1、胚胎实验室全流程管理的核心监控指标摘要随着人类辅助生殖技术的不断进步，胚胎实验室作为整个治疗过程中的关键环节，其管理质量直接关系到治疗的成功率和患者的安全。全流程管理的核心在于通过一系列精心设计的监控指标，确保实验室操作的每个环节都能达到最高标准。本文旨在探讨胚胎实验室全流程管理中的关键绩效指标，分析其在当前实践中的应用，并展望未来的发展方向。【关键词】胚胎实验室；管理；关键绩效指标在过去40年中，人类辅助生殖技术(assistedreproductivetechnology,ART)取得显著进步1,胚胎实验室作为其核心组成部分，负责处理从配子收集到胚胎移植的全过程。随着技术的发展和患者需求的
2、提高，胚胎实验室的管理也变得尤为关键。人类胚胎实验室的全流程管理是一套系统化的质控体系，它通过精细的质量保障、环境优化、精确的实验操作、实时的数据监控和全面的人员训练，贯穿卵子采集至胚胎移植的全过程，以确保胚胎的健康成长并最大化辅助生殖技术的成功率。为了保障实验室的工作质量和效率，对于流程评估至关重要的绩效指标即关键绩效指标(keyperformanceindicators,KPIs)被纳入日常管理，以便于实时监控、评估和不断改进实验室的运作。KPlS在引入实验室技术或操作流程、建立掌握操作的最低标准、监控质量管理系统执行效能(包括内部质控和外部质控)、设立基准和评估质量提高等方面扮演着重要角
3、色。2017年，欧洲人类生殖与胚胎学会(EUroPeanSocietyofHumanReproductionandEmbryology,ESHRE)和生殖医学Alpha科学家共同制定了关于胚胎实验室绩效指标的专家共识(Vienna共识)，确定纳入12个KPlS以及建议的能力值和基准值，将其作为胚胎实验室的核心监控指标2o2020年，Fabozzi等3和MainZ等等将实验室KPIs分为3组：结构KPIs过程KPIs和结果KPIso结构KPIs从实验室的基础设施和资源情况提出了硬件要求和必需的配置；过程KPIs为实验室所有的实践和操作设置了时间和路径以及结果评价，衡量实验室工作的质量。结果KPI
4、S评价体外受精(invitrofertilization,IVF)实验室工作效果的阶段性和最终结果指标。本文将对三类KPIs进行详细阐述。.结构KPIs结构KPIS主要评估胚胎实验室设立的基本配置3,主要包括实验室设计、仪器设备数量及布局，人员配备及资质情况。确保与IVF周期数是否相匹配，人员走动路线流畅，互相之间无交叉碰撞风险，同时坚持配子/胚胎移动路线最短原则。1 .胚胎实验室设置：胚胎实验室主要为体外操作配子/胚胎提供相对安全的环境，合理的实验室配置将有助于改善ART结局。(1)实验室设计及功能布局：实验室的设立需充分评估场地适宜性，包括可能的尘埃粒子、化学污染源和挥发性有机化合物(vo
5、latileorganiccompounds,VOCs),确保实验室内部空气质量，从而减少对IVF成功率的影响。研究显示实验室周围细小颗粒物的增加与IVF妊娠率下降显著相关，因此实验室的设立应远离污染源，远离交通枢纽、学校等人员活动密集场所，远离易燃、易爆的生产和储存区，远离高压线路及设施5。IVF周期数是决定IVF实验室面积的一个重要因素。根据卫科教发2003176号文件规定IVF周期数(500的中心，胚胎培养室面积也得超过30m2。如开展更多的IVF周期，则需相应更大的实验室面积。其次实验室布局应方便人员之间的交流，秉承行走路线最短的原则来分布，并且要以胚胎培养室为中心，合理规划各功能室的
