第七篇-医用检验仪器

1、检验医学及其仪器王成什么是检验医学定义：是指对临床标本进行正确的收集和测定，并作出正确的解释和应用。 是运用基础医学理论和技术为临床医学服务的学科。近年来，由于临床医学的飞速发展，诊断、治疗、监测、预后和医学研究对检验的需求迅速增多，医学检验方法亦随之迅速增多，医学检验的各种检测结果对疾病的诊断、治疗、预后判断和健康评价正起着越来越重要的作用。随着新型电子、计算机、生物信息、激光、精密仪器制造等先进技术的迅猛发展和应用，临床检验仪器的更新换代也日新月异。因此，从事临床医学检验专业的人员，了解现代临床检验仪器的原理、使用和维修，越发显得重要。检验医学近代物理学生物化学分子生物学仪器材料学计算机电

2、子技术激光色谱、质谱荧光古代:感官检查（如：尿液中世纪）17世纪:荷兰Leeuwenhoek发明显微镜 一、临床检验基础的现状和特点20世纪末以来:自然科学基础学科与医学基础学科结合电脑化、自动化、微量化21世纪：现代信息网络技术（远程诊断）与系统生物工程（包括分子生物学）、临床医学结合。最常用的临床检验，借助先进的检测技术，对来自离体的血液、尿液、粪便以及分泌物和排泄物等标本进行理学、化学、病原学和显微镜形态学的检查，以简便、快速的检测结果，基本满足临床医学检验筛检疾病的需求。血液标本采集血液标本采集和抗凝剂选择 全血：临床血液学检查：血细胞计数、分类血浆：临床生化检查（内分泌激素测定等）；

3、血栓与止血的检查血清：除纤维蛋白原等凝血 因子外，其他成分与血浆 基本相同，多数临床化学和 临床免疫学检查。一、采血方法静脉采血法 (venipuncture for blood collection) 皮肤采血法(skin puncture for blood collection )真空采血法 (vacuum tube for blood collection，负压采血法)。定量、安全、转运方便.封闭式采血,无需容器转移，减少溶血。真空定量贮存试管适于不同的检验项目 （2）避免非疾病因素的干扰生理变异：第一类：不能控制的生理变异年龄和性别对检验影响为长期效应第二类：相对能控制的生理变异，如

4、食物、药物、情绪、状态、体位和标本采集时间等，对检验的影响多为短期效应。1）饮食因素：刚进食、禁食、饮酒、吸烟2）药物因素：方式、浓度 二、临床检验基础的应用目的 1为疾病诊断和鉴别诊断提供实验室检测客观依据 2.为疾病疗效监测和预后判断提供动态变化依据 3.为预防疾病提供检测依据 4.为科学研究提供医学检验基本数据、基本检验方法和操作技能。 三 主要内容血液分析技术与相关仪器流式细胞技术与流式细胞仪光谱分析技术及相关仪器电化学分析技术和临床相关仪器自动生化分析技术和相关仪器尿液分析技术和相关仪器 库尔特原理血细胞分析仪：指对一定体积全血内血细胞异质性进行自动分析的临床常规检验仪器。计数原理是

5、根据血细胞的不良导电性和产生电阻抗原理来计数血液中的细胞，也就是电阻式血细胞计数原理，这种原理现在已经成为血细胞计数和分析中最为经典的原理。变阻脉冲法血细胞计数原理小孔管换能器将待测血液涌洁净的电解液充分稀释，使血细胞在电解液中成为游散状态，在施以负压，单个血细胞流过小孔，电解液电阻瞬间变大，经电路处理形成一定的电压值，进行计数。不同细胞引起的电压变化血细胞的分类计数体积不同，产生的脉冲幅度也不同；白细胞最大，红细胞次之，血小板最小。根据阈值选择，进行不同细胞的计数。红细胞计数：正常人体外周血红细胞的数目为白细胞的1000倍左右，当阈值电压选在U1时，白细胞产生的脉冲可完全忽略，红、白细胞数可

