Total Laboratory Automation: Herausforderungen und Zukunftsperspektiven

Die Automation hat die Arbeitsweise medizinischer Laboratorien von Grund auf verändert. In den Nullerjahren erfolgte dieser Wandel im Sinne einer radikalen Innovation durch die Einführung der sog. Totalautomation (Total Laboratory Automation, TLA), bei der neben der eigentlichen Analytik auch die Prä- und Postanalytik einbezogen wurde (sample in, result out). Seit 2010 beobachten wir nun zunehmend inkrementelle Weiterentwicklungen, die vor allem im Bereich der Prä- und Postanalytik zu quantifizierbaren Verbesserungen geführt haben [2, 3]. Dazu kommt als Zukunftsoption eine Erweiterung des TLA-Konzepts über die Wände des Labors hinaus: Zu diesen manchmal als visionär empfundenen Entwicklungen zählen zum Beispiel der Probentransport mittels Drohnen (erweiterte Präanalytik) oder der Einsatz von künstlicher Intelligenz bei der Datenauswertung (erweiterte Postanalytik).

Die umfassende Automation von der Probenannahme bis zur Archivierung ist heute in den meisten größeren Laboren Routine. Auch in dieser Zeitschrift wurde das Thema bereits vor 2020 hinsichtlich der Planungsvoraussetzungen sowie möglicher Chancen und Limitierungen besprochen. Die beiden Hauptargumente für die Einführung von TLA sind die geringere Personalbindung pro Patientenprobe und die schnellere Bearbeitungszeit (Turnaround time, TAT). Im Folgenden wollen wir diese klassische Argumentation vertiefen und durch zusätzliche relevante Aspekte für die künftige Planung ergänzen.

Qualitätssteigerung

Im Vergleich zur manuellen Abarbeitung führt die Automatisierung von Hochdurchsatzprozessen fast immer zu qualitativen Verbesserungen: Ein automatisierter Prozess ist sozusagen „automatisch standardisiert“, da er die menschengemachte Variabilität inklusive zahlreicher Fehlermöglichkeiten wie etwa Verwechslungen eliminiert. Im Rahmen qualifizierter Qualitätsmanagementansätze, die für den Betrieb eines medizinischen Labors verpflichtend sind, wird immer eine weitestgehende Reproduzierbarkeit und Transparenz aller Arbeitsschritte angestrebt. Dies gelingt nicht zuletzt durch umfassende Konsolidierung verschiedener diagnostischer Bereiche hin zu einem mehr oder weniger einheitlichen Arbeitsplatz mit automatisierten Abläufen. Ein so strukturiertes Labor benötigt weniger Organisationsaufwand und Personal, da viele vormals manuelle Teilprozesse der Prä- und Postanalytik in den analytischen Gesamtablauf nahtlos integriert werden können (Abb. 1).

Diese Verbesserung der Laborprozesse ist mittlerweile in einigen Publikationen auch beschrieben und quantifiziert [1, 2]. Im speziellen sind hier automatisierte Archivierungslösungen zu nennen, über die vollautomatisierte Nachforderungen abgebildet werden können [3]. Vor allem in Laboren, in denen manuelle Nachforderungen eine große Personalbindung generieren, kann dies ein enormer Vorteil sein (Tab. 1).

Materialbedarf

Ein relevanter Planungsaspekt ist der Umfang der Automation aus Materialperspektive. Viele TLA-Systeme haben restriktive Vorgaben bezüglich der zu verwendenden Probengefäße, sodass vor der Einführung einer Automationslösung alle benötigten Materialien einer genauen Analyse – insbesondere hinsichtlich der Röhrchendimensionen – unterzogen werden müssen. Häufig läuft dies darauf hinaus, dass bestimmte Materialien weiterhin nur manuell bearbeitet werden können. Dies betrifft leider vor allem pädiatrische Probenröhrchen, da bis dato keine TLA-Systeme verfügbar sind, die auch diese oftmals zeitkritischen und komplexen Anforderungen direkt automatisieren können. Die zeitlichen und qualitativen Vorteile einer TLA können für diese Materialien somit nicht realisiert werden. Anpassungen von TLA- und Transportsystemen an diese Röhrchenformate sind daher auch im Sinne des Patient-Blood-Managements wünschenswert.

Integration der Hämatologie

Für die Kapazitätsberechnung von TLA-Anlagen wird häufig überlegt, ob EDTA-Vollblutröhrchen für hämatologische Untersuchungen gemeinsam mit Serum-/Plasma-Untersuchungen auf einer Anlage prozessiert werden können und sollen. Dagegen spricht, dass entsprechende automatisierte Hämatologiesysteme mit geringem Aufwand manuell bestückt werden können. Die unabhängige Positionierung einer eigenen Hämatologie-Straße kreiert einerseits zusätzliche Prozessschritte für das Aussortieren der EDTA-Röhrchen auf einer TLA oder manuell, andererseits reduziert es die Anzahl der Röhrchen auf der Straße und sichert die volle Betriebsfähigkeit der Hämatologie bei Ausfall der TLA.

