【導讀】隨著(zhù)即時(shí)檢測(PoC)的不斷普及，在自動(dòng)化實(shí)驗室環(huán)境外進(jìn)行體外診斷(IVD)檢測的數量顯著(zhù)增加。本文探討了與PoC診斷檢測相關(guān)的安全挑戰、患者樣本重復使用和誤用的影響、以及檢測產(chǎn)品制造商如何通過(guò)安全電子認證降低風(fēng)險的方法。
引言
多年來(lái)，對人體樣本進(jìn)行的診斷檢測全部都是在臨床實(shí)驗室中進(jìn)行的。隨著(zhù)PoC檢測的出現，這一局面開(kāi)始有所改變，PoC檢測支持將樣本處理轉移到醫生辦公室、診所、醫院甚至家中進(jìn)行。PoC檢測有一個(gè)明顯的優(yōu)勢，即無(wú)需將患者樣本運送到集中的實(shí)驗室，從而縮短了診斷時(shí)間。其還可以顯著(zhù)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，由于檢測延誤對社會(huì )以及病毒傳播產(chǎn)生了重大影響，疫情期間對PoC檢測的需求變得愈發(fā)顯著(zhù)。
轉向PoC檢測的趨勢將持續保持，診斷產(chǎn)品制造商也在不斷擴大其檢測產(chǎn)品組合以納入多個(gè)目標，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(zhù)該市場(chǎng)的擴展，在實(shí)驗室環(huán)境外處理的患者樣本數量正在穩步增加。如今，患者樣本不僅可以由專(zhuān)業(yè)人士在嚴格控制的工作流程中處理，還可以由醫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使用風(fēng)險。
PoC檢測中面臨的挑戰：重復使用、誤用和偽造樣本的風(fēng)險
為充分實(shí)現PoC檢測帶來(lái)的益處，系統必須生成患者和醫生都能夠信任的結果。檢測準確性是其中的關(guān)鍵，因為如果結果不準確，則會(huì )出現誤診。如果患者樣本處理不正確，即使準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?；颊邩颖咎幚碚_無(wú)誤，這對于生成可信結果以及降低誤診風(fēng)險至關(guān)重要。
患者樣本可能被重復使用是一個(gè)主要風(fēng)險因素。當拭子或檢測盒在檢測設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(chǎng)景：一大家人都擠在廚房，需要在早晨出門(mén)前進(jìn)行居家檢測。一位家長(cháng)可能會(huì )意外地將某個(gè)孩子的拭子重復用于另一個(gè)孩子，這種情況經(jīng)常出現。在診所或越來(lái)越多的CLIA豁免實(shí)驗室中也存在此類(lèi)風(fēng)險，在這些實(shí)驗室，無(wú)需由經(jīng)培訓的實(shí)驗室技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行診斷檢測。
第二個(gè)關(guān)鍵風(fēng)險因素在于患者樣本可能會(huì )被有意誤用。對于某些檢測，例如識別是否使用非法藥物，患者可能存在偽造結果的動(dòng)機。實(shí)現這一目的的一種方法便是在處理之前調換樣本檢測盒。獲取準確結果所面臨的另一個(gè)挑戰是，市場(chǎng)上存在假冒偽劣檢測盒。在傳統實(shí)驗室環(huán)境下，采購是通過(guò)正規渠道進(jìn)行的。對于基于家庭的PoC檢測，患者通常會(huì )直接從主要線(xiàn)上零售商處購買(mǎi)檢測產(chǎn)品。這就為假冒偽劣產(chǎn)品供應商創(chuàng )造了機會(huì )，這些供應商可能有導致結果準確性降低的低質(zhì)量產(chǎn)品。
實(shí)驗室環(huán)境也無(wú)法避免誤用。在使用后，實(shí)驗室中使用過(guò)的樣本檢測套件會(huì )作為醫療廢物進(jìn)行丟棄。當此類(lèi)醫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)驗室的風(fēng)險。實(shí)驗室對此一無(wú)所知，經(jīng)翻新檢測套件可能看起來(lái)是新的，但要么是無(wú)試劑，要么僅是簡(jiǎn)單注水。這可能會(huì )導致檢測結果錯誤，從而導致患者治療不當。
患者和檢測設備制造商都會(huì )受到重復使用和故意誤用患者樣本的影響?；颊呖赡軙?huì )經(jīng)歷誤診，例如：導致不必要干擾和不必要治療的假陽(yáng)性檢測。相反，假陰性則會(huì )導致誤診，最終導致正確治療的延誤或缺失。檢測設備制造商也會(huì )為此付出沉重的代價(jià)，例如品牌聲譽(yù)受損，設備被貼上不準確標簽，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備制造商造成了巨大的商業(yè)風(fēng)險，并且有可能會(huì )中斷制造商通過(guò)樣本檢測盒獲取利潤豐厚的可支配收入流。
