在过去的二十年中，自动尿液分析取得了显着的技术进步。基于显微镜和流式细胞术的仪器均可生成临床上有用的可靠结果，自动试纸条读数可提供附加值。现存技术的额外集成可能会进一步缩短周转时间。
新的技术进步为自动尿液分析的重大进展铺平了道路。使用反射法定量读取尿液试纸已成为可能，而互补的金属氧化物半导体（CMOS）技术提高了分析灵敏度，并在微量白蛋白尿测试中显示出希望。在过去的几十年中，基于显微镜的尿液颗粒分析取得了长足的进步，使临床实验室的高通量成为可能。尿流式细胞术是自动显微镜检查的替代方法，对流式细胞术数据的更彻底的分析使尿微生物能快速分化。将稀释参数（例如肌酐、比重和电导率）整合到尿液试纸读数仪和尿液颗粒流式细胞仪中，可以校正尿稀释，从而改善结果解释。自动尿液分析可用于尿路筛查以及诊断和监测各种肾脏病和泌尿系统疾病;较新的应用显示出早期发现尿路上皮癌的有希望的结果。同时，基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）的引入使尿路病原体的快速鉴定成为可能。自动化和工作流程的简化导致了尿液分析中试纸读数仪和颗粒分析的机械集成。由于尿液分析获得的信息很复杂，引入专家系统能更加进一步减少分析误差，提高沉淀物和试纸分析的质量。随着芯片实验室方法的引入和微流体的使用，新的负担得起的定量尿液分析和手机读数应用可能会变得可用。在这篇综述中，我们介绍了自动尿液分析的主要最新进展和未来展望。
尿液分析是临床实验室中的主要诊断筛查试验，在诊断和监测肾脏病和泌尿系统疾病方面具备极其重大作用。直到最近，显微镜下尿沉渣分析还是最广泛接受的尿液分析方法。然而，这种耗时的方法与广泛的分析错误有关[1]。在过去的25年中，新的自动化技术和信息学大幅度的降低了尿液分析的劳动强度，并创造了新的技术可能性。本综述介绍了自动尿液分析的主要最新进展和未来展望。显微镜下尿沉渣分析仍然是尿液分析的关键方法;不幸的是，所需的专业相关知识在任何一个时间里（夜间，周末）都无法普遍的使用。因此，图像的电子传输（远程医疗）对于获取诊断信息非常有帮助[2]，从而能够就不寻常或可疑的发现与专家进行磋商，并在整个医学和科学界传播有趣的发现。
尽管用于尿液试纸的干化学技术进展有限，但多年来电子检测的进步大幅度的提升了试纸读数仪的分析灵敏度[3]。2002年，Penders等人[4]证明，自动尿液试纸条读数可以对红细胞（RBC），白细胞（WBC），葡萄糖和尿蛋白进行定量分析。根据库贝尔卡和蒙克[5]提出的反射率理论，反射率读数的倒数值与测量的分析物的浓度成正比。这些定量试纸读数的应用已经描述在酮[6]和白蛋白[7]中。
经典的基于染料结合的白蛋白试纸条与互补金属氧化物半导体（CMOS）基条读取器相结合，可以对白蛋白尿进行定量分析并确定白蛋白：肌酐比值。这一进展使得能轻松的获得微量白蛋白尿范围（20-200mg/L）的定量白蛋白读数[8]。肌酐特异性测试垫可以纠正尿稀释，这对于评估白蛋白尿很有用[9]。
使用CMOS技术，还能够得到白细胞酯酶和过氧化物酶活性的非常灵敏的读数[10]。与白蛋白尿类似，反射率数据可用于定量分析[10]。同时，使用敏感染料提高了白蛋白尿试纸的敏感性[11]。
最近一个有趣的演变是使用智能手机来读取和解释尿液试纸结果[12,13,已经提出了移动医疗保健平台，将袖珍尺寸的比色读数仪和市售的10参数尿液分析纸条相结合，可以通过智能手机发送数据[15]。
在手动显微镜检查中，离心、倾析和再悬浮等几个步骤导致细胞裂解和丢失[16]。信息学和计算机技术的进步使基于模式识别的自动化显微镜的发展成为可能。在过去的二十年中，许多制造商已经销售了这种仪器（表1）。