6、视为红细胞数。红细胞的计数血小板计数：将阈值电压选在U2时，可以去掉干扰计数，并计出红、白细胞和血小板的总数。最后从总数中减去红、白细胞数，即为血小板数。 血小板的计数白细胞计数：在计数白细胞时，先在稀释血液中加入一种溶血剂，使红细胞溶解破碎，其碎片体积分散到不影响白细胞计数的程度，红细胞破碎后，将阈值电压选在Ul，再对剩下的白细胞进行计数，便可以求得白细胞数。血液分析技术与相关仪器VCS技术中V、C、S各代表什么意思： V代表体积，采用电阻抗进行血细胞计数和体积测量； C代表电导，依据细胞可影响高频电流传导的特性，采用高频电磁探针测量细胞内部结构，细胞内核浆比例，质粒的大小和密度，从而区别体

7、积完全相同而性质不同的两个细胞； S代表光散射，对细胞颗粒的构型和颗粒质量有较强的鉴别能力，通过测定单个细胞的散射光强度把粒细胞分开。容量、电导、光散射法（VCS） 首先标本内加入只作用红细胞的溶血剂使红细胞溶解，然后加入抗溶血剂起中和前溶血剂的作用，使白细胞表面、胞质及细胞大小等特征仍然保持与体内相同的状态。根据流体力学的原理使用鞘流技术，使溶血后制体内剩余的白细胞单个通过检测器，接受VCS三种技术的同时检测 血液分析技术与相关仪器血液凝固分析仪：采用一定的分析技术，对血栓与止血有关成分进行自动检测的临床常规检验仪器。血凝仪凝固法原理：是通过检测血浆在凝血激活剂作用下一系列物理量（光、电、超

8、声、机械运动等）的变化，再由计算机分析所得数据并将之换算成最终结果的方法，故也称生物物理法。血液从溶胶状态变为凝胶状态的现象，是止血功能的重要组成部分，由多种因子参与，参与的因子称为凝血因子。血凝最后形成纤维蛋白。正常血液中，有使纤维蛋白溶解的物质，又存在抗凝因子，故正常血液不会自己凝固。异常-凝血因子不足，可致出血，反之，可致血管内凝血生物学方法 将凝血因子激活剂加入到待检血浆中，使血浆发生体外凝固，凝血仪连续记录血浆凝固过程中的一系列变化(如光、电、机械运动等)，并将这些变化信号转变成数据，用计算机收集、处理数据后得出检测结果。 血液流变学 研究血液及其组成成分的流动与变形规律,是生物流变

9、学的一个分支。 研究对象包括：全血类指标：如血液黏度、血液的触变性、黏弹性、红细胞压积等；红细胞类指标：如红细胞聚集性、红细胞变形性、红细胞膜的微黏度、红细胞电泳等；血小板类指标：如血小板聚集性、血小板黏附性、血栓弹力图、体外血栓的形成与测定等；血浆类指标：如血浆黏度、血浆纤维蛋白原等 临床血液流变学临床血液流变学主要探讨在疾病的发生、发展、诊断、治疗、预后估计中血液流变指标的意义和作用，从血液流变学的角度研究疾病的发病机理、治疗措施等；病程发展的监测，评价药物疗效等。研究重点在于血液的宏观、微观流变特性的改变与各种疾病之间的关系及生化指标，如血糖、血脂、血浆蛋白、凝血因子、自由基、内毒素等与

