激光打印技術在病理技術流程中的應用

鄭 波 李 悅 趙安迪 吳云迪 呂 寧

隨著信息網絡管理的迅猛發展，實驗室信息管理系統(laboratory information system，LIS)在病理檢查中得到廣泛應用[1]。患者及標本信息通過LIS登記生成病理號。包埋盒打號機將標本的病理號和二維碼打印到塑料包埋盒上，簡單有效識別樣本信息，對蠟塊組織進行追蹤，改變手寫包埋盒易錯、不易識別的缺點，已經成為病理技術中不可或缺的儀器設備[2]。然而，現有的包埋盒打印技術主要為傳統噴墨技術和碳帶熱轉印技術，在包埋盒打印過程中容易出現打印速度慢、打印不清晰、二維碼掃描不易識別、墨盒堵塞以及打印針斷裂等故障，對設備維護提出了較大挑戰，同時具有耗材成本較高等缺點[3-4]。

一種利用激光高能聚焦照射原理，瞬間改變包埋盒表面的顏色的激光包埋盒打號機是否能夠有效克服傳統包埋盒打號機的缺點，提高包埋盒打印的清晰度和穩定性、提高標本取材工作效率、降低科室使用成本是本研究關注的內容，并依據這些內容進行多方面的性能驗證[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

選取2017年6-9月中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院病理科活檢和術后標本進行批量包埋盒預打印2500個，根據所用設備的不同，將采用傳統碳帶包埋盒打號機納入對照組，使用激光包埋盒打號機納入觀察組，每組批量包埋盒預打印1250個。

1.2 設備

PrintMate傳統碳帶包埋盒打號機(美國Thermo公司)；CPS-280激光包埋盒打號機(無錫啟盛實驗設備有限公司)；管裝包埋盒(北京捷康西京商貿有限公司)，顏色分為白色、黃色及粉色3種。

1.3 打印方法

(1)對照組。將LIS系統生成的包埋盒打印信息傳輸到Thermo PrintMate，根據性能驗證的不同方面分組進行預打印，共打印1250個。

(2)觀察組。將LIS系統生成的包埋盒打印信息傳輸到CPS-280，根據性能驗證的不同方面分組進行預打印，共打印1250個。

1.4 性能驗證

(1)打印時間的性能驗證。選擇100個包埋盒進行批量預打印，記錄每組100個包埋盒每個打印時間，計算兩組平均打印時間。

(2)字跡耐磨程度和總體識別率的性能驗證。將觀察組與對照組打印包埋盒各150個同時放入10%中性緩沖液福爾馬林中固定15 h，80%～100%乙醇溶液中浸泡60 h，二甲苯溶液浸泡2 h，64 ℃石蠟溶液浸泡3 h，用修塊刀在包埋盒字跡表面進行刮擦，記錄每組存在字跡丟失、缺損包、變淺以及模糊的包埋盒數量，使用包埋盒掃描槍進行識別，記錄總識別數量。

(3)掃描識別時間的性能驗證。選取1.3(2)方法中觀察組與對照組各65個已包埋的包埋盒，使用掃描槍進行識別，分別記錄每組單個包埋盒掃描的響應時間，計算兩組平均掃描識別時間。

(4)打印穩定性的性能驗證。觀察組與對照組各累計進行1000個包埋盒批量打印，記錄過程中發生故障、停頓的次數，并記錄停頓原因。

(5)輔助功能的性能驗證。比較觀察組與對照組預打印包埋盒是否具有自動有序收集功能、多通道進行自動切換功能、缺包埋盒打印中斷信息不丟失、具備歷史查看功能、能否在包埋盒上實現其他打印信息，如打印醫院名稱及打印日期等功能。

1.5 統計學方法

應用IBM SPSS Statistics 22.0統計軟件進行統計分析。對平均打印時間、平均掃描識別時間采用兩獨立樣本非參數檢驗，對字跡耐磨程度與掃描識別率采用卡方檢測，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 打印時間

通過觀察組與對照組各100個包埋盒進行批量預打印，計算平均打印時間。觀察組(4.72±0.59)s/個，對照組(20.62±1.39)s/個，觀察組優于對照組。

2.2 字跡耐磨程度及掃描識別率

(1)觀察組與對照組各150個已打印包埋盒經過浸泡與輕度刮擦，出現字跡丟失、模糊情況(如圖1所示)。

圖1 字跡耐磨程度測試圖

(2)觀察組總體掃描識別率與對照組兩組比較，其差異有統計學意義(x2=16.4，P＜0.05)，見表1。

表1 兩組間字跡耐磨程度與掃描識別率比對(個)

2.3 掃描識別速度

觀察組與對照組各65個已包埋的包埋盒進行掃描識別，計算平均識別時間，觀察組(0.88±0.29)s/個，對照組(1.21±0.62)s/個，觀察組平均識別時間快于對照組。

2.4 打印穩定性測試

觀察組與對照組各累計進行1000個包埋盒批量打印，觀察組發生故障0次、停頓10次，停頓原因為卡包埋盒，達標未退位；對照組發生故障1次，打印頭打印不清晰，停頓80次，停頓原因為卡包埋盒。

2.5 包埋盒收集系統及打印通道選擇

觀察組打號機可以30 min完成400個包埋盒打印，并自動有序收集，對照組打號機不能進行自動收集；觀察組可以在包埋盒邊緣同時打印醫院名稱及日期，為日后工作查詢提供方便，對照組不具備此功能。兩組均可實現6個打印通道選擇不同顏色包埋盒對組織進行匹配設置自動切換，在缺包埋盒打印中斷時，打印信息不丟失，可進行歷史查看，并點擊繼續打印完成未完成任務。