6、分布。(2)胚胎实验室空气质量：胚胎实验室内空气质量是容易被忽视的指标，已有越来越多的报道证实，改善室内的空气质量，有利于胚胎的体外发育6-7。卫科教发2003176号文件规定IVF实验室环境要求符合医疗场所I类标准，胚胎操作区必须达到百级标准。ESHRE提出为保证适宜的体外环境，减少配子/胚胎外部环境的空气污染，必须对IVF实验室尘埃粒子和VOCS加以控制，并保持一个正压环境。根据欧盟组织和细胞指令，操作组织和细胞必须在良好生产规范(goodmanufacturingpractice,GMP)A级环境中进行，周围环境至少为GMPD级8。此外，关于胚胎实验室环境和空气质量的Cairo共识提出，
7、胚胎实验室对直径0.510m的尘埃粒子要控制在低于352000m3；微生物低于10cfum3；总VOC不高于500g/m3;醛类低于5g1135o尽管目前没有培养期间影响IVF的妊娠结局的尘埃粒子、VOCs限值的报道，但从胚胎在体内环境发育的角度考虑，尽可能地提高室内空气的质量，将有利于胚胎体外发育。2 .仪器设备：仪器必须是适合胚胎体外操作的设备，包括显微操作仪、显微镜、二氧化碳培养箱等。研究显示传统培养箱经过5s的开关门，温度恢复则需要30min,氧气浓度恢复大约需要7.8min,而小型的培养箱恢复相对较快，且优质胚胎率更高9。应尽量减少开关门的次数，使得培养环境更加稳定。IVF实验室内的
8、仪器不仅需要稳定的性能，其数量应与IVF周期数相适应8。设备应遵循制造商的建议以及行业标准进行定期的维护和校准,关键仪器设备如显微操作系统应每季度或每半年进行一次校准，以保证精确度。仪器数量的选择要考虑到仪器的类型、每台仪器计划接受的年承载量等因素，包括培养箱、显微操作系统、显微镜、热台在内的关键仪器要有备用。安装异常运行报警设置，包括培养箱温度和气体浓度报警系统，液氮设备的远程智能监控及报警系统，实时监控液位及温度数据。KPIs的制定包括设备的维护和校准频率，设备故障率和维修响应时间，设备使用率和利用率。3 .人员：足够数量的技术人员对胚胎实验室来说非常重要，因为繁重的工作量和人员配置不足会
9、导致技术人员过度疲劳，这样会给实验室带来极大的风险，可能导致潜在的操作错误、核对疏忽甚至标本不匹配10o技术人员的数量应按一段时间内的最大周期数来设定11,以避免最大负荷状态持续工作。美国生殖医学学会和生殖生物学家与技术专家协会的实践委员会建议年实施l150个周期配置23名技术人员，301600个周期需配置45名技术人员，大于600个周期时，每增加150个周期，相应增加1名技术人员12。止匕外，对于人员的培训、考核和继续教育也是非常重要的，欧洲和美国对于不同层次的技术人员有明确的资质、培训和每年接受再教育的要求12-131o具体的KPlS包括人员的培训合格率、关键操作的执行效率和准确性。ART
10、是一个多学科交叉、快速发展的专业，衡量实验室人员质量的KPIs,包括技术人员数量与ART周期总数的比例、人员操作是否达到操作能力值标准，以及每位技术人员每年接受继续教育学分数量等。通过跟踪这些指标，实验室可以评估和提高人员质量。二.过程KPIs过程KPIs是一套用于评估和监控实验室操作流程和程序的量化指标，是对操作程序进行监督和把控3。它是胚胎实验室质量管理体系的重要组成部分，通过计划-执行-检查-行动循环等方法，帮助实验室不断发现问题、解决问题并持续改进从而提高ART的成功率。过程KPIs包括如下几个方面。1 .标准操作程序(Standardoperatingprocedure,SOP)的制
