za manje od 10 minuta (na primer glukoza i parametri acido-baznog statusa), a za ova odreivanja je neophodno da se kao uzorak koristi puna krv. Analizatori koji se koriste za hitna odreivanja treba da imaju veliku protonost, ali kratko dwell time.

"Point-of-care" automatizacija

Izraz "point of care testing" (POCT) je poznat pod raznim nazivima ukljuujui "blizupacijenta" (engl. near-patient), decentralizovano i testiranje blizu bolesnike postelje. Prednost POCT lei u znaajnom smanjenju celokupnog vremena odreivanja uzoraka (vremena za dobijanje gotovih rezultata) i poveanja brige o pacijentu u odnosu na centralizovano ispitivanje (u centralnim laboratorijama). Usavravanjem automatizacije instrumenata POCT odreivanja su postala izvodljiva.

Laboratorijski sistem sa udaljenom automatizacijom

"Satelitske" laboratorije bez osoblja su mogue alternative centralne laboratorije. Laboratorijski sistemi sa udaljenom automatizacijom (remote automated laboratory sistem, RALS) omoguava potpuni nadzor i upravljanje iz centralne kliniko-biohemijske laboratorije pri odreivanju parametara kao to su pCO2, pO2, pH,


6

elektrolita, glukoze ili hemoglobina, ime se smanjuju trokovi "satelistkih" laboratorija i omoguuje brz odgovor s obzirom da se radi o kritino obolelim pacijentima. Prednosti ovog sistema su u tome to nema transporta uzoraka, rizika od kontaminacije i posebne obuke kadra, jer celokupan rad kontrolie ve obueni kadar iz centralne kliniko-biohemijske laboratorije.

Konsolidacija i integracija

Reorganizacija klinikih laboratorija radi poveanja efikasnosti, kvaliteta i sniavanja trokova obuhvata tranziciju od organizacije putem tehnologije ka organizaciji procesa. Ona obuhvata kombinaciju procesa konsolidacije i integracije.

Konsolidacija predstavlja kombinaciju analitikih tehnologija u radne jedinice koje pokrivaju irok spektar parametara iz razliitih disciplina kao to su na primer klinika hemija i imunohemija.

Integracija predstavlja kombinaciju radnih jedinica putem mehanizacije pre- i post-analitikih etapa radnog procesa kako bi se obezbedio protok uzoraka unutar laboratorije.

Tradicionalni izazovi procesa automatizacije

Tradicionalni izazovi procesa automatizacije su:

- ukupan broj obraenih uzoraka ("sample throughput") - ukupno vreme odreivanja uzorka ("turnaround time", TAT) - povratak uloenih investicija.

TIPOVI AUTOMATIZACIJE

Tehnoloki razvoj je omoguio razvoj vie tipova automatizacije i ukljuuje totalnu laboratorijsku automatizaciju, modularnu laboratorijsku automatizaciju i POCT.

Totalna laboratorijska automatizacija

Kliniku laboratoriju koju je konstruiso dr. Masahide Sasaki i njegovi saradnici ranih 1980-ih na Kochi medicinskom fakultetu u Nankoku u Japanu je predstavljala rani model totalne automatizacije klinike laboratorije. U Sasakijevoj laboratoriji, pokretne trake su transportovale nosae sa uzorcima pacijenata kroz laboratoriju, do razliitih analitikih radnih stanica, a pokretni roboti su vraali prazne nosae nazad na centralnu lokaciju. Kada su ovi nosai stizali pokretnom trakom do svake radne stanice, automatskim pipetama aspiriran je serum iz svake posude za zahtevane laboratorijske testove. U nekim radnim stanicama, jednoruni stacionarni roboti vrili su ranije programirano pipetiranje i osnovne pripremne korake na uzorcima pacijenta da bi se postigle sloenije preanalitike faze obrade.