3 討論

傳統的噴墨包埋盒打號機按需噴墨技術分為壓電式噴墨技術、壓閥式噴墨技術及熱發泡式噴墨技術[6]3種。由于包埋盒材料親水性差，墨水在包埋盒表面的干燥時間過長，容易擴散導致圖案不清晰，二維碼不易被識別，墨水的化學成分復雜、氣味難聞，對使用者的健康有一定的傷害，同時墨水容易干燥固化在噴頭中造成堵塞，造成維護困難，影響機器的持續使用[7]。

傳統的碳帶包埋盒打號機，是需要一種專用的色帶(俗稱碳帶)來將條碼和文字等信息轉印在包埋盒上。熱轉印油墨與包埋盒直接接觸，通過放熱點的熱量將油墨涂層熔化而被燙印到包埋盒上，形成所需的圖案[8]。使用碳帶包埋盒打號機在打印過程中容易產生打印不清楚、打印頭斷針或色帶斷裂的問題，維修維護成本較高[9]。

激光包埋盒打號機是由激光發生器生成高能量的連續激光光束[10]聚焦后作用于包埋盒表面，使表面材料瞬間熔融，甚至氣化，通過振鏡控制[11]激光在包埋盒表面的路徑，形成激光標記的痕跡，從而形成需要的數字及圖案，即無接觸高能聚焦激光[12]技術，可在任何異型表面標刻，不會變形和產生內應力，適用于幾乎所有材料的標記[3]。聚焦后的激光束直徑只有0.01 mm，打印出的數字及圖案非常細致，能夠達到100點/mm的分辨率。同時因為是非接觸式打印，激光在焦距±1 mm以內都能達到相同的打標效果， 所以對包埋盒表面的要求不高，即使表面有瑕疵，也可以打印出清晰的數字及圖案。此項激光包埋盒打印技術為國內自主研發產品，目前國外尚無相應的技術產品[3-4]。

通過對此款包埋盒打印機打印時間、字跡耐磨程度、掃描識別率及識別時間、打印穩定性以及疲勞度實驗及其輔助功能，使用及維修維護成本等多方面的性能驗證，認為激光包埋盒打號機是目前國內外包埋盒打印技術中最為先進的設備，其優點如下。

(1)打印速度可以達到12個/min，較對照組傳統技術包埋盒打號機3個/min，速度提升3～4倍，發生卡盒的頻次為1～2次/100個，較對照組包埋盒打號機6～8次/100個降低4～5倍。以科室的平均工作量，每日打印包埋盒2000個計算，打印時間由原來的近700 min減少到不足200 min，因卡盒造成的停頓時間減少75%～83%，可以極大提升在包埋盒預打印環節的工作效率。

(2)激光打印字體與包埋盒成為一體，不會因為刀片對蠟塊字體表面刮擦導致二維碼數據和數字的丟失及顯示不全，避免了在切片過程中掃描識別失敗、不能有效及時提取蠟塊信息。

(3)利用激光打印的包埋盒掃描識別率提升為100%，且單個包埋盒掃描識別速度快，極大提高了切片的掃描速度，進而提高切片的工作效率。

(4)激光包埋盒打印機可以實現大通量打印，最大一次性可以裝載600個包埋盒，同時可以使用不同顏色的包埋盒，直觀的區分組織類型并進行分類處理，采取不同的脫水程序、包埋、切片及染色程序，為病理標本的分類和分級管理提供了很好的基礎。

(5)利用此激光包埋盒打號機可以使包埋盒打印的信息更加豐富全面，如在包埋盒邊緣打印醫院名稱和打印日期，方便蠟塊查找時直觀的顯示信息，是其他包埋盒打號機所不能完成的。

(6)此激光包埋盒打號機10個收集盤在打印時自動由下往上運動，每一個收集盤滿則自動切換至下一個收集盤。整齊排列，收集暫存數量最高可達400個，可以在此環節實現人工智能，節省人員的看守時間及對包埋盒進行理順收集的時間。

(7)此款激光包埋盒打號機核心技術使用激光發射器，2017年6-9月觀察組除實驗內容外累計打印近14萬個包埋盒，未發生儀器本身故障。激光發射器理論壽命為30000 h，按10 h/d，一年300 d不間斷使用計算，其激光發射器理論上可以連續使用10年，期間無打印頭、色帶等任何高值耗材產生，能夠為科室極大節約成本支出[13-14]。

然而，激光包埋盒打號機本身也存在一些不足，如儀器體積較大，不能在較小的取材記錄區域使用，同時不支持網絡多臺計算機共享使用；在高頻照射過程中會產生少量灰塵，覆蓋在感應器上，造成感應靈敏度降低等[15]。此外，在儀器使用過程中還有一些小問題需要注意:打標位未退、每次卡頓后需要復位。關注這些細節能夠使這款激光包埋盒打號機更加穩定，減少包埋盒的卡頓及復位時間，使用更加便捷。

4 結語

包埋盒激光打印是一個全新的技術，徹底改變了傳統的噴墨和碳帶打號機的模式；無需墨盒或碳帶等耗材，非接觸式打印可靠性高，打印成本低，無噪音，無化學污染；實現了批量裝載、批量打印包埋盒，打印速度快、清晰度高。該技術在病理技術全流程的數字信息掃描與記錄中應得到廣泛應用。