安全電子認證如何降低即時檢測的風險

Chang Liu, Kris Panaro, 和 Aileen Cleary

隨著即時檢測(PoC)的不斷普及，在自動化實驗室環境外進行體外診斷(IVD)檢測的數量顯著增加。本文探討了與PoC診斷檢測相關的安全挑戰、患者樣本重復使用和誤用的影響、以及檢測產品制造商如何通過安全電子認證降低風險的方法。

引言

多年來，對人體樣本進行的診斷檢測全部都是在臨床實驗室中進行的。隨著PoC檢測的出現，這一局面開始有所改變，PoC檢測支持將樣本處理轉移到醫生辦公室、診所、醫院甚至家中進行。PoC檢測有一個明顯的優勢，即無需將患者樣本運送到集中的實驗室，從而縮短了診斷時間。其還可以顯著改善工作流程，為患者提供更多便利。在發生新冠疫情最初幾個月，由于檢測延誤對社會以及病毒傳播產生了重大影響，疫情期間對PoC檢測的需求變得愈發顯著。

轉向PoC檢測的趨勢將持續保持，診斷產品制造商也在不斷擴大其檢測產品組合以納入多個目標，如呼吸道檢測試劑盒、性傳播感染(STI)檢測、血流感染檢測等。隨著該市場的擴展，在實驗室環境外處理的患者樣本數量正在穩步增加。如今，患者樣本不僅可以由專業人士在嚴格控制的工作流程中處理，還可以由醫生在診所以及由患者自己在家中處理，因此增加了樣本誤用和重復使用風險。

PoC檢測中面臨的挑戰：重復使用、誤用和偽造樣本的風險

為充分實現PoC檢測帶來的益處，系統必須生成患者和醫生都能夠信任的結果。檢測準確性是其中的關鍵，因為如果結果不準確，則會出現誤診。如果患者樣本處理不正確，即使準確性最高的檢測也會造成誤診。因此，我們要采取一種方法，以確?；颊邩颖咎幚碚_無誤，這對于生成可信結果以及降低誤診風險至關重要。

患者樣本可能被重復使用是一個主要風險因素。當拭子或檢測盒在檢測設備中意外接受多次處理時，則會發生這種情況。想象一下這樣的場景：一大家人都擠在廚房，需要在早晨出門前進行居家檢測。一位家長可能會意外地將某個孩子的拭子重復用于另一個孩子，這種情況經常出現。在診所或越來越多的CLIA豁免實驗室中也存在此類風險，在這些實驗室，無需由經培訓的實驗室技術人員來進行診斷檢測。

第二個關鍵風險因素在于患者樣本可能會被有意誤用。對于某些檢測，例如識別是否使用非法藥物，患者可能存在偽造結果的動機。實現這一目的的一種方法便是在處理之前調換樣本檢測盒。獲取準確結果所面臨的另一個挑戰是，市場上存在假冒偽劣檢測盒。在傳統實驗室環境下，采購是通過正規渠道進行的。對于基于家庭的PoC檢測，患者通常會直接從主要線上零售商處購買檢測產品。這就為假冒偽劣產品供應商創造了機會，這些供應商可能有導致結果準確性降低的低質量產品。

實驗室環境也無法避免誤用。在使用后，實驗室中使用過的樣本檢測套件會作為醫療廢物進行丟棄。當此類醫療廢物被第三方收集時，就存在樣本檢測套件被翻新并重新出售給檢測實驗室的風險。實驗室對此一無所知，經翻新檢測套件可能看起來是新的，但要么是無試劑，要么僅是簡單注水。這可能會導致檢測結果錯誤，從而導致患者治療不當。

患者和檢測設備制造商都會受到重復使用和故意誤用患者樣本的影響?；颊呖赡軙洑v誤診，例如：導致不必要干擾和不必要治療的假陽性檢測。相反，假陰性則會導致誤診，最終導致正確治療的延誤或缺失。檢測設備制造商也會為此付出沉重的代價，例如品牌聲譽受損，設備被貼上不準確標簽，或最壞情況下會引發產品召回。假冒偽劣檢測盒的盛行給檢測設備制造商造成了巨大的商業風險，并且有可能會中斷制造商通過樣本檢測盒獲取利潤豐厚的可支配收入流。