7

Sasakijeva laboratorija je bila prvi nagovetaj sistema totalne laboratorijske automatizacije (engleski total laboratory automation, TLA). TLA je u osnovi konstruisana na visokom nivou i ukljuuje automatizaciju nekih ili svih preanalitikih etapa, kao to su centrifugiranje uzoraka krvi, aspiracija seruma iz centrifugiranih epruveta u epruvete za deljenje, otvaranje epruveta (skidanje zapuaa), deljenje uzorka u dodatne epruvete za deljenje (sekundarne epruvete), bar-code obeleavanje i sortiranje epruveta prema unapred odreenim delovima u laboratoriji. Kao dodatak, TLA sistem takoe ukljuuje sistem transporta, kao to je pokretna traka koja doprema epruvete do odreenih automatskih analizatora koji su mehaniki povezani na sistem za automatsku obradu uzoraka i vrenja analiza. TLA sistemi takoe esto sadre mainu za ponovno zatvaranje epruveta, lokaciju dostavljanja uzoraka koji nisu analizirani u povezanim analizatorima i automatizovan sistem skladitenja za uzorke za koje je testiranje zavreno (zbog mogueg ponavljanja testova, tzv rerunodreivanje ili naknadno odreivanje odreenih testova koje proistie iz rezultata prethodno odreenih parametara, tzv. refleks odreivanje).

Sasakijeva vizija integrisane automatizovane laboratorije povezane sa demonstracijom uspene primene robota dovele su do entuzijazma za primenu robotike automatizacije klinikih laboratorija u ranim 1990-im. Na primer, entuzijasti su naglaavali sposobnost robotikih sistema u poboljaju kvaliteta i reproducibilnosti odreivanja ime se obezbeuju kraa "turnaround" vremena, smanjenje trokova testiranja i poboljana sigurnost radnika.

Modularna automatizacija

Od sredine 1990-ih proizvoai su poeli da prodaju proizvode modularne automatizacije kod kojih se odabrani moduli kao to su jon selektivne elektrode, linijski drai ili trake mogu zajedno da integriu kako bi mogli da odgovore potrebama pojedinane klinike laboratorije. Iako je modularna automatizacija bila uspeno distribuirana u klinikim laboratorijama, bilo je raireno shvatanje da e automatizacija preanalitikih faza, naroito sortiranje, centrifugiranje i deljenje uzoraka, izazvati najveu utedu radne snage i trokova. Ove faze su bile kljune take za novi razvoj automatizacije.

Sistemi laboratorijske automatizacije

Razvoj TLA i modularne automatizacije zahtevao je razvoj kompjuterskih sistema poznatih kao sistemi laboratorijske automatizacije (engleski laboratory automation systems, LAS) sa ekstenzivnim softverom koji podrava ove sisteme u klinikoj laboratoriji.

INDIVIDUALNE FAZE U ANALITIKOM PROCESU

U cilju izvoenja kompletnog odreivanja nekog uzorka u kliniko-biohemijskoj laboratoriji se zahtevaju sledee pojedinane operacije:

1. identifikacija i oznaavanje uzoraka 2. transport uzoraka u kliniko-biohemijsku laboratoriju


8

3. rukovanje sa uzorcima i njihova obrada 4. priprema i raspodela reagenasa 5. faza hemijske reakcije 6. merenje 7. obrada signala i podataka i kontrola procesa

Identifikacija i oznaavanje uzoraka Na ovu etapu automatizacija se moe primeniti u ogranienom stepenu. Identifikacija uzorka je osnovna veza izmeu pacijenta i uzorka i vano je da se ona odrava kroz transport uzorka u kliniko-biohemijskoj laboratoriji i kasnije tokom odreivanja kao i izdavanja rezultata. Runo obeleavanje uzoraka, permutovan identifikacioni broj, greke u itanju nalepnica, centrifugiranje uzoraka i deljenje u odgovarajue alikvote mogu prouzrokovati znaajne greke u dobijenim rezultatima.

