單標本氣動傳輸系統(tǒng)在智慧化實驗室中的應(yīng)用

董旭才，李斌，曹聰聰，馬倩，王嬌，曾憲飛

(西安區(qū)域醫(yī)學(xué)檢驗中心有限公司普檢部，西安 710038)

醫(yī)院物流傳輸系統(tǒng)是物流傳輸在醫(yī)療領(lǐng)域的延伸，是信息技術(shù)、光電技術(shù)及機械傳動裝置等一系列的技術(shù)和設(shè)施的整合。醫(yī)院物流傳輸系統(tǒng)可有效地將臨床科室、藥房、檢驗科、手術(shù)室的物品實現(xiàn)設(shè)定區(qū)域內(nèi)的運輸[1]。為了減少人力支出，減少人為誤差，提高工作效率，越來越多的醫(yī)療機構(gòu)使用醫(yī)院物流傳輸系統(tǒng)。大部分醫(yī)療機構(gòu)都是使用護工加電梯模式，效率低下且錯誤率高。醫(yī)院物流具有多向性、隨機性和零星性的特點[2]，消耗醫(yī)院人員和患者大量的精力和時間，所以醫(yī)院需要更智能的設(shè)備改善物流現(xiàn)狀。

醫(yī)院的物流傳輸系統(tǒng)可以將血液標本或者醫(yī)療物資快速、高效傳輸?shù)綄嶒炇?，加快標本及物資處理時間和周轉(zhuǎn)時間[3-4]?，F(xiàn)代物流傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)院內(nèi)物流和人流的分離，實現(xiàn)“物流替代人流”的物流傳輸，將逐步成為醫(yī)院物流傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向[5]。醫(yī)院物流輸送系統(tǒng)的發(fā)展趨于多樣化和智能化，多元化主要是醫(yī)院物流傳輸類型多樣化；智能化主要是物資傳輸過程中實現(xiàn)實時監(jiān)測、可溯源、自動故障識別和遠程維護系統(tǒng)等[6]。

1 物流傳輸系統(tǒng)的種類及特點

1.1醫(yī)用氣動物流傳輸系統(tǒng) 傳統(tǒng)的氣動物流傳輸系統(tǒng)使用傳輸瓶為炮彈形或膠囊形，單次傳輸質(zhì)量為5～8 kg，傳輸速度為5～8 m/s，適用于傳輸一些小件、急用物品[7]。其優(yōu)點為傳輸速度快、效率高、方便清潔、使用頻率高、占用空間小、普及率高、造價低、可以點對點傳輸。滿足急救、檢驗等小物品的高效傳輸，有效節(jié)省部門人力、物力和時間，降低醫(yī)療勞動強度，有助于提高醫(yī)療服務(wù)效率[7]。缺點為傳送的物品體積比較小，質(zhì)量輕。需要給各站點配備專用的傳輸瓶，實驗室需預(yù)留的管道比較大，對空氣壓縮機要求比較高。同一路徑只允許進行1個實時傳輸任務(wù)，無法實現(xiàn)任務(wù)連續(xù)發(fā)送。傳輸系統(tǒng)的動力主要依靠管道內(nèi)壓差，整個系統(tǒng)中對管道密閉性要求很高，系統(tǒng)維護專業(yè)性要求高[8]。

1.2軌道式物流傳輸系統(tǒng) 在智能系統(tǒng)控制下，利用智能軌道載物小車在專用軌道上傳輸物品的系統(tǒng)。軌道小車單次傳輸重量為10～15 kg，水平傳輸速度為0.5 m/s，垂直傳輸速度為0.3 m/s，其優(yōu)點為傳輸?shù)尼t(yī)療物資比醫(yī)用氣動物流傳輸系統(tǒng)體積更大，質(zhì)量更重[7]。軌道中可同時發(fā)送多輛小車用于供應(yīng)室的批量大輸液、大量檢驗標本和物品產(chǎn)品、規(guī)劃及時性材料的運輸[9]。軌道物流傳輸系統(tǒng)可滿足大部分醫(yī)用物品運輸要求，單次傳輸量較大，減少醫(yī)院的運行成本，提高醫(yī)院的綜合效益[8]。