為什么傳統解決方案無(wú)法降低PoC檢測的風(fēng)險
傳統上有兩種方法用于確?；颊邩颖镜恼鎸?shí)性。一種方法為加貼標簽，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械特性。在實(shí)驗室環(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、序列號和設備唯一標識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，以確保未重復使用。盡管條形碼是確?；颊邩颖菊鎸?shí)性的可靠方法，但其也存在局限性。首先，條形碼標簽需要條形碼掃描器，而由于尺寸和焦距要求，這會(huì )對儀器設計造成負擔。條形碼還需要較大內存以存儲足夠數量的序列號，以防止重復使用。盡管在大型實(shí)驗室設備中這可能不會(huì )構成問(wèn)題，但對于緊湊型PoC設備而言，這將意味著(zhù)成本和尺寸挑戰。更重要的是，由于用戶(hù)可以看見(jiàn)條形碼，因此條形碼就沒(méi)有那么安全，且易被復制或偽造。
圖1.條形碼在PoC系統中的使用。
第二種傳統方法為使用簡(jiǎn)單的機械特性，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(lèi)機械特性提供了一種較為簡(jiǎn)單的防止重復使用的方法，并且可在系統中以較低成本實(shí)現。但是，由于檢測盒一模一樣，因此無(wú)法區分不同的患者樣本。此外，由于此類(lèi)檢測盒對用戶(hù)可見(jiàn)，而且通常易于復制，所以其設計也較易偽造。如果經(jīng)使用檢測套件被未經(jīng)授權的一方翻新，此類(lèi)機械特性也可以復原。由于PoC設備尺寸較小，因此在檢測盒中增加機械特性會(huì )帶來(lái)額外的設計負擔。
圖2.機械特性在PoC系統中的使用。
什么是電子認證及其如何改善PoC檢測結果？
尋找面向PoC市場(chǎng)的理想解決方案需要不局限于這些傳統方法，轉而采用可集成到檢測盒中的電子認證IC形式。電子認證IC能夠可靠地防止檢測盒重復使用和誤用。首先，為解決重復使用問(wèn)題，電子認證器IC集成了安全遞減計數器，可確保一次性檢測盒僅被使用一次。集成的唯一數字ID可區分不同的患者樣本。集成質(zhì)詢(xún)響應加密算法可化解潛在的誤用風(fēng)險，防止第三方制造商生產(chǎn)假冒偽劣檢測盒。安全認證器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系統中的電子認證器IC。
圖4.ADI的安全電子認證。
與條形碼和機械特性不同的是，電子認證器解決方案可集成在檢測盒內部，這樣用戶(hù)和潛在偽造者便無(wú)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)的設計挑戰。
采用電子認證器IC可顯著(zhù)降低樣本檢測盒被重復使用和誤用的風(fēng)險，進(jìn)而可向患者和設備制造商保證檢測結果的真實(shí)性和可信度。
ADI公司的電子認證解決方案
ADI公司的電子認證器IC產(chǎn)品系列可提供整體解決方案，無(wú)需具備豐富的加密技術(shù)知識，即可輕松集成到PoC檢測盒中。
每個(gè)安全認證器IC都具有唯一的64位序列號，用于安全標識和追溯檢測盒或設備。安全存儲器可保護制造信息和校準參數等敏感數據免受篡改。認證采用工業(yè)標準對稱(chēng)密鑰SHA-2/SHA-3或非對稱(chēng)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數器可簡(jiǎn)化使用管理，并防止重復使用一次性檢測盒。適用于PoC應用的主要產(chǎn)品包括使用簡(jiǎn)單1-Wire?通信接口的 DS28E16，以及使用NFC非接觸式接口的 MAX66250 。ADI的電子認證器IC無(wú)需使用專(zhuān)用的PCB即可集成到設計之中，提供了可簡(jiǎn)化緊湊型PoC設計的解決方案。
結論
PoC 檢測的興起對于患者樣本的安全性和可追溯性提出了更高的要求。設備微型化以及與PoC檢測相關(guān)的高風(fēng)險因素使傳統的患者樣本追蹤手段面臨挑戰，例如：在實(shí)驗室環(huán)境中常用的條形碼跟蹤手段。電子認證IC（如ADI的DS28E16）將簡(jiǎn)化PoC儀器儀表的設計，并有助于檢測設備制造商降低安全風(fēng)險，從而減少誤診、診斷延誤或產(chǎn)品召回風(fēng)險。
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