西門子血細胞分析儀的原理結構及光路校準方法探討

賴東珍

西門子血細胞分析儀的原理結構及光路校準方法探討

賴東珍①

目的：為了對西門子2120i血細胞分析儀比較全面、客觀的了解，尋找符合國際標準化組織ISO 15189“醫學實驗室質量和能力專用要求”認可的光路校準方法，以保證儀器檢測結果的準確性。方法：通過對儀器原理和結構的分析，按照所探討出的光路校正和校準系數調整的步驟與方法進行校準，并使用校正液驗證其檢測結果的準確性。結果：光路校準方法符合ISO 15189認可的要求，光路系統工作狀態良好，其檢測結果準確。結論：光路系統是儀器的核心部分，光路校準也是ISO 15189認可的重中之重，所探討出的光路校準方法可以滿足臨床檢驗工作的技術要求，也可以解決儀器校準和使用過程中出現的一些困擾，保證了檢測結果的準確性，符合ISO 15189認可中的光路校準要求。

2120i血細胞分析儀；原理與結構；光路校準

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.07.013

[First-author’s address] The First Hospital Affiliated of Fujian Medical University, Fuzhou 350005, China.

全自動血細胞分析儀是指對一定體積內血細胞數量及異質性進行定性、定量分析的儀器，包括血細胞計數與分類、血紅蛋白測定及網織紅細胞計數等眾多分析項目[1]。通過對血液中有形成分的分析獲得各種血液指標，結合患者的臨床表現進行綜合分析，為臨床疾病的診斷與治療提供重要依據[2]。

2120i血細胞分析儀是德國西門子公司生產的最高檔六分類全自動血細胞分析儀，采用最為先進的集成流路系統(UFC)專利技術，將傳統血球計數儀中所應用的管路、反應池、控制閥、試劑運送以及管路清洗等功能加以整合，是臨床檢驗工作中最常用的儀器之一，也是血液檢查的常規必檢項目之一[3-4]。本研究為了對2120i血細胞分析儀比較全面、客觀的了解，尋找符合“醫學實驗室質量和能力專用要求”認可的光路校準方法，通過對儀器原理和結構進行分析，探討光路校正和校準系數調整的步驟與方法，以保證儀器檢測結果的準確性。

1 2120i血細胞分析儀工作原理及結構功能

1.1 工作原理

2120i血細胞分析儀采用目前最為先進的流式細胞技術、二維激光散射技術與過氧化物酶染色技術等，準確的對血細胞進行計數與分類[5]。待檢樣本在反應池中與試劑進行前處理，再經由流體力學的控制進入Flowcell流動池；應用特定波長的激光光源打在血球上產生散射，并利用設置在不同角度的信號探測器來探測光散射和吸收的情況；經過信號分析運算得到相關的血球特性資訊(如體積、內容物濃度及密度等)，配合多個不同的流式細胞技術裝置所收集足夠的血球信息，從而獲得完整的血球計數以及分類結果[6-8]。其光源照射在顆粒上所造成的光散射強度測定為公式1：

S=F(λ，α，τ，φ，β) (1)

式中S為散射光強度；λ為使用波長；α為折射率；τ為容積；φ為測量角度；β為形狀因子。

應用公式(1)，固定其中的因子，即可測定出血球或者特定顆粒的折射率與容積，進而得出血球的內容物濃度與體積。

1.2 結構功能

2120i血細胞分析系統主要由分析儀主機、英文控制電腦、中文操作電腦、打印機及不間斷電源等部分組成。而分析儀主機由集成流路系統(UFC)、光路系統、中央處理系統(CPU)及各個功能模塊等組合而成(如圖1所示)。

圖1 分析儀主機結構功能示圖

集成流路系統采用透明的去極性與無變形的材質，美觀的同時方便觀察其工作狀態，增加了儀器的穩定度，降低了定期保養工作的頻率。細小的管路和反應池可使樣本和試劑用量明顯減少，節約了試劑成本[9]。該集成流路系統為獨家專利設計，也曾獲得美國FDA醫學科技獎。

1.3 光路系統結構功能

光路系統是2120i血細胞分析儀的核心部分，血細胞分析儀對各種類細胞的識別能力直接取決于光路系統的基礎設計，主要有發光模塊、樣本流動池及檢測模塊3部分組合而成(如圖2所示)。

