医学影像设备管理与维护专业的毕业论文

第一章绪论 世界上第一台用于临床生化检验的生化仪是美国泰克尼康（Technicon）公司在 1957年根据 Skeggs教授的设计方案制造的，称为 AutoAnalyzer,此后，该类产品发展十分迅速，世界上许多公司 都纷纷推出自己的产品，如美国贝克曼、日本日立、岛津、德国拜尔等，在分析精度、检验速度等方 面不断提高。出现了单通道、双通道、多通道仪器（单通道为一次测一个项目，多通道为一次测多个 项目） ，并且成为上世纪 50年代到 70年代末世界市场上销售量最大的仪器。 1965年又诞生了分立式自动生化仪，它是一种开敞式的仪器，工作原理与手工操作相似，样品各 自在彼此分立的反应杯中进行化学反应。 70年代，和干化学试剂相配套的反射光分析仪的发展，赖皮了自动生化分析仪的另一分支，提高 了准确性、精密度、多功能性和分析速度，其半自动型仪器在方便急诊和高科技应用方面别具一格。 80年代初，美国泰克尼康（Technicon）公司为克服样品之间和试剂之间交叉污染，发明任选式 测定方法的仪器，把自动化分析仪的水平提高到一个新的高度。随后，相继又有很多任选式的仪器推 出，可替代多通道的功能，而且多种项目可以任选，做到实验项目的个体式。 90年代以来，自动生化分析技术主要是向完善仪器各种功能的方向发展，尤其是微电脑的广泛应 用，使仪器在分析的准确性、精确性、高效率、低消耗、和参与试验室管理方面更好地满足不同层次 的要求。 纵观世界生化仪的发展现状，以下有两种代表性的产品，如美国的 BeckmanCX9和日本的 HITACHI7600。美国 BeckmanCX9的检测速度每小时可达 900次，最多时可测同时测 33项，提供从 340nm到 700nm范围内 10个波长。它的最大特征就是直接连接样品分选和输送系统，便于实现试验室 全程自动化以及培训、保养和故障自检为一体的完善的多媒体软件。日立 HITACHI7600也是一套小型 的试验自动化系统，它采用先进的控制技术、模块化结构开放的大型组合式分析仪，它具有高度的灵 活性和扩展性，用户根据需要进行自由组合，同时配上样品投入部，样品架输入部样品架的缓冲部分 和样品收纳部，能随时随意的增减单元部，整个工作流程由中央计算机智能多线程控制，合理分配， 实现高速、高效的测定。近几十年来随着科学技术的尤其是医学技术的发展各种生化仪器也取得了飞 速发展。 自动生化检测仪以测定血液和其他体液中多种生化指标及药物含量。通过对生化指标的分析测量， 结合其他临床资料帮助医生诊断疾病。自动生化技术是将生物化学分析过程中的取样、加试剂、去干 扰、混合、保温反应、自动检测、结果计算、数据处理、打印报告以及试验后的清洗等步骤自动化的 技术。应用这类技术的仪器一般都有灵敏、准确、快速、节约和标准化等优点，不仅工作效率高，而 且减少了主观误差，稳定了检验质量。随着科学技术和医疗事业的持续发展，临床化学检验样品种类 和数量迅速增加，检验项目不断出现，自动生化分析技术在临床生化分析中得到越来越广泛的应用。 自动生化分析仪是临床自动生化分析中重要、应用最广泛的仪器，种类繁多，规格各异。目前国内外 最常用的是分立式自动生化分析仪，按手工操作的方式编排程序，并已有节奏的机械操作代替手工， 各环节用传送带连接起来，按顺序依次操作。由于其灵活性大，在结构设计、功能开发及新技术的应 用上有极大的发展潜力，近年来发展迅速。1 自动生化分析仪种类繁多，根据不同的分类标准，可分成不同的种类。根据仪器反应装置结构不 同，可分为连续流动时、离心式、分立式和干化学式。根据仪器的功能及复杂程度，可分为小型、中 型、大型及超大型，按以往国际惯例，临床化学测定每小时 400测试的为小型仪器，1000 测试的为中 RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 2 - 型仪器，1000 以上为大型仪器，随着全系统化的引进、模块化的产品的开发，目前多以客户的实际需 求为设计目标，力求最大限度的满足客户的要求。根据同时可测定项目数量不同，可分为单通道和多 通道，单通道每次只能检测一个项目，多通道可同时检测多个项目。根据自动化程度不同，可分为全 自动化和半自动化。世界上第一台自动化分析仪是于 1957年制造的第一台连续流动式自动生化分析仪。 