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1、第十五章 自动分析技术和仪器,第一节实验室自动化,3,自动化（automation）全实验室的自动化(total laboratory automation，TLA)实验室信息系统(1aboratory information system，LIS)医院信息系统(hospital information system，HIS),重点概念：,4,定义：实验室技术人员用最小的劳动强度使用实验室仪器和样品处理设备来完成临床实验分析。,自动化（automation）,准确、精密、快速、高效,自动化分析仪的优势：,5,目前自动化的范围：检验申请收费样品采集样品标示运送样本的接(验)收、检验项目(含收费)
2、的确认分析前处理(如离心、分注、贴标识)样品装载样品分析分析后处理,不仅仅是指分析过程的自动化，还包括分析前和分析后的自动化。,自动化的范围：,未来自动化的范围:,6,全实验室的自动化(total laboratory automation，TLA),定义：,借助实验室信息系统(1aboratory information system，LIS)将临床实验室中各类自动化分析仪器(生物化学、血液学、分子诊断学、免疫学等)串联起来，组合成流水线作业的形式，把样品输送到不同的检测单元，并将各个仪器的检测结果合并输出，实现了远程检验申请、实时在线检测、远程审核结果和实验数据的共享。,7,8,全实验室自
3、动化,9,Front View of Automation Line（自动化流水线正面观）,10,Tail End of Automation Line（自动化流水线末端）,11,基本结构：,硬件软件,标本自动传送系统 标本前处理系统 标本后处理系统 检测单元,信息处理系统（自动化流程控制、支持软件系统以及计算机硬件）,12,样本入口区域 急诊标本装载区域条形码识别离心 揭盖原始管装载&卸载,直接进行分析智能测试的贮存区域无链接仪器样本分类至原来区域样本分装,样本入口区域,揭盖,出口区域,分析仪器,无需离心样本,贮藏室,数据管理,分析仪器,离心,标本前(后)处理系统,分装模块,13,样本分选,
4、自动离心,自动智能分装,自动开盖,自动样本装卸,重测存储复测,14,极大限度地减少了标本处理和数据处理等过程中所谓单调(dull)、脏(dirty)、危险(dangerous)的“3D”人工操作,意义：,1、逐步实现部门一体化，所需人力资源减少，效率提高；2、所用的标本量减少，更好的方便患者；3、人工操作减少，操作误差减少到最小；4、更快的处理标本；回报结果的能力增强；5、促进实验室操作的规范化；6、安全性和整个过程的控制更好；7、实验室占用较少的空间；8、全面提升临床检验的管理。,15,实验室信息系统(laboratory information system，LIS),是以支持实验室日常工
5、作、管理决策、科研等为目标的信息收集、处理、存储、传播和应用的系统，由信息系统和管理系统两部分组成。信息系统以实验室标本检测全过程中产生的数据管理为主，管理系统以实验室的经济、物资、人事、科研等管理决策为主。,定义：,16,17,LIS的特点：,采用客户服务器体系和分布式处理方式建立局域网；在客户端使用图形界面的操作系统(如windows3.xwindows 9x)，显示图形、图像等信息更加方便；具有以图形界面为基础的实时质量控制系统；在网络上，每台微机既可作为LIS系统的客户端，也可作为HIS系统的客户端；每台自动分析仪都可以实时连接到网络客户端上，所有检验数据都能为整个HIS系统所共享；门
6、诊患者、数据存储、数据输出的编码已有统一标准，条形码得到广泛应用；HL7(Health Level seven)协议是目前医疗信息数据交换标准中应用最广泛的一个国际标准。,18,LIS的框架模式,LIS把每个实验室的工作步骤设计成模块，用条码技术把各个模块贯穿起来，用户能个性化地没置和组合各个模块。在这个框架模式下，就能满足不同规模、流程的临床实验室的需求,1检验申请2收费3样品采集4核收5质控6分析前处理7生成工作任务清单8分析过程9分析后处理10审核11生成报告单和发布12查询,19,医院信息系统(hospital information system，HIS),利用电子计算机和通讯设备，
