【導(dǎo)讀】隨著即時(shí)檢測(PoC)的不斷普及，在自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室環(huán)境外進(jìn)行體外診斷(IVD)檢測的數(shù)量顯著增加。本文探討了與PoC診斷檢測相關(guān)的安全挑戰(zhàn)、患者樣本重復(fù)使用和誤用的影響、以及檢測產(chǎn)品制造商如何通過安全電子認(rèn)證降低風(fēng)險(xiǎn)的方法。
引言
多年來，對(duì)人體樣本進(jìn)行的診斷檢測全部都是在臨床實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的。隨著PoC檢測的出現(xiàn)，這一局面開始有所改變，PoC檢測支持將樣本處理轉(zhuǎn)移到醫(yī)生辦公室、診所、醫(yī)院甚至家中進(jìn)行。PoC檢測有一個(gè)明顯的優(yōu)勢，即無需將患者樣本運(yùn)送到集中的實(shí)驗(yàn)室，從而縮短了診斷時(shí)間。其還可以顯著改善工作流程，為患者提供更多便利。在發(fā)生新冠疫情最初幾個(gè)月，由于檢測延誤對(duì)社會(huì)以及病毒傳播產(chǎn)生了重大影響，疫情期間對(duì)PoC檢測的需求變得愈發(fā)顯著。
轉(zhuǎn)向PoC檢測的趨勢將持續(xù)保持，診斷產(chǎn)品制造商也在不斷擴(kuò)大其檢測產(chǎn)品組合以納入多個(gè)目標(biāo)，如呼吸道檢測試劑盒、性傳播感染(STI)檢測、血流感染檢測等。隨著該市場的擴(kuò)展，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境外處理的患者樣本數(shù)量正在穩(wěn)步增加。如今，患者樣本不僅可以由專業(yè)人士在嚴(yán)格控制的工作流程中處理，還可以由醫(yī)生在診所以及由患者自己在家中處理，因此增加了樣本誤用和重復(fù)使用風(fēng)險(xiǎn)。
PoC檢測中面臨的挑戰(zhàn)：重復(fù)使用、誤用和偽造樣本的風(fēng)險(xiǎn)
為充分實(shí)現(xiàn)PoC檢測帶來的益處，系統(tǒng)必須生成患者和醫(yī)生都能夠信任的結(jié)果。檢測準(zhǔn)確性是其中的關(guān)鍵，因?yàn)槿绻Y(jié)果不準(zhǔn)確，則會(huì)出現(xiàn)誤診。如果患者樣本處理不正確，即使準(zhǔn)確性最高的檢測也會(huì)造成誤診。因此，我們要采取一種方法，以確保患者樣本處理正確無誤，這對(duì)于生成可信結(jié)果以及降低誤診風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。
患者樣本可能被重復(fù)使用是一個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)因素。當(dāng)拭子或檢測盒在檢測設(shè)備中意外接受多次處理時(shí)，則會(huì)發(fā)生這種情況。想象一下這樣的場景：一大家人都擠在廚房，需要在早晨出門前進(jìn)行居家檢測。一位家長可能會(huì)意外地將某個(gè)孩子的拭子重復(fù)用于另一個(gè)孩子，這種情況經(jīng)常出現(xiàn)。在診所或越來越多的CLIA豁免實(shí)驗(yàn)室中也存在此類風(fēng)險(xiǎn)，在這些實(shí)驗(yàn)室，無需由經(jīng)培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員來進(jìn)行診斷檢測。
