生化分析仪

生化分析仪
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仪器简介
第一代：分光光度计
利用紫外光、可见光、红外光和激光灯测定物质的吸收光谱，利用此吸收光谱对物质进行定性定量分析和物质结构分析的方 法，称为分光光度法或分光光度技术，使用的仪器称为人分光光度计。
第二代：半自动生化分析仪
半自动分析仪指在分析过程中的部分操作（如加样、保温、吸入比色、结果记录等某一步骤）需要手工完成，而另一部分操作 则可由仪器自动完成。这类仪器的特点是体积小，结构简单，灵活性大，即可分开单独使用，又可与其他仪器配合使用，价格便宜。
第三代：全自动分析仪
全自动生化分析仪，从加样至出结果的全过程完全由仪器自动完成。操作者只需把样品放在分析仪的特定位置上，选用程序开动仪器即可等取检验报告。
自美国Technicon公司于1957年成功地生产了世界上第一台全自动生化分析仪后，各种型号和功能不同的全自动生化分析仪不断涌现，为医院临床生化检验的自动化迈出了十分重要的一步。自50年代skeggs首次介绍一种临床生化分析仪的原理以来，随着科学技术尤其是医学科学的发展，各种生化自动分析仪和诊断试剂均有了很大发展，根据仪器的结构原理不同，可分为：连续流动式（管道式）、分立式、分离式和干片式四类。
生化检测意义
生化分析仪（HF）用于检测、分析生命化学物质的仪器，给临床上对疾病的诊断、治疗和预后及健康状态提供信息依据。
常规检测项目
肝功：谷丙转氨酶（ALT/GPT）、谷草转氨酶（AST/GOT）碱性磷酸酶（ALP）总胆红素（T.BIL）直接胆红素（D.BIL）、总蛋白（TP）、白蛋白（ALB）
肾功：尿素氮（BUN）、肌酐（Cre）、二氧化碳结合力（CO2）、尿酸（UA）
血脂：总胆固醇（CHO）、甘油三脂（TG）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）
血糖：葡萄糖（GLU）
光学系统
光学系统：是ACA的关键部分。老式的ACA系统采用卤钨灯、透镜、滤色片、光电池组件。新式ACA系统光学部分有很大的改进，ACA的分光系统因其光位置不同有前分光和后分光之分，目前，先进的光学组件在光源与比色杯之间使用了一组透镜，将原始光源灯投射出的光通过比色杯将光束变成光速（这与传统的契型光束不同），这样，即使比色杯再小，点光束也能通过。与传统方法相比，能节约试剂消耗40-60%。点光束通过比色杯后，在经这一组还原透镜（广差纠正系统），将点光束还原成原始光束，在经光栅分成固定的若干种波长（约10种以上波长）。生化分析仪采用光/数码信号直接转换技术即将光路中的光信号直接变成数码信号。将电磁波对信号的干扰及信号传递过程中的衰减完全消除。同时，在信号传输过程中采用光导纤维，使信号达到无衰减，测试精度提高近100倍。光路系统的封闭组合，又使得光路无需任何保养，且分光准确、寿命长。
恒温系统
恒温系统：由于生物化学反应时温度对反应结果影响很大，故恒温系统的灵敏度、准确度直接影响测量结果。早期的生化仪器采用空气浴的方法，后来发展到集干式空气浴与水浴优点于一身的恒温液循环间接加温干式浴。其原理是在比色杯周围设计一恒温槽，第二组搅拌棒同时进行高速高效的清洗，增加了血凝块和蛋白质凝块的报警，依照报警级别的重测结果，减少吸样误差，提高测试结果的可靠性。大型生化仪器每小时检测数多在1000个以上，生化分析仪因此自动重测相当重要，测试结果的主观评价和手工重测已不能满足临床的需要。
仪器分类
自动生化分析仪有多种分类方法，最常用的是按其反应装置的结构进行分类。按此法可将自动生化分析仪分为流动式和分立式两大类。
流动式自动生化分析仪是指测定项目相同的各待测样品与试剂混合后的化学反应在同一管道流动的过程中完成。这是第一代自动生化分析仪。过去说得多少通道的生化分析仪指的就是这一类。存在较严重的交叉污染，结果不太准确，现已淘汰。
分立式自动生化分析仪与流动式的主要差别是每个待测样品与试剂混合间的化学反应都是分别在各自的反应皿中完成的，不易出现交叉污染，结果可靠。
流动式自动生化分析仪
空气分段系统