1.3箱式物流傳輸系統(tǒng) 箱式物流傳輸系統(tǒng)以傳輸帶為動力在垂直管井和水平傳送帶中傳輸各種專用傳送箱物流傳輸系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)工業(yè)和倉儲物流產(chǎn)業(yè)衍生系統(tǒng)。其水平方向的速度0.5～1 m/s，垂直方向速度為0.3～0.5 m/s，輸送質(zhì)量可達30～50 kg[10]。其優(yōu)點為單箱載重量大。此外，系統(tǒng)所涉及的消防措施僅部分滿足國家消防要求防法規(guī)要求[9]。相比于其他物流形式，其運行能耗和投資費用也相對較大[3]。

1.4自動導(dǎo)引車傳輸系統(tǒng) 自動導(dǎo)引車傳輸系統(tǒng)(automated guided vehicle，AGV)也稱為無軌柔性傳輸系統(tǒng)、自動導(dǎo)車載物系統(tǒng)。行駛速度為最大1 m/s，最小0.1 m/min[6]。其優(yōu)點為可實現(xiàn)無人操縱的運輸作業(yè)，機動能力強；可識別提前設(shè)置的路線和定位。AGV載重量可以根據(jù)需要設(shè)計，甚至可傳輸400 kg以上的物品。AGV自動導(dǎo)引車傳輸系統(tǒng)主要用于取代勞動密集型手推車。它可以攜帶大型物品，具有絕對的載重優(yōu)勢。它不需要專業(yè)運輸通道，可以在建筑物或樓層之間傳輸[8]。缺點是不能點對點傳輸，跨樓層傳輸要求高，傳輸速度慢。

2 物流傳輸系統(tǒng)的選用

不同的醫(yī)院及實驗室均應(yīng)根據(jù)自身條件及需求選用合適的物流傳輸系統(tǒng)。以下為本實驗室特點及選取物流傳輸系統(tǒng)的依據(jù)。

2.1占地面積大 西安區(qū)域醫(yī)學(xué)檢驗中心普檢部于2021年投入使用，分為一層普檢部(Ⅰ)和二層普檢部(Ⅱ)，占地面積約1 500 m2。

2.2設(shè)備自動化程度高 普檢部(Ⅰ)配備了2條貝克曼Power Express流水線，將生化分析儀、免疫分析儀、血細胞分析儀等與實驗室分析前和分析后系統(tǒng)通過實驗室自動化整合。普檢部(Ⅱ)也配備了多條自動化檢測流水線，其中羅氏CCM流水線整合了多臺生化分析儀、免疫分析儀、全自動分子生物學(xué)分析儀、全自動模塊式血液體液分析儀、全自動推片染片系統(tǒng)、血細胞形態(tài)學(xué)分析儀、糖化血紅蛋白分析儀及前、后處理單元等多臺檢測設(shè)備。設(shè)備自動化程度高，需要配備先進的物流傳輸系統(tǒng)。

2.3設(shè)備及檢驗項目多 目前普檢部實驗室共50余臺設(shè)備，共開展400余項檢驗項目。既有流水線標本，也有手工標本，如何把標本迅速準確地分配到相應(yīng)的設(shè)備等問題亟需解決。

2.4實驗大樓不具備大改建的前提 之前實驗大樓已經(jīng)建成，不具備大規(guī)模改造的條件，所以比如軌道式物流傳輸系統(tǒng)、高架單軌推車傳輸系統(tǒng)不適用于本實驗室。

2.5標本類型單一 除去少量的體液標本，其余均為真空采血管的血液標本。選用的真空采血管均為標準類型。實驗大樓已建有標本轉(zhuǎn)運電梯負責(zé)轉(zhuǎn)運非采血管標本，試劑轉(zhuǎn)運電梯負責(zé)轉(zhuǎn)運體積較大的耗材和試劑。

