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[转载]邢菁华:中国体外诊断技术发展的历史进程

已有 411 次阅读 2021-2-26 12:49 |个人分类:医学史话|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

本文选自《中国全科医学》杂志(2017)网络版

提要:中国体外诊断的历史变迁自新中国成立之日起,已经走过六十多个年头。中国体外诊断技术的发展经历了从经典手工、作坊式设备,到标准化、智能化、自动化管理的全过程,在不同时代赋予其不同特征。体外诊断在学科理念上也从“医学检验”到“检验医学”发生着重大转变,并为临床提供重要的病理、生理信息,是患者诊疗过程中的主要组成部分。在过去半个多世纪的发展历程中,体外诊断在不同时代所赋予的不同特征,经历的重大技术里程碑,为此付出的开拓者们,以及未来发展趋势,将会成为文章的主线呈现在读者面前。

随着中国经济的快速增长,体外诊断技术也在不断地发展与创新。建国后至70年代,中国的检验试剂基本由医院检验科人员根据需要自行配制,技术上也是最简单的细胞形态学和手动低端生化诊断。此时,中国体外诊断的技术水平极大地阻碍了体外诊断产业化的发展道路,与世界先进水平有很大的差距。

20世纪70年代末,中国进入了改革开放的新时期,国外先进设备和技术开始引进中国,同时加强和提高了自主创新能力,中国的体外诊断技术水平逐步得到提高,经历了从细胞形态学诊断、生化诊断、免疫诊断到分子诊断的发展过程。

如今,随着国内体外诊断技术水平及其产品质量的进一步提升,部分诊断试剂和仪器实现了进口替代,中国已经发展成为全球体外诊断市场增长率最快的国家之一。

在这六十多年的进程中,不同时期所经历的技术里程碑,以及涉及的重要人物和事件都是值得记录的,正是有了他们才构成了中国体外诊断产业由小到大、由弱变强的发展历程。下面就体外诊断每个时代的特征、代表性的技术和重要开拓者进行阐述。

1  新中国成立至70年代:体外诊断原始萌芽时代

1.1  文革前的发展

中国自1949年建国以来,体外诊断的发展经历了六十多个春秋。20世纪40年代,国内很多医院没有设立检验科,中国当时还没有自己的检验学专业。

50年代初,在我国各医院检验科,临床检验项目大多限于血、尿、便三大常规和一般的体液检验。当时的检验设备极其简陋和原始,检验人员主要依靠显微镜、试管、吸管、比浊管、目光比色计,通过原始手工作坊式的操作,做最基本的形态学检验。

当时最高级生化检验项目就是转氨酶,是在大医院才有的检测项目。二氧化碳结合率均为手工滴定;血糖是用酒精炉煮沸,再用目光比色计与标准管比色计算浓度;肝功能、肾功能试验均用反应管所显的浊度大小或颜色深浅,直接用目光与预先配制的系列标准管比较后出结果,试验精密度比较差。

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图1  检验科临检室的技术练兵活动(来源: 中华检验医学杂志)

这个时期,北京协和医学院谢少文教授在朝鲜战役中主持反细菌战东北调查团的实验室鉴定工作,受到国务院嘉奖。他也是我国医学微生物学最早奠基人之一[1]。

蔡宏道教授建国前赴美国德克萨斯州布鲁克医学中心进修临床检验学,建国后他被任命为上海同济大学医学院副教授兼附属医院检验科主任。在此期间,他潜心著书立说,与孔祥云等合著了《实用临床检验学》,共4册,计270万字。这是中国临床检验方法学方面最完善实用的专著,是中国第一套大型临床检验参考书[2]。

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图2. 中国第一本大型临床检验参考书《实用临床检验学》

50年代后期,李健斋教授潜心研究微量快速的电解质测定方法并引用血气分析,1960年建立了结合科研与常规检验的国内第一个临床生化科,并于1962年创办首个临床生化大专班,是新中国第一代临床生化领域的开拓者[3]。