与大多数其他自动尿液显微镜分析仪相比，iQ200 分析仪（美国加利福尼亚州查茨沃斯市虹膜诊断）使用层流数字成像技术 [17,18,19,20,[21]其鉴定软件使用通过带电耦合装置摄像机的镜头对标本的单一层流对未离心尿液中的细胞和颗粒进行分类和定量。数百个数码相机捕获通过识别软件做评估，每个粒子都根据形状，对比度和纹理等特征进行分类。在仪器分类后，操作员能够将获得的图像重新分类或更正为正确的类别。各种研究报告了红细胞、白细胞和上皮细胞的iQ200输出与手动细胞计数之间有很强的相关性[17,18,19,20,单独使用粒子识别软件时，红细胞的相关系数为0.894，iQ200重新分类后红细胞的相关系数为0.948[18]。在同一项研究中，WBC的相关性为0.885（与参考方法相比），重新分类后提高到0.978。用户重新分类后 iQ200 输出的相关系数为鳞状上皮细胞 0.927，施法为 0.856，非鳞状上皮细胞为 0.706。iQ200拥有非常良好的线性度和精度，未检测到残留物[18,[19]在某些情况下，由于酵母菌分类错误，可能会发生假性升高的红细胞计数;也就是说，酵母菌可能与红细胞混淆[19]。此外，如果存在异常红细胞（如鬼魂和畸形细胞），系统不会对受损的白细胞进行计数，并且计数较少的红细胞[22]。计数结果等于或超过常规明场显微镜或早期流式细胞术技术。该仪器消除了手动样品制备;然而，它需要一个训练有素的技术专家来重新分类发现。光学系统还允许对尿细菌进行定量[23]。由于分类软件的能力有限，大多数问题发生在微生物分析过程中[22]。iQ200检测到的小球菌的图像很难被医学技师归类为“细菌”。对某些杆状，已获得更好的分类结果[21,[24]此外，在iQ200上使用自动智能显微镜检验测试可能提示膀胱癌诊断的恶性/非典型尿路上皮细胞，鉴定灵敏度为87.5%[25]。
FUS-100（中国长春迪瑞）是一种类似的分析仪。Yüksel等人[26]确定FUS-100对红细胞和白细胞的敏感性分别为73%和68%。然而，已发现相关的FUS-200分析仪（Dirui）对细菌识别和定量的分析灵敏度不理想。
sediMAX（匈牙利布达佩斯Elektronika 77）是一种基于图像的自动显微镜尿液沉淀物分析仪（在一些国家也称为Urized）。虽然iQ200将识别的颗粒分为不一样的类别（红细胞和白细胞）[28]，但sediMAX显示了整个视野内的颗粒，类似于手动显微镜看到的微观场[29]。该仪器提供明场和相差图像，并从明场和相差显微镜图像中生成复合图像，以在一个视图中展示每个图像的特征。其在视觉相差显微镜方面的诊断性能已经过评估[30]。运行中不精确度为17.8%和6.7%，浓度为18×106/L 和 447×106/L分别用于红细胞和17%和4.4%，浓度为4×106/L 和 258×106/L，分别用于白细胞。运行间不精确度为14.7%，浓度为30×106/L 和 7.2%，浓度为 283×106红细胞的/L和5.4%，浓度为25×106/L 和 3% 在 166×106/L 表示白细胞。ROC曲线（AUC）下的面积范围为红细胞，白细胞，鳞状上皮细胞，酵母和草酸钙晶体的80%至90%。对于非鳞状上皮细胞以及病理性和透明管型，AUC的范围为73%至74%;未检测到结转。因此，sediMAX能够很好地计数和鉴定红细胞，白细胞，鳞状上皮细胞，酵母，细菌和草酸钙晶体。识别病理管型和非鳞状上皮细胞是足够的，但需要改进。
第二代 sediMAX 分析仪（sediMAX 2， 77 电子电气）可以区分四种类型的晶体：草酸钙二水合物、草酸钙一水合物、尿酸和鸟粪石。sediMAX信任（77电子），这是经相差显微镜更新的sediMAX 2分析仪，也可以检测其他晶体;然而，它无法精确地识别它们，导致软件将它们归类为未识别的晶体。使用sediMAX信任的尿液晶体之间的区别是特异性的，但缺乏敏感性[31]。此外，该系统适用于寄生虫识别。自动分析仪 Cobas u701 （罗氏诊断，德国曼海姆） [33,[34]和 Atellica 1500（西门子医疗，德国埃施伯恩）最近已推向市场[35]。这些分析器基于类似的模式识别原理。