Backup-Konzepte

Aus technischer Sicht ist eine TLA-Lösung ein zusätzliches Gerät im Labor. Vergleichbar einem Laborinformations­system (LIS) stellt es sogar eine Art Rückgrat der Labororganisation dar und gehört damit zu den wichtigsten Komponenten der Labororganisation überhaupt. Im Rahmen der Betriebssicherheit müssen vor allem in Akutkrankenhäusern höherer Versorgungsstufen immer schnelle Backup-Konzepte für Geräteausfälle vorgehalten werden. Im Falle einer TLA ist zu berücksichtigen, dass verbindende technische Komponenten in der Regel aus Kostengründen nur in einfacher Ausführung vorgehalten werden können. Es müssen daher anders als bei Analysegeräten „organisatorische Backup-Konzepte“ ge­plant werden, die in der Realität selbsterklärend keine vollständige Ausfallsicherung darstellen. Im Endeffekt wird bei Ausfall einer Straße schlicht mehr Personal oder im Extremfall ein kooperierendes Labor benötigt.

Auswahl einer TLA-Lösung

Die Implementierung einer TLA bedeutet also im Vergleich zum klassischen Labor eine erhöhte Abhängigkeit von der Betriebssicherheit der zentralen Hardware- und Softwarekomponenten. Umso verwunderlicher ist es, dass gerade im öffentlichen Sektor häufig gerade bei der Neuplanung und Vergabe von TLA-Aufträgen nicht die passendste und zuverlässigste Automa­tionslösung gesucht wird, sondern aus rein wirtschaftlichen Erwägungen Kombinationspakete mit Herstellern der bereits vorhandenen oder geplanten Analysesysteme bevorzugt werden. So werden zum Beispiel bei Ausschreibungen TLA-Systeme häufig im selben Los mit den Analysensystemen abgefragt. Auch werden häufig TLA-Lösungen implementiert, die den verfügbaren Raum nahezu vollständig ausfüllen, ohne zu bedenken, dass große Laboreinrichtungen im Zuge von Standortkonsolidierungen und technischen Weiterentwicklungen eher wachsen als schrumpfen.

Eine kurzsichtig auf preisgünstige Lösungen fixierte Vergabe schränkt also die Möglichkeiten künftiger Erweiterungen und Qualitätsverbesserungen stark ein. Dies kann die Einführung einer neuen, verbesserten Gerätegeneration, die Aufnahme neuer Analyseverfahren oder die Ausweitung der Laborkapazitäten betreffen. Scheinbare Kleinigkeiten wie die Platzierung einer zusätzlichen Zentrifuge können sich bei zu restriktiver Raumplanung als unüberwindbares Hindernis entpuppen und dazu führen, dass die ursprünglich vereinbarten Durchlaufzeiten (TAT) nicht mehr einzuhalten sind – mit erheblichen Auswirkungen auf die diagnostischen Abläufe im gesamten Krankenhaus. Sollte irgendwann der Austausch der Automation erforderlich sein, kommt im Extremfall nur noch ein Laborneubau infrage.

Unterstützung des Personals

Aus Sicht des Personals ist die Einführung von TLA immer eine gewaltige Herausforderung, die nur durch intensive Schulung aller betroffenen Personen gemeistert werden kann. Gerade in 24/7 Laboren entsteht notwendigerweise eine „psychologische Abhängigkeit“ von einer großen Automation [4], die durch ausgeklügelte Anleitungen für Notsituationen und Extremfälle abgepuffert werden muss. Gerade zu Beginn einer Umstellung wird das System als Blackbox wahrgenommen, die den Mitarbeitenden ein Gefühl von Hilflosigkeit bei Problemen vermitteln kann („Ich weiß nicht mehr, wo das Röhrchen von Herrn Meier ist.“). Unterstützende IT-Systeme sind leider nicht immer so selbsterklärend und intuitiv, dass sie diese Unsicherheit kompensieren könnten. Deshalb muss ein Augenmerk auf die Qualität der Software aus Anwendersicht gelegt werden, um die Menschen, die mit der TLA arbeiten, nicht zu überfordern und optimal zu unterstützen.

Notfallproben

Eine besondere Betrachtung bei einer Planung einer TLA in einem Akutkrankenhaus wird immer der Bearbeitung von Notfallproben gewidmet. Viele Hersteller von TLA-Systemen gehen hier einen für sie einfachen Weg, indem sie den Laboren empfehlen, Notfallproben außerhalb des TLA-Systems zu verarbeiten. In der Realität führt dies häufig zu stark erhöhtem Personalbedarf und neuen Fehlerquellen. Wenn z. B. Proben in der Notfallzentrifuge vergessen werden, weil die Kommunika­tion an der Schnittstelle zwischen automatisierter und manueller Bearbeitung nicht funktioniert, nimmt die TAT ausgerechnet für Notfallproben extrem zu. Eine standardisierte Bearbeitung aller Proben auf der TLA ist möglich und wünschenswert, um die vereinbarten Laborantwortzeiten von der Anforderung bis zur Befundübermittlung mit der notwendigen Zuverlässigkeit zu gewährleisten [5]. Einige TLA-Hersteller bieten hierfür besondere Szenarien mit kurzer TAT (STAT) an.

Fazit

Aus den genannten Gründen ist die Frage, ob die Einführung eines bestimmten TLA-Systems in einer bestimmten Labor­umgebung sinnvoll ist, nicht einfach mit Ja oder Nein zu beantworten. In jedem Fall ist es nötig, dass Fachleute eng in den Planungs- und Entscheidungsprozess einbezogen werden, die die Folgen der Entscheidung auf die Abläufe im Labor selbst sowie aller davon abhängigen Stellen beurteilen können.