為什么傳統解決方案無法降低PoC檢測的風險

傳統上有兩種方法用于確?；颊邩颖镜恼鎸嵭?。一種方法為加貼標簽，例如一維和二維條形碼。第二種方法為利用可防止檢測盒重新安裝的機械特性。在實驗室環境下，一維和二維條形碼是跟蹤樣本的首選方法。批次信息、序列號和設備唯一標識可用于確保檢測盒的真實性。此外，可以在樣本處理之前查看條形碼，以確保未重復使用。盡管條形碼是確?；颊邩颖菊鎸嵭缘目煽糠椒?，但其也存在局限性。首先，條形碼標簽需要條形碼掃描器，而由于尺寸和焦距要求，這會對儀器設計造成負擔。條形碼還需要較大內存以存儲足夠數量的序列號，以防止重復使用。盡管在大型實驗室設備中這可能不會構成問題，但對于緊湊型PoC設備而言，這將意味著成本和尺寸挑戰。更重要的是，由于用戶可以看見條形碼，因此條形碼就沒有那么安全，且易被復制或偽造。

圖1.條形碼在PoC系統中的使用。

第二種傳統方法為使用簡單的機械特性，例如：檢測盒上的缺口，只要將檢測盒插入儀器中，缺口形狀或位置就會發生變化。此類機械特性提供了一種較為簡單的防止重復使用的方法，并且可在系統中以較低成本實現。但是，由于檢測盒一模一樣，因此無法區分不同的患者樣本。此外，由于此類檢測盒對用戶可見，而且通常易于復制，所以其設計也較易偽造。如果經使用檢測套件被未經授權的一方翻新，此類機械特性也可以復原。由于PoC設備尺寸較小，因此在檢測盒中增加機械特性會帶來額外的設計負擔。

圖2.機械特性在PoC系統中的使用。

什么是電子認證及其如何改善PoC檢測結果？

尋找面向PoC市場的理想解決方案需要不局限于這些傳統方法，轉而采用可集成到檢測盒中的電子認證IC形式。電子認證IC能夠可靠地防止檢測盒重復使用和誤用。首先，為解決重復使用問題，電子認證器IC集成了安全遞減計數器，可確保一次性檢測盒僅被使用一次。集成的唯一數字ID可區分不同的患者樣本。集成質詢響應加密算法可化解潛在的誤用風險，防止第三方制造商生產假冒偽劣檢測盒。安全認證器IC還具有額外的功能，例如：能夠以時間戳的形式安全地記錄使用歷史。當需要頻繁進行檢測或在每天特定時間進行檢測時，此功能非常有價值。

圖3.PoC系統中的電子認證器IC。

圖4.ADI的安全電子認證。

與條形碼和機械特性不同的是，電子認證器解決方案可集成在檢測盒內部，這樣用戶和潛在偽造者便無法查看安全解決方案。此外，緊湊型IC可減少與緊湊型PoC儀器儀表尺寸限制相關的設計挑戰。

采用電子認證器IC可顯著降低樣本檢測盒被重復使用和誤用的風險，進而可向患者和設備制造商保證檢測結果的真實性和可信度。

ADI公司的電子認證解決方案

ADI公司的電子認證器IC產品系列可提供整體解決方案，無需具備豐富的加密技術知識，即可輕松集成到PoC檢測盒中。

每個安全認證器IC都具有唯一的64位序列號，用于安全標識和追溯檢測盒或設備。安全存儲器可保護制造信息和校準參數等敏感數據免受篡改。認證采用工業標準對稱密鑰SHA-2/SHA-3或非對稱密鑰ECDSA加密算法，以確保檢測盒是正品，防止使用第三方假冒偽劣產品。集成的安全僅遞減計數器可簡化使用管理，并防止重復使用一次性檢測盒。適用于PoC應用的主要產品包括使用簡單1-Wire?通信接口的 DS28E16，以及使用NFC非接觸式接口的 MAX66250 。ADI的電子認證器IC無需使用專用的PCB即可集成到設計之中，提供了可簡化緊湊型PoC設計的解決方案。

結論

PoC 檢測的興起對于患者樣本的安全性和可追溯性提出了更高的要求。設備微型化以及與PoC檢測相關的高風險因素使傳統的患者樣本追蹤手段面臨挑戰，例如：在實驗室環境中常用的條形碼跟蹤手段。電子認證IC（如ADI的DS28E16）將簡化PoC儀器儀表的設計，并有助于檢測設備制造商降低安全風險，從而減少誤診、診斷延誤或產品召回風險。

審核編輯：郭婷