测定项目相同的各待测样品与试剂混合反应后的化学反应，均在同一管道中流动过程完成，又称管道 式自动生化分析仪，流动式分析仪有两种：一种是 1957年由斯克格斯提出的连续流动式（continuous flow analysis,CFA）它是在反应达到平衡时进行测定的方式，另一种是 1975年有鲁斯卡提出的流动 注射式（flow injection analysis,FIA）,这是一种在反应达到平衡前进行测量的；离心式自动生化 分析仪是 1969年以后发展起来的一种生化分析仪。因分析全过程在离心的条件下完成而得名，严格的 说属于分立式范畴。其工作原理是将样品和试剂放在特制圆形反应器中，该圆形反应器称为转头，装 在离心机的转子位置，当离心机开动后，圆形反应器内的样品和试剂受离心力的作用而相互混合发生 反应，经过一定时间温育后，反应液最后流入圆形反应器外圈的比色凹槽内，垂直方向的单色光通过 比色孔进行比色，最后计算机对所得吸光度进行计算，显示结果并打印；分立式自动生化分析仪于 20 世纪 60年代问世，是目前国内外应用最多的一类自动生化分析仪，工作原理是按手工操作的方式编排 程序，并已有序的机械操作代替手工操作，用加样探针将样品加入各自的反应杯中，试剂探针按一定 时间自动加入试剂，经搅拌器充分混匀后，在一定的条件下反应。反应杯同时作为比色杯进行比色测 定，各环节用传送带连接，按顺序操作，故称为“顺序式”分析；干化学式自动生化分析仪于 20世纪 80年代问世，将待测液体样品直接加到已固化于特殊结构的试剂载体上，以样品的水将固化于载体的 试剂溶解，再与样品中的待测成分发生化学反应。是集光学、化学、酶工程学、化学计量学及计算机 技术于一体的新型生化分析仪器干化学生化分析仪多采用以 Kuvelka-Munk理论 Williams-Clapper方 程为基础的多层薄膜固相试剂技术，测定方法多为反射光度法和差式电位法，光学分析方法由于其灵 敏度高、选择性好、用途广等优点，在分析化学领域广泛应用，利用分光光度法进行定性和定量分析， 具有分析度精度高、测量范围广、分析速度快、分析试样用量少及不破坏，也不改变试样的物理和化 学特征等优点，在医院等领域得到广泛的应用，实现这种分析法的仪器为分光光度计。生化分析仪是 属于光学式分析仪器，它是基于物质对光的选择性吸收原理，即分光光度分析法。分光光度法是绝大 多数生化分析仪所采用的一种检测方法，它是基于不不同分子结构的物质对电磁辐射的选择性吸收而 建立起来的方法，属于分子吸收光谱分析法。它以分子吸收某一波长的光为基础，表现为分子的吸光 度值(A)为波长(A)的函数关系，分光光度分析法的依据是朗伯一比尔一定律，它以被测物质分子吸收 某一波长的单色光为基础。分光光度计主要有光源、前置光学系统、样品室、单色器、检测器及信号 放大处理等部分组成由于不需要同时完成多波长测试，而且测试速度要求也不高所以采用这种前分光 式分光光度计。1 按自动化程度不同的生化分析仪可分为半自动和全自动生化分析仪，自动化程度越高，说明仪器 的功能越强。仪器的自动化程度高低取决于仪器使用的微处理记得功能大小。半自动生化分析仪指在 分析过程中的部分操作（如加样、保温、吸入比色、结果记录等某一步骤）需手工操作完成，而另一 部分操作则可由仪器自动完成。这类仪器特点是体积小，结构简单，灵活性大，即可分开单独使用， 又可与其他仪器配套使用，价格便宜，一般在分立式分析仪中常见适合使用在样品数量、化验项目少 的小医院或专科医院；全自动生化分析仪，从加样至出结果的全过程完全由仪器自动完成。操作者只 需把样品放在分析仪的特定的位置上，选用程序开动仪器即可等取检验报告，由于分析中没有手工操 作步骤，故主观误差少，且由于该类仪器一般都具有自动报告异常情况，自动校正自身工作状态的功 能，因此系统误差也较小，给使用者到来很大的便利，适合于样品数量多、化验项目多、人力相对不 足的综合性大医院的临床实验室应用。 目前，国际上的自动生化分析仪具有一下的一些特点：有效性的抗交叉污染，普遍采用一种称为 惰性(TRAF)胶膜技术，即在取样品和试剂时，TRAF 与他们一起吸入试管，并在管道的内外壁形成一层 膜，使样品或试剂与管壁完全隔开，因此，样品之间的交叉污染率和试剂之间的交叉污染可分别控制 河北化工医药职业技术学院毕业论文 3 在目标范围之内；任选式仪器具有在一个通道任意选择化验多种项目的功能，最高可选的水平达到 60 项，一般是 20到 40项；样品和试剂冷藏设计目标是为了在试验运转中保持稳定，保证实验一定的准 确性和精密度；工作效率的提高主要表现在：样品和试剂的自动关闭，即在设定的时间或出现必须关 机的情况是自动关机；无人操作功能，仪器按预定顺序进行，在一段时间内无需人工操作。