7、为医院所属各部门提供病人诊疗信息(Patient Care Information)和行政管理信息（Administration Information)的收集(Collect)、存储(Store)、处理(Process)、提取(Retrieve)和数据交换(Communicate)的能力并满足所有用户(Authorized Users)的功能需求。,20,第二节 自动生化分析仪,22,自动生化分析仪(automatic biochemical analyzer)，是把生化分析中的取样(样品稀释)、加试剂、混匀、保温反应、检测、结果计算、可靠性判断、显示和打印、清洗等步骤实现自动化的仪器。,一
8、、概 述,23,二、全自动生化分析仪的主要类型、基本结 构和工作原理,(一)自动生化分析仪的类型,自动生化分析仪种类繁多，根据不同分类标准，可分成不同的种类。,24,25,26,根据同时可测定项目数量,根据项目选择方式,单通道,多通道,随机任选式,固定项目式,根据仪器自动化程度,全自动化,半自动化,27,（二）连续流动式自动生化分析仪 检测特点：测定项目相同的各待测样品与试剂混合后的化学反应及整个分析过程，均在同一管道中经流动过程完成，又称管道式分析仪。,空气分段系统式,试剂分段系统式,分 类：,28,结 构：样品盘：用来放置待测样品和标准品比例泵：提供使样品在仪器内进行运动的压力以及向流经管
9、道的液体注入空气混合管：将比重不同的液体充分混匀透析器：去除反应管中大、小分子对反应的干扰，恒温器：恒定反应所需温度比色计和记录器：获得检测结果。,29,单通道管道式自动分析仪结构示意图,30,（三）离心式自动生化分析仪 结构与检测原理：,使用特殊材料制成的转盘作为反应器，转盘上有呈放射状排列的三个为一组的凹槽，可多达30组。检测时，将转盘放在离心机上作为转头，在靠近轴心的凹槽中加入试剂，中间凹槽中加入待测标本转盘转动后，在离心力的作用下，试剂与标本混合，发生反应。经适当的时间后，反应液最后流入离轴心最远的凹槽中，该凹槽的上下表面均由透明的塑料材料制成，可作为比色孔。当光源光束按垂直方向通过该
10、比色孔时，完成比色测定。最后由微机进行数据处理、结果分析，并将测试结果显示并打印出来。在分析过程中，样品与试剂的混合、反应和检测等每一步骤同时完成，属于“同步分析”。,31,离心式自动分析仪结构示意图,32,（四）分立式自动生化分析仪,模拟手工操作的方式设计仪器并编制程序，以机械臂代替手工，按照程序依次进行有序的操作，完成项目检测及数据分析。,检测特点：,工作流程：,33,“顺序式”分析示意图,34,结构：,样品盘(架)和取样装置试剂室(瓶)和取液装置混匀装置保温系统检测系统清洗系统计算机控制系统等,35,36,基本结构和原理,分析部分,操作部分,检测系统,进样和加液系统,反应系统,清洗系统,
11、计算机系统,37,检测系统,组成:检测系统(detection system),光学系统,信号检测系统,功能:作为分析部分的核心，它的功能是将化学反应的光学变化转变成电信号。,38,光学系统,功能:提供足够强度的光束、单色光及比色的光路。,组成:,由光源、光路系统、分光器、比色杯等组成。,39,光 源：,一般采用卤素灯(多为12V20W)，寿命为800小时左右，提供波长范围为325nm800nn的光源。,40,光路系统：,定义:从发出光到信号接收的全部路径。,组成:由一组透镜、聚光镜、比色杯和分光元件等组成,41,光路的分类：,直射式光路和集束式光路,集束式光路的优点：,使光束变窄，可检测低于
12、180l的反应液，使生化分析仪的超微量检测成为可能,42,前分光光路和后分光光路,后分光的优点：,可同时选用双波长或多波长进行测定，提高了分析的精度和准确度；不需调节仪器的任何部件，降低了噪声，减少了故障率。,43,反射式光路：,特点：,在干化学化分析仪中使用。载体是固相的试纸，不具备透射功能，反光度与浓度成反比。,44,分光元件,分类:滤光片、棱镜、全息反射式光栅和蚀刻式凹面光栅,滤光片均为干涉滤光片，有插入式和可旋转式滤光片槽、滤光片盘两种。,全息反射式光栅是在玻璃上覆盖一层金属膜后制成，有一定程度的相差，易被腐蚀。,蚀刻式光栅是将所选波长固定地刻制在凹面玻璃上(1mm内可以蚀刻40001