与视觉显微镜相比，尿液颗粒流式细胞仪（UFC）提高了计数精度和准确性，并显着减少了劳动力。第一个这样的UFC，UF-100（Sysmex，日本神户），能够正常的使用氩气激光流式细胞术鉴定红细胞，WBC，鳞状上皮细胞，移行上皮和肾小管细胞，细菌，透明和包涵体管型，酵母样细胞，晶体和。分析和诊断评估已经证明，在临床上有用的工作范围内，线性度是可接受的，不精确性始终明显低于显微镜检查，残留物可忽略不计。研究将UFCs与腔室计数、定量尿液显微镜检查、沉淀物计数、试纸、细菌培养和尿密度进行了比较[36],37,使用UFCs的临床研究集中在尿路感染的诊断和监测上;血尿部位的定位;以及肾脏疾病的诊断、监测和排除[36]。
UFC中的经典氩气激光器已被半导体激光器取代，半导体激光器具有更长的常规使用的寿命，因此更经济。半导体激光器（以另一种蓝色波长工作）的引入迫使研发人员完全重新设计系统并调整染料。较新的 UF-5000 和 UF-4000 （Sysmex） 分析仪可以通过分析前向散射光 （FSC）、侧散射光 （SSL）、侧荧光光 （SFL） 和去偏振侧向散射光 （DSS） 来识别、计数和分类细胞。引入DSS是为了更好的提高晶体灵敏度并更好地区分红细胞和晶体[39];然而，与基于显微镜的读数器相比，晶体的微分是不可能的。
最流行的方法是将试纸与UFC结合使用以进行初级筛选，或者使用两种方法（即UFC和试纸）或利用试纸进行与UFC分析颗粒无关的分析物。随着UFC和测试条读取器的机械耦合已经实现[40]，现在存在基于用户可定义的决策规则的组合两种测试模式的专家系统。这种策略的实施大幅度减少了显微镜检查，节省了时间和成本，而不会降低临床效用。
使用UF-1000i（Sysmex），细菌前向散射（B_FSC）和荧光光散射（B_FLH）可用于初步鉴别由革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌引起的尿路感染（UTI）[41]。根据细菌直方图评估B_FSC和B_FLH参数似乎有助于区分革兰氏阴性和革兰氏阳性菌株[42]。B_FSC数据可能有助于推定排除由革兰氏阳性菌引起的UTI。尿培养被认为是 UTI 诊断的金标准。它能确定菌尿水平和抗菌药敏性。然而，没有标准化的细菌计数表明明显的菌尿，适用于所有类型的UTI。支持当前尿培养指南的科学证据往往不完整，在某些情况下，指南没明确的选择[43]。
由于阴性结果的百分比很高（根据设置，高达60%[44,[45]），需要一种有效的筛选方法，减少不必要的培养试验次数。已经开发出几种筛选培养阴性样品的方法，包括试纸化学试验（亚硝酸盐、白细胞酯酶、尿蛋白和尿血红蛋白）和尿液沉淀物的手动或自动显微镜检查（检测颗粒、白细胞和微生物）。虽然这些筛查方法大多数都用在全科医生和微生物学实验室，但它们是主观的、耗时的，并且显示出较差的敏感性和阴性预测值。许多作者报告使用流式细胞术检测尿液样本中的细菌和白细胞。流式细胞术能够大大减少培养的样品数量，从而大幅度减少工作量、时间和成本，特别是在临床实验室中[45],47,使用流式细胞术，可以更早地报告阴性结果，从而大幅度减少不必要的经验性抗生素处方。使用流式细胞术可将临床实验室处理的尿液样本数量减少28-60%[41],42,44,49,50,51,52,53,54,55,然而，在文献中，所应用的截止值以及所获结果的敏感性和特异性存在很大差异。这些变化主要是由于参加这些不同研究的患者群体的临床状况谱。这些差异可归因于用于对 UTI 进行分类的不同定义，这取决于在特定环境中应用的指南。因此，我们得出结论，流式细胞术筛查阴性尿液样本的适用性特别大程度上取决于群体特征和尿培养阴性的定义[44]。此外，与培养相比，自动尿液分析仪的局限性在于它们同时计数活的和死的细菌颗粒，由此产生更高的颗粒计数。为了简化实验室工作流程，自动试纸读取器和颗粒分析仪已成功机械集成。除了机械集成之外，专家系统的发展还能够比较和识别需要人工审查的案例，来提升测试结果的质量[36]。