2 目前，国内外诊断技术趋于两极化发展，一种是高度集成、自动化的仪器诊断，向大型、多通道、 全自动方向发展，以适应大中、速度快、精度高、测定多的医院工作量大、速度快、精度高、测定项 目多的要求；另一种是简单、快速便于普及的快速诊断，向小型的、单通道、分立式、可编程自动化 的方向发展，以适应中小型医院的工作需要。然而后一种诊断方法更符合社会发展的需要，现在我国 生化仪水平较低，仅限于半自动和刚刚起步的小型全自动生化仪的生产，难于满足临床检验的需求。 国内大中医院均耗资购买进口的全自动生化仪，因价格昂贵，难以在小中型 医院普及。本课题定位于 上述生化仪的第二种发展方向，优化于小型的半自动生化仪，尤其适用中小型检测单位或医院作为日 常生化检测的主要仪器，也可用于急诊生化检测。在提高国产仪器的竞争力，适应广大中小型医疗部 门的临床需要方面，具有重要的意义和实用价值。3 RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 4 - 第二章 RT-1904c半自动生化仪的基本情况 图 2.1.1 雷杜 RT-1904c 半自动生化仪 雷杜 RT-1904c 半自动生化仪（如图 2.1.1）具有结构简单，灵活性大，可单独使用，也可与其他仪 器配套使用，价格比较便宜，仪器体积小，重量轻，操作方便，反应迅速，尤其适合样品数量低、项 目少的小型医院，及适用于做急诊生化检测及外出执行任务使用。 2.1 RT-1904c半自动生化仪的基本结构 2.1.1仪器面板结构 图 2.1.2 雷杜 RT-1904c 半自动生化仪正视图 、光源盖 、比色池盖 、吸液管 、吸液键 、LCD 显示屏、键 盘、左右键 、鼠 标 、电源指示灯、打印机盖 河北化工医药职业技术学院毕业论文 5 电源插座 打印口 鼠标接口 外接显示 器 开关 风扇保险管 RS-232 串口 外接键 盘 图 2.1.2 雷杜 RT-1904c 半自动生化仪正视图 图 2.1.3 雷杜 RT-1904c 半自动生化仪控制面板 2.1.2 自动生化仪的内部结构 自动生化分析仪由样品处理系统、检测系统和计算机系统组成。4 自动生化分析仪由样品处理系统包括样品架、试剂仓、样品和试剂取样单元、搅拌器；其检测系 统有光源、分光装置、比色杯、恒温装置、清洗装置等组成；其计算机与仪器结合在一起，构成自动 板 人工冲洗 软键盘 回车键 打印键 走纸键 方向键 光源开关键 电话线接口 RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 6 - 生化仪的核心。 图 2.2.1 雷杜 RT-1904c 半自动生化仪内部基本结构 2.1.3 自动生化仪的操作 随着计算机技术的大力发展，自动生化分析仪的操作越来越简单、方便和人性化。下面介绍自动 生化分析仪的操作过程。 目前多数采用 24 小时不关机-起始运行程序。 1、工作检查 检查样品针、试剂针、搅拌棒是否占有水滴、脏污，是否弯曲、堵塞，各清洗槽是否 脏污或堵塞。检查清洗液，不足时添加。倒掉废液，清理废液桶。检查打印纸是否足够并已正确安装。 确认仪器台面清洁无杂物。打开自来水水龙头，接通水机电源。 2、水浴槽换水 按说明书程序操作，需待水温升至 37 摄氏度方可进行下一步操作。 3、工作前维护 检查光度计，如 340 纳米输出值大于 19000，需要考虑更换光源灯或比色池，各主 副波长输出值相差超过 10 以上时，需联系维修人员。检查吸量器是否有气泡，是否漏夜。 4、工作前准备 在 reagent 菜单下确定试剂信息，观察各项可测定数和每种剩余测定数的余量，结合 当日预计检测量追加试剂，试剂放置位置按屏幕显示放置，注意不能有气泡。试剂装载完毕后，清除 日测定结果和曾选项目。 5、执行校准操作程序和质控操作程序后进行检测。 6、结束工作 按要求做好各种记录，包括日工作记录表、维护保养记录表、日校准记录表、校准结果 记录表、室内质控记录表。关闭水龙头，关闭水机电源开关。用蘸有消毒乙醇的纱布擦样品针、试剂 针的针尖外表面。用蘸有百分之二的 HITERGENT 的纱布擦拭搅拌棒，再用蘸水的纱布擦干净。