臨床微生物實驗室整合化發展趨勢及微生物標本前處理標準化需求

作者：童明慶

單位：南京醫科大學第一附屬醫院

臨床微生物實驗室的整合和規模化是微生物學檢驗的一個發展趨勢，中心微生物實驗室和衛星微生物實驗室的網絡建設與分工需要科學布局和設計，標本的採集、運送和處理的標準化是提高微生物檢驗質量的重要舉措，液基化的標本處理方式是微生物檢驗自動化的前提，新型標本採集與處理器材的研發和使用是一個值得關注的熱點。雖然，為了推進微生物標本科學採集、運送和處理的標準化，可能會增加一些耗材的使用費用，但從微生物實驗室整合的總效應來看，其收益是會促進複雜設備、技術和人才的共享，縮短了出報告時間，保證了病原體的精準檢出，加強了臨床微生物檢驗與臨床的溝通交流，促進了抗菌藥的合理使用，這將進一步提高感染性疾病的臨床診療水平。因此，這是一個符合衛生經濟學的科學實踐，是實現「健康中國」的有益探索。

一、臨床微生物實驗室整合和規模化是大勢所趨

目前，在全球範圍內，醫療保健領域正在越來越多地承受著各種因素所帶來的壓力，這些因素包括：人口密度增加、人口老齡化、基礎疾病患病率和嚴重程度的上升，以及醫保領域降低成本的要求等[1]。而社會對醫療服務水平不斷提升的需求，不僅促進了診治領域各種新技術的應用，同時也提出了高效、便捷和經濟的期望。這些需求和期望，首先體現在臨床微生物診斷領域，提出了微生物實驗室整合和規模化的發展方向。

為什麼微生物實驗室的整合和規模化如此重要而首當其衝？因為微生物實驗室所面對的是嚴重威脅人類健康的千差萬別的各種病原體，而所採用的檢測技術則是從宏觀到微觀紛繁複雜原理迥異。任何一個醫院的微生物實驗室要想備齊所有微生物檢測的設備和技術，不僅花費巨大，而且各種優秀技術人才的薈萃也十分困難。因此，整合資源、技術和人才的區域性中心微生物實驗室必將應運而生。

實驗室整合可以集中和優化資源配置，促進新技術和新方法的應用，提高標準化水平和檢測效率，服務更大量的人群；由於新技術的應用和人才的集中，提高了診斷的準確率，從而縮短了微生物「精準」報告的TAT時間；藉助於網絡化信息系統，可整合區域內各醫療中心的數據，有利於質量控制、報告互認、耐藥監測和數據共享；有利於對基層醫院提供技術支持，為健康中國保基本、強基層的改革方向提供保障。有利於建立合規的菌種保藏中心，保障生物安全和菌種資源共享。因此中心化的臨床微生物實驗室，是國內外共同面對的行業大趨勢[3][4]。

二、臨床微生物實驗室整合的各種模式

臨床微生物實驗室的整合目前主要有如下一些模式：

1. 區域實驗室：將數個實驗室整合為一個區域實驗室，為區域服務，甚至為許多區域的醫療機構服務。在歐洲，將小型、中型和大型實驗室整合，集中提供服務。如在比利時，實驗室整合使獨立實驗室的數量急劇下降，從1996年的496個降低到2017年的148個[2]。

2. 實驗室聯盟（HMO）：成立實驗室聯盟為數家醫院提供服務，並建立中心實驗室—衛星實驗室網絡。在美國有三個主要的私立醫院實驗室聯盟，BJC Healthcare（由Barnes-Jewish，Inc. 與Christian Health Services合併而成）為中西部地區15家醫院提供服務；Geisinger Health System為10家中部地區的醫院提供服務；Northwell Health Laboratories為紐約地區的23家醫院提供服務。而歐洲最大的實驗室聯盟為Labor Berlin GmbH，主要整合了柏林地區的2個醫院網絡（Charité & Vivantes系列附屬醫院），一共為24,000張病床提供服務，每年完成800萬次以上的細菌學分析。此外Labor Berlin GmbH作為歐洲最大的教學醫院（Charité）的實驗室充分整合了微生物學家、病毒學家和實驗室專家的智慧，顯示了巨大的教學和研發優勢。