11、定和执行：每个实验室都应建立适宜自己的SOP供所有操作人员参考,包括每一项技术操作要求，即操作条件、方法和时间。尤其是授精、胚胎活检、胚胎评分和胚胎移植等关键操作需制定严格的操作标准。除了SOP的制定，还应建立相关的管理制度，确保不同操作人员均能按照SOP严格执行。标准化的工作流程可以减少个人和中心范围内的IVF结局的差异14o国内外专家共识指南均提供了在标准培养过程中进行卵母细胞和胚胎观察的推荐时间15-16。目前的专家共识认为原核评估的最佳时间是授精后（171）h,卵裂期评估的最佳时间是（681）h,囊胚评估的最佳时间是（1162）ho然而，最近的一项研究使用时差成像技术记录了原核出现和消
12、失的确切时间，得出进行受精评估的最佳时间是授精后（16.50.5）h,避免了11%的卵母细胞被错误地标记为未受精,提高了受精评估的准确性17。时差培养箱的使用则降低了观察时间的限制，因此各实验室需根据自身实验室条件和操作流程设立合适的SOPoKPIs的设立包括培养皿的准备，如室温、台面温度、油覆盖时间及培养液的平衡时间；配子、胚胎的操作时间，如IVF剥脱颗粒的时间、每卵胞质内单精子注射（intracytoplasmicsperminjection,ICSI）操作时间及每胚活检时间。2 .电子核对系统：在胚胎实验室所涉及配子/胚胎的任何的操作都有潜在出错的风险，特别是包括配子收集、IVF或ICS
13、I授精、配子和胚胎在培养皿中的转移、冷冻保存和胚胎移植等关键过程181o为了减少操作过程中出错的风险，必须有一个有效和准确的核对系统,可在整个治疗程序中唯一地识别、追踪配子和胚胎。目前双人核对是大多数实验室主要的避免配子/胚胎错误的措施。然而，这种方法可能导致检查遗漏、检查不完全、非自愿性和非同时检查导致人为失误19o尽管错误事件是罕见发生，但后果很严重。因此，各实验室均需建立自己的可追溯和核对系统，以确保安全。Romanski等20建议使用电子核对系统，并接受风险评估，以尽量减少IVF配子/胚胎不匹配的风险。通过使用电子标签、芯片和扫描设备来确保每个样本的准确匹配，避免人为错误，如配子/胚胎
14、的标识错误，甚至混淆，并且出现潜在不匹配时通过音频警报提醒操作人员。2015年Rienzi等21在常规IVF过程中引入电子核对系统,共进行了涉及1217例患者的8628次核对步骤，研究结果提示总错误率为0.13%(11/8628),其中主要错误(人为，涉及配子/胚胎)率为0.05%(4/8628),但这些不匹配均通过电子核对系统在错误发生前提出预警。此外，失效模式和影响分析(failuremodeandeffectsanalysis,FMEA)是一种主动的风险评估方法，旨在识别IVF过程中真实或潜在的风险，计算风险优先级数的数值，以确定哪些潜在的错误最重要，减少错误发生的风险。FMEA用来评估
15、电子核对系统引入前后在IVF周期或植入前遗传学检测周期中存在相关的潜在风险，均表明电子核对系统在减少错配发生和增加识别错误可能性方面具有重要价值21-22。各实验室有必要安装电子核对系统，对于一些不能电子核对的流程仍需进行双人核对。KPIs的设定应包括出现潜在不匹配错误的概率。3.冷冻储存管理：低温保存是保存生育能力的有效途径。精子、胚胎、卵母细胞和其他生殖组织的冷冻保存的需求越来越大。制定冷冻储存管理相关的制度、设置KPIs有利于操作的标准化、效率的提高及降低胚胎实验室内潜在的一些风险。近年来，冷冻储存管理相关的综述和述评均表明在IVF实验室配子和胚胎冷冻保存管理给工作人员带来挑战，需要熟练
