西门子血细胞分析仪的原理结构及光路校准方法探讨

赖东珍

西门子血细胞分析仪的原理结构及光路校准方法探讨

赖东珍①

目的：为了对西门子2120i血细胞分析仪比较全面、客观的了解，寻找符合国际标准化组织ISO 15189“医学实验室质量和能力专用要求”认可的光路校准方法，以保证仪器检测结果的准确性。方法：通过对仪器原理和结构的分析，按照所探讨出的光路校正和校准系数调整的步骤与方法进行校准，并使用校正液验证其检测结果的准确性。结果：光路校准方法符合ISO 15189认可的要求，光路系统工作状态良好，其检测结果准确。结论：光路系统是仪器的核心部分，光路校准也是ISO 15189认可的重中之重，所探讨出的光路校准方法可以满足临床检验工作的技术要求，也可以解决仪器校准和使用过程中出现的一些困扰，保证了检测结果的准确性，符合ISO 15189认可中的光路校准要求。

2120i血细胞分析仪；原理与结构；光路校准

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.

全自动血细胞分析仪是指对一定体积内血细胞数量及异质性进行定性、定量分析的仪器，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[1]。通过对血液中有形成分的分析获得各种血液指标，结合患者的临床表现进行综合分析，为临床疾病的诊断与治疗提供重要依据[2]。

2120i血细胞分析仪是德国西门子公司生产的最高档六分类全自动血细胞分析仪，采用最为先进的集成流路系统(UFC)专利技术，将传统血球计数仪中所应用的管路、反应池、控制阀、试剂运送以及管路清洗等功能加以整合，是临床检验工作中最常用的仪器之一，也是血液检查的常规必检项目之一[3-4]。本研究为了对2120i血细胞分析仪比较全面、客观的了解，寻找符合“医学实验室质量和能力专用要求”认可的光路校准方法，通过对仪器原理和结构进行分析，探讨光路校正和校准系数调整的步骤与方法，以保证仪器检测结果的准确性。

1 2120i血细胞分析仪工作原理及结构功能

1.1 工作原理

2120i血细胞分析仪采用目前最为先进的流式细胞技术、二维激光散射技术与过氧化物酶染色技术等，准确的对血细胞进行计数与分类[5]。待检样本在反应池中与试剂进行前处理，再经由流体力学的控制进入Flowcell流动池；应用特定波长的激光光源打在血球上产生散射，并利用设置在不同角度的信号探测器来探测光散射和吸收的情况；经过信号分析运算得到相关的血球特性资讯(如体积、内容物浓度及密度等)，配合多个不同的流式细胞技术装置所收集足够的血球信息，从而获得完整的血球计数以及分类结果[6-8]。其光源照射在颗粒上所造成的光散射强度测定为公式1：

S=F(λ，α，τ，φ，β) (1)

式中S为散射光强度；λ为使用波长；α为折射率；τ为容积；φ为测量角度；β为形状因子。

应用公式(1)，固定其中的因子，即可测定出血球或者特定颗粒的折射率与容积，进而得出血球的内容物浓度与体积。

1.2 结构功能

2120i血细胞分析系统主要由分析仪主机、英文控制电脑、中文操作电脑、打印机及不间断电源等部分组成。而分析仪主机由集成流路系统(UFC)、光路系统、中央处理系统(CPU)及各个功能模块等组合而成(如图1所示)。

图1 分析仪主机结构功能示图

集成流路系统采用透明的去极性与无变形的材质，美观的同时方便观察其工作状态，增加了仪器的稳定度，降低了定期保养工作的频率。细小的管路和反应池可使样本和试剂用量明显减少，节约了试剂成本[9]。该集成流路系统为独家专利设计，也曾获得美国FDA医学科技奖。

1.3 光路系统结构功能

光路系统是2120i血细胞分析仪的核心部分，血细胞分析仪对各种类细胞的识别能力直接取决于光路系统的基础设计，主要有发光模块、样本流动池及检测模块3部分组合而成(如图2所示)。

图2 2120i血细胞分析仪光路系统结构功能示图

光源采用最新科技的半导体激光发生器，具有光源稳定、体积小及寿命长的特性。经过处理后的细胞在流体力学的控制下，以稳定的流速依次进入流动池，特定波长的激光照射通过细胞时会因不同的细胞特征产生不同程度的光散射，利用高低角度光探测器分别探测这两个角度的光线变化，经过信号的分析运算，就可测定出所需细胞的体积、内容物浓度等参数[10-12]。

2 符合ISO 15189认可的光路校准方法

ISO 15189是国际标准化组织和亚太实验室认可合作组织对全世界的医学实验室进行质量和能力评价的专用标准[13]。通过ISO 15189认可，以规范医学实验室的管理和技术水平，也是医学实验室向社会证明其质量和能力的有效途径。实验结果的准确性是满足专用标准最为重要的前提条件，其来自于仪器良好的工作状态，而仪器校准是评价仪器工作状态的最有效途径。因此，仪器校准是ISO 15189认可中的重中之重。光路系统是2120i血细胞分析仪的核心部分，其工作状态直接影响仪器检测结果的准确性。由于光路校正的非标准化操作，在仪器校准过程中会因为光路调整不到位而造成检测结果的随机性误差较大，给仪器校准工作带来一定的障碍。因此，探索出一套适合该光路校准的有效方法尤为重要，是满足ISO 15189认可的必备条件。

2.1 光路校正

在进行光路校正前，必须先进行仪器光路及液路部分的全面保养及清洁工作(如透镜的除尘可以保证光路校正不受额外因素的干扰)，并准备好校正所需物品，再按照以下5个步骤进行光路校正。

