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第六章：核心实验室 概述 高级实验室专业人员能记住化学、血液学、凝固,微生物学的免疫分析和分子检测被安置在不同的房间的时候。至少在15 - 20年来这被大型实验室的核心实验室概念所取代。大型机构仍可能将分子测试独立于其他学科安置。这股趋势被需要精控实验室人员、方便组装的仪表的商业化和能够适应融合这些不同的测试方法的信息技术所驱动。这些需求也适用于开始投资于核心实验室工作站仪器和/或某种形式的实验室自动化的小型实验室。 本报告中核心实验室仪器被定义为化学/免疫测定工作站和独立的某种实验室自动化和信息技术工具的临床化学以及免疫化学分析仪。 在这个时候,几乎所有的化学分析仪都提供一个混合的临床化学免疫测定的选择。因此,化学分析仪更广泛的术语为临床工作站。 常规实验室测试整合的趋势来自多个学科——化学、免疫测定、尿分析,微生物学,凝固,HPV细胞学-核心实验室继续快速增长。在过去的几年中分析物的数量通常只有专业的免疫分析仪能发现但是这一部分已经大规模的转移到合并后的工作站，包括:肺动脉栓塞(凝固),维生素D,糖化血红蛋白(糖尿病),BNP,NGAL,anti-CCP,hsCRP,半胱氨酸蛋白酶抑制物,艾滋病毒、丙肝病毒,原降钙素,HE4癌症标记和甲状腺肿的标记。事实上,传统的专业壁垒,如微生物学、血液学、血液银行,免疫学,甚至解剖病理学正在消退。这一趋势使核心实验室成为实验室医学的核心。 核心实验室的扩张是为了应对环境条件。经济压力和劳动力短缺由2008年的经济崩溃进一步恶化了。还有一个持续增加的新的测试的实验室菜单。此时工作站至少有80项可用的免疫测定。因此现实的说大部分需要手动处理的常规检测总有一天会自动化。 规模化的推动导致更小的医院将来自不同学科的常规检测并入核心实验室。为了应对这种需求,用于小型实验室的新的桌面工具的设计适用于多种分析物的工作站运行化学和一个大菜单的免疫分析。临床化学、免疫测定、血液学、凝固、验尿,和微生物学(尿液)的新仪器(大、小)有能力连接到实验室信息系统和中央实验室轨道上。 Kalorama报导了表格6-1中所示的核心实验室的临床工作站的化学和免疫化学测试。给读者的建议就是这是创新的实践。工作站的概念是比较自由的包括所有合并在一个化学分析仪和连接机器人或自动化或一些这样的链接上的那些化学分析仪和免疫分析仪。 2013年化学和免疫测定工作站的市场是103亿美元或接近20%的世界IVD市场,如表6 - 1所示。给读者的建议就是这些片段的美元价值是有些误导得。通常高容量的免疫分析是自动化到工作站的,这样单价低于专用免疫分析仪来进行分析。这最特别适用于ELISA检测低容量传染病和蛋白质以及深奥的分析物,这些不包含在此表中。它也适用于化学反应的销售数据，其中最昂贵的测试是大约1美元/测试;免疫测定可高达2.50美元/测试 表格6-1 2013-2018年间工作站的销售（通用化学，免疫）百万美元 工作站部分,下面讨论的大IVD公司代表,化学销售2013年达到57.6亿美元，并且每年继续温和增长2%,2018年达到63亿美元。这个测试段的增长与脂质化学测试和心肌酶测试的增加有关。对免疫测定来说，工作站增长来源于不断添加新的免疫测定,如anti-CCP，微白蛋白,半胱氨酸蛋白酶抑制物,肺动脉栓塞,BNPs,糖化血红蛋白,脓毒症测试(原降钙素)维生素D,癌症标记,心脏标记,自身免疫性和过敏。Kalorama估计,大约35%的免疫测定是在工作站仪器上进行的。 随着这一趋势的继续,工作站测试扩张使核心实验室成为真正的急性和慢性护理实验室医学中心。在临床工作站上执行的免疫分析在2013年大约是45.68亿美元并且以6%的年增长率将在2018年达到59亿美元。