1959年,北京医院最先引进了瑞典生产的电子血球计数仪用于“红白血球”计数。今天看来它的工作效率低,而且容易出故障,但在当时却是了不起的先进仪器。

1964年,上海工程师张根福通过对进口仪器的剖析,参考国外文献与国内科研单位协作,研制出我国第一台电子管血球计数仪。随后南京、济南、辽宁均有此类国产、合资产品问世,但最终因仪器质量问题未能在国内持久应用[4]。

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图3. 《新民晚报》【张根福和我国第一台电子血球计数仪】

进入“文革”期间,我国临床生化检验基本处于停滞阶段,而这一时期国际上由于生化分离分析技术、免疫化学技术、化学发光技术以及电子计算机技术的迅猛发展,临床生化检验突飞猛进,此时我国与国外临床化学检验水平拉大了距离[5]。在这个动荡的时代,国内很多医学杂志被迫停刊,而国外医学发展却日新月异。

我国著名的医学检验专家,解放军医学科学技术委员会终身荣誉顾问朱忠勇教授却没有停下来,由他主编出版的《实用临床医学检验》一书,填补了“文革”动乱十年医学检验专著的空白[6]。

1.2  文革后的发展

70年代免疫学已经开始萌芽发展了,这源于中国特殊的历史环境。70年代中国迎来生育高峰,此时人口数量剧增,但当时医疗卫生体制缺乏科学管理,通过未经仔细消毒的医疗器械、输血献血、母婴垂直感染三个主要渠道,使得中国成为了乙肝发病的大国。经过历史的卫生大变革后,人们逐渐开始了解病原体感染和免疫相关知识,同时在科研开拓者的推动下,以抗原抗体特异反映的免疫诊断方法应运而生。

此时在中国的一南一北分别有两位关键性人物在推动着中国早期免疫学的发展,他们是北京大学人民医院的陶其敏教授和上海第二军医大学孔宪涛教授。

陶其敏教授在1973年10月自行研制出中国第一套乙肝检测血凝法试剂盒,开启中国病毒抗原-抗体免疫检测时代。当时的中国不具备疫苗敏感性和安全性试验的条件,陶其敏教授为了疫苗早日应用于人体,毅然伸出手臂接种了第一支乙肝疫苗[7]。1975 年7月她又研制成功了我国第一代血源性“乙型肝炎疫苗”,并带领团队在中国以肝病研究为基础的免疫学领域做出了伟大的贡献。

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图4. 陶其敏教授第一个注射自己研制的乙肝疫苗(图片由北京大学人民医院提供)

孔宪涛教授也是我国临床免疫学的开拓者,在免疫球蛋白分子病这一新领域,不到五年时间制备了40余种新试剂,完善了球蛋白分子病的诊断技术。孔宪涛教授于1977年发现我国首例免疫球蛋白轻链病,并在以后的五年内连续发现γ重链病、IgA半分子病和μ重链病,是我国免疫球蛋白分子病诊断的奠基人。

1978年迎来了中国改革开放的新时代,体外诊断的发展迎来了新高潮。在我国检验医学界一批临床诊断专家叶应妩、陶义训、李健斋、文庆成、杨振华、王毓山等著书立说,编写“临床生化检验”“临床化学诊断方法大全”等生化著作,中华医学会创办了由叶应妩主编的《中华医学检验杂志》[8],从而奠定了临床生化检验的理论基础。在叶应妩教授和全国各地检验老前辈共同努力下,1979年中华医学会第一届检验分会在吉林市成立。

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图5. 第一届全国检验学术会议 (1979.9·吉林)

2  20世纪80年代:体外诊断规范标准化时代

2.1  时代特征

进入20世纪80年代,中国体外诊断的发展亮点就是检验结果质量控制进入了标准化时期,并逐步与国际接轨,1984年2月,国务院发布了《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》,规定检验报告计量格式[9],全国范围内开始实施检验结果的质量管理、建立室内质控、室间质评,中国的体外诊断开始走向规范化、标准化的发展道路。

这个时期的检验设备以半自动化为主,大医院开始引入自动化检验设备。血液分析的检测方法不断创新,检测参数显著增多,突出表现在白细胞分类技术的“百花齐放”。三分类血液分析仪器引进并应用于临床,半自动干化学尿液分析仪,半自动酶标仪引入医院,并迅速在临床普及。高等医学院校已开设检验专业大学本科教育,具有高等专业教育的检验医学人才开始进入各医院临床检验科室[10]。

