Automating Sample Reception within the Preanalytical Phase in Medical Laboratories

Abstract

Økende sykdomsrater og en aldrende befolkning legger press på medisinske laboratorier gjennom en økt etterspørsel etter prøveanalyser. I perioden fra prøvetaking til analyse, definert som den preanalytiske fasen, skjer det mange feil og bioingeniørers kompetanse utnyttes ikke fullt ut ved å tildele dem repetitive og grunnleggende oppgaver, som sortering og registrering av prøver. Automasjon utnytter teknologi for å håndtere produksjonen og har ført til økt tjenestenivåer ved å redusere feil og gjennomløpstider. Dette har blitt gjort i andre faser av medisinske laboratorier, og understreker behover for å utforske potensialet for automasjon i den preanalytiske fasen.

Samtidig har implementering av automasjon i andre faser av medisinske laboratorier resultert i økt servicenivå ved å redusere feil og gjennomløpstider. Dette understreker behovet for å utforske potensialet for automasjon i den preanalytiske fasen.

Å undersøke medisinske laboratorier fra et produksjonslogistikkperspektiv gjør det mulig å anvende teori om layout, arbeidsflyt og styringsmodeller, noe som bidrar til å identifisere forbedringsområder. Til tross for utstrakt bruk av teknologi i medisinske laboratorier, er det et kunnskapsgap om anvendelsen i den preanalytiske fasen og eventuelle effekter på ansatte og prøvekvalitet. Denne masteroppgaven, utført i samarbeid med St. Olavs Hospital, har som mål å utforske de nåværende utfordringene i prøvemottaket innen den preanalytiske fasen ved deres medisinske laboratorier. Ved å bruke en spesifikk case-bedrift, er målet å identifisere effektene av automatisering og presentere anbefalinger for implementering av automasjon i andre medisinske laboratorier. For å oppnå dette ble følgende forskningsspørsmål utviklet:

1. Hvordan er prosessene i den preanalytiske fasen på St. Olavs Hospital i dag og hva er hovedutfordringene?

2. Hvordan kan prosessene automatiseres i den preanalytiske fasen i de medisinske laboratoriene på St. Olavs Hospital?

3. Hva er de sannsynlige effektene av å implementere automasjon i den preanalytiske fasen i medisinske laboratorier?

4. Hvilke faktorer er anbefalt å vurdere ved implementering av automasjon i den preanalytiske fasen i medisinske laboratorier?

Forskningsspørsmålene ble besvart ved å gjennomføre et litteratursøk og en case-studie med datainnsamling gjennom intervjuer og observasjoner. Basert på case-studien ble en modell av nåværende situasjon utviklet, som viste at bioingeniører i den preanalytiske fasen utførte omfattende manuelt arbeid. Flere viktige utfordringer ble identifisert, iv inkludert lav grad av standardisering i helsesektoren, laboratoriefeil som påvirker pasientsikkerhet og servicekvalitet, og at bioingeniørers kompetanse ikke utnyttes fullt.

Ulike analyser ble utført for å utvikle en fremtidig løsning. Denne løsningen beskriver en konseptuell automasjonsløsning uten manuelt arbeid, fra prøvens ankomst til levering til automasjonslinja i andre etasje på Laboratoriesenteret til St. Olavs Hopsital. Basert på analysene og den fremtidige løsningen, ga studien innsikt i effekter og bidro til å kartlegge anbefalte faktorer å vurdere ved implementering av automasjon i medisinske laboratorier. Kartlegging av nåværende grad av standardisering og automasjon viste seg å være viktig, da disse faktorene sannsynligvis varierer mellom laboratorier.