Postoje raznovrsne tehnologije za automatsku identifikaciju kao to su: "bar-code" oznaavanje, optiko prepoznavanje, prepoznavanje pomou magnetne trake i magnetnog mastila, identifikacija pomou glasa, radiofrekventna identifikacija i upotreba pametnih kartica. Ipak, "bar-code" tehnologija je postala najire upotrebljavana za automatsku identifikaciju uzoraka u kliniko-biohemijskoj laboratoriji, a ujedno je time znaajno smanjena uestalost greaka.

Odmah po uzimanju uzorka biolokog materijala, na epruvetu sa uzorkom se nalepi jedinstvena nalepnica, "bar-code" etiketa, koja se kasnije ita pomou jednog ili vie "bar-code" itaa. Identifikacija koja sledi i pomone informacije se, zatim, prenose i obrauju pomou sistemskog "software"-a. "Bar-code" oznaavanje uzoraka predstavlja automatsko oitavanje informacija o uzorcima ("machine-readable"). Ovakav nain oznaavanja uzoraka predstavlja veliku utedu u vremenu protoka uzoraka kroz laboratoriju, ali zahteva poseban software i tampae. Danas se u klinikim laboratorijama primenjuje linearni "bar code" i "matrix code" nain oznaavanje uzoraka. Simbologija predstavlja izraz kojim se opisuju pravila kojima se specifikuje nain na koji se podaci prevode u linije (stubie) i razmak izmeu linija. Linearni "bar code" koristi lasersko oitavanje, a "matrix code" "charge-coupled device"-CCD oitavanje. "Matrix code" oznaavanje uzoraka je uvedeno nedavno i odlikuje se nizom prednosti u odnosu na linearni nain "bar code" oznaavanja. Ovaj nain oznaavanja uzoraka prua vie informacija o uzorku (omoguava veu gustinu podataka), lake oitavanje uzoraka, ne moe da se oteti, a poto se koristi poseban nosa, uzorci mogu da imaju bilo koju orijentaciju i mogu da se primene razliite veliine epruveta.

Transport uzoraka u kliniko- biohemijsku laboratoriju Za transport uzoraka u kliniko-biohemijsku laboratoriju se upotrebljava nekoliko metoda ukljuujui kurirske servise, sisteme pneumatske pote, inska vozila i pokretne robote.

Ranije su se ee koristili kuriri za transport uzoraka sa zbirnih mesta prema, kao i izmeu kliniko-biohemijskih laboratorija. Iako su generalno pouzdani, servisi kurira nose odreene probleme i to pre svega to oni obino rade samo izmeu mesta prikupljanja u odreeno vreme, a esto dolazi do razbijanja ili gubitaka uzoraka.


9

Sistemi pneumatske pote obezbeuju bri prenos i pouzdani su ako su instalirani kao servisi "od take do take". Meutim, kada se uvode prekidaki mehanizmi da omogue nosau da alje uzorke na razne lokacije javljaju se dodatni problemi i deava se pogreno usmeravanje uzoraka. Takoe, ovaj nain prenoenja uzoraka u nekim sluajevima moe da dovede do hemolize uzoraka.

inska vozila imaju vei nosivi kapacitet nego sistemi pneumatskih cevi i omoguuju automatsko odravanje nosaa uzoraka u uspravnom poloaju. Oni zahtevaju vee jedinice (stanice) za unoenje i skidanje uzoraka i to esto ograniava lokaciju stanica, pa i sam transport.

Pokretni roboti se sve uspenije upotrebljavaju za prenos uzoraka. Jo uvek se prouava i razmatra upotrebljivost ovakvih sistema, jer se zna da imaju i neka ogranienja kao to su potreba za grupisanjem uzoraka i kanjenje rezultata.