非工作站的对大多数传染病和低容量的免疫分析是在ELISA的主机系统和专用免疫测定分析仪如雅培AxSym系统、 Beckman Coulters' Access,西门子/DPC's Immulite systems, bioMérieux's Vidas, 罗氏的 Elecsys等等。这些测试将在第7章讨论。 主要的临床工作室的销售实在发达国家，以每年1-2%的速率增长，然而，发展中国家也在以10-15%的速度增长。 核心实验室测试和仪器主要由五大IVD公司占据，如表6 - 2所示。这些销售数据包括他们的工作站以及专用的化学和免疫分析产品。为了应对工作站的需求许多公司已经推出了低到中容量的综合分析仪(工作站)包括:Menarini, Randox, Tosoh, Wako, EKF Diagnostics, Diatron, MaxMat (now part of Transasia), Erba Diagnostics, Awareness Diagnostics, Transasia, Mindray, EliTech 等。 表格6-2 2009-2013年间五大生产厂商对核心实验室的销售（百万，估计） 化学分析仪工作站已经成为核心实验室的心脏。重要的是,仪器购买的决策越来越多地涉及一个扩展菜单,自动化和信息能力。一些已经被添加到核心实验室仪器的测试在过去的几年中如下所示: 表格6-3 2012-2013年间核心实验室的新分析物 其中值得注意的是先进技术迁移到核心实验室，随着Bruker Maldi Typer获得了临床准入，核心实验室中质谱上微生物学和其他测试也就不远了。质谱专家AB Sciex已经引入了一个糖化血红蛋白的检测,该公司还提供了一个维生素d的大量特殊装备，其他测试肯定也会跟进的;请继续关注。 糖化血红蛋白在监测糖尿病患者血糖管理的重要性上由于市场对此种糖尿病测试准入而更进了一步。结果是自动化分析仪上大量的糖化血红蛋白测试如表6 - 3所示。 高灵敏度肌钙蛋白(hsTroponin)检验已成为急诊室治疗急性心脏病患者的选择方法。过去几年里许多这些测试被添加到传统的心脏标记面板:BNP,肌红蛋白和肌钙蛋白。 血脂分析和胆固醇测试变得越来越重要,受到越来越多的人意识到心脏病发作的风险的驱动以及个体控制胆固醇水平的意识提高。测试量的整体增长是由人口老龄化,越来越多的人在心血管疾病的风险,包括那些有高血压,糖尿病,和腹部肥胖等驱使。因此血脂测试在实验室的重要性越来越明显。 尽管研究表明,缺乏维生素D可能对整体健康和减少疾病风险的影响被高估,维生素D测试已迅速从专用免疫分析仪和ELISA测试迁移到集成化学分析仪。维生素D领袖Diasorin宣布维生素D销售下降了17%。 维生素D缺乏与各种疾病包括癌症,心血管病、糖尿病、骨质疏松症、多发性硬化症、阿尔茨海默氏症和各种原因的死亡率都相关。这种对维他命D新理解的重要性在美国和全世界推动医生请求总25-Hydroxy维生素D测试数量的增加。 化学测试概述 化学测试的新面貌的可能是核心实验室但临床化学仍是实验室医学最重要的地区之一。常规临床化学包括30到40种测试包括:基板,代谢物,电解质,血液气体,酶,尿液和脂质，并且可分为病人进行常规调查和用于跟踪不稳定的住院病人的快速反应测试(POC)。艰深的检测例如肾清除率,肝脏功能和代谢状态也在这部分功能。 临床化学使用血清或血浆，并且根据特定的测试点的测试量来搭配不同程度的自动化分析仪。市场常规临床化学测试可以用高容量和低容量的用户来区分。大容量用户在大型城市和地区医院以及私人实验室中比较多。低容量用户在医院,医生办公室实验室,中小型医院和社区的实验室比较多。 