Ein Praxisbericht
Robotergestützte Qualitätskontrolle im Diagnostiklabor
Diese Spitzenlasten brachten das manuelle Probenhandling zunehmend an Grenzen: Eingehende Röhrchen mussten bisher einzeln per Hand aus Transportboxen entnommen, der Barcode eingescannt und die Proben anschließend nach Analyseverfahren sortiert werden. Dabei waren mehrere Labormitarbeiter und -mitarbeiterinnen parallel eingebunden, was zu Wartezeiten und Flaschenhälsen führte. Zeit- und personalintensive Abläufe wie diese sorgten für Ineffizienzen. Der wachsende Mangel an Arbeitskräften beschleunigte den Entschluss des Labors, eine Automatisierungslösung einzuführen.
Unter allen Umständen gilt es in Laboren, Fehler wie vertauschte oder unvollständig erfasste Proben zu vermeiden. Dieses Risiko bestand in dem betroffenen Unternehmen jedoch, was klar im Widerspruch zu den hohen Anforderungen an Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit steht. Jede Probe muss lückenlos dokumentiert und eindeutig zugeordnet werden können. Die Laborleitung wollte einerseits die Effizienz und den Durchsatz steigern. Außerdem galt es, auch neue und immer strengere regulatorische Standards garantieren zu können. Nicht zuletzt sollte das Team entlastet werden, damit sich Fachkräfte auf anspruchsvollere Aufgaben konzentrieren konnten (z. B. Ergebnisvalidierung oder die Bearbeitung von Sonderproben).
Das Ziel des Labors: die Probenlogistik möglichst intelligent automatisieren, um Fehlerquellen weiter zu reduzieren und für eine lückenlose Qualitätsüberwachung zu sorgen. Die zentrale Frage bei der Suche nach Lösungen lautete: Wie kann ein Roboter einfach in die vorhandenen Abläufe integriert werden? Die Lösung: robotergestützte Automatisierung des Probeneingangs.
Nach sorgfältiger Abwägung führte das Labor schrittweise eine Automatisierung mit Industrierobotern ein. Zusammen mit dem Unternehmen Fruitcore Robotics entwickelte ein Projektteam des Labors eine Lösung auf Basis eines "HORST"-Robotersystems, das sich unter den Hygiene- und Emissionswert-Vorgaben des Labors betreiben lässt. Außerdem war die Integration in die bestehende Umgebung einfach möglich, da der Roboter "HORST" standardisierte Schnittstellen hat. Über seine intuitive Software können auch Nutzer ohne Robotikerfahrung die Anlage steuern.
Die Anbindung an das Labor-Informations-Management-System (LIMS) fand ebenfalls reibungslos statt. Per standardisierter Protokolle tauschen Roboter und LIMS kontinuierlich Daten aus, so dass jeder Probenschritt vollständig erfasst und zurückgemeldet wird.
Wichtige Automatisierungsschritte und Komponenten
Im Folgenden die wichtigsten Automatisierungsschritte und Komponenten:
Schritt 1:
Probenregistrierung und Identifikation: Der Roboter entnimmt die angelieferten Probenröhrchen aus Transportboxen und führt sie vor eine Kamera mit Barcodeleser, um die Proben-ID zu erfassen. Gleichzeitig übermittelt die Roboter-Software die Daten der Proben an das LIMS, so dass jede einzelne Probe digital registriert und dem passenden Analyseauftrag zugewiesen wird. Dabei prüft die Software Parameter wie Röhrchentyp und Füllstand. Bei Unregelmäßigkeiten bzw. Abweichungen werden die betreffenden Proben frühzeitig aussortiert. Auf diese Weise ist es wesentlich sicherer als zuvor im manuellen Prozess, eventuell fehlerhafte Proben zu erkennen.
Schritt 2:
Sortierung und Verteilung: Auf Basis der LIMS-Daten sortiert der Roboter die Proben nach der erforderlichen Analyse. Über ein Pick-and-Place-Verfahren positioniert er die Röhrchen in vorbereiteten Racks etwa für Hämatologie oder Immunologie. Die Wiederholgenauigkeit des Roboters (±0,05 mm) ermöglicht eine hohe Präzision – entscheidend, um Proben zuverlässig in Zentrifugen oder anderen Geräten einzusetzen. Standardisierte Abläufe minimieren Zuordnungsfehler und erhöhen die Ergebnisgenauigkeit.
Schritt 3:
Automatisiertes Be- und Entladen von Geräten: Ein typischer Engpass in der Präanalytik des Labors betrifft die Zentrifugation. Dort be- und entlädt nun ein Roboter eine Tischzentrifuge. Diese verfügt über eine automatische Deckelöffnung, die einen durchgängigen Robotereinsatz ermöglicht. Während die Proben zentrifugieren, kann sich das Personal anderen Aufgaben widmen. Auch das Beladen von Analysatoren oder Pipettierstationen lässt sich in Zukunft automatisieren und wird vom hier genannten Labor bereits geplant.