Rukovanje sa uzorcima i njihova obrada U veini situacija kao uzorak koji se koristi na analizatorima predstavlja serum koji se najee direktno uzima iz primarne epruvete. Epruvete i sve ostale posude za uzorke treba da budu od inertnog materijala i takvog dizajna da imaju to manju neiskorienu (neupotrebljivu) zapreminu. Takoe, adekvatnim tretmanom treba da se svede na minimum mogua degradacija fotolabilnih i termolabilnih sastojaka u uzorcima.

Pre samog odreivanja, uzorci se dre u ulaznoj zoni analizatora i kod veine analizatora se uzorci za svaku sledeu fazu mogu pripremiti na posebnom nosau, dok je prva faza jo u toku, to poveava operativnu efikasnost. Takoe, poeljna osobina nekih analizatora je mogunost umetanja novih uzoraka ispred onih koji su ve smeteni u ulaznu zonu, to dozvoljava pravovremenu analizu uzoraka sa visokim medicinskim prioritetom kada stignu u kliniko-biohemijsku laboratoriju.

Kod veine sistema uzorak se dodaje pomou tanke, nerajue eline igle koja aspirira definisanu koliinu uzorka i pipetira u odgovarajuu reakcionu posudu. Na osnovu merenja nivoa uzoraka a i reagenasa, obezbeuje se da vrh igle ulazi do odreene visine ispod nivoa uzorka i reagensa, ime se spreava prskanje i prenos infektivnih agenasa. Veoma vanu karakteristiku biohemijskih analizatora predstavlja nain na koji je proizvoa reio da se u toku deljenja uzoraka detektuje koagulum, kao i da ne doe do tzv. crush efekta (lomljenja epruveta ili kiveta). Takoe u cilju spreavanja kontaminacije, na tritu postoje sistemi zatvorenih posuda za uzorkovanje, pogotovo za hematoloke analize.

Glavna razlika izmeu kontinuirano protonih i diskretnih sistema predstavlja nain na koji uzorak dospeva u analizator i njegov kasniji transport kroz analizator. U kontinuirano protonim sistemima uzorak se aspirira pomou sonde za uzorkovanje u struju tekueg fluida pomou koga se transportuje u analitiku jedinicu u instrumentu. Kod diskretnih analizatora uzorak se aspirira u reakcionu posudu, u koju se, takoe pomou pipete dodaju i reagensi. Potencijalni izvor greaka kod oba ova sistema predstavlja "carry-over", s obzirom da se ista igla koristi za deljenje jednog uzorka za drugim.


10

"Carry-over" je definisan kao kontaminacija tekueg uzorka uzorkom koji mu je prethodio. Poto ima neeljene efekte na rezultate analize, mora se svesti na minimum, a to ukljuuje aspiraciju tenosti za pranje (kao to je fizioloki rastvor ili voda) ili povratno ispiranje igle (tenost za ispiranje prolazi kroz iglu u smeru suprotnom od smera aspiracije uzoraka i dalje u posudu sa otpadom).

Kod veine diskrenih sistema "carry-over" se smanjuje podeavanjem adekvatne razmere aspiriranog uzorka. Razmera moe ii do 4:1, kako bi se ograniio "carry-over" na vrednost manju od 1%. Kod protonih sistema "carry-over" se smanjuje ubacivanjem segmenata vazduha u struju tako da se tenost uz zid cevi tera na protok ka sredini cevi.

Vanu karakteristiku biohemijskih anlizatora predstavlja podatak koji proizvoa navodi o veliini carry-over-a.

Priprema i raspodela reagenasa

Veina automatskih sistema upotrebljava tene reagense smetene u plastine ili staklene posude. Neki od analizatora koriste reagense u obliku suve film tablete ili u obliku impregniranih traka, a neki koriste elektrode koje reaguju sa uzorcima. Kod gotovo svih sistema su obezbeena hladna skladita za uvanje reagenasa na temperaturi 4-10 oC.