2.6智能化需求 由于分揀標本會耗費大量的人力和物力，而且效率低，錯誤率高[11]。智能化要求標本全流程監(jiān)控，可追溯信息。

2.7單標本氣動運輸系統(tǒng)的選用 基于實驗室的實際情況，借鑒先進發(fā)展理念，選擇合適的物流傳輸系統(tǒng)，進行站點及配置設(shè)計，充分體現(xiàn)智能化、高效率、安全性、可靠性、可拓展性。各系統(tǒng)盡可能物盡其用、相互補充；合理利用空間，需符合消防規(guī)范；融合設(shè)計，降低運行的能耗，符合綠色環(huán)保的理念。調(diào)研和分析多家公司后采用了江蘇雷镈智能科技公司的單標本氣動傳輸系統(tǒng)。

3 單標本氣動傳輸系統(tǒng)配備條件

單標本氣動傳輸系統(tǒng)分為拆包工作臺、L-01機械傳輸軌道、S-1400Ⅱ全自動真空采血管分揀核收系統(tǒng)、Whistle-M單標本氣動即時傳輸發(fā)射端及氣動傳輸軌道等，需配備空氣壓縮機和流水線的樣本對接模塊，可以實現(xiàn)氣動傳輸系統(tǒng)和流水線的完美對接。

目前本實驗室選擇的空氣壓縮系統(tǒng)為西安索蘭節(jié)能科技公司配套系統(tǒng)，其中包括：無油渦旋空壓機VT30-10、微油渦旋空壓機V15-10、冷凍式壓縮空氣干燥器D294VNR-A、吸附式壓縮空氣干燥器D198VET40、壓縮空氣過濾器、儲氣罐等,為單標本氣動傳輸系統(tǒng)及流水線提供穩(wěn)定充足的氣壓。

單標本氣動傳輸系統(tǒng)的布局如圖1和圖2。單標本氣動傳輸系統(tǒng)和實驗室信息系統(tǒng)(LIS)連接，前處理組接收標本后直接進入拆包工作臺和L-01機械傳輸軌道平均分配進入雷镈S-1400Ⅱ全自動真空采血管分揀核收系統(tǒng)。從分揀核收系統(tǒng)分出六條氣動管道，其中2條分別連接一樓流水線接收端1和2，其他4條氣動管道穿過一、二樓天花板再下降連接在二樓流水線3～6。

圖1 西安區(qū)域醫(yī)學(xué)檢驗中心普檢部(Ⅰ)單標本氣動運輸布局圖

圖2 西安區(qū)域醫(yī)學(xué)檢驗中心普檢部(Ⅱ)單標本氣動運輸布局圖

按照下列提前設(shè)定好的分揀規(guī)則進入各單元。

普檢部(Ⅰ)的項目分別通過Whistle-M分配到2條貝克曼PE流水線。Whistle-M到貝克曼PE流水線(Ⅰ)共30米，Whistle-M到貝克曼PE流水線(Ⅱ)共35米。

普檢部(Ⅱ)的項目分別通過Whistle-M分配到二樓羅氏流水線。Whistle-M到羅氏CCM流水線對接模塊1共50米，Whistle-M到羅氏CCM流水線對接模塊2共60米。

普檢部(Ⅰ)或普檢部(Ⅱ)的標本但是項目不在流水線的會被分配到S-1400Ⅱ全自動真空采血管分揀核收系統(tǒng)提前預(yù)設(shè)的各設(shè)備的分揀倉，而因為錯誤識別或者無法識別的標本也會分配到錯誤分揀倉。

實驗室為了彌補無法轉(zhuǎn)運物資的缺點還為單標本氣動傳輸系統(tǒng)配備了雷镈T-01智能導(dǎo)航運輸車，可以在單層實驗室中進行試劑耗材轉(zhuǎn)運，而跨層試劑轉(zhuǎn)運可以使用試劑轉(zhuǎn)運電梯。

4 單標本氣動傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點

4.1智能化 樣本分揀核收系統(tǒng)與LIS無縫連接，利用分揀核收系統(tǒng)的條形碼識別能從LIS中獲取項目信息。此系統(tǒng)為單標本傳輸，可以通過條形碼中項目的設(shè)置，把每個標本通過管道傳輸?shù)较鄳?yīng)的樣本接收單元。不再使用人工去分揀標本項目，實現(xiàn)了封閉式的試管樣本智能化和自動化的接收、分揀。既幫助實驗室提高了工作效率，有效縮短了TAT，又避免了人為差錯。實驗室標本一般都是大批量到達，項目也比較復(fù)雜。因此，標本條形碼區(qū)域無法打印全部項目，僅憑肉眼去判斷項目而進行分揀難度很大。在這一階段出現(xiàn)風(fēng)險的證據(jù)來自一些論文，這些論文討論了引入自動化的預(yù)分析機器人工作站的影響。特別是在Herrmann等[12]的研究中，在引入分析前工作站后，排序、發(fā)送、泄露和標簽錯誤的數(shù)量顯著減少。例如，分類和發(fā)送錯誤從7 950個/月下降到477個/月，標簽錯誤從6 668個/月下降到33個/月，生物危害暴露事件從2 658個/月下降到6個/月。