(1)调整激光头基座的上下、左右位置螺丝，使发光模块呈一标准直线，且光束垂直射入检测部位的十字靶心位置。理想状态下，光路系统的各个组成部分应在三维立体空间上呈水平直线排列。

(2)调整激光头前后位置螺丝和接收模块前后位置螺丝，使激光通过透镜后的聚焦清晰，且激光能量达到最大值。

(3)放入专用透镜观察激光调整情况，确保激光垂直打在十字靶心位置，且呈现出水平和垂直两幅圆形对称图，该圆形对称图均匀的由中间向两端逐渐变小。

(4)使用专用望远镜调整Flowcell流动池到检测部位置，使激光垂直打在流动池上。

(5)使用Optpoint光路校正液校正，根据得出的红细胞散射X轴值(RBCx)、红细胞散射Y轴值(RBCy)、平均红细胞体积(MCV，fL)、平均血红蛋白浓度(CHCM，g/L)、红细胞体积分布宽度(RDW，%)及血红蛋白分布宽度(HDW，g/L)等6项校正结果数据的在控范围情况，判断激光调整效果，并进行必要的精调。其中，调整过程中的激光能量值可以在仪器的状态栏里观察。而步骤(3)的调整可能会破坏激光的直线性，若需要则必须再次返回步骤(1)调整直线，直至符合直线性和垂直性，且激光能量达到最大值。直线性和激光能量最大值并不矛盾，越是符合空间直线性，激光能量也就越大。满足上述前4步后才可进行步骤(5)的校正，其目的是以定量的结果数据来判断激光调整效果。使用Optpoint光路校正液的校正结果数据，其6项校正结果数据均为在控范围内，可以判断激光调整效果良好，不必要进行精调，表明光路系统在硬件方面也达到合格要求(见表1)。

表1 Optpoint光路校正液的校正结果数据

2.2 校准系数调整

当使用Optpoint光路校正液校正所得结果数据均为在控范围后，再使用Setpoint全血校正液检测，对白细胞计数(WBC，109/L)、红细胞计数(RBC，1012/L)、血红蛋白含量(HGB，g/L)、平均红细胞体积(MCV，fL)及血小板计数(PLT，109/L)等实际检测项目进行校准系数调整，其可调范围为0.9～1.1，其方法如下。

(1)使用Setpoint全血校正液连续检测11次，第1次检测结果数据舍去，第2～11次连续检测结果数据见表2。

(2)计算第2～11次检测结果数据的均值和偏倚%(公式2)：

计算值数据见表2。

注：①表中判断标准为偏倚等于或小于标准1数值，仪器不需调整，记录原始校准系数即可；②偏倚等于或大于标准2数值，需维修人员核查原因并维修；③偏倚介于标准1和标准2数值之间，对仪器进行调整，得到新的校准系数。

(3)偏倚(%)按表2所述的判断标准确定是否需要调整校准系数，可见RBC需要调整校准系数，其他项目不需要调整校准系数。

(4)计算新的校准系数(公式3)：

满足校准系数可调范围0.9～1.1的要求，而原始校准系数可以进入仪器菜单里查看。

(5)获得新校准系数后再重复上述步骤(1)和(2)，直到RBC的偏倚(%)满足表2所述的标准1，即不需要调整校准系数的判断标准，最后所得的校准系数即为新校准系数。新旧校准系数见表3。

表3 Setpoint全血校正液校准前后系数

实验结果的批内重复性标准(指新鲜血液高值、中值)、批间重复性标准(指质控品高值、中值)；手动、自动进样模式结果比对；空白值及携带污染率等也是ISO 15189认可中仪器校准的重要组成部分，其校准和光路的校准相互关联[14-15]。

3 光路校准的应用案例分析

光路的工作状态直接影响到仪器检测结果的准确性，在临床检验过程中检测结果可能出现的异常有时也需要用光路校准的方法来解决。

3.1 光路校准案例一

检测项目中的RBC、PLT等检测结果接近于零。出现上述情况，先观察仪器状态栏里的激光能量值，其正常参考范围在150～205，如果激光能量值远＜150甚至为0，可以确定为激光完全偏离或无激光光源。如果无激光光源，可以判断为发光模块供电电源或激光驱动板故障。如果有激光光源，但完全偏离，则多数为受到外力撞击所致，需要重新做光路校正，其方法和步骤同“光路校正”所述。

3.2 光路校准案例二

检测项目中的RBC、PLT等检测结果和临床实际有一定偏差，且直方图不饱满。出现上述情况，基本上激光能量值均在正常参考范围内，不需要做光路校正。在排除样本流动池不干净、流路不畅的情况外，可以通过调整光路的校准系数来解决，其方法同“校准系数调整”所述。如果调整过光路的校准系数仍无法解决，再考虑仪器硬件方面的故障。

4 结论

2120i血细胞分析仪是临床检验工作必备的仪器之一，其在临床中的使用极大提高了检验工作的效率。通过对其原理和结构的分析，比较全面、客观的了解了仪器的性能，为日常工作打下了一定的理论基础。光路系统是该仪器的核心部分，其工作状态直接影响仪器检测结果的准确性，也是ISO 15189认可的重中之重。通过对光路系统原理和结构的分析，探讨出了符合ISO 15189认可中光路校准的有效方法，解决了因光路调整不到位而造成检测结果的随机性误差较大的难题，同时能够解决仪器使用过程中出现的典型问题，可满足临床检验工作中的技术要求，保证检测结果的准确性。

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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

赖东珍,男,(1976- ),本科学历，工程师。福建医科大学附属第一医院设备管理处，从事医疗设备的质量控制、技术保障、技术论证和相关管理等工作。

2015-03-02

①福建医科大学附属第一医院设备管理处 福建 福州 350005