由于测定不精确性会跟着时间的推移而明显地增加，因此纠正尿稀释慢慢的变必要。由于补液是尿液分析中的主要分析前混杂因素，因此引入了许多参考参数来评估尿稀释和水合。最常用的参比分析物是比重、电导率和尿肌酐测定[58],59,电导率测量已集成到流式细胞术仪器中。比重能够正常的使用折光率仪或试纸做测量。表2总结了自动尿液分析中使用的最重要的稀释参数。
MALDI-TOF质谱（MS）最近被引入常规临床微生物学实验室。由于培养所需的时间继续阻碍决策和实验室工作流程，直接从样品中表征细菌负载量是一项重大进步。一些研究探索了使用MALDI-TOF MS直接分析尿液样本，从而消除了病原体鉴定所需的时间滞后[61,62,63,64,65,66,67,该技术已被建议为一种快速可靠的细菌鉴别判定的方法[69]。
将尿路筛查方法与在菌尿阳性样本中直接应用MALDI-TOF MS相结合的初步研究显示，直接病原体识别敏感性范围为67%-86%[61],64,70,这些结果反映了类似研究的结果，这些研究显示病原体阳性血培养物中病原体鉴定成功[61],72].。
目前尚不清楚MALDI-TOF MS能否满足UTI诊断的需求，因需要进行筛查以提高阳性样本的产量。为了直接分析尿液，需要初始样品制备步骤来去除细胞碎片，WBC和粘液并收集细菌。在当前的迭代中，MALDI-TOF MS结果的分析受到多微生物样品的阻碍。高达77%的导管相关UTI是多微生物;因此，需要改进的算法来解释细菌组合的光谱，以便对这些样本做尿液直接检测[73],此外，该技术不能提供关于UTI治疗中常用抗生素的抗菌药敏性的可靠信息[75]。正在开发用于抗菌药敏试验的间接方法，包括在抗生素存在的情况下测量细菌代谢副产物以评估药敏性。
Oviaño等人[76]开发了一种基于MALDI-TOF MS的自动测定法，用于在收到样品后90分钟内快速，直接检测临床尿液样品中产生碳青霉烯酶的肠杆菌科;碳青霉烯酰胺酶活性在可靠地直接鉴定革兰氏阴性杆菌后通过 MALDI-TOF MS 分析检测到。在他们的研究中，从尿液样本中提取细菌，使用亚胺培南作为抗生素标志物检测碳青霉烯类药物耐药性，并自动解释结果。他们的测定在91%的样品中产生了直接可靠的鉴别判定的结果，并且在样品接收后90分钟内显示出100%的灵敏度和特异性来检测碳青霉烯酶活性。
鉴于对开发便携式和具有成本效益的读码器的巨大需求，袖珍型比色读码器可以与可以通过智能手机传输数字信息的设备的试纸结合使用，为在培训专家有限的地区检测疾病提供了一种综合解决方案[77]].微流体技术的进步使得新的基于芯片的检测的新方法得以开发，这将在不久的将来改变自动尿液分析的领域[78]。除了传统的尿液分析应用[79]外，集成的微流控芯片被描述为测量尿液样本中膀胱癌细胞浓度的有前途的工具[80]。同样，微流体纸分析设备已被设计和制造用于评估已知导致人尿液样本中UTI（ 大肠杆菌 ）和性传播疾病（ 淋病奈瑟菌 ）的细菌[81]。
在过去的二十年中，自动尿液分析取得了显着的技术进步。基于显微镜和流式细胞术的仪器均可生成临床上有用的可靠结果，自动试纸条读数可提供附加值。现存技术的额外集成可能会进一步缩短周转时间。
与此同时，实验室的合并导致实验室数量的减少，从而增加了患者与实验室之间的物理距离。这一趋势带来了重大的预分析挑战。尽管标准化有所改善[82]，但尿液分析中的大多数错误发生在分析阶段之外。特别是分析前的步骤，更容易[83]。由于分析变异已大幅度减少，因此就需要将更多的精力集中在分析前阶段。