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使用视觉技术实现实验室自动化

数十年以来,技术、科学和医学领域的进步大大延长了人类的寿命。更准确地说,随着医院和实验室内自动化程度越来越高,相关的高科技设备为无数测量和分析工作提供了宝贵的支持和帮助。

实验室内的广泛应用

实验室自动化这一概念通常可以有多种解读,同时也与各类工作任务息息相关:从称重等的简单应用到复杂的机器人和分析系统、过程追踪及存储系统。由此带来了相机在医学、科学、药学和分析领域的广泛应用。有些应用显而易见,如尿沉渣影像分析设备。而有些则在背后默默无闻,为医师进行医学诊断提供信息。还有一些为设备内部操作提供支持,与实际检测过程并无直接联系。这类应用包括从简单的条形码输入到为激光技术提供支持;从抽血到完成各类血液测试并最终得出检测结果的整个过程;再到细胞技术的复杂过程等各类应用——这一切都离不开相机,它们能帮助科学家洞察病因,进而为推动诊断和治疗创新提供帮助。

医药和研究领域的自动化趋势

医院和研究实验室紧跟自动化的发展趋势。其基本驱动因素有以下几点:

1. 成本压力增大:

保健系统和研发机构承受着越来越大的经济压力,试图通过缩减服务成本减轻经济负担。通过现代技术所实现的自动化系统,因其组件价格低廉的特点可以帮助降低实验室设备成本,减少人员配备,并将资源用在需要的地方。

1. 成本压力增大:

2. 工作节奏加快:

分析处理越快速,在分析临床和分析实验室的同等时间内所开展的分析就越多,因而能够提供更为迅速的服务,也就更加具有竞争优势。自动化还能助力研究,在同等时间内获得更多研究成果,从而缩短项目周期,更早地研究出新进展或新技术。

2. 工作节奏加快

3. 质量管理和标准化要求更高:

3. 质量管理和标准化要求更高

许多曾经由人工进行的检查已渐渐由机器所取代。而机器自身的技术特征能够更加精准地完成任务,同时便于进行重复性操作。视觉系统的运用与显微镜的自动化发展,使得研究人员无需走进暗房盯着目镜便可在办公室内显示屏上看到详细、精准的图像数据。此外,捕捉到的图像数据便于记录和存档,满足质量管理系统日益增长的要求。自动化系统并不会像人工那样出现工作步骤的细微变化,因而更便于进行重复性操作,同时也为推进标准化操作铺平道路。查看数字图像数据不再受地理位置限制,比如在进行科学交流或外部诊断咨询的时候,虽然身处不同地方却能实现数据共享。借助相机进行检查和分析,更有利于做出可靠的诊断报告。

4. 惠及更广大群体:

实验室自动化能够有效地让许多用户了解和掌握新科技。能够让研究员更为迅速地判定疾病的病原性发展情况。例如,借助体外诊断的分子生物学分析能够更早发现疾病,从而减少甚至避免患者遭受高昂且痛苦的治疗。只要有简单易操作且价格低廉的设备,即使是经济和基础设施欠发达的地区也可通过操作此类设备进行诊断。这意味着流行病高发区的医疗保健将会得到改善,因为该地区的医护人员往往没有获得较好的培训,实验室设备整体低于平均标准,而且病患的经济能力也很有限。未来将会不断涌现出POC(医疗点)系统和芯片实验室技术。

4. 惠及更广大群体:

实验室自动化应用领域

以下列出了一些有关实验室自动化及相机应用领域的典型案例:

1. 过程自动化

过程自动化

包括一般相机应用,其生成的图像和数据不仅仅用于分析,还可用于过程辅助目的,如条形码/矩阵代码编译,这与大多数体外诊断(IVD)设备中的应用如出一辙。这还可能会涉及对患者的样品瓶进行简单识别,或传输与患者所用试剂相关的数据,设备需依次进行分析计算并分批次存档,以便日后进行质量管理。因此使用实验室信息系统进行自动信息交换时,系统会对提交的患者样本进行数字化管理,从而保证获得正确的检验结果。

自动化显微镜

许多实验室设备都会遇到液体测试材料。根据不同应用领域,必须决定和/或检查液体处理过程的不同参数。如液体状态(不得用吸管吸掉空气,否则可能会篡改分析结果)、样品瓶的类型、根据瓶盖颜色判定瓶内测试材料(如是血清还是全血瓶子)、或颜色属性/层次或液体中的异常现象(气泡、泡沫)。与其他方法如电容式液位测量相比,相机具有独到的优势,因为其无需直接接触样品,也没有必要打开瓶盖。这样便能防止样品感染,同时提高样品的流通率。

2. 自动化显微镜

自动化显微镜包括光学和荧光显微镜在体外诊断(IVD)、生命科学、药学研究和数字病理学中的应用。

各个制造商在其设备中使用相机系统,以此诊断自身免疫性疾病,或诊断血液病学及数字病理学方面的血液和造血干细胞的组织病变。病理学家通过检查组织切片或细胞样品寻找病理学病变。为此,他们准备载玻片,再通过显微镜观察的判断病情,并为诊断和治疗提供宝贵的信息,而放射学等其他检查方式可能无法辨别出这些信息。

自动化显微镜系统多种多样,目的也各不相同,包括用于细胞计数的仅有半个鞋盒大小的小型设备、以及直接在孵暖器中运用的系统可以捕捉随时间变化的生命细胞成像、且不受人为干扰,还有例如运用在医药高通量物品的筛选系统等等,种类繁多,不一而足。

自动化显微镜

哪种相机适用哪种实验室应用?

除了上述领域之外,整个科学界中还存在大量其他潜在的应用领域以及相机使用案例,例如蛋白质与核酸分析、微生物学和微粒分析等。

重要的是要让相机具备正确的功能,以覆盖不同专业领域的大量应用需求。除了相机特有的产品特色外,相机需要与快捷、稳定的SDK进行简单灵活地集成,同时保持高品质和可靠性的特点。此外还应提供优秀技术支持、具有快速且容易获得的特点,并能为系统开发人员简化集成过程。