Nur ruhig Blut! ABB-Roboter mausern sich zu wertvollen Laborhelfern

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In einem medizinischen Labor beschleunigen zwei ABB-Roboter der Serie IRB 1300 als Teil eines automatisierten Labortisches das Probenmanagement in der Prä- und Post-Analytik.

Der demografische Wandel macht auch vor den medizinischen Laboren Deutschlands nicht halt, wie der Roboterexperte ABB registriert. Immer mehr Mitarbeiter gehen in den Ruhestand und es kommt nicht genug MTLA-Nachwuchs nach, um diese Lücke zu schließen. Erschwerend komme dazu, dass die Arbeit im 3-Schicht-System, wobei es gelte, viele monotone Aufgaben manuell durchzuführen, der Attraktivität des Arbeitsplatzes „Labor“ nicht gerade förderlich sei. Medizinische Großlabore behelfen sich beim Probenhandling aber unter anderem mit automatisierten Laborstraßen (Total Lab Automation, kurz: TLA). Aber für Labore kleinerer Krankenhäuser mit bis zu 600 Betten waren passende, flexible Automatisierungslösungen lange Zeit dünn gesät, so ABB. Jetzt winkt Abhilfe.

Fast zwei Millionen Analyseaufträge sind im Jahr zu managen

Die MVZ Medizinische Labore Dessau Kassel GmbH und ABB haben mit dem Lab Table II nämlich eine relativ günstige und kompakte Möglichkeit für die automatisierte Prozessierung der Blutproben im klinischen Labor erarbeitet. Das MVZ, das als Ideengeber auf ABB zukam, und den Prozess der Entwicklung einer robotergestützten Laboranalytik im Krankenhauslabor anstieß, hat viel Erfahrung bei der Versorgung von Krankenhäusern. Es betreibt sieben Vor-Ort-Labore in Krankenhäusern in Deutschland, die rund um die Uhr geöffnet sind, wie es dazu heißt. Darüber hinaus bestehen Managementverträge für krankenhauseigene Labore sowie zahlreiche sonstige Versorgungsaufträge für Kliniken.

Mit rund 300 Mitarbeitern bearbeitet das MVZ jährlich über 1,8 Millionen Aufträge und führt circa 8,5 Millionen Laboruntersuchungen durch. Das Portfolio umfasst über 5.000 verschiedene Leistungen. Das Spektrum reicht von toxikologischen über forensischen bis hin zu mikrobiologischen Untersuchungen. Das MVZ verfügt über viel positive Erfahrung in Sachen Automatisierung der Labordiagnostik – insbesondere in der klinischen Chemie, Hämatologie und Gerinnung sowie in der Molekularbiologie.

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Ein Robotersystem fürs medizinische Labor

Ziel des gemeinsamen Projektes mit ABB war es, eine autarke Gerätekombination für den 24/7-Betrieb zu schaffen, die leicht zu bedienen ist und einen möglichst hohen Probendurchsatz schafft. Das Herzstück des entwickelten und übrigens zum Patent angemeldeten Arbeitstisches für die Prä- und Postanalytik sind zwei ABB-Industrieroboter vom Typ IRB 1300 in einer reinraumtauglichen Variante.

Die beiden mechanischen Arme nehmen den Labormitarbeitern ab dem Blutprobeneingang zahlreiche Handgriffe im Umgang mit Blutproben ab. Sie erledigen dabei Jobs von der Analyse bis zur Probenarchivierung. Im Auswahlprozess überzeugten die ABB-Roboter durch ihre Geschwindigkeit, Wiederholgenauigkeit und die Reichweite von 1,40 Metern, wie ABB betont.

Ein weiterer Schlüsselfaktor sei die nahtlose Mensch-Maschine-Kollaboration per Safemove. Das ist eine sicherheitszertifizierte Software von ABB. Die Labormitarbeiter können dabei über sensorüberwachte Bereiche direkt an die Analysegeräte herantreten, ohne eine Kollision mit einem der Roboter befürchten zu müssen. Dringt eine Person in den definierten Sicherheitsbereich ein, drosseln die Industrieroboter ihre Bewegung auf ein sicheres Tempo. Entfernt sich der Mensch wieder, wird wieder Gas gegeben. Unabhängig von der Geschwindigkeit arbeiteten die elektronischen Laborhelfer die Proben sehr präzise ab.