这个成熟的行业通过改进测试流程和测试菜不断努力改造自己，临床化学在未来5-10年的趋势中包括： l 新的测试的出现，包括新陈代谢和细胞旁路的标记。 l 对测试程序的重新组建。 l 全血分析增加的重要性。 l 工作站的整合。 l 自动化解决方案的扩张。 实验室自动化 实验室自动化是指利用技术来简化或替代设备和流程的手工操作。自动化解决方案可以应用于大多数实验室过程——从简单的样本盖瓶和开瓶到高通量筛选。 目标是自动化或者减少之前由医疗技术人员手工提供的工作,包括:分类管、开瓶、离心,加载分析,准备和分类资料存储,同时优化工作流程和测试结果的电子转移到实验室信息系统和/或电子医疗记录。 有时一个核心实验室是高度自动化的，有一个分析前样品制备站来分类和准备样品并且运输到适当的分析仪来自动跟踪。其他时候核心实验室样本只是一个样品载入的中央地点,然后手动放进位于同一个房间的分析仪。在每种情况下的核心系统是一个有智能软件的实验室信息系统，用以控制所有活动。 IVD公司已经采取了一些自动实验室的解决方案。表6 - 4提供了一些在2012年到2013年间宣布的实验室自动化创新。其中特别值得注意的是信息技术公司Cerner收购实验室自动化先锋Labotix。Cerner的新闻发布会上说:“这个系统,结合其千禧年临床软件套件和Cerner Copath解剖病理系统将支持高容量测试。Cerner收购Labotix是第一次LIS 主要的供应商获得了实验室硬件制造商并且意图打包出售LIS和Labotix特色的实验室自动化设备。 表格6-4 2012-2013年间的实验室自动化创新 核心实验室的地貌现在是进入另一个阶段。分子测试的自动化示例结果平台正在开发，许多可能在不久的将来获得市场准入而进行商业化。 Qiagen(Venlo、荷兰)介绍了QIA ensemble的液体细胞学瓶开瓶器。这种新仪器是想用于从液体宫颈液样本中处理巴氏涂片的细胞实验室,它开启了一系列性病测试和免疫分析仪器上运行的妇科癌症的化验。最终的新型分子仪器会进入核心实验室。 Hologic(贝德福德,MA)正在公司的TIGRIS and PANTHER仪器上进一步开发分子HPV和性病的液体细胞学样本的系统。 罗氏诊断(Indianapolis, IN)介绍了cobas p 480 分析前主要瓶处理系统，它能处理各种各样的样品瓶包括那些液体细胞学样本。 下一个逻辑步骤是将各种分子测试包含进核心实验室里。红色,紫色,绿色,灰色和蓝色加塞管的合并，最终会统一为同一颜色，这并不是不可能。事实上,这种趋势已经在进途中。 市场分析 本章的剩余部分将讨论实验室和POC化学测试的市场。常规实验室临床化学测试由30到40种的测试构成，包括:基板,代谢物、电解质、血液气体,酶,尿液和脂质。传统上包括快速反应分析物的临床化学数据分析,其也在实验室系统上运行包括血液气体、电解质、血糖、尿素。肌酐、乳酸和全血或血清的电离钙离子，这些要不在实验室要不在POC测试进行。 表格6-5 全球范围内按测试类别分类的临床化学销售 （通用化学，血气，尿液分析，重症护理POC）2013-2018，百万美元 临床化学的世界市场在2013年估计为77亿美元。整体上来说这个测试部分每年增加2%在2018年达到83亿美元。尽管预计新兴市场如印度、中国和巴西有爆发式的增长但是整体市场增长适度。这是因为美国，欧洲和日本占85%的市场份额,在未来五年应该继续占主导地位。 临床化学分析仪和试剂的主要参与者见表格6-6. 表格6-6 主要的临床化学公司