这种分析仪的特点是通过比例定量泵挤压弹性样品管、空气管和试剂管（通称“泵管”），将样品依次连续地吸入并沿样品管输送，另一方面由空气管吸入的气泡将由同样原理吸入并在试剂管道中连续流动的试剂分成均匀的节段，样品流和试剂流在连续向前流动的过程中相遇、混合、透吸（必要时）、保温、反应及被测定。整个分析过程是液流在管道中连续流动的过程中完成的。
非分段系统
非分段系统是靠试剂空白或缓冲液来间隔每个样品的反应液，这样，在管道中连续流动的液体不被分段。非分段系统可再分为流动注入系统和间隙系统。
1、流动注入系统：该系统的组成与空气分段系统相似，但某些结构和工作原理有所不同，空气分段系统是利用气泡分段来防止管道中各反应液在流动过程中的交叉污染，而流动注入系统则是通过将样品依次注入连续流动的试剂流管道中来达到防止交叉污染的目的的。
2、间隙系统：该系统的结构、组成和工作原理与流动注入系统相似，但其特点是每一次进样都必须在前一样品的分析过程结束后（包括管道的清洗）才能开始，而不能连续地依次进样，每次进样间有一时间间隙，故有人称为不连续流动式分析仪。
分立式自动生化分析仪
分立式为第二代自动生化分析仪，它与流动式的主要差别是每个待测样品与试剂混合间的化学反应都是分别在各自的反应皿中完成的。
称为第三代自动生化分析仪的离心式自动生化分析仪，也应属于分立式。因为在离心式分析仪中，每个待测样品都是在离心力作用下，在各自的反应槽内与试剂混合，并完成化学反应，继而被测定的。离心式分析仪属于“同步分析”，在离心力的作用下，各待测样品几乎同时与试剂混合、反应并被测定后打出报告；而其它分析仪是“顺序分析”，即各待测样品依次与试剂混合、反应先后被测定。
袋式自动生化分析仪也应属于分立式，它是用试剂袋代替反应管和比色皿，测定时每个待测样品在各自的试剂袋内进行反应并被检测。还有一种称为“干式自动生化分析仪”也属于分立式。它的主要特点是采用固相化学技术，即将试剂固相于胶片或滤纸小片等载体上。测定时使一定量的待测样品分布于一张试纸片上，一定时间后用反射光度计测定。
分立式自动生化分析仪，是目前各实验室普遍使用的自动生化分析仪，一般都可以任意选择测定项目，故称为任选式自动生化分析仪。下面将重点介绍任选式自动生化分析仪。
任选式自动生化分析仪
加样系统
1、样品转盘：可放置小型样品杯数十只。有的分析仪可直接用盛样本的试管，有的还附有条形码阅读装置，能识别样本试管上的条形码信息，不需给样本编号，也不必输入病人资料即可打印出该病人的化验报告。
2、试剂室（仓）：不同的分析仪试剂室可容纳的试剂盒数量不同，一般可容纳20多种试剂。有的试剂室带有冷藏装置，带有条形码识别装置的试剂室试剂可以任意放置试剂盒位置。
3、取样装置：有的分析仪取样本和取试剂公用同一采样针，由内部的分流阀控制取样本和取试剂；有的仪器有两套取样装置，分别取样本和取试剂。采样针前端有液面传感器防止空吸或采样针外壁液体挂淋，采样臂中有预温装置。如果采用多试剂分析方法，将占用试剂室中试剂盒位置，会减少测定项目。
样本系统
1、样本库：有65个样本位，可放置多种原始采血管、试管及微量样本杯。并有两个样本盘，可任意交换使用。
2、样本量：2.5ul～40ul，项目编制时确定，仪器自动取样，0.05ul递增。
3、样本针：具有液面自动检测和防碰撞安全保护功能。
4、样本针清洗：除专用的清洗液对样本针的内外表面冲洗外，还用温的蒸馏水冲洗样品针的外表面，热风吹干。 
操作系统
1、软件操作系统：Windows XP
2、数据处理：储存，输出各种检测数据和图表（包括项目的计算结果）没有时间和储存量的限制。 
比色系统
1、光源：大多数分析仪使用卤素钨丝灯，工作波长325～800nm。有的分析仪使用氙灯，工作波长285～750nm。
2、比色杯：有分立式比色杯、分立式转盘式比色杯、离心式比色盘、流动池。干式生化仪不需要比色杯，袋式生化仪由试剂袋经挤压自动形成比色杯。比色杯光径6-7mm，少数为10mm。
比色杯中的反应液需要恒温，有37℃、30℃、25℃三档可选择，有的固定为37℃。多数用吹入恒温空气的方式，也有用恒温水浴或半导体温控装置的。
为了保证比色杯中反应液有±0.1℃的精确度，分析仪的环境温度必需保持18～30℃，室温波动不宜超过2℃。
3、单色器：（1）干涉滤光片（2）光栅
4、检测器：（1）光电倍增管，已很少用。（2）列阵固态光敏二极管。