Wie der Einsatz der Laborautomation im Medizinlabor aussieht, zeigt dieses Youtube-Video von ABB Robotics:

So läuft der Workflow für Laboruntersuchungen smart ab

So sieht ein klassischer Workflow mit dem Lab Table II im Detail aus: Die MTLA oder Mitarbeiter des Krankenhauses stellen die Blutproben auf dem Roboterarbeitstisch in definierte Racks für den Probeneingang ab. Ab hier übernimmt der Roboter die weiteren Tätigkeiten. Damit es nicht zu Verwechslungen komme, gleiche eine Kamera mit „intelligenter“, von ABB selbst entwickelter, Bilderkennungssoftware die Farbe der Probenkappe mit einem Auftrags-Barcode ab. Außerdem wird der Füllstand der Blutprobe kontrolliert. Dabei wird im Laborinformationssystem (LIS) angefragt, ob es einen Auftrag für diese Probe gibt. Bei Unstimmigkeiten sortiert der mechanische Arm die Probe aus und platziert sie auf ein Fehler-Rack. Auch Patientenproben ohne Auftrag warten in einem speziellen Fehlerprobenbereich, bevor ein erneuter Scan-Versuch unternommen wird, wie ABB beschreibt.

Der Weg bis zur Archivierung

Ist die Probe grundsätzlich in Ordnung und ein Analyseauftrag vorhanden, stellt der erste ABB-Roboter diese in den Zentrifugenbecher oder gleich in Geräte-Racks – sofern eine Zentrifugation nicht erforderlich ist. Um die automatische Zentrifuge korrekt auszutarieren, führt der zweite Roboter Ausgleichsröhrchen ein. Anschließend werden die Zentrifugenbecher in die Untertischzentrifuge eingesetzt. Die Zentrifuge wird verschlossen und legt mit der Arbeit los. Nach der Zentrifugation werden die Blutproben automatisch entstöpselt und in Proben-Racks platziert.

Der zweite Roboter führt zentrifugierte und nicht zentrifugierte Proben in ihren spezifischen Geräte-Racks den Analysesystemen zu, die in das LIS eingebunden sind. Ist die Analyse erfolgt, meldet ein Sensor der Maschine, dass sich Proben-Racks im Probenausgangsbereich des jeweiligen Gerätes befinden. Der Roboter nimmt die Racks aus den Analysegeräten, dann die Proben aus den Racks, verschließt die zuvor geöffneten Proben und setzt sie in den Archivbereich ab.

ABB-Roboter erreichen im Labor die vorgegebenen Taktzeiten

Beim üblichen manuellen Probenhandling wird in Abhängigkeit von der Analysezeit eine bestimmte Taktzeit vorgegeben, in der Proben zugeführt und entnommen werden müssen, wie es heißt. Dieser Richtwert könne jedoch nie zu 100 Prozent die Realität abbilden, sodass im Laboralltag wertvolle Zeit verloren gehen könne. Die ABB-Roboter aber können aufgrund der Sensorüberwachung die Proben wirklich in Echtzeit beladen und entnehmen. Durch diesen robotergestützten Workflow ließe sich im Real Time Tube Movement (RTTM) ein Probendurchsatz von maximal 160 Proben pro Stunde erreichen. So sei es auch möglich, Notfallproben priorisiert zu bearbeiten. Nach Abschluss der Implementierung im Februar 2024 rechnet die MVZ nun mit einer bis zu 25 Prozent schnelleren Bearbeitungszeit.

Entlastung für die Labormitarbeiter

Außer der Effizienz verbessert dieser Automatisierungsansatz per Roboter-Duo auch die Ergonomie am Laborarbeitsplatz, wie ABB weiter ausführt. Auf lediglich 3,75 Quadratmetern Fläche ist der Robotertisch nämlich auch sehr kompakt und gewährt auch ohne Umbauten den Zugang zu den Analysegeräten – etwa für die Wartung der Geräte, oder wenn Proben doch mal manuell zugeführt werden sollen.

Auch die Arbeitszeiten können durch den Einsatz des Lab Table II attraktiver gestaltet werden. Denn die Labormitarbeiter müssen während der Prä- und Post-Analytik nicht danebenstehen, sondern können den Workflow von einem zentralen Ort aus via Monitorüberwachungssystem beobachten. Letzteres ermögliche den Zugriff auf alle Gerätebildschirme. Dort erscheinen dann etwa Fehlermeldungen, wenn Proben nicht korrekt gescannt werden können. Die Dokumentation könne automatisch auch mit einem Core Lab geteilt werden.

Aufgrund der Monitoring-Funktion und der Datenübertragung könne der Robotertisch außerhalb der Kernarbeitszeiten betrieben werden, ohne dass Mitarbeiter dabei sein müssten. Durch die Anbindung des Systems an die Fernwartung von ABB gibt es im Problemfall schnell Hilfe. Der roboterbasierte Lab Table II steigert nun nicht nur die Produktivität, sondern verbessert auch die Arbeitsbedingungen im medizinischen Labor. Wegen der Automatisierung kann sich das Laborpersonal nun anspruchsvolleren Tätigkeiten widmen, für die nun auch deutlich mehr Zeit bleibt.

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