现代临床检验仪器是观察临床中各标本组分的改变、物理性状的变化、分析其化学成分及其结构的重要工具.高效能、高精度、高自动化程度的检验仪器的广泛应用,提高了临床检验的水平和效率.检验结果可为临床医师诊断疾病、了解病情变化、设计xx方案、观察疗效和预后估计提供重要依据.随着科学技术的发展,尤其是酶学、免疫化学、分子生物学、分析化学、化学仪器、电子技术和计算机技术、传感器技术的飞速发展,临床检验学在分析技术和仪器研制方面都有很大的进步,多指标分析、高精度数字处理及全自动化是临床检测分析仪器的发展方向.
临床检验所使用的常规仪器
电解质分析仪血液学分析仪血气分析仪尿液分析仪生化自动分析仪
4.1 电解质分析仪
正常人的体液中钾(K)、钠(Na)、氯(Cl)、钙(Ca)、锂(Li)等电解质都有一定的含量范围.电解质对于保持体液的酸碱平衡、维持渗透压等起着重要作用.在人体发生病变时,如糖尿病酸中毒、肾衰竭、严重呕吐、腹泻、渗出性胸膜炎或腹膜炎等,都会引起电解质偏离正常范围,严重时,甚至危及生命.为了抢救、xx这类病人,必须及时了解病人电解质的平衡情况.测定电解质的方法很多,有化学法、火焰光度法、原子吸收法、离子选择性电极法等.
火焰光度法因其灵敏度较高、设备简单、成本低等优点,曾经被普遍采用.其原理为因每一元素都有其特定的发射光谱,即其谱波长为特异性的,用火焰为激发源,对某些金属元素的发射光谱进行光度分析.但这种方法需先从全血中提取血清或血浆,再加入内标液做定量稀释,所得的数据为全血浆的离子浓度,一般只能测定K、Na二种离子的浓度.此外,该法需要燃气,产生二氧化碳,稀释样品步骤还会降低分析的精密度等,现已较少应用.
目前的电解质分析仪(electrolyte analyzer)多采用离子选择性电极法测量溶液中的离子浓度.这种仪器可以快速xx地同时测定生物样品中的钾、钠、氯、钙、锂、pH等多项指标,同时具有操作方便、灵敏度和选择性好、快速、准确、微量、不破坏被测试样、不用进行复杂的预处理等优点.电解质分析仪从20世纪70年xx始出现,经过二十多年的发展,到目前己被广泛应用于各级医院、大专院校和科研单位.其不足之处一是电极的寿命不够长,长者一年左右,短者只有几个月;二是分析所使用的试剂及各种标准液均需购自专门生产厂家,使其测试成本比火焰光度法高.
4.1.1 电解质分析仪的工作原理及结构
1.基本原理 电解质分析仪是依据对离子选择性电极与参比电极的电位测量而发展起来的.在一种电解液中,大多数盐将电离成离子,在此电解液中插入离子选择电极(指示电极)作为电池的正极,参比电极作为电池的负极,组成原电池.这样在相关的离子选择性电极和参比电极之间形成一电极电位差,即电池电动势.通过测量电池电动势即可测出相应的离子浓度.
2.离子选择性电极 电解质分析仪测量不同的项目,要使用不同的电极,因此离子选择性电极是电解质分析仪重要的部件.离子选择性电极按电极膜材料的不同可划分为固体离子交换膜电极、液体离子交换膜电极、气敏电极和酶电极等类型.常用的离子选择性电极有钠、钾、氯三种电极.
钠电极是一种含铝硅酸钠的玻璃电极.由于使用了对钠离子敏感的玻璃膜,所以对钠离子的选择性很高.它产生的电位和钠离子的浓度成比例.但当pH值低于5时,它会受到氢离子的干扰.这在血液分析时问题不大,因为血液的pH值通常高于5,但分析尿液时则需加入缓冲剂.同时,它对钾离子浓度的改变有瞬态影响,若经常以NH4HF2冲洗可减少此现象.钠电极的寿命一般大于一年.
钾电极是以钾-缬氨霉素为活性材料的聚氯乙烯的膜电极,它是利用钾离子与缬氨霉素的强配位能力而达到高的选择性.一般由三部分构成,在塑料套中嵌装了内参比电极的电极杆、缬氨霉素套、内参比溶液.它与钠电极一样,不易被样品的蛋白质毒害.因此,适合于直接分析生化样品.
钠电极及钾电极的结构
3.测量方法 电解质分析仪的测量方法是采用一个毛细管测试管路,让待测液体同时和所有的电极相接触.不同的电极和样品中相应的离子起作用而建立起各自相应的电位.电解质分析仪一般采用比较法测量样品溶液中的钾、钠、氯、钙、锂等离子浓度.先测量二个已知浓度的标准液(A定标液和B斜率定标液),得到电池的两个电池电动势,通过这两个电池电动势在仪器程序内建立一条校准曲线,然后测量未知浓度样本的电池电动势,从己建立的校准曲线上求出样品离子浓度,显示在显示器上,同时用内置打印机输出测量报告.