13、0000条线)，有耐磨损、抗腐蚀、无相差等优点,45,比色杯,比色杯的厚度有0.5cm、0.6cm和1cm三种。光径小的可以减少样品和试剂用量。光径小于1cm时，仪器可以自动校正为1cm。,46,比色杯有二种类型：,2、反应杯兼作为比色杯：反应杯以不同形式逐个连接在一起，形成一个盘结构，按指定顺序通过光路，进行连续比色。,1、流动比色池:吸液器将试管内的有色溶液吸入固定的比色杯，进行比色后再吸出，此为单通道比色方式。,47,信号检测系统,功能：是接收由光学系统产生的光信号，将其转换成电信号后放大，再把它们传送至数据处理单元。,信号接收器：一般为硅(矩阵)二极管,信号传送方式：光电信号传送和光导
14、纤维传送两种,48,进样、加液系统,功能：模仿人工操作，识别样品和试剂，并把它们加入到反应器中。,样品架(盘)和试剂盘,加液系统,搅拌器,组成：,单通道全自动生化分析仪,49,50,51,52,多通道全自动生化分析仪,53,反应系统,组成：反应盘和恒温系统两部分。,反应盘,反应盘是生化反应的场所，全部的反应杯位于其中，目前的全自动生化分析仪都用反应杯兼作比色杯，置于恒温箱中。,54,恒温系统,自动生化分析仪通过恒温系统保持温度的恒定，以保证反应的正常进行，其保持恒温的方式有干式恒温、水浴循环加热式、恒温液循环间接加热式三种：,55,清洗系统,组成：一般由吸液针、吐液针和擦拭块组成，可有五至九段
15、清洗，段就是冲洗的步骤。,清洗的工作流程：,吸出反应液,吐入清洗剂,吸干,吐入去离子水,吸干,擦干,56,57,计算机系统,主要功能：控制标本的识别、吸取样品和试剂、样品和试剂的反应、测定方法的选择、吸光度的检测、数据处理、校准方法、结果打印、质量监控等,功能表现：具有各种测定方法、校准方法、仪器使用状态的实时监控、多种质量监控方式、项目间结果计算、各种统计功能、多种报告打印方式、数据存储和调用。,58,三、全自动生化分析仪的性能及评价,（一）性能：,自动化程度分析效率精度和准确度应用范围及功能其它性能,59,1.自动化程度,定义：自动化程度指在人发出指令后，能够由仪器自己独立完成工作的程度和
16、可同步分析的检测项目数量等。,决定因素：取决于仪器所使用微机处理功能的大小。,60,2.分析效率,定义：指在测定方法相同的情况下分析仪的分析速度，即单位时间可处理标本的能力。,决定因素：决定于一次测定中可测样品多少和可测项目的多少。,单通道分析仪，一次只能检测一个项目，分析效率较低，这里的分析效率指仪器一次可容纳的样品数量。,多通道分析仪，一次可测定多个项目，分析速度一般表示为“test/h”,表示方法:,61,3.精度和准确度,取决于仪器各部件(加液、温度控制、波长、计时等)的加工精度和精确的工作状态以及加样精度、恒温方式和测光方式。,62,4.应用范围及功能,仪器的应用范围:指所能进行的分
17、析方法以及可测定项目的种类。,分析方法除了分光光度法外，还能进行浊度法、离子选择性电极法、荧光法等测定。既可用终点法，也可作动态法检测。,可测定项目，早期常规的生化检验指标，近年来免疫浊度法测定特种蛋白、药物监测的分析和微量元素测定,很多分析仪还具有一些特殊的功能,双波长和多波长的测光技术双试剂功能多种校准及质量控制功能,63,5.其它性能,仪器的取液量、最小反应液体积、反应时间、可测吸光度范围。,试剂的使用是封闭式还是开放式,仪器的性能价格比、条码识别功能等。,检测能力,检测范围等,64,(二)自动生化分析仪的评价,精密度评价波长检查相关性,65,1.精密度评价,内容：批内重复性和总精密度两
18、个方面，反映仪器的测定结果的精密度。,批内重复性 测定批内重复性就是对样品的某一个或几个项目各重复测定20次，计算它的CV值即精密度，然后与厂家的该项技术指标进行比较。,总精密度 以血糖为例，选择两个浓度(有医学决定水平的正常和异常值)，每天测定2批，每个浓度各平行两次，两批之间的时间间隔不少于2小时，连续20天，要求每天必须做室内质量控制。然后计算总精密度(ST)。,66,2.相关性,内容：有两台仪器以上的实验室，应该进行仪器间结果的比较。若仅有一台仪器，为了得到实验室之间的一致性，也可以用参考实验室的仪器进行比较。,方法：相同的试验项目在不同的仪器上测定然后用线性回归进行比较和校正。,67
19、,3.波长检查,内容：包括线性和准确性的检查。,线性检查方法是用系列标准溶液在最大吸收处读取吸光度，然后绘制标准曲线或用回归法计算线性相关。,准确性检查的方法有两种：用已知准确摩尔浓度和摩尔消光系数()的溶液在其特定波长比色，=A值摩尔度，然后与标准比较。与已知准确波长的仪器比较，如有漂移，应进行适当的校正。,68,七、自动生化分析仪分析方法,一点终点法二点终点法连续监测法,69,(一)一点终点法,原理：使用一种或两种试剂，当样品和试剂混合后，待测物与试剂的物理化学反应达到终点时，测定一次吸光度，计算待测物的浓度。,应用：该法具有代表性的试验有总蛋白、白蛋白、葡萄糖氧化酶法等,双试剂一点终点法