3. 第三方實驗室：第三方實驗室如倫敦的Health Services Laboratories（HSL），通過與The Doctors Laboratory（英國最大臨床病理學第三方實驗室）和Royal Free London NHS Foundation Trust進行合作，每年可以提供3600萬次檢測。

在我國也有各種臨床微生物實驗室整合模式：如進行醫療改革，整合醫院，開設新院區，組建醫聯體，並由中心醫院提供複雜的檢測服務，包括臨床微生物實驗診斷。此外，有以區域衛生管理部門出面，整合區域內所有醫院的實驗室，成立檢驗中心，為區域內所有醫院服務。同時也有第三方實驗室如迪安診斷和金域診斷等也進入了感染性疾病診斷領域。還有一些領域，如宏基因組學高通量測序用於感染的診斷，由於技術普及的限制以及單一醫院標本量有限等原因，也是由專門的檢測中心來完成。

三、整合後臨床微生物實驗室網絡的基本結構和相關要求

雖然臨床微生物實驗室的整合有不同的模式，但是全球範圍內整合後的微生物實驗室網絡基本上都具有相似的結果和布局。如圖1所示，中心實驗室應該是建設完備，有各種關鍵技術（如分子檢測、MALDI-TOF MS飛行質譜儀和NGS宏基因組測序等），具備病毒檢測能力，以及胞內細菌檢測能力。更多要求可以參考國家級參比實驗室（NRL）。衛星實驗室的具體數量和能力要求可以不同，但是基本要求是能夠確保微生物標本在規定時間內的運送和開展臨床需要的快速檢測項目[5]。

1. 中心實驗室：通常情況下，微生物中心實驗室應該包括的亞專業有細菌（包括分枝桿菌）、真菌、寄生蟲和病毒，需要具備的技術包括鏡檢、培養、分離和鑑定；抗微生物藥物敏感性試驗；免疫學/血清學和分子診斷技術。同時需要更加安全快速的運輸標本，目前已有實驗室（如北卡羅來納州WakeMed Health＆Hospitals）使用無人機運輸臨床微生物標本，這有可能是以後發展的一個趨勢[6]。

為了減少TAT時間提升實驗室效率，必須優先對重症監護病房（ICU）和急診（EC）提供7天/24小時的診斷服務。目前在全球範圍內，提供7/24小時的診斷服務，已經是建設高水平微生物實驗室的事實上的規範要求[7]。此外，實驗室需要建立信息系統（LIS），完善與醫院HIS系統的連接，優化數據的質量管理和傳遞[8]。對於管理檢驗設備的中間件（middleware），微生物實驗室提出了更高的要求，因為一個標本的處理需要經過多個設備，使用不同的方法檢測不同種類的病原菌。如支氣管肺泡灌洗液可能需要進行常規微生物標本檢測、病毒學檢測、分枝桿菌檢測以及真菌感染標記物（包括真菌抗原）檢測，各種系統有不同的數據接口，自動化程度也有很大差異，而且還要考慮到後續的鑑定/AST測試等等，給實驗室信息化處理提出了極大的挑戰，但是使用中間件在很大程度上為這一難題的解決提供了可行方法，即將標本的各種檢測數據進行整合，再提交LIS，最終生成報告。此外，中間件可以對標本進行全流程實時追蹤和實驗室工作流程分析。顯然實驗室規模越大，就越要考慮LIS系統的開發和部署，實現「無縫化」管理。

2. 衛星實驗室：雖然中心實驗室整合了大部分的分析檢測項目，但是衛星實驗室仍然需要保證一定的檢測功能，以保證一些時效性要求較高和較為簡單的檢測項目，如一些POCT項目。衛星微生物實驗室可以進行微生物標本的革蘭染色與接種培養，而後中心實驗室可通過遠程連接，直接解讀染色和培養結果[9]。衛星實驗室和中心實驗室人員的資質需要合理配置，衛星實驗室人員的資質可以相對較低。中心微生物實驗室需配置經驗豐富的臨床微生物學家，以便於和臨床醫師直接進行交流研討，促進感控工作和抗菌藥物的合理應用[10]。