第二個(gè)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素在于患者樣本可能會(huì)被有意誤用。對(duì)于某些檢測，例如識(shí)別是否使用非法藥物，患者可能存在偽造結(jié)果的動(dòng)機(jī)。實(shí)現(xiàn)這一目的的一種方法便是在處理之前調(diào)換樣本檢測盒。獲取準(zhǔn)確結(jié)果所面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，市場上存在假冒偽劣檢測盒。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，采購是通過正規(guī)渠道進(jìn)行的。對(duì)于基于家庭的PoC檢測，患者通常會(huì)直接從主要線上零售商處購買檢測產(chǎn)品。這就為假冒偽劣產(chǎn)品供應(yīng)商創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，這些供應(yīng)商可能有導(dǎo)致結(jié)果準(zhǔn)確性降低的低質(zhì)量產(chǎn)品。
實(shí)驗(yàn)室環(huán)境也無法避免誤用。在使用后，實(shí)驗(yàn)室中使用過的樣本檢測套件會(huì)作為醫(yī)療廢物進(jìn)行丟棄。當(dāng)此類醫(yī)療廢物被第三方收集時(shí)，就存在樣本檢測套件被翻新并重新出售給檢測實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)室對(duì)此一無所知，經(jīng)翻新檢測套件可能看起來是新的，但要么是無試劑，要么僅是簡單注水。這可能會(huì)導(dǎo)致檢測結(jié)果錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致患者治療不當(dāng)。
患者和檢測設(shè)備制造商都會(huì)受到重復(fù)使用和故意誤用患者樣本的影響。患者可能會(huì)經(jīng)歷誤診，例如：導(dǎo)致不必要干擾和不必要治療的假陽性檢測。相反，假陰性則會(huì)導(dǎo)致誤診，最終導(dǎo)致正確治療的延誤或缺失。檢測設(shè)備制造商也會(huì)為此付出沉重的代價(jià)，例如品牌聲譽(yù)受損，設(shè)備被貼上不準(zhǔn)確標(biāo)簽，或最壞情況下會(huì)引發(fā)產(chǎn)品召回。假冒偽劣檢測盒的盛行給檢測設(shè)備制造商造成了巨大的商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，并且有可能會(huì)中斷制造商通過樣本檢測盒獲取利潤豐厚的可支配收入流。
為什么傳統(tǒng)解決方案無法降低PoC檢測的風(fēng)險(xiǎn)
傳統(tǒng)上有兩種方法用于確保患者樣本的真實(shí)性。一種方法為加貼標(biāo)簽，例如一維和二維條形碼。第二種方法為利用可防止檢測盒重新安裝的機(jī)械特性。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，一維和二維條形碼是跟蹤樣本的首選方法。批次信息、序列號(hào)和設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)可用于確保檢測盒的真實(shí)性。此外，可以在樣本處理之前查看條形碼，以確保未重復(fù)使用。盡管條形碼是確保患者樣本真實(shí)性的可靠方法，但其也存在局限性。首先，條形碼標(biāo)簽需要條形碼掃描器，而由于尺寸和焦距要求，這會(huì)對(duì)儀器設(shè)計(jì)造成負(fù)擔(dān)。條形碼還需要較大內(nèi)存以存儲(chǔ)足夠數(shù)量的序列號(hào)，以防止重復(fù)使用。盡管在大型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中這可能不會(huì)構(gòu)成問題，但對(duì)于緊湊型PoC設(shè)備而言，這將意味著成本和尺寸挑戰(zhàn)。更重要的是，由于用戶可以看見條形碼，因此條形碼就沒有那么安全，且易被復(fù)制或偽造。
圖1.條形碼在PoC系統(tǒng)中的使用。
第二種傳統(tǒng)方法為使用簡單的機(jī)械特性，例如：檢測盒上的缺口，只要將檢測盒插入儀器中，缺口形狀或位置就會(huì)發(fā)生變化。此類機(jī)械特性提供了一種較為簡單的防止重復(fù)使用的方法，并且可在系統(tǒng)中以較低成本實(shí)現(xiàn)。但是，由于檢測盒一模一樣，因此無法區(qū)分不同的患者樣本。此外，由于此類檢測盒對(duì)用戶可見，而且通常易于復(fù)制，所以其設(shè)計(jì)也較易偽造。如果經(jīng)使用檢測套件被未經(jīng)授權(quán)的一方翻新，此類機(jī)械特性也可以復(fù)原。由于PoC設(shè)備尺寸較小，因此在檢測盒中增加機(jī)械特性會(huì)帶來額外的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。
