创新的实验室自动化技术助力实现更可靠的癌症诊断
- 客户
- inveox公司
- 地点
- 德国加尔兴
- 日期
- 2019年
仅在德国，每年就有数百名病人被误诊或治疗不当，究其原因是实验室发现的结果存在错误或错放的问题。这家总部位于德国加尔兴的公司inveox，为病理学实验室开发了一种创新的数字化和自动化解决方案，用以解决此问题。Basler的图像处理技术在该系统中发挥着至关重要的作用。
在手动操作程序中出错是导致癌症误诊的最常见原因。有专家估计，约有1%至15%的案例会出现不规范操作的情况。在最坏的情况下可能导致误诊和治疗不当，对病人的健康造成潜在的致命后果。
实验室诊断存在哪些问题？
据统计，每两个人中就有一人一生中至少要面对一次癌症诊断。癌症诊断与其他某些诊断程序一样，通常也是根据人体组织样本来进行分析的。inveox的创始人兼首席执行官Dominik Sievert表示："几乎每天，医学都会取得巨大的技术进展，但是几十年来，预分析的许多诊断流程却没有任何进展，这也导致问题越来越严重。"专家认为，样本的初始数据录入尤其是"组织病理学的致命弱点"。它是手动操作的流程，因此是优化的首要对象。"在全球范围内，这个流程几乎是一样的情形——耗时、昂贵且容易出错。"此外，在后续的流程中存在一个特点，就是在接收样本时很可能会出现因混淆、污染甚至组织样本丢失造成的不规范操作。
对于inveox创始人Dominik Sievert和Maria Sievert来说，这种情况推动他们思考：如何优化从样本收集到实验室评估以及后续的流程。毫不夸张地说，从那之后，inveox向市场推出的成熟技术堪称实验室自动化的一场革命。
三项创新：在实验室自动化中实现更高的安全性
Dominik Sievert解释说："我们的目标是让组织病理学的流程数字化、全自动化和网络化。在从样本采集到显微切片扫描的整个过程中，实现快速可靠的癌症诊断。"为此，inveox开发了一套实验室自动化系统，其中包括三个关键组件： 用于组织活检存放的智能样本容器、用于样本录入的自动化设备以及一个高度安全的在线平台，可让负责的医生和病理实验室实现结构化通信和数据传输功能。
适用于整个预分析流程的单个样本容器
智能样本容器只需通过单个容器，即可在预分析时执行多个关键性的步骤。Dominik Sievert说："在目前常见的流程中，要检查的病人组织会经过多次手动重新包装，放置到不同的容器中，这当然极容易受到错误的影响。"inveox的活组织检查盒包含一个集成过滤器，可以滤掉保存组织的福尔马林，以便进一步处理，无需从容器中取出组织样本。这样可确保样本始终保留在具有唯一ID的同一容器中，因此消除了被混淆和受污染的可能性。
自动化装置：适用于样本采集和进一步的无缝处理
这些创新的样本容器正是第二项创新技术的起点，即同样由inveox开发的一种特殊的自动样本接收系统，它可以同时插入几十个样本容器并进行自动处理。系统会自动采集样本数据、去除福尔马林，然后采集组织图像，以便存档和做进一步检查。然后，自动化设备会对原始样本进行分配，它们仍完好保存在编码的活组织检查盒中，以便在实验室无缝地做进一步的处理和检查。
可进行结构化交流和可靠诊断的在线平台
inveox公司总经理Maria Sievert表示："在实验室和医生之间，围绕组织检查而进行的大部分交流仍然是通过纸张文件来完成的。"通过基于网络的加密数据和交流平台，在组织检查过程中获得的诊断相关数据（例如图像和描述）均可统一收集到高度安全的IT数据库中，并通过现有的实验室信息系统提供给病理学家。这样一来，负责的医生和实验室就能从安全、结构化、数字化的实时通信和数据传输中受益，并实现更快、更可靠的诊断。"双方都能随时获得有关样本当前状态的结构化信息，覆盖从采集、数字检查到诊断的整个过程。"
自动化组件既可单独使用，也可组合使用
这套自动化系统中的三大组件可以各自独立使用。每个组件都可以解决一个关键问题。不过，在充分应用全部组件时可获得最大成效，提高病人的安全，并且能在样本采集过程中将效率提高50%至70%。在中型的病理学实验室中，这可能意味着每年可节省多达20万欧元的成本，大学附属医院等大型机构的成本节省效果还会更显著。
图像处理是自动化系统的核心要素
图像处理是自动化设备的组成部分，也属于整个inveox实验室自动化系统的一部分，它是系统中许多优势的基础。组织样本会在样本录入设备中经历几个完全自动化的步骤，其中包括非接触式地去除福尔马林、自动将组织从运输容器重新包装到活组织检查盒中，并为活组织检查盒打上激光标记。集成到自动化设备中的Basler dart相机可为密封容器中的组织样本采集多幅图像。为了便于采集图像，密封容器是采用完全透明的材料制成的。同时，相机还能采集条码。为此，容器在自动化设备中能实现完全自动对齐，并自动旋转到可进行图像采集的最佳位置。
dart相机是自动化解决方案的视觉基础
根据不同的配置，目前在自动样本采集器中最多可以使用五台Basler dart系列板级相机，提供的分辨率和帧速率足以满足任务的需要。
使用人工智能和机器学习支持图像解读
inveox开发的软件可以对采集到的图像进行解读，该软件利用人工智能和机器学习技术，可自动从图像中得出行动建议和决策依据。例如，根据样本大小，它能够立即评估样本是否适合后续步骤，不符合要求的活检样本将被剔除。
最后得出结果是360度全方位的样本图像以及包含尺寸、形状、颜色和纹理等的多个参数。除了用作记录目的外，它还实现了另一个重要功能：病理学家随后可在数据库中调用图像作进一步诊断，还能以数字化的形式再次查看相关图像，并可能根据样本的原始状况得出结论。Sievert解释说："在此之前，一般是无法从原始组织样本中得出结论的。"
我们通过Basler采购了所有的图像处理组件。他们有多种相机可供选择，这是我们达成合作的关键因素。然而，与提供出色视觉组件同样重要的是，Basler一视同仁地看待我们，并对我们的设想充满信心。尽管当时还处于起步阶段，但Basler将我们视为平等的合作伙伴，这点令我们尤为印象深刻。
我们将Basler视为认真配合、十分可靠的业务合作伙伴，能快速响应我们的要求，并全方位地为我们提供专业支持——从主动借出相机给我们进行比较，到提供集成支持。考虑到我们在其他国家有长期的发展计划，这意味着我们不必在当地寻找新的供应商，而是可以放心依靠一家备受行业认可的合作伙伴。
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