在美国强烈的供应商整合,大多数化学产品的商品化和不断增长的价格压力推动常规化学测试的成本尽可能的低。1 - 2%的年平均增长率来自这部分的新的测试领域：脂质分析、蛋白质、激素和和糖尿病研究相关的酶,心血管疾病,癌症和其他急性和慢性疾病。 在发达国家(北美、西欧和日本)几乎所有的常规电解质估计都是由自动化的普通化学分析仪测定的,而发展中国家的70%都是用专用仪器。 此外,服务欧洲和新兴市场都是本土企业如:Menarini Diagnostics, Florence, Italy, Dr. Bruno Lange GmbH, Berlin, Germany, Biochemical Systems, Arezzo, Italy, Transasia Bio-Medicals Ltd, Maharashtra, India and Snidjers Scientific, Tilburg,荷兰推广运行全血和血清的一系列化学测试菜单的小型桌面仪器。 快速反应分析物系统在实验室以及POC测试中应用。主要优势是他们使用全血,所以避免样品离心过程。实验室内和试验室外全血分析的主要和新兴参与者是:
表格6-7 主要的全血化学分析仪 实验室化学分析 临床化学测试是典型的常规测试之一，和血液学全血细胞计数(CBC)一起作为诊断的第一关。因此,化学7(葡萄糖、BUN、胆固醇、电解质),尿液分析和CBC是最常见的被执行的测试。一些重要性长期被分子检测和深奥的免疫测试所压制的化学物质正在病人管理中留下自己重要的一笔。 从技术上讲,氧化还原电位(ORP)测量的是任何化学物种在生物系统减少的趋势这是由于化学物种对电子的吸附。ORP作为衡量人体的应对压力的能力吸引了一些关注,如炎症和酸/碱失衡。一般来说,这个测试是用先进的实验室仪器。但 Luoxis Diagnostics Inc.(Greenwood Village,CO)由于它的基于生物传感的RedoxSYS Diagnostic System荣获了CE标志。 脂质测试总是在被研究中,2013年7月,美国临床内分泌协会 (AACE, www.aace.com)支持低密度脂蛋白粒子的测量(LDL-P)作为管理策略的一部分,来减少糖尿病患者的心血管疾病(CVD)的风险。核磁共振测量LDL-P出现在AACE2013年的糖尿病综合管理算法共识声明中,发表在2013年5月/ 6月内分泌实践问题的补充上。
LipoScience(Raleigh，NC)开创了NMR的脂质测试,准备利用新的指导方针。2012年9月,Liposciences收到FDA准入来推广其Vantera临床分析仪。Vantera临床分析仪结合核磁共振(NMR)光谱检测和专有的信号处理算法来识别和量化的脂蛋白浓度,以及潜在的小分子代谢物。它不需要核磁共振技术操作的先前知识和被设计为简化复杂的技术。 2013年3月,美国国家肾脏基金会(NKF,www.kidney.org)更新了国家肾脏基金会对慢性肾脏疾病(CKD)的结果的质量倡议的全球版本。更新的准则扩展了CKD分类系统包括进了蛋白尿,尿蛋白,以及“病因”和肾小球滤过率(GFR)阶段。这些变化提供一个每个病人的病情更精确的视图,帮助医生分层风险由此可以帮助改善管理和治疗。 这个建议是先前筛查指南的跨大，基于糖尿病、高血压和其他危险因素的存在，并没有特别基于年龄。NKF宣布对一项由约翰霍普金斯大学的研究小组发表在2013年8月出版的《美国肾脏疾病杂志》上的发现,近十分之六的美国人(59.1%)一生中至少会患有温和的肾脏疾病,超过将患心脏病,糖尿病,或侵入性癌症的人数。 同时研究人员推荐新的化学测试指南,明智选择的运动(www.choosingwisely.org)已经启动,以应对其他研究表明许多测试是不必要的要求。成立于2012年,作为ABIM基金会的倡议,明智选择鼓励医学协会和组织推荐“东西提供者和病人应该问的问题”的清单，包括以证据为基础的建议,应该根据患者的个体情况帮助做出最适当的治疗的明智决定。