5 2.2 RT-1904c半自动生化仪的测试方法及检测项目 2.2.1测试方法 要判断某个测试在编程时使用什么方法,可以看试剂说明书的计算部分,区别如下: 光源 保护玻璃 透镜 比色池 滤光片 光电接受器 信号放大器 CPU 打印 显示 河北化工医药职业技术学院毕业论文 7 终点法：计算公式一般表示为 浓度=A 样品/A 标准标准浓度 A样品/A 标准经仪器计算后，得到吸光度 A，标准浓度经定标后，得到因数 F，所以，终点法的公式 也可以表示为 C=A F 两点法：计算公式一般表示为 浓度= A 样品/ A标准 标准浓度 A 样品为样品两点之间的变化量， A 标准为标准品两点之间的变化量， A 样品/ A标准经计算 后得到样品的 A 样品，标准浓度经定标后得到因数 F，所以两点法的公式也可以表示为：C= A F 速率法：计算公式一般表示为 浓度= A 样品/minF A 样品/min 为样品每分钟的的变化率，F 值为该试剂的因数（终点法的因数由试剂直接给出） 标准曲线（又称校正曲线） 比色分析的标准曲线是在可测定的浓度范围内，配制和一种或数种不 同浓度的标准液，经与被测液同样的处理后，以不同浓度的标准管所读取的吸光度值在计算纸上以横 轴为浓度，纵轴为吸光度，通过的直线就为标准曲线。 空白概念 是比色分析方法中常用的概念，意即：在做样本测量前，由于试剂本身的颜色（有一定 的吸光度） ，和试剂与血清反应后生成的颜色（有一定的吸光度） ，为了保证测量的准确性，先测出试 剂本身的吸光度，然后在测样本的吸光度中减去试剂本身的吸光度，而试剂本身的吸光度即为空白， 一般有颜色的试剂均要做空白。 多种曲线方程测量时需要带多种“标准”的一种测量方法。标准指有定值的质控血清、质控液等。 质控血清 某些项目浓度已知的血清,用于监测测试数值是否有效。常在测试时与普通样本一样测 试。 2.2.2检测项目 RT-1904c半自动生化仪主要用于临床常规生化测定，特殊化学测定、急诊测定、免疫测定和其它 光度法测定，是临床定量诊断的重要仪器，是医院检验科最主要的仪器之一。本仪器通过对血液和其 它体液的分析来测定各种生化指标。 RT-1904c半自动生化仪的主要研究对象是血清，血清是血浆中淡黄色透明液体。 血浆是试管中的全血经过自行或者离心沉淀后，分为三层，上层为淡黄色，半透明的液体即血浆。 包括血清、纤维蛋白原、无机盐和抗体等；下层暗红色不透明的部份为红细胞；红细胞上方一层薄薄 的灰白色物质就是血小板和白细胞。生化试剂是使溶液颜色发生变化的化学物质。 自动生化检测仪以测定血液和其他体液中多种生化指标及药物含量。通过对生化指标的分析测量， 结合其他临床资料帮助医生诊断疾病。生化指标（见下表 2.1） RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 8 - 表 2.1 自动生化检测仪测定的生化指标 序号 中文名称 英文名称 1 总蛋白 TP 2 白蛋白 ALB 3 球蛋白 GLB 4 白蛋白/球蛋白 ALB/GLB 5 总胆红素 TBILI 6 直接胆红素 DBILI 7 间接胆红素 IBILI 8 谷草转氨酶 AST 9 谷丙转氨酶 ALT 10 谷草转氨酶/谷 丙转氨酶 AST/ALT 11 r-谷氨酰转移酶 GGT 肝功指标 12 碱性磷酸酶 ALP 13 尿素 UREA 14 肌酐 Cre 肾功指标 15 尿酸 UA 16 胆固醇 CHO 17 甘油三脂 TG 18 高密度脂蛋白 HDL 19 低密度脂蛋白 LDL 20 载脂蛋白 A ApoA 21 载脂蛋白 B ApoB 22 载脂蛋白 A/载 脂蛋白 B ApoA/ApoB 血脂血糖指标 23 葡萄糖 Glu 24 钾 K 25 钠 Na 26 氯 Cl 27 钙 Ca 28 镁 Mg 29 无机磷 P 30 锌 Zn 31 铜 Cu 离子指标 32 淀粉酶 Amy 自定 义项 可依据试剂说明书自定义任意生化项目 2.3RT-1904c半自动生化仪的维护保养 河北化工医药职业技术学院毕业论文 9 近年来，在临床生化实验室中，越来越多的生化项目已有生化分析仪来完成。生化分析仪是由光 学、精密机械、计算机技术三者紧密结合而成的光谱仪器，是生化定量分析的重要工具，只有正确安 装、建立使用规范、加强仪器维护、定期检查仪器的性能指标，才能获得准确可靠地分析结果，延长 仪器的使用寿命，提高仪器的使用效率。所以，对于自动生化分析仪而言，不要等出现故障后才检修， 更重要的是平时的维护。生化分析仪的维护和保养学注意以下几个方面。 1、温度和湿度 生化分析仪的的使用环境必须保持室温在 18 摄氏度到 25 摄氏度之间。因为大多数光学材料的导 热性能差，光学零件随温度变化而引起微小变化，从而影响光学系统的性能；温度过高，还可使仪器 的散热效率减低，从而导致仪器内部温度升高而影响仪器的性能。 