供排水系统
自动生化分析仪中有很多供水管道与电磁阀。只读存储器中软件参数控制电磁阀与输液泵供给各个部件的冲洗与吸液，最后排出机外。随机存储器内的分析参数控制电磁阀与注射器的步进电机，供应样本、试剂和稀释用水。有的生化仪还能自动冲洗比色杯供反复使用。
数据处理系统
每个项目的检测结果暂时储存在随机存储器中，待某个样本所需的项目全部检测完毕，由微机汇总打印出综合报告单。微机的存储器中可以存储相当数量的病人数据与逐日的室内质控数据，随时可以按指令调出，在荧光屏上显示或打印，也可存储在软盘中长期保存，随时调阅。
分析顺序
每份样品可以任选试剂室内预置试剂盒的一项或全部项目的检测。微机按输入的指令，安排项目检测次序，一般先做孵育时间长的终点法，后做监测时间短的速率法，以便恒速打印综合报告单。当指定样本进入待测位置时，微机指令试剂盒进入试剂取样位置，按所测项目的参数由加样系统定量取样，同时比色杯按微机的指令到达指定位置加样。生化仪的分析速度与仪器加样周期的时间有关。加样周期的时间越短分析仪的速度越快。双试剂法占用两个加样周期，分析速度减半。
分析参数
1、试验代号 14、连续监测时间
2、试验名称 15、标准液数量
3、试验方法 16、标准液浓度
4、试验类型 17、重复校标次数
5、温度 18、计算因子（F值）
6、波长：可选择主波长和次波长。 19、计量单位
7、反应类型 20、小数点位数
8、终点法零点读数 21、底物耗尽
9、样本量与稀释水量 22、线性度
10、试剂量与稀释水量 23、试剂吸光度上限与下限
11、样本空白 24、线性范围
12、孵育时间 25、参考范围
13、延迟时间
分析参数的使用
（一）仪器厂家提供的测定项目
1、著名仪器公司自己生产常用项目试剂盒、定标液（定值血清型标准液）与定值质控血清，提供30种左右常用项目的分析参数，供用户直接使用。另外还有数十个空白项目参数表，由用户自己开发新项目。
2、有的著名仪器公司自己不提供试剂盒，但有合作的试剂公司，由合作试剂公司提供分析参数。因此，在购买仪器时必须购买一定数量指定试剂公司的试剂盒（包括定标液与定值质控血清）。
3、小型仪器公司既不生产试剂盒，也没有合作试剂公司，分析参数表是空的，需要用户自己设计分析参数，因此难度很大。不过国内代理商一般提供他们的设计参数，往往个别参数不恰当，用户自己应逐条核实。
（二）最好使用厂家的原装参数
1、原装分析参数不应修改，仅计量单位要选用我国法定单位。用原公司指定的试剂盒、定标液与定值质控血清作室内质量控制，除非分析仪没有调试好或有故障，一般能一次通过。
2、不同公司的定标液在定值时所用原始标准的来源不同，其定值可以稍有差异。方法学相同的试剂盒配方也有差异，所以其它公司的定标液或用水剂标准液作仪器定标，使用非指定试剂盒作质控，测得的数值与质控血清的的预计值会有差异，这种情况不表示原装分析参数不合适。
3、国产试剂盒的产品质量已大有提高，可选择方法学相同的优质国产试剂盒与原公司指定试剂盒作并行检测，实验样品应包括低值和高值，结果作相关分析。符合要求的可以使用。少数项目的方法学没有符合要求的国产试剂盒，只有另行安排该项目的国产试剂分析参数。但原参数要保留或备份，等待合格的国产试剂盒出现。
4、不论用原公司或国产试剂盒，原分析参数不应随意修改，尤其是主要参数；如血清试剂比(包括稀释水量）、孵育时间、延迟时间、检测时间，因为这些参数一旦改变，线性范围和各种限额参数都将发生改变，严重影响测定结果的准确性。
5、双试剂两步法的方法学有很多优点，如果分析仪为双试剂式，最好用双试剂两步法。
6、底物耗尽参数不能删去，否则高浓度结果出现低值；线性范围如果删去，高浓度结果也会偏低；试剂吸光度上下限如被删去，分析仪将接受变质试剂。
（三）自己设计分析参数的原则
如果仪器公司不提供分析参数或测定项目的方法学不同，可以自己设置分析参数。主要设计以下几个参数。
1、样本试剂比例。 6、计算因子。
2、孵育时间。 7、底物耗尽限额。
3、延迟时间。 8、线性度。
4、监测时间。 9、线性范围。
5、试剂吸光度上下限。
以上这些参数试剂盒说明书一般都会提供，可按此填入分析参数表，定标后即可进行日常工作，有些参数在以后的工作中逐步修正。
仪器构成