10、血液流变特性的关系等。 血液的流变特性 血液是一种悬浮系统，有形成分中大部分是红细胞，此外还有少量的白细胞及血小板等，这些成分共同悬浮在血浆中。血浆是一种复杂的水样溶液，主要是高分子化合物，如白蛋白、球蛋白、纤维蛋白原等，溶解在稀盐溶液中。 影响血液流变特性的主要是红细胞的特性，它可看做是高度可变形的中间充满液体的弹性薄壳体。 血液在血管中的流动形式层流即血液在血管中的流动是分层流动的，越靠近中央流速越快，反之越慢，这样在两层之间就产生了速度差，即V1-V20，如果将两层间的距离与速度差之比，即得速度梯度，速度梯度又称切变率。在实际的血液流动中，血细胞处于血管的中央，其周围是血浆层，这样形成两

11、个相即流速较快的中央相和流速较慢的边缘相。二者合称两相系统(Two phase system)，这种流动形式具有重要的生理意义(压迫、 分技)。 血液在血管中的流动 血液在血管中的流动血液在血管中的流动红细胞聚集性健康人的血液流动中形成的聚集体极易被散开，故一般不会发生红细胞的聚集，其聚集也通常是可逆的，它依赖于切变率以及红细胞膜的表面性质。当切变率增大时，红细胞呈分散状态，切变率减小时，则呈聚集状态。 1影响红细胞聚集性的因素 F聚集力=F大分子力F电斥力 F 切应力F表面曲力。红细胞膜的活性、渗透压、pH值、炎症反应、毒性等因素2红细胞聚集性测定的意义红细胞的聚集性增高可导致血液黏度增加，

12、使局部血液停滞，聚集体可闭塞小动脉的入口，造成血液循环障碍。血流减缓及组织灌注的减低又可加重红细胞的聚集程度。出现一系列的恶性循环，进而殃及血细胞本身及血管壁基质。红细胞聚集性红细胞变形性指在外力的作用下，红细胞改变形状的特性，一般用于描述红细胞在流动中的变形能力。它随切变率的增加而增加。变形性的优势是影响血液在高切变率下黏度变化的重要因素。 三、红细胞变形性1影响红细胞变形性的因素 红细胞自身因素： 膜粘弹性：ATP酶活性，脂质 组成改变； 内黏度：A、Hb性质的改变，B、 Hb浓度的改变； S/V：正常情况下，红细胞膜有 50%的膜贮量；S/V细胞更趋 于球形，张力变形性。 切变率的大小：

13、切变率变形(激光 衍射仪)； 血浆渗透量：渗透量细胞内液外渗 内粘，渗透量细胞肿胀 S/V变形； 温度： 当 温度达40-41时、RBC膜 构象改变变形； 氧化剂：氧化剂Hb变性，膜蛋白交链。外部因素血管中的红细胞血管中的红细胞血液黏度黏度是血液的重要力学性质，也是血液流变学研究的重要内容之一，血液黏度对于机体的生理和病理变化均具有重要意义。 血液黏度的测定原理一般情况下在体外测定血液和血浆的黏度。全血黏度主要取决于红细胞数量的多少，血浆黏度主要取决于血浆蛋白。血液的黏度在体内并不是一个物理常数，在大血管和微血管中血液的表观黏度不一样。目前测量全血黏度一般均使用回转式黏度计，评价全血黏度使用表

14、观黏度的概念，以同一切变率下的表观黏度作为不同样本之间互相比较的指标。 毛细管黏度计的测量原理依据泊肃叶定律：流量与管道两端的压力差、管道半径成正比，并与管道长度和流体黏度成反比。管道半径R、长度L、压力都可以在实验条件下恒定，那么流量Q就只与黏度有关，而如果我们恒定流量Q，那么黏度就与时间t成正相关。利用一已知黏度的流体做对照就可以测出血液的黏度。 毛细管黏度计的测量原理实际测量时，让水和血液分别通过同样长度、同样管径的玻璃管，分别测量水和血液通过时所用的时间Tw和Tb，已知水的黏度W，则血液黏度可按下式计算出来。b =（Tb/Tw）*w 回转式黏度计的测量原理将血液置于一个切变率已知的切变