16、的人员、专业的设备和严格遵守质量控制措施23-24。目前大多数实验室仍使用的是不同中等容量的冷冻储存罐（3073L）,需要人工监测和添加液氮。未来大容量液氮储存罐（160lOOOL）装备计算机监测和自动灌装系统的应用会更加广泛。KPIs的设定应明确液氮添加的频次、添加量、液氮量监测的频次和方法，以及远程报警设备配置等。所有冷冻存储设备每年至少进行一次全面检查和维护。当检测到设备故障或报警时，响应至开始处理的时间不得超过1ho在ART过程的所有记录必须规范和完整，书面和电子形式双重记录，记录完整率达100%。胚胎信息、冷冻记录和储存位置之间必须有可追溯性，因此储存位置、冷冻标签的标准化是冷冻存储
17、管理的关键步骤。冷冻标签必须具有至少两个唯一的标识符，包括样本编号、日期和对内容的准确描述（如冷冻数目、冷冻样本类型等），还应包含绑定患者信息的条形码/芯片/二维码等。理论上，存储在液氮中的标本之间存在微生物和病毒交叉感染的风险25o然而，在临床实践中，这种配子或胚胎的交叉污染从未在标准的低温保存条件下得到验证26o尚未有由于胚胎冷冻污染导致疾病传播给后代的报道27o这可能是因为单个配子或胚胎的潜在病毒载量不足以引起子宫或胎盘感染。但出于安全考虑，对于高风险样品的冷冻储存，建议临床使用封闭式的麦管装置系统或采用专用液氮罐储存。通过这些KPIs,胚胎实验室可以对冷冻储存和液氮添加流程进行有效监控
18、及时发现问题并采取改进措施，确保冷冻储存安全性。三.结果KPIs1.结果KPIs的重要性：结果KPIs包括用来评价IVF实验室工作效果的阶段性和最终结果指标,如受精率、优质胚胎率、囊胚形成率、植入率等。结果KPIs的跟踪及分析对实验室质量管理至关重要，如受精率和胚胎发育数据用来监控实验室运行的稳定性；其次，通过结果KPIs建立一个高效的数据预警和统计分析系统，可使胚胎实验室的管理人员迅速识别潜在问题，并将任何可能的损害减至最小；止匕外,部分指标也被用于评估技术人员的操作能力，如ICSI操作卵子退化率、胚胎解冻复苏率。2.结果KPIS的应用现状：Vienna共识确定了12项KPIs,包括ICS
19、I退化率、ICSI正常受精率、IVF正常受精率、IVF受精失败率、卵裂率、4-细胞胚胎形成率、8-细胞胚胎形成率、第5天囊胚形成率、活检成功率、囊胚复苏率、卵裂期胚胎种植率和囊胚种植率，每一个指标给出了建议的能力值和基准值2。国内由中华医学会生殖医学分会第四届委员会发表的胚胎实验室关键指标质控专家共识列出了14项胚胎实验室进行质控的关键指标，包括IVF正常受精率、ICSI正常受精率、ICSI卵子退化率、IVF受精失败率、活检成功率、复苏存活率、复苏完整率、卵裂率、第2天胚胎形成率、第3天胚胎形成率、囊胚形成率、B-人绒毛膜促性腺激素阳性率、种植率和临床妊娠率16O国内外共识确定的KPlS并不完
20、全一致，其目标都是用于监测新鲜周期的ART实验室的运行，并为胚胎学家的能力评估提供多个定量标准。然而，自共识发布以来尚无设计良好的验证试验，使得这些KPlS用于监测实验室过程变化的效果尚不明确28o国内外共识均将IVF或ICSI正常受精率作为KPIo2021年Scaravelli等29多中心的回顾性队列研究表明校正患者年龄和获卵数后，受精率是影响累积活产率的独立因素，提示受精率与累积活产率呈正相关，建议将其作为关键性能指标。早期的研究显示受精后第3天为8-细胞的胚胎染色体异常率相对较低30,临床妊娠率相对较高31o然而，近年来随着时差培养箱的广泛使用，研究显示相比于传统培养，时差培养环境下受精