Na ambalai reagensa se nalaze nalepnice koje omoguavaju identifikaciju reagensa, informacije o zapremini sastojaka ili broju testova za koje e biti upotrebljeni, roku upotrebe i broju serije. Danas su to najee "bar-code" nalepnice koje sadre neku ili sve ove informacije.

Teni reagensi se uzimaju i raspodeljuju u reakcione posude ili pomou pumpi (kroz cevi) ili pomou igala, kada je neophodno pranje ili ispiranje sondi, zbog mogue kontaminacije.

Faza hemijske reakcije

Ovo je deo analitikog procesa u kome uzorci i reagensi stupaju u hemijsku reakciju. Deava se u epruveti (kao kod protonih sistema), u reakcionim posudama ili kivetama koje mogu biti namenjene za viekratnu upotrebu, gde se zahteva procedura pranja ili za jednokratnu upotrebu (to se sve ee koristi u diskretnim sistemima).

Kod "film" analizatora uzorak i reagens se meaju procesom difuzije. Kod protonih analizatora meanje se vri primenom meajue spirale. Kod diskretnih analizatora meanje se odvija:

pokretanjem reakcione posude


11

meanjem pomou mealice ili tapia protreskivanjem pomou mehuria vazduha ili ultrazvunih talasa energinim ubacivanjem uzoraka u reakcionu posudu.

Reakcija izmeu uzoraka i reagensa se odvija na konstantnoj temperaturi, koja se postie primenom termoblokova, vazdunih ili vodenih kupatila. Ureaji koji obezbeuju konstantnu temperaturu su elektronski kontrolisani.

Merenje

Osnovni naini automatskog merenja su:

1. "in situ" (unutranje) merenje koje se vri tamo gde se deava reakcija 2. eksterno (spoljanje) merenje koje podrazumeva prenos uzorka od originalne

pozicije do ureaja za merenje.

Unutranje merenje kao nain merenja koristi veina analizatora. Zasniva se na principu refleksione fotometrije ili pomou integralne elektrode (koje se najee koriste za odreivanje elektrolita).

Obrada signala i podataka i kontrola procesa

Povezivanje i integracija kompjutera u automatskim analizatorima i analitikim sistemima imaju veliki uticaj na prikupljanje i obradu analitikih podataka. Analogoni signali iz detektora se rutinski i brzo konvertuju u digitalne oblike pomou analogno-digitalnog konvertora. Kompjuter, zatim obrauje digitalne podatke u trenutno upotrebljive izlazne rezultate tako to vri:

prikupljanje odgovarajuih signala i izraunavanje srednje vrednosti signala poreenje sa "blank" reakcionom smeom matematiku transformaciju nelinearnih u linearne vrednosti

Dalje, kompjuter u automatskim analizatorima uestvuje u: praenju rezultata testova i proveri da li odgovaraju referentnom intervalu prikazivanju kompletnih rezultata pacijenta i tampanju tih rezultata upozorenju operatera na eventualnu neispravnost instrumenata.

Dodatne funkcije kompjutera su sledee:

1. Kompjuter komanduje i odreuje redosled operacija analizatora tako to osigurava da se sve operacije izvravaju uniformno, na ponovljiv nain i po odgovarajuem redosledu, to omoguuje i manje strunim operaterima da rukuju ovakvim analitikim sistemima

2. Ugraeni mikroprocesori prate funkcije instrumenata i reaguju na neispravnosti 3. Kompjuteri omoguavaju komunikaciju i interakciju izmeu analizatora i operatera