20、反应示意图,70,（二）两点终点法,二点终点法也称固定时间法，它可以用一种或二种试剂。,单试剂二点法，在样品与试剂混合后的延滞期后读取A1，一定时间后读取A2，A=A2-A1。双试剂二点法，属于试剂启动法，原理是加入样品试剂1读取A1，加入试剂2读取A2，也是读取两次吸光度，第一次是相当于读出样品空白的值，加入试剂2至第二次读数才是实际呈色反应，因此A=A2-kA1。,特点：可以消除样品、试剂的颜色、浊度，和一些干扰物质对测定的干扰。,71,72,3.比浊法,比浊法也是一种终点法不过是一种浊度测定，比浊法可用于化学比浊法和免疫比浊法。免疫比浊法又分为透射比浊和散射比浊,目前常用的免疫比浊法主要
21、用于血清特种蛋白的检测，如载脂蛋白、微量蛋白、急性时相反应蛋白，免疫球蛋白等，以及某些药物监测。,73,4.双波长法,原理:是检测计在对一待测物进行检测时，同时用两个波长检测，用主波长的吸光度减去副波长的吸光度标准物与待测物同等对待，计算待测物的浓度。,优点:是可以通过消除背景吸收，而减少样品的颜色和浊度所产生的影响，它不仅可以有效地校准样本的混浊、溶血、黄疸等，还可对电源波动有补偿效果。,74,(二)连续监测法,特点：连续监测法属于动态法检测，适用于酶活性检测，此法是通过适当的仪器，连续测定酶促反应过程中某一反应产物或底物的浓度随时间变化的情况。原理：是在酶反应的最适条件下，用物理、化学或酶
22、促反应的分析方法，在反应速度恒定期(零级反应期)和反应呈线性期来连续观察和记录一定反应时间内底物或产物量的变化，以单位时间酶反应初速度计算出酶活力的大小。,绝对法：酶活力(uL)=A(反应液体积样品体积)(1000消光系数)相对法：酶活力(UL或mmolIL)=A(测定)A(标准)标准物的活力或浓度,计算方法有两种：,75,1两点速率法 观察两个时间点的吸光度，与单试剂二点法相似，但必须是在零级反应期和线性期。用两个吸光度的差值(A)除以时间(分)，计算出每分钟的吸光度值。,76,2多点速率法 在酶促反应进程的零级反应期间每隔一定时间(2秒30秒)进行一次监测，连续监测多次，求出单位时间内的反
23、应速度即A。速率A法也称最小二乘法，它是用最小平方法求得每分钟的吸光度变化(A)，从而求出浓度或活性值，是全自动生化分析仪上最常使用的速率法。,77,多点deta法是求出各点吸光度差即=An-An-1，取符合线性反应段的值，计算酶活力。,仪器内已设置好符合线性反应条件，如果小于规定值，则弃去。仪器还可对获得的数据进行回归分析，去掉斜率值过大过小的部分，取线性部分，计算酶力单位。,第三节免疫自动化分析,79,二、免疫自动化分析技术,自动免疫比浊法自动放射免疫分析自动酶免疫分析免疫芯片技术化学发光免疫分析、电化学发光免疫分析和荧光免疫分析,80,(一)自动免疫比浊法,免疫透射浊度分析免疫散射浊分析
24、,81,1、免疫透射浊度分析,溶液中存在的抗原-抗体复合物分子应足够大，分子太小则阻挡不了光线的通过；溶液中抗原-抗体复合物的数量要足够多，如果数量太小，溶液浊度变化太小，对光通量影响不大；透光比浊采用光电池直接接收光通量，即光度计的灵敏度不高，微小的浊度变化不易影响透光率的改变；透光比浊是依据透射光减弱的原理来定量的，因此只能测定抗原抗体反应的第二阶段，检测仍需抗原-抗体温育反应时间，检测时间较长。,缺陷：,82,2散射比浊(nephelometry)分析,将免疫测定与散射比浊法的原理相结合，是一种快速、自动化、微量检测体液中特定蛋白质的免疫化学分析技术,(1)终点散射比浊法：(2)速率散射比浊法：(3)定时散射比浊法：(4)散射比浊法的临床应用,83,(二)自动放射免疫分析,以易被射线探测仪器准确计数的放射性核素来标记示踪剂，利用抗原抗体高度专一的特异性结合来对待测物进行定量，具有很高的灵敏度、精确性和特异性。,(三)自动酶免疫分析,(1)EIA中的放大系统：生物素-亲和素系统 荧光底物的应用(2)固相载体的进展：磁性微粒子的应用(3)与其他检测技术相结合：EIA技术的发展已经开始趋于和化学发光、免疫荧光等技术相结合,自动酶免疫分析的进展：,