实验室湿度应控制在 45%到 60%之间，湿度过大时不仅是电器元件容易生锈，而且易使光学元件 表面发霉、生雾，特别是 340 纳米滤光片。潮湿的气体还容易产生漏电流，而影响光电转换元件的暗 电流。湿度太小，易产生静电干扰现象。 2、防尘及防腐蚀 工作室的尘土对仪器的光学系统和电子系统都会产生不良影响。如灰尘洒落在仪器定位检测器上， 会使仪器的定位检测失灵，从而使仪器无法进入工作状态；灰尘散落在光学部件的表面上，不仅增加 仪器的杂散光，而且降低光学仪器的透光率与反射率，灰尘还导致某些电子元件产生旁路，短路和接 触不良。因此实验室的地面需做成水磨石，采用双道门窗等措施，尽可能的减少灰尘污染。腐蚀性气 体对生化分析的光学、机械及电子系统都会产生极大的破坏作用，因此化学试剂特别是 挥发类试剂如 盐酸、硝酸等不能放在仪器工作室。 3、防震和防电磁干扰 生化分析仪应安装在牢固的平台上，尽可能远离震动源，因为强烈震动会导致单色器位移，不仅产生 波长误差，还会降低仪器的灵敏度。外界的电磁干扰对光源灯的稳定性影响较大，从而对测定结果的 重复性产生较大的影响，因此仪器最好采用专用线，不要与用电量变化大的其他大型仪器公用电源。 4、电源 在电源电压波动较大的实验室，最好另配一台稳压器，将电源稳压后在输入仪器，生化仪鼻血接 好地线。 5、光源灯 光源灯有一定的寿命，光源灯亮度明显减弱或不稳定时应及时更换。更换光源灯时千万不要用手 触摸灯泡的玻璃面，这样会改变等的特性，万一灯的玻璃面有脏污时，请用蘸有无水乙醇纱布擦拭。 安装光源灯时，应注意调好灯丝与进光窗的相对位置，否则仪器的灵敏度下降。一旦停机，则应待灯 冷却后，应重新启动，并且要预热 20分钟左右。 6、流动比色池 此仪器需要用户每天做的事，主要是一定要清洗干净流动池。比色池清洗不干净，会给测试结果 带来误差，并且会影响仪器的自检。自检不通过，仪器就不能进行正常的工作。仪器如长时间未开机。 比色池已干，里面灰尘很多，开机后需要吸入离子水泡上 24小时，然后用清洗液进行清洗。 每测定一个项目，用去离子水或蒸馏水清洗一分钟，然后再用清洗液清洗，清洗液清洗完后，一 定要用去离子水或蒸馏水冲洗干净，再做第二个项目。 7、蠕动泵维护 RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 10 - 仪器要求六个月更换一次蠕动泵，用户可根据自己的使用情况，如每天做的项目不多，六个月蠕 动泵没出现老化、漏水、粘结现象，也可延长使用，如不到六个月就出现老化、漏水、粘结现象，应 提前换下。 8、单色器和检测器 单色器是光学系统的核心部件之一，装置在一个密封盒内，一般不能拆开。单色器由入射狭缝、 准直装置(透镜或反射镜)、色散元件（棱镜或光栅） 、聚焦装置和出射狭缝等五部分组成完整色散系 统，安装在一个不透光的暗盒中。色散元件是单色器的核心部件，如棱镜和光栅是应用最广的两种 色散元件，有时也可用滤光片获取单色光。棱镜和光栅的分光能力用色散率来描述。对于经典的光 谱仪器，色散率表明从色散系统中输出的不同波长光线在空间彼此分开的程度，或者会聚到焦平面 上的彼此分开的距离。前者可用角色散率表述，后者用线色散率表述有的生化分析仪特别是半自动 生化仪，光学系统为开放式结构，因此要特别注意防潮，防止滤光片受潮发霉。检测器要注意保持 干燥和绝缘，如果受潮积尘，会使放大线路的高阻抗电阻降低，是测量的灵敏度下降。因此要定期 更换仪器内部的干燥剂，或采用其他措施降低实验室的湿度。6 河北化工医药职业技术学院毕业论文 11 第三章 RT-1904c半自动生化仪的基本原理 3.1生化仪的基本原理 半自动生化分析仪是在光电比色计（或分光光度计）的基础上发展起来的一种智能化的仪器。其基 本工作原理同分光光度计完全相同，只是在结构上更复杂些。 郎伯比耳（Lambert-beer）定律，说明了溶液中某物质对单色光的吸收程度与该物质的浓度及液层 厚度间的关系，是吸收光谱法的基本定律。 lgT I IlgA t o abc 该式即为 Lambert-Beer 定律，此式说明了某波长光通过吸光溶液后，透光度 T 与浓度 C 或液层厚 度 b 之间的关系是指数函数的关系。 半自动生化分析仪基本原理，由朗伯比尔定律可以推出： 浓度=吸光度 因数 注意:上面的公式主要用于理解 ,不能当实际计算公式运用. 