15、场中，测量一定剪切率下所产生的切应力大小，然后按下式计算血液的表观黏度=/锥板式黏度计的工作原理图 由一圆平板和一同轴圆锥组成，待测的液体放在圆锥和圆板间隙内。一般固定圆板，圆锥以已知角速度旋转，通过测量液体加在圆锥上的扭力矩换算成液体的黏度。 锥板式黏度计流式细胞技术与流式细胞仪采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发效率；利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，保证检测的灵敏度和特异性；用计算机系统对流动的单细胞悬液中单个细胞的多个参数信号进行数据处理分析，保证了检测速度与统计分析精确性。 一、工作原理 液流系统光学系统细胞信号处理细胞分选器1.流式细胞仪的基本结构：由样本和

16、鞘液组成待测细胞 单个细胞的悬液 荧光染料标记的单抗对其染色 受清洁气体压力 从样品管进入流动室形成样本流鞘液：辅助样本流被正常检测的基质液。主要作用是包裹样本流的周围，保持样本流中细胞处于喷嘴中心位置，防止其靠近孔壁而阻塞喷孔。（1）液流系统采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发效率；利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，保证检测的灵敏度和特异性；用计算机系统对流动的单细胞悬液中单个细胞的多个参数信号进行数据处理分析，保证了检测速度与统计分析精确性。 一、工作原理 由样本和鞘液组成待测细胞 单个细胞的悬液 荧光染料标记的单抗对其染色 受清洁气体压力 从样品管进入流动室形成样

17、本流鞘液：辅助样本流被正常检测的基质液。主要作用是包裹样本流的周围，保持样本流中细胞处于喷嘴中心位置，防止其靠近孔壁而阻塞喷孔。（1）液流系统FCM的液流系统（如何形成单个细胞流）样本管鞘液管激光光源：气冷式氩离子激光器分色反光镜：反射长/短波长，通过短/长波长光束成形器：两十字交叉放置的透镜透镜组：形成平行光，除去室内光滤片：长通、短通、带通光电倍增管：FS, SS（散射光）， FL1, FL2, FL3, FL4（荧光）（2）光学系统FACSCalibur 光路图单参数直方图双参数直方图:点图 二维等高图 假三维等高图三参数直方图多参数分析分析直方图二、数据显示方式数据显示类型单参数直方图

18、（Histogram）X轴：代表荧光信号或散射光信号的强度，用“通道数”表示，可以与光强度之间线性关系或对数关系Y轴：代表该通道内所出现具有相同光信号特征性细胞的频率二维等高图和密度图Pseudo 3D Plot3D Plot光谱分析技术及相关仪器光谱分析方法（Spectrometry）是基于电磁辐射与物质相互作用产生的特征光谱波长与强度进行物质分析的方法。它涉及物质的能量状态、状态跃迁以及跃迁强度等方面。通过物质的组成、结构及内部运动规律的研究，可以解释光谱学的规律；通过光谱学规律的研究，可以揭示物质的组成、结构及内部运动的规律。光谱分析方法包括各种吸收光谱分析和发射光谱分析法以及散射光谱（

19、拉曼散射谱）分析法。 通过流式细胞仪进行细胞分选主要是在对具有某种特征的细胞需进一步培养和研究时进行的。4、细胞分选原理细胞悬液形成液流柱流动室振动液流断裂成液滴空白液滴含细胞的液滴弃去偏转落入收集器压电晶体产生机械振动不充电充电（一）分选基本原理透射光谱法透射光谱法就是把待测样品置于作用光与检测器之间，检测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子相互作用后的光，若样品是透明的真溶液，则分析光在样品中经过的路程一定，透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决定。 反射光谱法反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一侧，检测器检测到的分析光是光源发出的作用光投射到物体后，以各种方式反射回来