因为自动生化分析仪是模仿手工操作的过程，所以无论哪一类的自动生化分析仪，其结构组成均与手工操作的一些器械设备相似，一般可有以下几个部分组成：
1、样品器：放置待测样本、标准品、质控液、空白液和对照液等。
2、取样装置：包括稀释器、取样探针和输送样品和试剂的管道等。
3、反应池或反应管道：一般起比色皿（管）的作用。
4、保温器：为化学反应提供恒定的温度。
5、检测器：如比色计、分光光度计、荧光分光光度计、火焰光度计、电化学测定仪等。不同仪器配置不同。
6、微处理器：是分析仪的电脑部分，又叫程序控制器。控制仪器所有的动作和功能，使用者可通过键盘与仪器“对话”，同时电脑还能接受从各部件反馈来的信号，并作出相应的反应，对异常情况发出一定的指示信号。分析软件和分析结果一般贮存在磁盘中，可供查询。
7、打印机：可绘制反应动态曲线和打印检验报告单等。
8、功能监测器：显示屏就是其中一部分，可查看反应状态、人机“对话”的情况、当前仪器工作状态、分析结果等。
测量方法
全自动生化分析仪目前在测量血液常规项目时，是以比色法为主，主要原理是运用光谱技术中不同原子吸光不同而测量的，那么对于ISE模块的功能实现，主要有两种方法，一是比色法，二是间接法。比色法因其测量精度，准确度等与所要求的相差太大，此法在医学的早期实验室检查中使用，已经是属于淘汰的用法。间接法，其方法原理与目前市场上存在的其它仪器所用直接法相似，但ACA的脆弱性所致，为防仪器内部被堵塞，对样品的要求极为严格，需经常规分离再经稀释后方可测量，而一般的生化ISE模块对样品的稀释倍数又大都在30倍左右，在如此大的稀释倍数下，对管路确是有益，但从数据统计处理角度来看，这样的测量，将会把误差同比例放大，那么这样测到的结果，准确度和精确度不能达到要求。
另外，ACA所采用的间接法与目前其它仪器所采用的直接法的差异，在此引用一本检验行业的权威之作《临床生化检验》一书对此的描述：间接电位法：样品与标准液要用指定离子强度与pH的稀释液作定量稀释，再行测定，此时样品和标准液的pH和离子强度趋向一致，所测离子活度等于离子浓度，间接法所测结果与火焰法相似。在高脂血症或高蛋白血症的血清样品中，由于单位体积血清中水量明显减少，若用定量样品作稀释后，再用间接法测定，会得到假性低血钠（或钾），但直接法能真实地反映血清中离子的活度，据报告：直接法比间接法约高2~4%。
通过对ACA的了解，也发现ACA对使用者的解放度不够，想人类自从走上电子电器时代，辅助电子产品的宗旨之一就是解放人的时间，而ACA仪器，因庞大而复杂的系统，在检测操作前有预热、校正、模块检测、纯水检测、系统试剂检测等诸多繁杂工作要准备，此为常态流程，但若仪器再出故障，工作量势必会大幅增加。尽管为全自动工作仪器，但却不利于检验科室工作的顺利进行，以大型三甲医院为例，每天的病患标本多则上百，若仅在ACA上花费如些之多的时间，工作的开展将使效率大大降低。
从费用方面讲，进口设备因为技术垄断，在国内的市场上尚无有力竞争对手的情况下，有一定的定价权，更有市场垄断之疑，售价少则十多万，多则几十万，而对于带ISE模块的ACA仪器则又在同等基础上贵出约5到8万，且大多只能检测三项指标K、Na、Cl，而同等产品，将不同项目分离单测，国内品牌售价则要低较多，如国内品牌迈瑞。在试剂消耗上，因ACA大都是整套配套试剂，所以用于电解质的测定上，相应的成本就会上升，对于中小型医院，因各种原因，只能对常见疾病做治疗，可能真正所需只是电解质的检验报告，如此，为测定少数项目而使用ACA，对医院来讲，设备的利用率不高，造成一定的资源浪费。
全自动生化分析仪测量电解质所用间接法与直接法的结果差异，我想可以用误差产生的概念来说明。首先说明几个概念，第一，真值：客观存在的真实值；第二，误差：测量结果与被测量真值之差。间接法与直接法测量结果都有误差，但却有本质的不同。误差产生的原因有两种，叫系统误差和偶然误差。对于间接法和直接法，因测量，计算，得出结果等步骤都是由仪器完成，偶然误差可以近似认为一致，但系统误差却不容忽视。间接法因测量方法所限，故其系统误差要大于直接法，正如早期临床检验中所用的火焰法，因本身方法之限，所造成的系统误差较大，系统误差是不可避免的，所以最终结果在特殊血清中会有假性低血钠（或钾）出现。