测量浓度的方法: 吸光度由生化仪测量得出,因数在测试前通过定标得到(速率法的测试因数直接在试剂说明书中给出), 所以,我们可以通过上面的简单公式得到待测物的浓度. 光源发出复合光经滤光片(单色器)变为近似单色光，此单色光通过流动比色皿时，被比色器中的样 品液吸收一部分，然后照在光电检测器上。光电检测器将光信号的强弱转变为电信号的大小，这一信 号经放大后送到微机单元，由微机单元处理后，送到显示器将测量结果显示出来，或由打印机将化验 单打印出来。 我们想要得 到的东西 由仪器测量 得出 试剂说明 书 给出, 或者定标 得出 吸光度 溶液的浓度液层的厚度直线斜率入射光透过的光 透光度 RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 12 - 3.2自动生化分析仪的工作原理 （一）样品处理系统 1、样品架 有圆盘状和传送条带状等类型用以放置样品杯或原始样品管。有条形码的分析仪，可以扫 描样品管上的条码信息，并将信息传送至指令分析仪，令分析仪进行分析检验。无条形码的分析仪， 需要手工输入样品的相关信息及要检测项目。 2、试剂仓 用来放置实验试剂，一般都有冷藏装置，温度为 4到 15摄氏度，可以同时放置十几种试 剂。有条形码的分析仪，可以自动识别试剂的种类，无条形码的分析仪，需要手工输入样品试剂的相 关信息，注意试剂放置位置必须与反映通道号相匹配。目前大多全自动生化分析仪都有两个或多个试 剂仓，可将测定同一指标的、试剂分开存放。 3、样品和试剂取样单元 有机械臂、样品针或试剂针、吸量器、步进马达等部分组成。机械臂根据计 算机的指令携带样品针或试剂针移动到指定位置，由吸量器准确吸量，再转至反应杯中。 4、搅拌器 使反应液和样品充分反应混匀，由电机和搅拌棒组成。搅拌棒下面是一个扁金属杆，表面 涂有特殊的防黏附清洗剂或 不黏性材料，能降低液体的黏附，减少交叉污染。计算机指令下，电机运 动使搅拌棒高速搅拌，执行混匀功能。7 （二）检测系统 1、光源 大多数采用卤素灯，工作波长为 325到 800纳米，用来检测部分需要紫外光检测的项目。由 于光源自身产热特别较严重，有些分析仪附加安装水冷却置，以延长光源的使用寿命。其使用寿命一 般可达 2000小时。 2、分光装置 分光元件一般采用干涉滤光片或光栅。干涉滤光片价格便宜，使用方便，但易受潮変霉， 尤其是 340纳米滤光片影响检测结果的准确性，需要定期的校正。干涉滤光片有插入式可旋转式两种， 后者安置于圆盘中，使用时可任意旋转。光栅分光有前进分光和后分光两种，目前自动生化分析仪多 采用后分光，即光源线直接透过样品，通过光栅，在进行吸光度检测。使用后分光，可以在同一体系 中测定多种成分。如果比色池中有多种吸收特征不同的组成物质，当复色光通过后，各物质分别对各 自的特征光波产生吸收，之后再分成光谱对不同的波长进行测定，可以在同一体系中同时得到多种组 分结果，无需移动仪器的任何部分，稳定性好，速度快，噪声低，分析精度和准确度高，故障少。光 栅使用寿命长无需任何保养。采用 340纳米波长，酶类测定结果稳定可靠。光栅可分为全息反射式光 栅和蚀刻式凹面光栅，前者是在玻璃上覆盖一种金属膜后制的，一定相位差，易被腐蚀；后者是将所 选波长固定刻在凹面玻璃上，无相差，无腐蚀，且耐磨损，是目前最先进的全息光栅。 3、比色杯 自动生化分析仪的检测速度与比色杯的数量也有关，多在 100个左右，有些组合式分析仪 可有双圈比色杯，数量更多，速度更快。比色杯种类繁多，光径一般为 0.5到 1厘米，目前小孔径比 色杯由于更节省试剂，使用更为广泛。 4、恒温装置 自动生化分析仪通过温度控制系统保证反应在恒温环境下进行，反应温度通常为 25 摄氏 度、30 摄氏度、37 摄氏度。目前恒温装置主要有空气浴、水浴、油浴及金属浴等。空气浴升温速度快， 但稳定性能和均匀性差；水浴和油浴控温准确，但水浴需特殊防腐剂保证水质清洁，升温速度较慢， 并且易挥发，油浴虽然不易挥发，但使用特殊的油，价格昂贵；金属浴升温速度快，加热均匀，但需 特殊合金制成，价格较贵。 5、清洗装置 一般包括吸液针、吐液阵、擦拭快。清洗过程包括吸取反应液、注入清洗液、吸取清 洗液、注入洁净水、吸取洁净、吸水擦干等步骤。清洗液有酸性和碱性两种，不同的分析仪可根据需 要选择。正确使用清洁管道、比色杯、探针，既减少交叉污染，又不损坏管道，从而保证检测的精密 河北化工医药职业技术学院毕业论文 13 度和准确性。 (三)计算机系统 计算机是自动生化分析仪的核心，整个分析过程均依据其指令有条不紊的进行。