圖2.機(jī)械特性在PoC系統(tǒng)中的使用。
什么是電子認(rèn)證及其如何改善PoC檢測結(jié)果？
尋找面向PoC市場的理想解決方案需要不局限于這些傳統(tǒng)方法，轉(zhuǎn)而采用可集成到檢測盒中的電子認(rèn)證IC形式。電子認(rèn)證IC能夠可靠地防止檢測盒重復(fù)使用和誤用。首先，為解決重復(fù)使用問題，電子認(rèn)證器IC集成了安全遞減計(jì)數(shù)器，可確保一次性檢測盒僅被使用一次。集成的唯一數(shù)字ID可區(qū)分不同的患者樣本。集成質(zhì)詢響應(yīng)加密算法可化解潛在的誤用風(fēng)險(xiǎn)，防止第三方制造商生產(chǎn)假冒偽劣檢測盒。安全認(rèn)證器IC還具有額外的功能，例如：能夠以時(shí)間戳的形式安全地記錄使用歷史。當(dāng)需要頻繁進(jìn)行檢測或在每天特定時(shí)間進(jìn)行檢測時(shí)，此功能非常有價(jià)值。
圖3.PoC系統(tǒng)中的電子認(rèn)證器IC。
圖4.ADI的安全電子認(rèn)證。
與條形碼和機(jī)械特性不同的是，電子認(rèn)證器解決方案可集成在檢測盒內(nèi)部，這樣用戶和潛在偽造者便無法查看安全解決方案。此外，緊湊型IC可減少與緊湊型PoC儀器儀表尺寸限制相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
采用電子認(rèn)證器IC可顯著降低樣本檢測盒被重復(fù)使用和誤用的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而可向患者和設(shè)備制造商保證檢測結(jié)果的真實(shí)性和可信度。
ADI公司的電子認(rèn)證解決方案
ADI公司的電子認(rèn)證器IC產(chǎn)品系列可提供整體解決方案，無需具備豐富的加密技術(shù)知識(shí)，即可輕松集成到PoC檢測盒中。
每個(gè)安全認(rèn)證器IC都具有唯一的64位序列號(hào)，用于安全標(biāo)識(shí)和追溯檢測盒或設(shè)備。安全存儲(chǔ)器可保護(hù)制造信息和校準(zhǔn)參數(shù)等敏感數(shù)據(jù)免受篡改。認(rèn)證采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱密鑰SHA-2/SHA-3或非對(duì)稱密鑰ECDSA加密算法，以確保檢測盒是正品，防止使用第三方假冒偽劣產(chǎn)品。集成的安全僅遞減計(jì)數(shù)器可簡化使用管理，并防止重復(fù)使用一次性檢測盒。適用于PoC應(yīng)用的主要產(chǎn)品包括使用簡單1-Wire?通信接口的 DS28E16，以及使用NFC非接觸式接口的 MAX66250 。ADI的電子認(rèn)證器IC無需使用專用的PCB即可集成到設(shè)計(jì)之中，提供了可簡化緊湊型PoC設(shè)計(jì)的解決方案。
結(jié)論
PoC 檢測的興起對(duì)于患者樣本的安全性和可追溯性提出了更高的要求。設(shè)備微型化以及與PoC檢測相關(guān)的高風(fēng)險(xiǎn)因素使傳統(tǒng)的患者樣本追蹤手段面臨挑戰(zhàn)，例如：在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中常用的條形碼跟蹤手段。電子認(rèn)證IC（如ADI的DS28E16）將簡化PoC儀器儀表的設(shè)計(jì)，并有助于檢測設(shè)備制造商降低安全風(fēng)險(xiǎn)，從而減少誤診、診斷延誤或產(chǎn)品召回風(fēng)險(xiǎn)。
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