Автоматизация лабораторных процессов с помощью технологий визуализации

Благодаря техническому, научному и медицинскому прогрессу, средняя продолжительность жизни в последние десятилетия существенно увеличилась. Точное, высокотехнологичное оборудование с высокой степенью автоматизации в крупных больницах и лабораториях сегодня помогает персоналу решать многочисленные измерительные и аналитические задачи.

Разнообразие задач в лабораториях

Концепция автоматизации лабораторных процессов в целом включает в себя множество направлений и систем различного назначения: от простых, таких как системы взвешивания, до сложных роботизированных и аналитических систем, систем мониторинга процессов и хранения данных. Таким образом, камеры в медицинской, научной, фармацевтической и аналитической областях могут иметь самое разнообразное применение. Назначение некоторых камер очевидно, как, например, в устройстве для визуального анализа осадка мочи, в то время как другие камеры работают незаметно для нас и предоставляют информацию для постановки медицинского диагноза, который мы получаем от врача. Третьи, в свою очередь, обеспечивают поддержку внутренних для медицинского оборудования процессов, нежели непосредственно участвуют в выявлении тех или иных признаков. Эти задачи варьируются от простого считывания штрихкодов до фокусировки посредством лазерной триангуляции, от документирования пути, пройденного кровью, начиная с укола иглы при заборе крови, до выполнения разнообразных анализов и выдачи результатов и вплоть до мониторинга сложных клеточных процессов, которые позволяют ученым делать выводы о причинах возникновения заболеваний и предлагать инновационные подходы в диагностике и лечении.

Тенденция к автоматизации в медицинской сфере и исследованиях

Все больше больниц и исследовательских лабораторий проявляют интерес к автоматизации процессов. Рассмотрим основные факторы такого роста популярности.

1. Непрерывный рост издержек.

Системы здравоохранения и научно-исследовательские учреждения испытывают постоянное экономическое давление и стремятся противодействовать ему путем сокращения издержек на оказание услуг. Автоматизация процессов за счет применения современных технологий с невысокой стоимостью компонентов позволяет снизить затраты на лабораторное оборудование, высвобождает кадровые ресурсы и способствует наращиванию потенциала, которому может найтись применение в других сферах.

2. Высокая скорость.

Более высокая скорость обработки результатов анализов позволяет коммерческим клиническим и аналитическим лабораториям выполнять больше заказов за единицу времени, что создает для них конкурентное преимущество. Автоматизация также способствует получению большего количества результатов за единицу времени в исследовательских учреждениях, что сокращает сроки реализации проектов и ускоряет разработку новых методов и технологий.

3. Управление качеством и стандартизация.

Все больше медицинских исследований, некогда выполняемых вручную, теперь осуществляются в автоматизированном режиме, с помощью оборудования, чьи технические характеристики позволяют выполнять эти задачи с большей точностью и повышенной воспроизводимостью. Благодаря прикладным системам машинного зрения и автоматизации процессов в микроскопии, сегодня исследователи, например, изучают четкие изображения с высоким уровнем детализации на мониторах, вместо того, чтобы смотреть в окуляры в темных лабораториях. Кроме того, съемка изображений обеспечивает возможность документирования и архивирования данных, что отвечает растущим требованиям, предъявляемым в соответствии с новыми стандартами управления качеством. Автоматизированные системы также не подвержены ошибкам, которые нередко возникают при выполнении операций вручную, а это, в свою очередь, гарантирует высокую воспроизводимость результатов и способствует стандартизации. Цифровые изображения можно при необходимости передать для дальнейшего анализа, например в целях обмена научным опытом или получения сторонней диагностической консультации. Таким образом, за счет проведения исследований и выполнения анализов с помощью камер создаются условия для надежной диагностики.