四、微生物標本轉運體系的標準化

微生物標本的採集和轉運是微生物實驗室分析前的重要組成部分，正確的標本採集和轉運會直接影響到後續病原微生物的檢出率。因此選擇合適的採集和運輸培養基，建立標本轉運系統，是建立中心化的微生物實驗室必須解決的問題[7]。

臨床微生物標本採集運送系統需要考慮的因素很多，包括容器、運輸培養基、採樣方法、包裝和運輸環境等等。目前國外一些實驗室已經建立了標準化的標本採集和轉運系統，甚至採用無人機等作為標本的配送手段[6,11]。

目前，我國在臨床微生物標本的分析前處理中還存在一些問題，如標本採集方式不正確，運送時間過長，儲存溫度不合適等情況[12]，為了解決上述問題，我國的標準管理部門和臨床微生物專家通過充分交流和研討，編寫出版了微生物標本採集和送檢國家標準[12]。但是，由於微生物標本的特殊性，標本的採集、送檢和處理方法與臨床生化、免疫和血液學標本存在較大的差異。如臨床微生物標本的種類有固體（組織等）、半固體（糞便等）和不同粘稠度的液體（痰、吸取物、膿液、灌洗液等），盛裝的容器也因此有很大的差異，而且，不同的標本有不同的處理流程，故而微生物標本採集、運送和處理標準化的實施仍有一定的困難。在標本的採集和運輸環節或多或少地仍然存在一些問題，如容器密封性不夠，運送培養基質量不佳等，在一定程度上影響了微生物檢驗的質量和生物安全保障。

為了解決微生物標本多樣性和多形性的問題，目前國外使用了液基化的辦法，即將各種微生物標本液基化從而實現微生物標本處理的標準化。國外的經驗表明，微生物標本處理自動化必須建立在微生物標本採集和運輸標準化的基礎上，即標本的液基化和容器的標準化。

五、新型標本採集和轉運系統舉例

目前體系齊全，適用範圍較廣的微生物標本採集系統有ESwab系列產品（Copan，Italy）。在室溫和2-8℃的環境下，確保標本中需氧菌、厭氧菌和苛養菌的生存力達到48小時[15]，是國外使用範圍最廣的液基微生物標本採集與運輸系統。同時在這次SARSCoV-2疫情中，被廣泛用於COVID-19的分離和檢測[14]。

ESwab由植絨拭子和1ml改良液體Amies培養基組成，使用時將標本洗脫至液體培養基後，再運送至實驗室進行後續的處理。有研究報導使用ESwab系統對於其他傳統的微生物轉運培養基可以提升10倍以上的病原檢出率[16]。

UriSwab尿液收集系統可以用於尿標本的採集、儲存和運輸。UriSwab主要組成部件為海綿拭子，在海綿中含有硼酸和甲酸鈉聚合物，接觸到尿液以後就會活化，從而確保在運輸過程中不會出現細菌過度生長或過度死亡的現象。目前UriSwab可以確保在室溫環境下，維持尿液中細菌的生存力達48小時[15]。如圖2所示。

痰標本的接種和處理一直是標本採集和運輸，以及隨後的自動化處理工作的難點。主要原因是痰標本具有非常明顯的非勻質性，細菌在痰液中的分布很不均勻。同時不同的痰標本間的粘稠度差異很大。因此一般情況下需要考慮將痰液進行消化處理後，才能進行液化接種。傳統的胰蛋白酶處理方法耗時較長，且胰酶不易保存，容易失活，往往需要現用現配。SLsolution是很好的替代方案，由挑痰器和二硫蘇糖醇（DTT）組成，使用挑痰器從痰杯中挑取0.3-1ml的痰樣，而後放入含DTT的試管，震蕩後，在室溫放置15分鐘，即可完成痰標本的液化過程。消化後的痰液可以在室溫保存6小時，並確保樣本中的細菌和真菌的生存活性，同時也不會過度繁殖。如圖3所示。

參考文獻略

註：本文來源於《臨床實驗室》雜誌2020年第10期「感染性疾病」專題