21、后第2天4-细胞胚胎形成率,第3天N8-细胞胚胎形成率更高32-33,提示胚胎的发育速度会受到培养体系的影响。止匕外，最近一项回顾性研究表明受精后第3天胚胎卵裂球数量与活产率显著相关，发育较快的胚胎（210-细胞）具有更高的活产率34o由此可见，不同的实验室参照的胚胎质量相关的KPIs应有所差异，要根据实验室自身数据进行统计分析得出适合的KPIso一项超过600000例真实数据的研究表明Vienna共识设定的12个实验室KPIs的能力值和基准值可能与IVF实验室的实际指标不一致，此结果提示当前的KPI制定可能存在一些不足，尚不能准确地反映实际情况35oVienna共识将“第5天囊胚形成率”定义
22、为需要定期监控的KPI2o然而Hammond等28的研究显示“第5天可用囊胚率”是一个有效的指标，可以对实验室条件变化进行早期预警，建议将“第5天可用囊胚率”定义为胚胎实验室KPI0建议每个实验室应结合自身制定适合自己的KPIs,并决定是否细分为特定的患者组以确定KPIs可能更具有监测意义，如根据女性的年龄对维也纳共识建议的KPIS进行微调36o结果KPIS与临床策略和患者个体有关，尤其是植入率、活产率。因此，当采用结果指标时，必须对数据收集进行标准化，且根据混杂因素对结果进行调整是很有必要的370四.实验室KPIs的未来展望在ART实验室管理中，KPIs的应用对于持续监控和评估实验室操作条件
23、提高临床结果至关重要。尽管KPIS在提高ART实验室管理效率和成功率方面取得了一定成效，但它们仍面临一些挑战。L数据的收集、分析与整合：KPIs的有效性依赖于准确和全面的数据收集。实验室需要确保数据的准确性和完整性，以及采用合适的统计方法来分析这些数据o此外，数据收集和分析方法上存在差异,使得不同实验室之间的KPlS比较变得复杂。因此，制定行业标准以建立统一的数据记录和分析标准，确保所有实验室使用一致的方法至关重要。其次，为实验室人员提供标准化培训，确保他们理解并能够应用这些标准，还可建立统一的数据分析平台，以减少实验室间的差异。整合不同来源的大量数据，并提取有用信息，是提高KPIS效能的关
24、键。2.提升KPIs的预测能力和临床应用价值:人工智能(artificialintelligence,Al),特别是深度学习神经网络，已被用于预测胚胎的发育潜力和着床可能性，提高了评估的准确性38,在IVF治疗领域具有很高的应用前景。基于AI技术建立早期预警系统用于监测和评估ART工作人员(包括医生和胚胎学家)在胚胎移植、胚胎玻璃化冷冻和复苏、胚胎活检等操作过程中的表现39,可以提前发现不良结果并识别IVF实验室质量管理中的临床相关变化，实时监测和评估实验室的工作质量。当Al用于胚胎分级和评估时，可提高一致性，消除主观差异40oAI技术已被用作质量保证工具，以识别胚胎培养环境中可能影响临床结果的影响，提供实时的监测和反馈,帮助及时发现和纠正问题41o但是，AI技术在IVF领域的应用中也存在局限性，如泛化能力不足等。目前KPIS可能不足以准确预测治疗结果，临床决策支持系统可能未能充分利用KPIs的潜力。因此开发和验证更精确的预测模型、临床决策支持工具，可提高KPIs的预测能力，医生也能够更好地利用KPIS信息。综上所述，胚胎实验室KPIs对于提高胚胎实验室操作质量、优化资源分配、增强患者安全和满意度都至关重要。未来研究需要开发更加精确和全面的KPIs系统,通过利用大数据和AI技术来提高KPIs的预测能力和临床应用价值，提供更好的医疗服务，帮助患者实现生育目标。