4. Более широкая доступность

Автоматизация лабораторных процессов открывает доступ к новым технологиям для все более широкого круга потребителей. Появляются возможности проведения исследований с целью раннего выявления патогенных процессов, связанных с заболеваниями. В результате, с помощью молекулярно-биологических анализов в рамках лабораторной диагностики заболевания могут быть обнаружены на более раннем сроке, что ведет к уменьшению или даже предотвращению риска их развития и, следовательно, устраняет необходимость дорогостоящего лечения, столь нежеланного для пациентов. Простые в использовании и недорогие медицинские приборы позволяют проводить диагностику даже в регионах с проблемной экономикой и инфраструктурой. Это означает возможность повышения уровня медицинского обслуживания в подверженных эпидемиям регионах, поскольку медицинские сотрудники там нередко менее квалифицированы, лабораторное оборудование в целом отвечает более низким стандартам, а заболевшие пациенты находятся в трудном финансовом положении. В подобных ситуациях можно ожидать распространения систем автоматизации для пунктов медицинской помощи и развития микрожидкостных технологий.

Задачи в сфере автоматизации лабораторных процессов

Ниже приведены примеры типичных задач в сфере автоматизации лабораторных процессов, которые решают системы на базе камер.

1. Автоматизация процессов

Сюда относятся общие задачи визуализации и обработки данных, не только для целей анализа, но и для поддержки процессов, таких как формирование штрихкодов и матричных кодов, поскольку они используются большинством приборов лабораторной диагностики. В качестве примеров можно привести простую идентификацию пробирки с образцом биоматериала пациента, передачу информации в зависимости от использованного реагента, которая необходима для выполнения анализа прибором, и документирование для целей управления качеством. В ходе автоматического обмена данными в информационной лабораторной системе результаты анализов распределяются согласно заданиям к образцам биоматериалов пациентов, и управление ими осуществляется в цифровой форме.

Множество лабораторных исследований проводятся на биологических жидкостях. В зависимости от специализации лаборатории, в рамках этого так называемого процесса анализа жидких образцов определяются и/или проверяются различные параметры, например, состояние жидкого образца (не допускается забор образца пипеткой, поскольку попадание воздуха приведет к искажению результата анализа), тип пробирки, цвет крышки для маркировки типа биоматериала (пробирка для сыворотки или цельной крови), цветовые характеристики / слои или несоответствия (пузыри, пена) в жидкости. Камеры предлагают особые преимущества, поскольку при их использовании устраняется контакт с образцом и не требуется удалять крышку с пробирки, в отличие от других методов, таких как емкостное определение состояния жидкости. В результате предотвращаются такие проблемы, как загрязнение образца, и обеспечивается более высокая пропускная способность.

2. Автоматизация микроскопических исследований

Под автоматизацию попадает, например, микроскопия светлого поля и флуоресцентная микроскопия для целей лабораторной диагностики и исследований в биологических науках, фармацевтических исследований и цифровой патологии.

Различные производители оснащают системами на базе камер выпускаемое ими оборудование для диагностики аутоиммунных заболеваний, заболеваний крови и кроветворных органов в гематологии, а также в цифровой патологии. Патологи исследуют срезы тканей и образцы клеток на наличие патологических изменений. Для этой цели готовят микроскопические препараты, которые исследуются под микроскопом, чтобы сделать выводы о заболеваниях и получить ценную информацию для постановки диагноза и выбора терапии, которую не предоставляют другие средства диагностики, например рентген.

На рынке предлагается широкий выбор вспомогательных автоматизированных систем различного назначения для микроскопов: от небольших устройств размером с половину обувной коробки, используемых для элементарного подсчета клеток, до систем, устанавливаемых непосредственно в инкубаторы и обеспечивающих визуализацию живых клеток в режиме реального времени без ручного вмешательства, и вплоть до систем одновременного многопараметрического анализа, которые используются, например, в рамках тестирования фармакологических веществ.

Автоматизация микроскопических исследований

Какие камеры применяются в лабораториях?

Кроме описанных сфер применения существуют и разнообразные способы использования камер в научной области, например, в анализе белков и нуклеиновых кислот, микробиологии, анализе частиц и т.д. Важно, чтобы камеры предлагали функции, подходящие для решения самых разнообразных задач.

Независимо от конкретных характеристик, камера должна обеспечивать простоту и гибкость интеграции за счет удобных инструментов SDK и, разумеется, гарантировать высокое качество и надежность. Безупречная техническая поддержка по первому требованию также упрощает процесс интеграции для разработчиков систем.