随着计算机技术的迅 速发展，新一代的自动生化分析仪自动生化程度更高，手工操作步骤更少，试剂及样品用量更微，其 设计理念及时更加提高工作效率并节约成本。 自动生化分析仪计算机与仪器的相结合，一般具有以下功能。 1、 样品和试剂的识别 用条形码阅读扫描贴在样品管和试剂瓶上的条形码，自动将样品的信息和需 要测定的项目以及试剂信息录入计算机，由计算机将条形码信息转换成相应动作，贯彻整个分 析过程中，直至报告结果并打印。 2、 样品和试剂的吸加 有机械臂依据计算机指令完成。机械臂一端装有吸液针，可采取用注射器 式、蠕动泵及气动泵方式进行液体吸加 。吸液针的内腔和外周可用每次冲洗法清洗或采用惰性 材料包被，既不与样品混合，又不影响检测，避免样品间的交叉污染，保证检测结果的准确性。 功能正常的吸加液体装置应能准确地吸加液量到指定位置。 3、 自动混合 多采用磁力、机械搅拌的方式，使样品和试剂充分混匀。连续流动式生化分析仪采 用蠕动泵和螺旋形混合管装置。混合的力度和时间由计算机控制。 4、 恒温调控 化学反应尤其是酶类的检测需要恒定的温度才能得到准确可靠的结果。一般生化分 析仪有 25摄氏度、30 摄氏度、37 摄氏度三种恒温温度供用户选择，有的固定为 37摄氏度，温 度的调控有计算机控制。 5、 结果计算和打印 计算机通过检测系统江都缺德吸光度转变成电信号，计算出数据结果并列成 表格，再由计算机指令打印机打印结果，核对后发送病房或患者。 6、 数据管理 随着近年计算机技术的迅速发展，数据管理功能日趋完善。自动生化分析仪的分析 数据通过仪器中微处理机与实验室信息系统和医院信息管理系统进行联网控制管理。8 RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 14 - 第四章 RT-1904c半自动生化仪的光路改进 4.1RT-1904半自动生化仪的光路系统 半自动生化分析仪所需的波长范围是从 340-800nm，属于紫外-可见分光光度计。用作紫外-可见 分光光度计的光源应满足以下条件： （1） 在仪器的工作波段范围内提供连续辐射，即光源可以发射连续光谱，以便记录一个完全的吸收 光谱。 （2） 光源发射的辐射能量具有足够的强度，其能量随波长变化的尽可能小，具有较好的稳定性有较 长的使用寿命 以下将简述紫外-可见-红外分光光度计中常用的光源。 氢灯：波长范围是 185纳米-375 纳米；光子输出强度表现为弱，360 纳米以上不能用； 氘灯：波长范围是 185纳米-400 纳米；光子输出强度表现为中等强度； 卤钨灯：波长范围是 250纳米-2000 纳米；光子输出强度表现为用玻璃灯壳时，320 纳米以下无输出； 钨灯：波长范围是 320纳米-2500 纳米；光子输出强度表现为最好输出 400纳米-1200 纳米 能斯特灯：波长范围是 1000纳米-35000 纳米；光子输出强度表现为 10000纳米以上输出为弱； 炭化桂棒：波长范围是 1000纳米-50000 纳米。 由上面叙述可知，钨灯使用的波长范围是 320纳米-2500 纳米，适合作为可见和近红外光谱区的 光源，但当温度升高时，发射的能量大部分在可见区，但此时灯的寿命显著减少，为克服这一缺点， 人们研究出卤钨灯，即在钨丝灯内可充入一定的卤素（如碘） ，这种碘钨灯具有更大的发光强度和更长 的使用寿命。在半自动生化分析仪中，常使用卤钨灯作为系统的光源。由于卤钨灯在可见区发射的能 量约与工作电压 4次方成比例，光强的稳定与否，直接影响到仪器的检测效果。由于半自动生化仪使 用时间的加长，光强强度的输出在不断的减少，光源持续加额定电压后，光源持续高温引起的光谱漂 移、光强变化，从而造成检测的不准确.并且光源的价格不菲，更换又是一笔开销。 分光光度计采用的光源一般是发射宽波段范围的连续辐射，然而在实际测量时希望采用窄谱带或 单色光这是因为采用窄谱带辐射才可能将此非常接近的吸收带分开，在最大吸收波长处进行测量，从 而提高测量灵敏度，定量分析时采用窄谱带才能较好的遵守比尔定律。因此，必须采用合适的装置将 复合光分解为窄谱带或单色光单色器是将光源辐射的复合光分解为单色光并可从中分出任意波长单色 光的装置。单色器由入射狭缝、准直装置(透镜或反射镜)、色散元件（棱镜或光栅） 、聚焦装置和出射 狭缝等五部分组成完整色散系统，安装在一个不透光的暗盒中。色散元件是单色器的核心部件，如棱 镜和光栅是应用最广的两种色散元件，有时也可用滤光片获取单色光。