圖2 2120i血細胞分析儀光路系統結構功能示圖

光源采用最新科技的半導體激光發生器，具有光源穩定、體積小及壽命長的特性。經過處理后的細胞在流體力學的控制下，以穩定的流速依次進入流動池，特定波長的激光照射通過細胞時會因不同的細胞特征產生不同程度的光散射，利用高低角度光探測器分別探測這兩個角度的光線變化，經過信號的分析運算，就可測定出所需細胞的體積、內容物濃度等參數[10-12]。

2 符合ISO 15189認可的光路校準方法

ISO 15189是國際標準化組織和亞太實驗室認可合作組織對全世界的醫學實驗室進行質量和能力評價的專用標準[13]。通過ISO 15189認可，以規范醫學實驗室的管理和技術水平，也是醫學實驗室向社會證明其質量和能力的有效途徑。實驗結果的準確性是滿足專用標準最為重要的前提條件，其來自于儀器良好的工作狀態，而儀器校準是評價儀器工作狀態的最有效途徑。因此，儀器校準是ISO 15189認可中的重中之重。光路系統是2120i血細胞分析儀的核心部分，其工作狀態直接影響儀器檢測結果的準確性。由于光路校正的非標準化操作，在儀器校準過程中會因為光路調整不到位而造成檢測結果的隨機性誤差較大，給儀器校準工作帶來一定的障礙。因此，探索出一套適合該光路校準的有效方法尤為重要，是滿足ISO 15189認可的必備條件。

2.1 光路校正

在進行光路校正前，必須先進行儀器光路及液路部分的全面保養及清潔工作(如透鏡的除塵可以保證光路校正不受額外因素的干擾)，并準備好校正所需物品，再按照以下5個步驟進行光路校正。

(1)調整激光頭基座的上下、左右位置螺絲，使發光模塊呈一標準直線，且光束垂直射入檢測部位的十字靶心位置。理想狀態下，光路系統的各個組成部分應在三維立體空間上呈水平直線排列。

(2)調整激光頭前后位置螺絲和接收模塊前后位置螺絲，使激光通過透鏡后的聚焦清晰，且激光能量達到最大值。

(3)放入專用透鏡觀察激光調整情況，確保激光垂直打在十字靶心位置，且呈現出水平和垂直兩幅圓形對稱圖，該圓形對稱圖均勻的由中間向兩端逐漸變小。

(4)使用專用望遠鏡調整Flowcell流動池到檢測部位置，使激光垂直打在流動池上。

(5)使用Optpoint光路校正液校正，根據得出的紅細胞散射X軸值(RBCx)、紅細胞散射Y軸值(RBCy)、平均紅細胞體積(MCV，fL)、平均血紅蛋白濃度(CHCM，g/L)、紅細胞體積分布寬度(RDW，%)及血紅蛋白分布寬度(HDW，g/L)等6項校正結果數據的在控范圍情況，判斷激光調整效果，并進行必要的精調。其中，調整過程中的激光能量值可以在儀器的狀態欄里觀察。而步驟(3)的調整可能會破壞激光的直線性，若需要則必須再次返回步驟(1)調整直線，直至符合直線性和垂直性，且激光能量達到最大值。直線性和激光能量最大值并不矛盾，越是符合空間直線性，激光能量也就越大。滿足上述前4步后才可進行步驟(5)的校正，其目的是以定量的結果數據來判斷激光調整效果。使用Optpoint光路校正液的校正結果數據，其6項校正結果數據均為在控范圍內，可以判斷激光調整效果良好，不必要進行精調，表明光路系統在硬件方面也達到合格要求(見表1)。

表1 Optpoint光路校正液的校正結果數據

2.2 校準系數調整

當使用Optpoint光路校正液校正所得結果數據均為在控范圍后，再使用Setpoint全血校正液檢測，對白細胞計數(WBC，109/L)、紅細胞計數(RBC，1012/L)、血紅蛋白含量(HGB，g/L)、平均紅細胞體積(MCV，fL)及血小板計數(PLT，109/L)等實際檢測項目進行校準系數調整，其可調范圍為0.9～1.1，其方法如下。

(1)使用Setpoint全血校正液連續檢測11次，第1次檢測結果數據舍去，第2～11次連續檢測結果數據見表2。

(2)計算第2～11次檢測結果數據的均值和偏倚%(公式2)：

計算值數據見表2。

注：①表中判斷標準為偏倚等于或小于標準1數值，儀器不需調整，記錄原始校準系數即可；②偏倚等于或大于標準2數值，需維修人員核查原因并維修；③偏倚介于標準1和標準2數值之間，對儀器進行調整，得到新的校準系數。