12

4. Kompjuteri integrisani u analitike sisteme obezbeuju komunikaciju sa glavnim kompjuterom.

"POINT-OF-CARE" AUTOMATIZACIJA

Tehnoloki napredak u analitici i nivou pruanja zdravstvene usluge doveo je do znaajnog razvoja i potrebe za testiranjem, odnosno odreivanjem koje se izvodi pored (uz) pacijenta pre nego to se ono izvodi u centralnoj laboratoriji. Do poveanja odreivanja pored pacijenta dolo je zbog potrebe da rezultati analiza kljunih za preivljavanje kritinih pacijenata budu to pre na raspolaganju lekaru, dok ih laboratorijsko osoblje prepoznaje kao prikladne za brze rezultate u krajnjim situacijama, a ne kao zamenu za rezultate koji se dobijaju u laboratoriji. Pojedini instrumenti za odreivanje pored pacijenta se koriste ve godinama kako u ordinacijama optih lekara, tako i u kui (na primer trake za proveru prisustva glukoze u urinu, kao i tzv. glukometri). Od skora dolazi do znaajnog porasta raspoloivih analizatora i test-reagenasa to omoguava dobijanje brzih rezultata testova u neposrednoj blizini pacijenata smetenih u urgentnim odeljenjima ili jedinicama intenzivne nege. Mogunost dobijanja brzog rezultata doprinosi klinikoj efektivnosti i poboljava ishode pacijenata, ali uz imperativ da je rezultat dobijen na ovaj nain taan i pouzdan. Poboljana pouzdanost ovih instrumenata je dovela do poveanja njihove primene u bolnicama, ordinacijama, kao i u kunim uslovima.

Po definiciji point-of-care testing (POCT) predstavlja zdravstvenu uslugu koja koristi analitike instrumente (ukljuujui test reagense i analizatore) koja se prevashodno obavlja pored (uz) pacijenta a ne u tradicionalnom okruenju kliniko-biohemijske laboratorije uz primenu principa obezbeenja kvaliteta. POCT se danas primenjuje u svim disciplinama laboratorijske medicine. U Tabeli I je dat prikaz analita i klinikih stanja koja primenjuju POCT.

Tabela I Analiti i klinika stanja koja primenjuju POCT.

U kui Glukoza u krvi

Primarni nivo zdravstvene zatite Hemijski pregled urina Test na trudnou Klamidija Jedinica intenzivne nege Gasne analize i elektroliti Laktat u krvi

Praenje hroninih bolesti HbA1c Odnos albumin/kreatinin u urinu Holesterol INR Modani natriuretski peptid

U operacionoj sali Jonizovani kalcijum Paratiroidni hormon


13

Korisnik POCT tehnologije, odnosno instrumenata ili ureaja u najveoj meri je osoba koja nije obuena za analitiki rad. Iz ovih razloga POCT analitiki ureaji treba da ispunjavaju sledee zahteve:

jednostavni za primenu, odnosno zahtevaju minimalan broj etapa kojima se dolazi do rezultata

instrument i reagensi treba da budu robustni u pogledu transporta, uvanja i primene to ukljuuje i kalibraciju

rezultat koji se dobija primenom POCT instrumenta treba da se slae sa rezultatom centralne laboratorije i treba da bude konzistentan sa klinikom potrebom

da nije tetan u pogledu uvanja, primene i kao otpad

Takoe, POCT ureaj bi trebalo da ispunjava sledee dodatne zahteve:

dobijanje prvog rezultata za minut ili manje prenosivi instrumenti sa potroivim regens kertridima jednoetapni ili dvoetapni radni protokol mogunost izvoenja analize pune krvi i urina (uzorci koji ne zahtevaju tretman) jednostavan radni postupak koji ne zahteva laboratorijski obuenog radnika fleksibilni test meni kvantitativni rezultati ija je tanost i preciznost komparabilna onoj koju imaju

rezultati centralne laboratorije ugraena/integrisana kalibracija i kontrola kvaliteta uvanje reagenasa na sobnoj temperaturi mogunost dobijanja rezultata u papirnoj formi, njihovog uvanja, kao i mogunost

transmisije niska cena servis koji podrazumeva zamenu instrumenta novim ugraeno uvanje kontrolnog zapisa

Postoji velika raznolikost ureaja koji se koriste za POCT i mogu da budu relativno jednostavne test trake ili veliki stoni (bench top) biohemijski analizatori. Na osnovu primenjenih metoda ureaji su svrstani u tri kategorije:

1. runi ureaji 2. runi ureaji sa itaem 3. bench top ureaji

POCT ureaji mogu da se koriste za merenje jednog analita ili kombinacije analita pri emu kombinacija ima izvesnu kliniku relevanciju kao to je analiza urina ili srani markeri. Mnogo je ee da su runi ureaji dizajnirani za jedan analit, dok ureaji sa itaem ili bench top sistemi imaju mogunost merenja vie od jednog analita, koji najee nisu u vezi jedan sa drugim. Mogua prednost ovog prilaza je da operater prolazi obuku i trening samo za taj radni sistem s obzirom da obuka na vie razliitih sistema nosi rizik pravljenja vie greaka.

Takoe, klasifikacija moe da bude napravljena i prema tome da li su ureaji namenjeni za jednokratnu ili viekratnu upotrebu. irok izbor tehnologija koji se primenjuju u POCT ukljuuje i veliki opseg analita i veina instrumenata koristi iste analitike principe, kao to su enzimska konverzija i antitelo prepoznavanje, odnosno principe koji su


14

primenjeni u radu konvencionalnih laboratorijskih analizatora. Dizajn individualnih komponenata ili procesa POCT instrumenata ukljuuje (1) interfejs operatera, (2) sistem za identifikaciju barkoda, (3) ureaje za deljenje uzorka, (4) reakcioni element, (5) senzore, (6) sistem za kontrolu i komunikaciju, (7) uvanje i rukovanje podacima i (8) zahteve za proizvodnju.

LABORATORIJSKI INFORMACIONI SISTEM

Za automatizaciju klinikih laboratorija od velike vanosti je bio razvoj laboratorijskog informacionog sistema (engleski laboratory information system, LIS) koji se prvi put pojavio u laboratorijama u kasnim 1960-im i ranim 1970-im godinama. Na poetku LIS je primarno imao ulogu u generisanju konsolidovanog izvetaja laboratorijskih rezultata. Vrlo brzo LIS je evoluirao u alat koji je mogao da uva sve zahteve za testovima, upravlja radnim tokom u laboratoriji i time znatno unapredio kvalitet laboratorijskih rezultata. Poseban napredak u kvalitetu laboratorije je bio razvoj direktnog elektronskog interfejsa izmeu laboratorijskih analizatora i LIS-a koji je istisnuo manuelno unoenje rezultata odreivanja sa analizatora u izvetaj. Moderni LIS danas ima opsean softver koji podrava sve aktivnosti laboratorije. Takoe, u okviru bolnice LIS moe da bude povezan sa drugim bolnikim informacionim sistemima (engl. hospital information system, HIS), odnosno drugim organizacionim celinama kao to su prijem, odeljenja i elektronskom medicinskom izvetaju (engl. electronic health record, EHR). U novije vreme dolo je do razvoja posebnih laboratorijskih softverskih paketa oznaenih kao middleware koji imaju za cilj povezivanje LIS-a sa HIS-om. Middleware predstavlja komjuterski softver koji povezuje komponente softvera ili aplikacije. Ukoliko laboratorija ne poseduje LIS, middleware moe da preuzme njegovu ulogu.

ROBOTIKA

Robotika tehnologija je prvi put primenjena u klinikoj laboratoriji u 1980-im godinama kao proizvod razvoja industrijske robotike automatizacije, koja je poela etvrt veka ranije. Robotske ruke kontrolisane mikroprocesorom razvijene u ranim 1980-im omoguile su razvoj radnih stanica robotizovane laboratorije sposobnih za izvoenje programiranih viestepenih manipulacija uzorkom. Mogunost programiranja ovih novih ureaja daje im fleksibilnost u prilagoavanju razliitim testovima i pristupima rukovanja uzorcima. Ova nova generacija robota je prvo koriena u laboratorijama za automatizovanu pripremu uzorka u hromatografskim i spektroskopskim testovima.