棱镜和光栅的分光能力用色散 率来描述。对于经典的光谱仪器，色散率表明从色散系统中输出的不同波长光线在空间彼此分开的程 度，或者会聚到焦平面上的彼此分开的距离。前者可用角色散率表述，后者用线色散率表述。9 光学分析方法由于其灵敏度高、选择性好、用途广等优点，在分析化学领域广泛应用，利用分光 光度法进行定性和定量分析，具有分析度精度高、测量范围广、分析速度快、分析试样用量少及不破 坏，也不改变试样的物理和化学特征等优点，在医院等领域得到广泛的应用，实现这种分析法的仪器 河北化工医药职业技术学院毕业论文 15 为分光光度计。分光光度计主要有光源、前置光学系统、样品室、单色器、检测器及信号放大处理等 部分组成由于不需要同时完成多波长测试，而且测试速度要求也不高所以采用这种前分光式分光光度 计。10 4.2光源强度控制电路设计 RT-1904c半自动生化分析仪依然是利用传统的方式利用恒压源或恒流源给灯供电。由于光源持续 加额定电压后光源持续高温引起的光谱漂移、光强变化， ；同时，还由于持续高强度的光照射引起广电 接收器件的疲劳而损坏，所以光路系统这一方面迫于改进，从而延长了光源的使用寿命，提高检测的 准确性和减少不必要的换件花费。 以下为光源强度控制电路设计： 通过控制开关电源 L的工作方式，进而控制光源电压大小，其中 Vin为光源输入电压即：由反馈电 压端 FB控制 VO端具体如下： （1） 当 P为低电平时场效应管 Q饱和导通，使用的场效应管的饱和压降约为 0.3V,由于 L的 FB 反馈端电压为 2.2V，所以此时 Vout=2.5V光源中开。 （2） 当 P为高电平时场效应管 Q截止，所以 Vout端输出电压由电位器 R的分压定为 5V,光源全 开。 通过这样的光源控制电路设计，在 RT-1904c半自动生化仪开机后通过自检后，待机中时虽然输入 电压是 5V,通过给场效应管 Q的 P端一低电平后场效应管饱和导通，光源的输出电压就变为 2.5V,比原 来的输出电压缩小了一倍，而当 RT-1904c半自动生化仪正常工作时通过给场效应管 Q的 P端一高电平 后再通过电位器的分压变成 5V光源全开从而能正常工作。 图 4.3.1 雷杜 RT-1904c 半自动生化仪光路控制设计电路图 4.3光路系统的改进的优势 FBV1 V0Vc P RT-1904c 半自动生化仪光路系统的改进 - 16 - 1、光强的稳定与否直接影响检测效果，所以光源的光强是必然条件。 2、影响光强稳定的主要有两方面原因:a 是高光性能的光源，b 是光源能量的供给方式。前者是系统元 件决定的，而后者是系统的设计技巧问题。 3、传统的大部分都是采用横压源或恒流源给灯供电，但是只能控制对光源的电输入而不能控制实际的 光强输出。随着工作时间的增加，光源温度升高，电阻值变化，导致光强强度变化，最终影响检验结 果。 4、为解决这一问题此报告提出一种循环控制方案，即：在生化仪待机时，给光源加能使光源恒温的部 分电压或电流，处于测定状态时，给光源加额定电压或电流。 5、设计使用于上述控制方式的控制开关，光源采用这种改进方式后，不仅减少了由于光源持续加额定 电压后光源持续高温引起的光谱漂移、光强变化，而且延长了光源的使用寿命；同时，还可以减少由 于持续高强度的光照射引起广电接收器件的疲劳而损坏，提高了检测的准确性，所以光路系统这一方 面迫于改进，从而提高检测的准确性和减少不必要的换件花费。 河北化工医药职业技术学院毕业论文 17 第五章结论 毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，不仅对 RT-1904c半自动生化 仪的发展历史及其分类又做了深入了解，而且还对 RT-1904c半自动生化仪的结构、功能、工作原理、 测试项目、维护保养等方面做了深入调查与研究，从而发现了 RT-1904c半自动生化仪的光路系统的缺 点，进而对光路系统做了简单的改进。通过这次比较完整的给 RT1904C半自动生化分析仪系统设计， 我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解 决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业 能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻 炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程