电解质分析仪按测试项目分类可分为2项分析仪、3项分析仪、4项分析仪和多项分析仪;按自动化程度分类可分为半自动电解质分析仪和全自动电解质分析仪.按工作方式分类 可分为湿式电解质分析仪和干式电解质分析仪.
4.仪器结构 湿式电解质分析仪是目前最常用的一类分析仪器,它将被测样品作为电池的一部分,然后将离子选择性电极和参比电极插入其中组成电池,通过测量原电池电动势来进行测试分析.干式电解质分析仪也是采用基于离子选择的差示电位法来进行分析测试.
湿式电解质分析仪一般由离子选择性电极、参比电极、分析箱、测量电路、控制电路、驱动电机及显示器等组成.分析箱的设计,实现恒温测量自动化、样品微量化.测量电路与所有离子选择性电极测量仪器相同.控制电路、驱动器等能使仪器实现半自动化和自动化.显示器为仪器的输出设备,用于显示或打印结果.
分析箱
Na电极
K电极
参比电极
测量电路
显示器
驱动器
逻辑控制电路
操作键
干式电解质分析仪由包括两个xx相同的离子选择性电极的多层膜片组成,两者均由离子选择性敏感膜、参比层、氯化银层和银层组成,并用一纸盐桥相连.左边为样品电极,右边为参比电极.
测定时,用双孔移液管取10μl血清和10μl参比液滴入两个加样孔内,即可测定二者间的电位.通常每测一个项目需要用一个干片,每个干片上带有条形识别码,仪器会自动识别所进行的测定项目.干式电解质分析仪具有使用简单、方便、快速等许多无可比拟的优点,是大有发展前途的一种分析仪.
4.2 血液学分析仪
血液是维持人体正常生理活动的重要物质.肌体生理和病理的变化,必将会引起血液组分的改变和血液物理性状的改变.及时发现这些变化,可作为临床医师诊断、xx、疗效判断和预后估计的重要依据.血液学分析仪就是了解这些变化的最常用的分析仪器,主要包括血细胞分析仪、凝血分析仪、血液流变学分析仪等.这里主要介绍血细胞分析仪.
4.2.1 血细胞分析仪
血细胞分析仪实质上是指对一定体积内血细胞数量及异质性进行分析的仪器,包括血细胞计数与分类、血红蛋白测定及网织红细胞计数等众多分析项目,是临床检验工作中最常用的仪器.
40年代末,美国的库尔特(W.H.Coulter)发明了电阻抗法粒子计数技术的设计专利.50年代初,{dy}台血细胞分析仪(Coulter A型)应用于临床检验.当时这种仪器为一个通道,仅能进行红细胞、白细胞计数,故称为血细胞计数仪或血球计数仪.60年代,在原基础上增加一个比色系统,可测定血红蛋白.70年代,随着电子技术及计算机技术的发展,血细胞分析仪可将红细胞阻抗(或散射)所显示的脉冲累加起来,通过计算机处理,得到红细胞比积(又称压积),再计算出红细胞平均体积、平均血红蛋白含量和平均血红蛋白浓度等7个参数.同时血小板计数仪问世,它可将全血低速离心,分离出富含血小板的血浆进行计数.
80年代初,双通道仪器诞生.红细胞和血小板在同一通道计数,白细胞计数为单独通道,使血常规检验扩展为同时进行包括以上8个项目的血液分析项目,国外称之为全血计数(complete blood count, CBC),但不包括血细胞分类.80年代中期,根据白细胞大小不同而产生的阻抗值或散射量的不同,已能对细胞进行粗筛分类(两分群或三分群),且一次可报告13~14个分析参数及红细胞计数、白细胞计数、血小板计数三个直方图.90年代研制出的多功能、多参数、多分类全自动血细胞分析仪,把临床血液学检验提高到了一个全新的水平.
按自动化程度可分为半自动血细胞分析仪和全自动血细胞分析仪. 半自动血细胞分析仪需在主机外匹配稀释器,采集的血标本经稀释器预稀释后再上机检测.这类仪器工作效率低,吸样准确性差,多为手工加溶血素、混匀等,其加入量及放置时间、因人为因素,随机误差较大,不利于质控,并且易发生"半堵孔"或"堵孔"现象.90年代以来,在发达国家已被逐步淘汰,国内用户也为数不多,趋于淘汰.