DRUTVO ZA LABORATORIJSKU AUTOMATIZACIJU

Kao rezultat internacionalnih aktivnosti u aprilu 1995. godine je osnovano Drutvo za laboratorijsku automatizaciju (Association for Laboratory Automation, ALA). Glavi zadatak ovog drutva je unapreenje primene automatizacije, robotike i vetake inteligencije kako bi se poboljao kvalitet, efikasnost i relevantnost laboratorijskih odreivanja. Glavne informacije vezane za laboratorijsku automatizaciju ALA prua putem svoga asopisa Journal for Laboratory Automation (JALA), koji je prethodno poznat kao Laboratory Automation News (LAN). Na ovaj nain lanovi ALA se obavetavaju o najnovijim dostignuima i proizvodima u laboratorijskoj automatizaciji, kao i da se omoguava veza izmeu laboratorija i industrije. ALA je takoe i organizator


15

kongresa LabAutomation koji se svake godine, od 1997. godine, krajem januara, poetkom februara odrava u nekom od gradova u Americi, a takoe i kongresa EuroLabAutomation koji je po prvi put organizovan u Evropi u septembru 1998. godine.

ZAKLJUAK

Potreba za centralnim automatizovanim sistemima u skorijoj budunosti e dovesti do konsolidacije manjih laboratorija u regionalne velike robotike komercijalne laboratorije. U toku ovih konsolidacionih procesa pretpostavlja se da e doi do velikog razvoja POCT automatizacije. Smatra se da e se 80% svih laboratorijskih odreivanja u budunosti odvijati u POCT automatizovanim klinikim laboratorijama.

Uspena laboratorijska automatizacija zahteva novi prilaz i novi nain razmiljanja o klinikoj laboratoriji kao integrisanom sistemu koji "proizvodi" informacije. Iz ovih razloga medicinski biohemiar u budunosti pored poznavanja analitikih principa mora da bude i tehnoloki orijentisan kako bi na fleksibilan, kreativan, produktivan i profesionalan nain obavljao sve aktivnosti u oblasti laboratorijske medicine. Kako bi to spremnije doekale budunost, sve klinike laboratorije treba da otponu sa obukom svoga osoblja u primeni automatizacije i robotike tehnologije. Uz odgovarajue planiranje i implementaciju robotika moe da bude veoma fleksibilan alat u laboratorijskoj automatizaciji. Takoe, primena laboratorijske automatizacije, kontrole procesa i robotike treba da omogue primenu novih standarda kvaliteta i prohodnosti klinikih laboratorija.

Literatura 1. Boyd JC, Hawker CD. Automation in the clinical Laboratory. U: Burtis CA,

Ashwood, Bruns D. Tietz textbook of clinical chemistry and molecular diagnostics. 2006; 265-320. Elsevier Saunders, St. Louis, Missouri, USA

2. Ignjatovi S. Automatizacija. U: Majki-Singh N. Medicinska biohemija, drugo izdanje, Drutvo medicinskih biohemiara Srbije, Beograd, 2006; 85-90. (ISBN 86-83023-09-5)

3. Ignjatovi S. Prikaz primene automatizacije i robotike tehnologije u klinikoj laboratoriji. U: Majki-Singh N. Primena medicinske biohemije u laboratorijskoj medicini. Drutvo medicinskih biohemiara Jugoslavije, Farmaceutski fakultet, Institut za medicinsku biohemiju, Beograd, 2000; 431-40. (ISBN 86-83023-05-2)

4. Ignjatovi S. Automatizacija, U: Majki-Singh N. Medicinska biohemija, izdava DMBJ, Beograd, 1994; 94-105. (ID 31626508)

Documents

AUTOMATIZACIJA I KOMPJUTERIZACIJA U KLINIČKO-BIOHEMIJSKOJ LABORATORIJI