2.2  主要代表技术

人们常说:“机会是留给有准备的人”。回顾历史,经常能从具体的案例或者事件得以验证。

1946年叶应妩教授毕业于上海医学院医疗系,从20世纪40年代,她即开始步入检验医学领域,在原卫生部北京医院开始了一系列的开拓性工作。

1951年朝鲜战争爆发,叶应妩教授作为反细菌战争专家,奔赴朝鲜前线从事细菌检测和鉴定工作。回国后,从1954年起她开始担任北京医院检验科主任。

20世纪70年代末,随着中国的改革开放,鉴于当时国内临床检验缺乏质量控制意识的急迫状况,在原卫生部和世界卫生组织的指导和支持下,选派叶应妩教授组织筹建原卫生部临床检验中心,经过精心筹备和艰苦的准备工作,1982 年原卫生部临床检验中心正式成立,叶应妩教授担任中心主任[11]。她为国内外临床检验质量控制方法和质量管理经验的交流建立了平台,率先将国外临床化学实验室室间质量评价和室内质量控制的概念和方法引入国内的临床检验,创立了符合中国实际的临床检验室间质量评价的方法,使国内临床检验开始走上规范化和标准化的道路。

同时,她还承担国家原卫生部委托的任务,为原卫生部颁布的“首批淘汰35项临床检验项目方法的规定”实施全面的技术准备工作[12]。

随后,全国各省、直辖市、自治区临床检验中心相继成立,质量控制的理念通过这些机构得以向基层医疗和采供血机构的实验室延伸,极大地促进了我国检验医学事业的规范化和标准化发展进程,提高了我国临床检验的质量和水平,这在中国体外诊断的发展历程中具有里程碑意义。

叶应妩教授还通过世界卫生组织,在中国举办有关检验科质量管理的培训班。邀请国外检验专家来华传授检验新知识、新理念,把国际上先进的质量管理的理念和方法引进到中国。至此国际的质量管理标准,自动化设备和国外先进技术开始逐步引进中国。

随着免疫学的发展,许多免疫学检测从实验室研究进入临床检验诊断应用阶段,酶联免疫标记技术作为实验室检测手段迅速在国内普及。在这方面,北京大学人民医院陶其敏教授功不可没,其中肝炎实验室研究取得了重大突破并在国内建立和推广“两对半”检测方法,率先引进并使用酶标仪,建议国家原卫生部发文要求全国推广酶标技术,使免疫学从反向凝集试验推到了酶标自动化检查,由此推动了国内半自动生化仪发展[13]。

而此时,上海市医学化验所(现上海市临床检验中心)的陶义训教授在免疫诊断研究工作中也取得了较为显著成绩。由他主持研究开发的化学交联胶乳免疫凝集试验、肝炎标志酶免疫测定、单克隆抗体妊娠试验和胶体金膜固相免疫测定等,在国内均居先进水平[14]。

3  20世纪90年代:体外诊断大发展的孕育时代

3.1  时代特征

20世纪90年代是体外诊断大发展的前期。在这个时期里,技术设备开始自动化,大量全自动化技术设备引入,临床微生物检测实现了全自动化,其中五分类血细胞分析仪引入检验科,中速和高速生化分析仪器进入国内医院,PCR技术开始在医院检验科开展,临床微生物检验设备(自动血培养、细菌鉴定、药敏鉴定技术和仪器)在国内开始应用。

改革开放使得公派、自费出国留学的人增加。一些学科带头人对学科发展和管理知识的迫切需求,国外留学归国和具有研究生学历的专业人才开始进入检验医学领域,并逐步实现国内检验专业研究生培养教育。

3.2 主要代表技术

90年代,伴随着国民经济的快速发展,国家对卫生事业的投入增多,各国的自动化仪器涌入中国市场,中/高速全自动生化仪、“三分群”血细胞分析仪逐步进入县级以上医院,“五分类”基本进入省级大医院,重大传染病特别是中国这样的肝炎大国对肝炎的研究进展极大地促进了免疫学检验的发展。