1.血细胞分析仪分型
全自动血细胞分析仪运用了较先进的计算机技术和机械系统,菜单式操作程序,条码阅读,自动吸取样品,血液在机器内部自动稀释,效率高,检测量准确,有利于质控,减少了操作者实验室感染的几率.且大部分采用表面活性剂法测血红蛋白,避免了氰化物对环境的污染,是全面取代半自动血细胞分析仪的必然趋势.目前还有将全自动血细胞分析仪与自动涂片染色机、电脑及应用软件组合而成的血液分析工作站,将多台全自动血细胞分析仪、全自动网织红细胞分析仪、自动涂片染色机、机械连接系统、电脑、高性能应用软件组合为一体的血液分析流水线(如HST-330模块式全自动血液分析流水线)等.
按检测原理可分为⑴电容型:通过改变两电极之间电容量,获得脉冲信号进行计数.⑵光电型:利用细胞和稀释液对光的吸收度不同,使光敏元件在细胞通过时产生脉冲信号而计数.⑶激光型:细胞受到激光的照射产生光吸收、光散射、发射荧光,得到光学的、电子的信号进行计数;⑷电阻抗型:利用血细胞的电阻大于电解质溶液(稀释液)的电阻,细胞通过微孔时两电极之间的阻抗值增大,产生电压脉冲信号而进行血细胞计数和体积测定.国内产品均为电阻抗型;⑸联合检测型:采用多种现代高科技技术,如利用电阻抗、激光、高频电磁波、流式细胞术和化学染色、特殊溶血剂等多方位联合检测同一个血细胞.此类仪器功能多,特异性强、速度快、获得参数多、对环境污染小.
2.电阻抗法血细胞分析仪
血细胞与等渗电解质溶液相比为相对的不良导体.其电阻值大于稀释液的电阻值.当血细胞通过检测器小孔管微孔的孔径感受区时,检测器内外电极之间的恒流源电路上电阻值瞬间增大,造成两极之间电压的变化,产生一个电压脉冲信号.每次检测中产生的脉冲信号数,即相当于检测出的细胞数 .
操作时,位于小孔两侧的电极产生恒定电流.根据欧姆定律电压变化与电阻变化成正比,电阻值又同细胞体积成正比,血细胞体积越大,电压越高,在甄别器上的脉冲幅度就越大,各种大小不同细胞产生的脉冲信号分别送入仪器内电脑的各个通道,经运算得出各种细胞参数.目前,多数仪器在给出细胞数据结果的同时还提供细胞群体大小分布情况图形,称之为细胞体积直方图.
血细胞分析仪在进行细胞分析时,将每个细胞的脉冲根据其体积大小分配并存储在相应的体积通道中,每个通道收集的数据被统计出相对数,表示在Y轴上,体积数据以飞升(fl)为单位,表示在X轴上.可将白细胞体
积从30~450fl分为256个通道,每个通道1.64fl,依据体积大小分别将其放在不同的通道中,得到白细胞体积分布直方图.初步确认:{dy}群是小细胞区,主要是淋巴细胞,体积在35~90fl之间;第二群是单个核细胞区,也称为中间细胞群,体积在90~160fl,;第三群为大细胞区,主要是中性粒细胞,它分叶多,颗粒多,体积可大至160fl以上.
血小板和红细胞共用一个小孔管.正常人红细胞体积和血小板体积有明显的界限.因此血小板计数准确容易.当血细胞悬液中含有异常血细胞(如小红细胞)时,划分界限不清.为使血小板计数有较高的准确性,计算机对血小板和红细胞分布图进行判断,将血小板计数的上限阈值判定线放在红细胞和血小板分布图交叉部分的{zd1}处计数 .
3.血细胞分析仪进展与应用展望
随着多种高科技技术在临床检验工作中的应用,血细胞分析仪在自动化程度、先进功能和xx设计方面提高到了一个崭新的阶段.自80年代起,世界各血液分析仪厂家从仪器的测试原理、各种特殊技术的使用和仪器自动化水平的提高三个方面进行改进,使血细胞分析技术得到了长足的发展.全自动多参数白细胞三分群、五分类血细胞分析仪不断涌现,仪器自动化程度也日新月异.将来有可能将多种常用的全自动临床检验仪器,如血液流变学分析仪、凝血分析仪、急诊生化分析仪、全自动生化分析仪等组合成综合高智能应用型临床检验仪器流水线,为临床提供多方位的服务.
4.3 血气分析仪
血气分析仪(blood gas analyzer)是用来测量人体血液中的酸碱度(pH)、二氧化碳分压(PCO2)和氧分压(PO2)的仪器.根据所测得的上述几个参数,还可以靠血气分析仪本身的计算,或借助于其它手段(如血气列线图),求出血液中的其它参数,如血液中的碳酸氢根的浓度AB、标准碳酸氢根浓度SB、血液缓冲碱BB、血浆二氧化碳总量TCO2、血液碱超BE等.根据这些参数可以了解人体血液的酸碱平衡情况和输氧状态,从