(3)偏倚(%)按表2所述的判斷標準確定是否需要調整校準系數，可見RBC需要調整校準系數，其他項目不需要調整校準系數。

(4)計算新的校準系數(公式3)：

滿足校準系數可調范圍0.9～1.1的要求，而原始校準系數可以進入儀器菜單里查看。

(5)獲得新校準系數后再重復上述步驟(1)和(2)，直到RBC的偏倚(%)滿足表2所述的標準1，即不需要調整校準系數的判斷標準，最后所得的校準系數即為新校準系數。新舊校準系數見表3。

表3 Setpoint全血校正液校準前后系數

實驗結果的批內重復性標準(指新鮮血液高值、中值)、批間重復性標準(指質控品高值、中值)；手動、自動進樣模式結果比對；空白值及攜帶污染率等也是ISO 15189認可中儀器校準的重要組成部分，其校準和光路的校準相互關聯[14-15]。

3 光路校準的應用案例分析

光路的工作狀態直接影響到儀器檢測結果的準確性，在臨床檢驗過程中檢測結果可能出現的異常有時也需要用光路校準的方法來解決。

3.1 光路校準案例一

檢測項目中的RBC、PLT等檢測結果接近于零。出現上述情況，先觀察儀器狀態欄里的激光能量值，其正常參考范圍在150～205，如果激光能量值遠＜150甚至為0，可以確定為激光完全偏離或無激光光源。如果無激光光源，可以判斷為發光模塊供電電源或激光驅動板故障。如果有激光光源，但完全偏離，則多數為受到外力撞擊所致，需要重新做光路校正，其方法和步驟同“光路校正”所述。

3.2 光路校準案例二

檢測項目中的RBC、PLT等檢測結果和臨床實際有一定偏差，且直方圖不飽滿。出現上述情況，基本上激光能量值均在正常參考范圍內，不需要做光路校正。在排除樣本流動池不干凈、流路不暢的情況外，可以通過調整光路的校準系數來解決，其方法同“校準系數調整”所述。如果調整過光路的校準系數仍無法解決，再考慮儀器硬件方面的故障。

4 結論

2120i血細胞分析儀是臨床檢驗工作必備的儀器之一，其在臨床中的使用極大提高了檢驗工作的效率。通過對其原理和結構的分析，比較全面、客觀的了解了儀器的性能，為日常工作打下了一定的理論基礎。光路系統是該儀器的核心部分，其工作狀態直接影響儀器檢測結果的準確性，也是ISO 15189認可的重中之重。通過對光路系統原理和結構的分析，探討出了符合ISO 15189認可中光路校準的有效方法，解決了因光路調整不到位而造成檢測結果的隨機性誤差較大的難題，同時能夠解決儀器使用過程中出現的典型問題，可滿足臨床檢驗工作中的技術要求，保證檢測結果的準確性。

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Analysis on structure and principle of Siemens blood cell analyzer and the optical calibration method

LAI Dong-zhen
China Medical Equipment,2015,12(7)∶37-40.

Objective∶ To have more comprehensive and objective understanding of 2120i blood cell analyzer and find an optical calibration method for ISO 15189 approval to ensure the accuracy of the results detected by the analyzer. Methods∶ Analyzing the principle and structure of the instrument, calibrating the analyzer according to the steps and method obtained by adjustment of optical calibration and correction coefficient, and using the correction fluid to verify the reliability of test results. Results∶ The optical calibration methods meet the requirement of ISO 15189 approval. The optical system is in good working condition and the detection results are reliable. Conclusion∶ The optical system is the core part of the instrument. Optical calibration plays important role in ISO 15189 approval. The optical calibration method can meet the requirements of clinical examination; and also can solve some problems existed in the process of instrument calibration and use. It guarantees the reliability of detection results and also meets the requirements of optical calibration in ISO 15189 approval.

2120i Blood cell analyze; Structure and principle; Optical calibration

1672-8270(2015)07-0037-04

R197.39

A

賴東珍,男,(1976- ),本科學歷，工程師。福建醫科大學附屬第一醫院設備管理處，從事醫療設備的質量控制、技術保障、技術論證和相關管理等工作。

2015-03-02

①福建醫科大學附屬第一醫院設備管理處 福建 福州 350005