20、的光。物体对光的反射分为规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则反射光指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后，在物体表面或内部发生的方向不定的反射。定性分析近红外光谱定性分析利用模式识别与聚类的一些算法，主要用于鉴定。在模式识别运算时需要有一组用于计算机“学习”的样品集，通过计算机运算，得出学习样品在数学空间的范围，对未知样品运算后，若也在此范围内，则该样品属于学习样品集类型，反之则否定。聚类运算时不需学习样品集，它通过待分析样品的光谱特征，根据光谱近似程度进行分类。 定量分析近红外光谱分析与其它吸收光谱按照比耳定律作定量分析类似。作常规光谱定量

21、分析时，需要建立光谱参数与样品含量间的关系（标准曲线）。但对复杂样品作近红外光谱定量分析时，为了解决近红外谱区重叠与谱图测定不稳定的问题，必须充分应用全光谱的信息。 光谱分析仪器紫外可见光光谱仪近红外光谱仪红外光谱仪电化学分析技术及其临床仪器电化学分析法：利用溶液电化学性质将被测物质的浓度转变成电学参数而进行检测的方法。2. 离子选择性电极：用特殊敏感膜制成的、对溶液中特定离子具有选择性响应的电极。3. 电解质分析仪：通常采用离子选择性电极（ISE）测定生物样品中离子浓度的仪器。4. 血气分析仪：利用电极对人全血中的酸碱度（pH）、二氧化碳分压（PCO2）和氧分压（PO2）进行测定的仪器。pH

22、电极电极对被测样本的反应，会在玻璃薄膜的内部与外部之间产生一个直流电压，该电压与内部缓冲液和样本的PH值差成正比，是由玻璃的金属离子与液体的氢离子H之间在膜面上的交换所产生的，该离子交换由液体中的H浓度所控制。 二氧化碳分压(PCO2)电极PCO2电极是一种气敏电极。在电极的前端有一层半透膜。半透膜只允许某种特定的气体通过，而阻止其他的气体和离子通过。PCO2电极工作原理图 CO2H2OH2CO3HHCO3 电极套中是一对测量 pH值的玻璃和参比电极。它们能将 pH值的变化测量出来。这样，测得的pH值便间接地反应了溶液中PCO2的高低。 PH-logPCO2氧分压电极(PO2电极) 氧分压电极

23、也是一种气敏电极。氧的测量是基于电解氧的原理而实现的。在氧电极的阴极和阳极之间加有0.7V左右的极化电压。在极化电压的作用下，进入到电极套中的氧被电解。电极上所产生的反应为: 阳极反应：O2十2H2O十4e4OH 阴极反应：4Ag4Ag一4e 此电解电流的大小正比于 PO2的高低。这样，通过氧电极的转换，PO2的高低便转换成了电流的大小。血气分析仪的工作原理如图所示 电解质的工作原理图 自动生化分析技术和相关仪器生化分析仪通过对血液和其他体液的分析来测定各种生化指标：如血红蛋白、胆固醇、肌肝、转氨酶、葡萄糖等，是临床诊断常用的重要仪器之一。自动生化分析仪：是将生物化学分析过程中的取样、加试剂、

24、去干扰、混合、保温反应、自动检测、结果计算、数据处理和打印报告，以及实验后的清洗等步骤自动化的仪器。 生化分析的光学测定原理许多化学物质具有颜色，有些无色的化合物也可以和显色剂作用，生成有色物质。当有色溶液的浓度改变时，颜色的深浅也随着改变。浓度越大，颜色越深；浓度越小，颜色越浅。因此，可通过比较溶液颜色深浅的方法来确定有色溶液的浓度，对溶液中所含的物质进行定量分析。生化分析即利用光电比色法分析标本中的各生化指标。物质的颜色与光的吸收、透过、反射有关。透明物质的颜色是其透过光波的颜色，不透明物质的颜色是其反射光波的颜色。有色溶液对光的吸收是有选择性的。各溶液呈现不同的颜色，是因为溶液中的有色质点选择性地吸收某种颜色的