从“两对半”、核酸定量到PCR技术的发展都从肝炎开始着手的,后来是酶标技术,之后又发展到发光技术。酶标技术只能做大分子检验,发光技术可以精确到小分子检验。免疫发光技术就此开始起步,并得到迅速发展。

在这期间,杨振华教授研究同工酶临床价值的基础上,又进一步对心肌肌钙蛋白T作为心肌损伤指标进行了深入研究,并应用于临床诊断,对判断不稳定型心绞痛的预后和缺血性心脏病的诊断与治疗具有重要的临床意义。杨振华教授向全国推荐使用临床酶学标准化方法,为我国酶学临床应用、标准化、规范化、质量控制和临床应用做出了重要贡献[15]。

此时,受到国际上PCR技术推广应用的影响,中国的分子诊断技术也得到很快发展,一些PCR技术被带进了大医院实验室。但在90年代中期,中国分子诊断技术发展出现了一个严重问题,PCR技术在临床实验室缺乏严格管理,导致大量检测结果假阳性[16]。

1998年4月原卫生部发文[卫医政发(1998)第9号]暂停了临床基因扩增相关检测,后经过相关专家组商讨决议,2002年1月原卫生部就临床基因扩增检测发布实验室管理暂行办法[卫医发(2002)10号] [17],分子诊断技术回到了理性发展的轨道。

1998年上海和北京分别成立了南方基因中心和北方基因中心,中国人类基因组计划在杨焕明、吴旻、强伯勤、陈竺的倡导下,于1999年9月正式参与了国际人类基因组计划。中国承担其中1%的任务,即人类3号染色体短臂上约3000万个碱基对的测序任务,中国因此成为参加这项研究计划的唯一发展中国家[18]。分子诊断由此从关注单个基因转向关注整个人类基因组,为21世纪的分子诊断大发展奠定了基础。

4  21世纪初叶前十年:体外诊断现代化发展时代

4.1  时代特征

进入21世纪,随着技术突飞猛进地发展,体外诊断开始走向现代化的发展道路。检验设备全自动化智能化,自动化的检验流水线引入,信息化、网络化和国际化:ISO15189和GB/T22586普及,临床实验室进入国际化标准,技术装备向两极化发展,即大型自动化、智能化和微型化及即时化(POCT)。人才教育上有明显提升,检验专业硕士研究生和博士研究生教育普及,岗位更加专业化和专家化,在临床医学中占有重要学科地位。从“医学检验”到“检验医学”的理念深入普及,为学科发展奠定了巨大空间。

4.2  主要代表技术

流式技术引入了体外诊断中,流式细胞仪的出现加速了血液免疫技术在常规临床实验室应用的进程。凝血试验自动化仪器的应用使得凝血自动化与各类血小板分析技术结合,为出凝血性疾病的诊断与治疗提供了新手段,尿沉渣数字化形态分析仪的应用,推动了体液(包括胸腹腔积液、粪便等)检测全程自动化分析。

此时IT技术进入了体外诊断,实现了数字化和网络化管理的新时代。POCT即时诊断发展方心未艾。分子诊断技术加速发展,核酸、蛋白质分析技术在检验科诸多临床专业领域应用。各类免疫发光分析仪,通过现代免疫检测技术的应用,提高了免疫性疾病的临床诊断和治疗水平。蛋白飞行质谱技术、分子生物学技术为临床微生物等检测分析提供了特异手段。

21世纪前十年发展比较快的还有POCT即时诊断,可穿戴的POCT和网络结合形成了智慧医疗,一些体外诊断企业也在即时诊断上下功夫研究,这也是今后的一个热点方向。因20世纪末基因组学打下的基础,使得分子诊断、核酸、蛋白质各项技术得到了发展。

核酸的检测和大数据的结合,从而产生了精准医疗。同时伴随着体外诊断产业的发展,化学发光免疫仪器加速研发生产。

这个时期,解放军总医院的丛玉隆教授在实验室标准化、规范化、国际化管理方面进行了深入的研究和探索,其创建了《医学实验室全面质量管理体系图》,并在2005年5月领导解放军总医院临床检验科率先通过了ISO15189认可[19]。