Studien fremhever fordelene ved å implementere automasjon i den preanalytiske fasen. Siden automatisering kan være utfordrende på grunn av høye kostnader og motstand fra ansatte, er det essensielt å akseptere en delvis automatisert løsning siden enkelte oppgaver kan være for komplekse eller kostbare å automatisere. Studien understreker også et sterkt fokus på kvalitet av prøver og tjenester, som har direkte påvirkning på pasientsikkerheten som er et kritisk aspekt av helsevesenet. I tillegg fremheves det økende behovet for robuste laboratorier som effektivt kan møte fremtidig etterspørsel.

En begrensning av denne studien er fokuset på ett enkelt sykehus, noe som påvirker generaliserbarheten og påliteligheten. Ved å inkludere flere case-studier vil man få en mer omfattende forståelse av den preanalytiske fasen. Videre arbeid bør fokusere på å identifisere ulikhetene i helsetjenesters rutiner og løsninger. Dette vil bidra til å overvinne utfordringen med standardisering, og muliggjøre høyere grader av automasjon. Blant nåværende ustandardiserte komponenter er rekvisisjonstyper og prøverørsstørrelser.

Rising disease rates and an ageing population put pressure on medical laboratories through an increased demand for sample analyses within medical laboratories. The period from sample requisition at healthcare services to the point of analysis, defined as the preanalytical phase, is prone to errors and the competency of bioengineers in this phase is underutilised by assigning them to repetitive and low-skill tasks. Automation utilises technology to manage production activities and increases service levels by reducing errors and throughput times. This has been seen in other phases of medical laboratories, highlighting the need for exploring the potential of automation in the preanalytical phase.

Investigating medical laboratories through a production logistics perspective allows for applying theory concerning facility layout, workflow, and control models to the current situation, contributing to identifying improvement areas. Despite the widespread use of technology in medical laboratories, there is a knowledge gap concerning its application in the preanalytical phase and its effects on staff and quality. This master’s thesis, conducted in collaboration with St. Olavs Hospital, aims to explore the current challenges faced in the sample reception in the preanalytical phase at their medical laboratory. Using a specific case company, the goal is to identify the effects of automation and provide recommendations for implementing automation in other medical laboratories. To achieve this, the following research questions were developed:

1. How is the preanalytical phase within the medical laboratories at St. Olavs Hospital carried out today and what are the main challenges?

2. How can processes within the preanalytical phase in the medical laboratory at St. Olavs Hospital be automated?

3. What are the likely effects of implementing automation within the preanalytical phase in medical laboratories?

4. What are recommended factors to consider when implementing automation in the preanalytical phase in medical laboratories?

The research questions were answered by conducting a literature review and case study, collecting data through interviews and observations. Based on the case study, a model illustrating the current situation was established, revealing that bioengineers in the preanalytical phase performed extensive manual work. Several key challenges were identified, including low degrees of standardisation across the healthcare sector, laboratory errors that compromise patient safety and service quality, and not utilising the full competencies of bioengineers.

Different analyses were carried out to develop a potential future solution. The future solution describes a conceptual automation solution without manual labour, from the arrival of samples to delivery at the automation line on the second floor at the Laboratory Centre of St. Olavs Hospital. Based on the analyses and the future solution, the study provided insights into the likely effects of automation and recommended factors to consider when implementing automation within medical laboratories. Mapping the current levels of standardisation and automation proved to be important, as these factors are likely to vary across laboratories.

The study highlights the benefits of implementing automation in the preanalytical phase. Since implementing automation can be challenging due to high costs and resistance from employees, it is essential to accept a partially automated solution, as some tasks may be too complex or expensive to automate. The study also emphasises a strong focus on sample and service quality, as it directly impacts patient safety, a critical aspect of healthcare. Additionally, it highlights the growing need for resilient laboratories to effectively meet future demands.

A limitation of this study is its focus on a single hospital, which affects its generalisability and reliability. Including multiple case studies, results in a more comprehensive understanding of the preanalytical phase. Further work should focus on identifying the differences in the routines of healthcare services, thereby overcoming the challenge of standardisation, and enabling higher levels of automation. Among currently unstandardised components are requisition types and sample tube sizes.