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임상병리사는 보건의료기관의 진료지원부서에서 일하며 다양한 의학적 분석법을 통해 인체로부터 유래된 혈액, 소변, 체액, 조직 등의 검체를 살펴 질병의 원인 규명과 질병 예방을 도모하고, 치료 경과를 알아본다. 보건의료 관련 연구기관에서 의생명과학분야의 기초 및 임상 연구와 개발을 담당한다.

의사는 환자 진료 시 먼저 문진과 진찰 등을 통해서 이상 여부를 살피는데, 이상이 있다고 판단되면 임상병리사에게 질병과 관련된 의화학적 검사를 의뢰하고 검사결과를 분석하여 보고하게 한다. 임상병리사는 인체로부터 유래된 다양한 가검물(可檢物)을 검사하고 분석하여 건강 및 질병의 상태를 밝히기 위해 매우 다양한 종류의 검사를 수행한다. 구체적으로 병리학·미생물학·생화학·기생충학·혈액학·혈청학·법의학·요화학(尿化學)·세포병리학, 방사성동위원소를 사용한 가검물 등의 검사 및 생리학적 검사(심전도·뇌파·심폐기능·기초대사나 그 밖의 생리기능에 관한 검사) 등이다.

검사방법은 주로 검사물(검체)에 반응하는 시약을 사용해 반응 정도를 측정하거나 이상 세포 및 조직을 슬라이드로 만들어 현미경으로 세포의 변화를 발견하게 된다. 과거에는 모든 진단과정이 수작업으로 이뤄졌으나, 현재는 첨단검사장비 및 분석 장비 덕분에 업무가 자동화, 첨단화되어 검사가 한층 신속해졌다.

임상병리사는 신종플루가 유행할 당시 유전자 증폭기술을 통해 진단을 내리는 데 기여하였다. 이처럼 유전체 및 단백질체의 지도를 활용해 유전질환 및 질병의 발현 정도를 예측하는 등 질병 예방 및 관리에도 관여하고 있다. 담당 업무 범위가 각 세포단위를 넘어 핵산과 유전체 수준 영역으로 확장되면서 관련된 검사를 전담하고 있다.

임상병리사는 분야에 따라 진단혈액검사, 임상미생물검사, 수혈의학검사, 일반화학검사 및 특수화학검사, 분자면역혈청검사, 분자유전검사, 종양표지자검사, 약물검사, 알레르기검사, 무기질검사, 세포유전검사, 현장검사(POCT), 감염관리업무 등을 하며, 심전도검사, 뇌파 및 수면뇌파검사, 심폐기능검사, 기초대사검사, 근전도검사 등의 기타생리학적 검사도 담당하고 있다. 이 외에 조직검사와 세포병리검사, 방사선동위원소를 이용한 핵의학검사 등을 실시하며, 이에 부가적으로 사용되는 시약 및 장비도 관리한다. 진출 분야에 따라 업무에 차이가 있을 수 있지만, 기본적으로는 질병의 진단과 원인을 규명하는 업무를 수행한다. 이 외에도 실험실에서 약물에 대한 표본을 추출하기도 하고, 약물의 치료 효과 등을 검증하기 위해 동물실험과 관련된 연구업무를 하기도 한다. 또한 현재 사용 중인 검사법이나 분석법 등을 평가하여 개선하거나 새로운 검사법을 연구하기도 한다.

다양한 환경에서 근무하지만 대체로 보건의료기관 내 진단검사의학과, 병리과, 핵의학과 등의 부서에서 검사물(검체)을 분석한다. 임상병리사가 다루는 검사물은 정상적인 기능을 하지 못하거나 혐오적일 수 있다. 또한 검사실에서 세균이나 화학약품에 노출될 수 있기 때문에 항상 소독가운 및 일회용 장갑을 착용하고 청결을 유지해야 한다. 최근 검사실 환경의 중요성이 강조되면서 환기가 잘 되는 쾌적한 공간이 갖춰지고 있다. 순환기내과 검사실, 호흡기내과 검사실, 신경과 검사실 등 생리학적 검사를 수행하는 부서는 검사의 특수성 및 환자의 보호를 위해 독립된 공간이 요구된다.

응급환자를 위해 2교대 및 3교대 근무를 해야 할 때도 있으며, 시간이 촉박하더라도 정확한 검사를 시행하고 그 결과를 제공해야 한다는 부담감이 있을 수 있다. 특정 분야에 있어서는 검사물을 직접 채취하기도 하며 생리학적 검사 분야는 환자와 직접 접하여 관련 검사를 수행하기도 한다.