4.2高效性 氣動傳輸系統(tǒng)利用1周時間進行了225 000根真空采血管的疲勞測試，氣動傳輸分揀核收系統(tǒng)為速度3 000份標本/小時。人工分揀核收600份標本/小時。忽略掉人工分揀的錯誤率，氣動傳輸系統(tǒng)能提高分檢效率5倍左右。氣動傳輸速度為8～15 m/s，而人步行速度約為1 m/s，大大提高運輸速度。分揀人員從4人減少到1人，更減少了工作時間，而且普檢部(Ⅱ)的跨樓層轉(zhuǎn)運更省去了電梯或人工上下樓梯的時間。

4.3精確性 傳統(tǒng)的物流傳輸系統(tǒng)是無法做到點對點傳輸。即使現(xiàn)在比較先進的傳輸瓶類型氣動傳輸里面的物品也做不到一一區(qū)分，而且還需要人工進行初步分揀。單標本氣動傳輸系統(tǒng)可以做到識別每一份標本的條形碼從而達到精準傳輸，減少了人工干預(yù)和人力勞動。

4.4科學(xué)性 血液標本自動排隊發(fā)送，以平均8 m/s的速度抵達接收單元，流水線對接模塊具有主動式氣墊緩沖系統(tǒng)，可將高速飛行的標本懸停緩降，保證標本質(zhì)量和安全。系統(tǒng)可與采血桌軌道、分揀機、各大品牌分析儀器無縫銜接，提升全實驗室自動化水平。普檢部(Ⅱ)的跨樓層轉(zhuǎn)運，速度更快，而且可以使樣本流和人流分開，更好地保證實驗室生物安全。

4.5溯源性 氣動傳輸系統(tǒng)配上電子信息系統(tǒng)可以減少紙質(zhì)記錄單。每一個步驟都會通過電子信息系統(tǒng)記錄，可追溯、可記錄、方便保存、方便管理，可以有效減少實驗室管理中繁重的表格表單記錄。

5 單標本氣動傳輸系統(tǒng)的缺點及解決方案

單標本氣動傳輸系統(tǒng)雖然優(yōu)點很多，但仍有不可忽略的缺點。采用單氣道傳輸，只能傳輸真空采血管。真空采血管的型號和規(guī)格均需要提前進行試驗。本實驗室標本以真空采血管為主，其余不是真空采血管的標本可以利用實驗室的樣本轉(zhuǎn)運梯進行轉(zhuǎn)運。試劑耗材可利用雷镈T-01智能導(dǎo)航運輸車轉(zhuǎn)運。單標本氣動傳輸系統(tǒng)需要空壓機進行空氣的抽取及壓縮作為動力。本實驗室設(shè)置有獨立的空壓機房，并由具有特種設(shè)備資格的人員使用和管理。

單標本氣動傳輸系統(tǒng)流水線對接模塊具有主動式氣墊緩沖系統(tǒng)，可將高速飛行的標本懸停緩降，但是否對檢驗結(jié)果造成影響尚需觀察。氣動管道傳輸系統(tǒng)對血鉀[13]、凝血及血小板功能指標[14]的檢測結(jié)果均有影響。

6 結(jié)語

單標本氣動傳輸系統(tǒng)使用后普檢部實驗室差錯率降低，智能化提高，轉(zhuǎn)運時間(TAT)縮短，保證了樣本檢驗效率，節(jié)省了樣本轉(zhuǎn)運人力成本。實踐證明，本實驗室對于單標本氣動傳輸系統(tǒng)的選用切實有效，本案例可以為同行業(yè)者提供借鑒。