60多个专业的社会组织,包括美国医学协会和加拿大医学协会参加了这项运动。列表在美国和加拿大识别超过150个潜在的不必要的医疗检查和治疗，新列表在继续出版。 临床化学继续发展和一些新系统已经进入市场。此外,“应用程序”的趋势影响了化学检测，从下面的急救护理和验尿中可以看出。表6 - 8提供了一些在2012年到2013年间临床化学的创新。 表格6-8 2012-2013年间的临床化学创新 急救护理分析 血液气体/电解质和急救护理测试是实验室分析更成熟的领域之一.自动化和微型化的创新正在进行。急救护理化学是高度时间敏感的诊断测试例如血液气体、电解质和代谢物的分析。这些分析仪器主要是用于急诊室、手术室,心脏监测区域和在医院里时间紧迫的诊断测试进行的任何位置。他们也在常规实验室中用于统计测试。 2013年,快速反应测试或POC危重病测试占了8.75亿美元的销售收入。这部分以每年4%的速度增长,越来越多的医院正将这些时序要求严格的测试更接近病人和医疗决策者或者是位于实验室的全血快速测试系统之上。 血气分析,更具体地说称为动脉血气(ABG)分析,是一个标准的临床诊断测试测量病人的血液气体;血液氧气和二氧化碳气体，这些气体构成人体系统中的一种微妙的平衡。动脉血液pH值包含在这些测量中,因为二氧化碳的溶解平衡了酸度或碱度的呼吸系统。同样,碳酸氢盐也平衡了肾脏系统的pH值。碳酸氢盐也作为一个指示器的代谢平衡。 结合其他参数,可以测试包括电解质和代谢物。血气分析不仅能保证病人的健康状况,但也可以诊断呼吸道、肾脏或影响血液气体正常平衡的代谢疾病。 在危重病医学中,血气分析是结合其他急救护理分析物包括:新生儿胆红素,葡萄糖,BUN,肌酐,钙,电离钙、镁、乳酸、pH值、血红蛋白和血细胞比容。血液气体,血氧定量法和心脏标记面板是患者胸痛的额外加法。最先进的急救护理的测试设备包括各种组合气体,电解质和其他根据病人情况的治疗。这些可以用于在重症监护病房的保健测试点,急诊室、救护车和其他急性护理场所以及在实验室。 手持设备包括：Abbott/i-Stat; Opti Medical; Medica Corp. EASY systems;ITC IRMA TruPoint Blood Analysis System; 以及 Alere Epoc (creatinine and chloride, eGFR,eGFR-a, AGap, and AgapK)。这个领域的领导者是雅培的i-STAT,以其连续菜单的扩张而赢得市场，包括基本化学、血液气体、电解质、凝固、血液学和心脏标记。 小型便携式实验室类型的系统包括:仪器实验室的宝石系统;罗氏诊断cobas b 123 POC系统;Radiometer的ABL800 FLEX血气分析仪; Nova Biomedical 的StatProfile pHOx超;和西门子医疗RAPIDLab 1200血液气体系统以及RAPIDpoint系统。 血液气体的主要传统玩家包括Radiometer/ Danaher,Instrumentation Laboratory,西门子医疗,罗氏诊断和Nova Biomedica。 这些公司和其他将他们的努力集中在提高测试菜单来满足更有效的现场急救护理诊断的需要。他们也商业化一些不用维护或者仅需最小维护的工具,可以进行多项测试的卡带,远程设备管理维护和质量控制以及测试结果自动转移到一个信息系统。为了POC使用市场的渗透，这些特性是必要的，当然也可以用于核心实验室的统计,以及晚上夜班。