Schritt 4:
IT-Integration und Datenmanagement: Alle Aktionen des Roboters protokolliert das Automationsbetriebssystem ("horstOS") von Fruitcore Robotics und meldet diese ans LIMS. So werden sämtliche Schritte lückenlos dokumentiert und in einem Dashboard visualisiert.
Die Laborleitung ist damit in der Lage, sämtliche Prozesse vollständig und durchgängig nachzuverfolgen und bei Bedarf optimieren zu lassen. Zudem lässt sich analysieren, wann die meisten Proben eintreffen und wie stark der Roboter ausgelastet ist, wodurch sich Personal- und Ressourcenplanung präziser steuern lassen.
Ergebnis: Effizienzsteigerung und Entlastung
Nach der Einführung des Robotersystems verzeichnete das Labor deutlich messbare Verbesserungen. Die Durchlaufzeiten sanken erheblich – insbesondere während der zuvor kritischen Stoßzeiten. In dem Labor aus Süddeutschland bestätigt sich im Praxisbetrieb, was es bereits zuvor in mehreren Untersuchungen evaluiert hatte: Je nach Analysekategorie (z. B. Notfall- oder Routineproben) liegen Ergebnisse der Seren-Beprobung um 50 und bis zu 60 % schneller vor.
Das Beispiel-Labor meldet zudem eine höhere Zufriedenheit auf Auftraggeberseite. Unter anderem erhalten Notfallärzte eines angeschlossenen Klinikums eilige Resultate jetzt wesentlich zügiger. Gleichzeitig verbesserte sich die Genauigkeit der Analysen: Dank standardisierter Abläufe wurde die Gefahr von Präanalytik-Fehlern wie Gerinnselbildung oder fehlerhaften Röhrchentypen noch weiter reduziert. Auch wenn das Labor bereits vor der Automatisierung darauf achtete, dass problematische Proben früh identifiziert werden: Ein gewisses Restrisiko besteht bei menschlicher Bearbeitung immer, dies kann durch den Einsatz von Robotern vermieden werden.
Ein weiterer Pluspunkt ist die Entlastung des Personals. Vorher beanspruchten monotone Tätigkeiten wie Barcode-Scanning, Proben-Sortierung oder Zentrifugen-Beladung viel Zeit. Nun übernimmt der Roboter diese Routinen, was das Team spürbar entlastet. Die Laborfachkräfte können sich verstärkt Aufgaben widmen, die menschliche Expertise erfordern – beispielsweise die Beurteilung auffälliger Ergebnisse oder die Wartung komplexer Analysegeräte. Da die stressintensivsten Phasen abgemildert wurden, berichten Mitarbeiter von einem besseren Arbeitsumfeld. Zudem wird das Fehlerrisiko weiter gesenkt, weil ausgeruhte Fachkräfte aufmerksamer arbeiten und die Automatisierung effektiv überwachen können.
Praxisorientierte Automatisierung als Zukunftsmodell
Es wird deutlich: Manuelle Qualitätskontrollen in Laboren – und seien sie auch noch so gut – lassen sich mit zielgerichteter Automatisierung optimieren. Dank standardisierter Abläufe und digitaler Prozessüberwachung bewältigt das Labor inzwischen hohe Probenaufkommen, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen. Tatsächliche oder potenzielle Fehlerquellen nahmen spürbar ab, Ressourcen wurden effizienter genutzt. Die automatisierte Lösung aus Hardware und Software sichert zudem durchgängige Rückverfolgbarkeit.
Zentraler Erfolgsfaktor ist die enge Zusammenarbeit zwischen Laborpersonal, IT-Spezialisten und Roboter-Hersteller. Nur so ließ sich eine Lösung entwickeln, die genau zu den Abläufen, Räumlichkeiten und der bereits vorhandenen Software passt. Der Industrieroboter "HORST" erwies sich in diesem Projekt als geeignetes System, da er sich einfach programmieren lässt und so den Einstieg in die Automatisierung erleichtert. Die vorgestellte Lösung ist auch skalierbar.
Hunderte andere Labore in Medizin, Pharmazie, Biotechnologie oder Lebensmittelanalytik stehen vor ähnlichen Qualitätsanforderungen und Durchsatzproblemen. Das Labor dieses Praxisbeispiels zeigt, dass und wie prozessbegleitende Analytik Hand in Hand mit Robotik geht. Es ist absehbar, dass die Zukunft der Laborarbeit insbesondere in Laboren mit hohem Probendurchsatz wie in Auftragslaboren der Routinediagnostik hybrid ausfallen wird – Mensch und Maschine bilden ein Team.
AUTOR
Benjamin Brumm
fruitcore robotics GmbH, Konstanz
Tel.: 07531/976 240
[email protected]
www.fruitcore-robotics.com
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