丛玉隆教授推动的出血、凝血因子测定方法在实验室检测中得以应用,在全国迅速实现自动化凝血测定方法,并将自动化软件引入了实验室,实现了现代化的检验管理模式。在中国体外诊断中引入了互联网+和专家诊断系统相结合的概念,从而将IT技术带入实验室,引领了中国体外诊断自动化发展的道路。

丛玉隆教授为整个检验学科的建设做出了卓越贡献,是中国体外诊断发展历程中承上启下的里程碑式人物。

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图6. 中华医学会检验分会四任主任委员参加庆祝王金良教授从业40周年活动合影

叶应妩(右二)第一、二届主任委员,陶其敏(右一)第三届主任委员,杨振华(左二)第四届主任委员,丛玉隆(左一)第五、六届主任委员(图片来自2017年4月作者与丛玉隆教授访谈时提供)

5  21世纪第二个十年开始至今:体外诊断进入全新的里程碑

中国体外诊断的发展进入第四次工业革命的新里程碑。如果说前三次工业革命使得人类发展进入了空前繁荣的时代,与此同时,也造成了巨大的能源、资源消耗,付出了巨大的环境代价。进入第四次工业革命,推动了体外诊断向着智能化、互联网大数据、人工机器人、3D打印,以这些为核心的智能化技术给体外诊断产业带来了新的机遇、新的理念,实验室从自动化向信息化、智能化以致成为“绿色实验室”方向逐步发展。

其次,就是医改,对体外诊断领域的发展带来新的挑战。在降低成本的基础上,加速核心技术的自主研发,实现进口替代才是中国体外诊断技术的核心。

再次,新概念新模式的崛起,转化医学带来的精准医疗,将会改变体外诊断管理和发展模式的全新变化。运用生物信息与大数据的发展,精准医疗成为了一个新的医疗模式,这种对不同患者最终实现个性化的治疗方案将对未来体外诊断的发展提出全新的挑战。

最后,技术研发的全球竞争格局,市场已不是单方向,而是多元的,多广度的,多维度的全新竞争格局。

6  小结

贯穿整个20世纪中期到现在,中国的体外诊断技术从细胞形态学发展到今天的POCT即时诊断、精准医疗的大数据时代。学科理念从“医学检验”向“检验医学”观念的转变。在这六十多年的历史进程中,医学者能真切地感受到老一辈科研工作者在检验医学、教学和科研工作中的所付出的巨大贡献。

不同时代所赋予的不同特征下,新科学技术的应用极大推动了中国体外诊断产业化发展道路,并改变着今天人们与健康和疾病的关系。体外检测技术正迎来历史发展的新机遇,并将继续改变着医学的现在和未来。

参考文献

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[2]许龙褔. 记预防医学教育家蔡宏道教授[J]. 预防医学论坛,19961):8

[3]孟泽. 缅怀恩师李健斋教授[J]. 临床检验杂志,2004224):318-319.

[4]丛玉隆.血细胞分析技术进展与展望[J]. 临床检验杂志(电子版),20121):4-7

[5]朱立华,李健斋. 新中国临床化学50[J]. 中华医学检验杂志,1999225):264-269.

[6]《临床检验杂志》编委会. 沉痛悼念朱忠勇教授[J]. 临床检验杂志,2012307):560.

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 [15]袁桂清. 实验诊断学和临床化学专家——杨振华教授[J].中华检验医学杂志,20042712):820.

 [16]马亮,曹永跃,王云亭.第三方医学检验在分子诊断中的应用及前景[J].中日友好医院学报, 2015292):107-109.

[17]李白薇. 基因组计划的中国记忆[J]. 中国科技奖励, 201512):35-36.

[18] 曾艳芬,陈发林.临床基因扩增检验实验室技术审核中存在的问题分析[J].国际检验医学杂志,201419):2711-2712

[19]王成彬.倾心检验事业,书写精彩人生记丛玉隆教授[EB/OL]. 中华医学会,http//www.cma.org.cn/bainian/renwu/201557/1430969374542_1.html 2015.



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