新生儿黄疸通常使用非侵入性经皮的测量设备来进行胆红素的测量。在过去的几年中,总胆红素测试被添加到急救护理分析。例如,Instrumentation Laboratory已经收到了FDA许可来推广它声称是第一个,快速医疗点的实验室质量的血液检测来测试新生儿的总胆红素。tBili测试的执行是在公司的自动化GEM Premier 4000急救护理分析仪上,并在90秒内提供现场的结果。同样的,西门子医疗已获得总胆红素的RAPIDPoint 405系统的CE标志。 在这个测试部分,POC和实验室系统之间的划分是模糊的,因为仪器可以被用在多种测试场景中。尽管如此，Kalorama也估计了实验室内外急救测试的使用情况。 2013年血气、电解质和POC重症监护仪器的世界市场为17亿美元(8.25亿美元实验室,8.75亿美元POC)。随着大约2%的年增长率,主要来自POC部门(4%),这些仪器的市场预计在2015年达到19.25亿美元(8.75亿美元实验室,10.5亿美元POC)。 血气分析仪的市场领导者是Radiometer/ Danaher在2013年约35%的市场(6.2亿美元),西门子/拜耳约有18%(3.1亿美元),Instrumentation Laboratory有23%(3.85亿美元)以及雅培i-Stat 2011年产品销售大约为3.01亿美元。 用户APP 为了保持葡萄糖血液检测的主要趋势,血液气体和尿液公司推出了专业测试用户的应用程序。随着医疗点(POC)测试的需求增长,临床医生、护士和其他非实验室专家将最有可能使用市场上的一些设备。 Radiometer的血液气体手册APP提供指导和评估血液气体参数和参考区间。辐射计还提供了两个应用程序,以确保样品质量:血液气体分析前APP和自动软件工具来实现血液气体样品质量控制。 表格6-10 2012-2013年间一些重症护理和尿液分析的APP 尿液分析 验尿是由两个单独的元素组成，读取测试条来进行测试样品的化学分析,然后是细胞的显微镜检查。这些程序通常是手动的，和其他分析相比也被认为是低技术含量的程序。在这个时代由于成本压力和稀缺的人力资源,尿液自动化的时机已经成熟了。因此在过去的几年中大多数实验室升级到自动化系统读取尿液测试带以及整合这两个步骤。 此外,Iris International的图像分析(现在Danaher)的一部分,Sysmex和Arkray提供了一个定量尿沉积的试验结果,这在首次疾病评估中是必要的。 尿分析系统的世界市场在2013年估计为9亿美元，1%的年增长率将在2018年达到9.5亿美元。市场领导者是西门子/拜耳占有大约20%的市场份额，紧随其后的是罗氏诊断,Iris International (Danaher)，Arkray,Sysmex和当地市场供应商来分享剩下的80%。 这个测试部分的新进入者是CE认可的Acon Laboratories’的Mission U120 Ultra UrineAnalyzer 以及FDA准入的 Alere的 Urine Analyzer Aution Hybrid AU-4050。 化学测试的商业前景 出乎意料的是,这个超级成熟的市场不会看到任何重大的增长。一些新的测试也出现了,很快就融入了化学分析仪中。同型半胱氨酸、antiCCP、肿瘤标志物、原降钙素、维生素D,自身免疫性 ANAs,过敏,BNP hsCRP和糖化血红蛋白是这一趋势的例子。 此外,化学仪器越来越自动化。排名靠前的供应商都投资于新系统,应对自动化的驱使。 增长最大的影响来自在主实验室的小型系统上使用全血标本，以及在重症监护和非实验室环境中常规测试快速反应的情况。 随着医院将大多数自动检测集成到一个核心实验室,仪器和系统上来提供最广泛的菜单 ，这些好处同时适用于高和中等体积的实验室。 来源：德享投资 |
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