生化分析仪

郎伯(Lambert)定律”吸光度与液层厚度成正比”的出现诞生了杜伯斯克比色计，采用两支同样的玻璃柱分别浸入标准溶液与被测液中，光源设在底部，固定标准液中玻璃柱的高度，调整被测液中玻璃柱的高度，使其与标准液的颜色一致，计算出相当于标准液浓度的倍数，从而得出被测液的浓度。 比尔(Beer)发现只有在单色光且溶液浓度较低的条件下，溶液的浓度才与吸光度成正比。二者合并形成了著名的Lambert-Beer定律———在单色光条件下，吸光度与光所透过溶液的厚度和浓度成正比，即公式A=KCL。 光电池的发明使得光电效应得到应用。 在20世纪50 年代有了光电比色计，其光源灯、滤光片、光阑、比色杯、光电池和检流计组成。 从组成可以看出那个年代读出的是透光度或叫做百分透光度，透光度与浓度呈指数函数关系，做成表格换算出浓度填写报告，非常不便。通过数学换算吸光度与百分透光度呈A=-Log 10 T的关系，人们在检流计表盘百分透光度刻度下面，按此计算出的相应吸光度再画上一条吸光度线，就可以直接读出吸光度，然后画出浓度与吸光度成正比的标准曲线，从该曲线上直接读浓度，大大方便了工作。英国EEL型光电比色计在我国解放初期广泛应用于医院的生物化学检验室。

20世纪60年代我国生产的581型光电比色计填补了空白，其用的是悬镜式检流计，人工制造技术要求很高。随后又生产了721型可见光分光光度计、各种型号的紫外分光光度计。这适应并推动了临床医学的发展。

在迈向自动化的初期，人们在比色杯加装负压装置使加液速度变快。 后来把光电池换成可放大、更灵敏的光电管，在检流计电路上加上对数转换电路，生产出了浓度计。 1972年意大利驻华大使馆赠送给北京协和医院一台连续流动式自动生化分析仪，文庆成教授等研发了配套ALT试剂盒。 1975年天津医大二院引进了意大利Carlou Erba 公司二通道连续流动式自动生化分析仪。 北京生化仪器厂在研究了这两台仪器的基础上推出了三通道连续流动式自动生化分析仪，于1978年获全国科技大会奖，但遗憾的是未见市场效应。 上海推出过分立式自动生化分析仪。 在中国临床化学实验室大范围使用自动生化分析仪过程中，影响较大的是于1986年前后荷兰Vital公司引进的MicroLab半自动生化分析仪，引进数量达数千台，设计精巧，采用点光源、六块干涉滤光板、石英流动比色池防腐蚀金属抛光内壁(排出废液呈螺旋状致交叉污染极低)，设有终点法、两点法、动力学法。在20世纪80年代先后有Monarch离心式自动生化分析仪、Technicon自动生化分析仪、日立7050/7150等自动生化分析仪的批量引进。

文庆成教授在第一版《全国临床检验操作规程》中著有一章“自动生化分析仪”，又在2004 年10月第一届全国生化自动分析仪应用学术会上发文介绍中国生化分析仪发展史。

关于临床化学检验自动化在中国的发展，20 世纪90年代中期曾有学者将其分为4个阶段，如表9-1所示。

表9-1　生化自动分析在中国的发展分期

从20世纪90年代中期到进入21世纪的今天越来越多的医院建立了LIS系统，个别医院引进分析前自动化系统，这标志着自动化在中国已进入向实验室自动化系统(TLA)发展的新时期。

经过十多年的发展，国内在全自动生化分析仪行业已经取得了显著的进步。继2003年迈瑞公司推出中国第一台全自动生化分析仪BS-300以来，国内相继涌现出多家初步具备研发和生产全自动生化分析仪能力的厂家，比如迈瑞、科华、迪瑞、英诺华、优利特等，国产设备与国际的差距在逐步缩小。不仅如此，国内公司在中高端产品上也取得了突破，迈瑞、迪瑞等厂家已研制出模块化流水线产品，迈瑞公司于2012年研制出中国首台单机测试速度达到2000测试/小时的模块化生化分析仪器BS-2000M，并成功上市。

（一）分类

国内外用于临床检验的自动生化分析仪种类很多，按不同的方法可进行以下分类。

按自动化程度， 可分为半自动和全自动两大类。

按参与反应的试剂形态，可分为干片式和湿式。其中湿式分析中，按反应装置的结构原理可分为连续流动式、离心式、分立式三类。这也是目前应用最广泛的一种分类方法。

以下对半自动生化分析仪和全自动生化分析仪分别作简要介绍。

１. 半自动生化分析仪　半自动生化分析仪是最早应用于临床检验的生化分析仪器，由于其结构简单、操作方便、体积小巧、成本低廉，可广泛应用于定量分析血清、血浆、尿液、脑脊液等样本的临床生化项目和免疫学检验。

其典型工作流程如图9-14所示。

图9-14　半自动生化分析仪典型工作流程

虽然各厂商不同，但其主要结构基本相同，如图9-15 显示均由液路系统、比色系统、微电脑控制系统、温度控制系统、液晶显示屏等组成。样本与试剂在仪器外部进行配置、混匀及孵育，仪器完成测光、结果处理、记录及参数调整等工作。

图9-15　半自动基本结构实例

２. 全自动生化分析仪　全自动生化分析仪是目前国内外使用最广泛的一类生化仪，具有结构简单、检测速度快等优点。其特点为模拟手工操作的方式设计仪器，使仪器可以自动完成手工操作的加样本、加试剂、混匀、孵育、测光、数据处理等所有流程。

不同厂家的仪器的自动化流程基本类似，具体实现细节略有差异，比如加样本和加试剂的先后顺序，有些仪器先加入样本后加入试剂，有些一起先加入试剂后加入样本；此外，不同机型在测试流程各步骤之间的时间间隔也不完全一致。自动生化分析仪的典型工作流程如图9-16 所示。

图9-16　自动生化分析仪典型工作流程

不同厂家和型号的生化仪，均具备加样本、加试剂、搅拌、反应、清洗与测量等基本功能，只是在实现方案、组件配置、参数、辅助功能等方面存在差异，因此，全自动生化分析仪的工作过程基本也是类似的，一般按工作周期进行定义和描述。在每个工作周期，反应盘按固定的方式进行旋转和停止，通常进行至少一次旋转和一次停止。在反应盘的停止期内，相应的组件分别同步完成对应反应杯内的加样本、加试剂、搅拌、反应杯清洗等动作。在反应盘旋转期内，完成光电数据采集。每个工作周期内，反应盘按固定的模式进行旋转和停止，旋转过的杯位数量大于或小于总杯位数，这样，每个工作周期，反应杯可以沿旋转方向或反方向进行递进一个或多个杯位，从而使每个反应杯都能按上图所示的固定测试流程依次完成测试。

图9-17 为一个典型的全自动生化分析仪组成部分示意。

图9-17　全自动生化分析仪组成部分示意

（二）结构与功能

1.光度计结构与基本原理  

（1）组成结构：光电检测系统用于测定反应杯中反应液的吸光度。 该系统由光学系统和信号检测系统组成，其主要功能是对透过反应物的光强变化进行检测，采用光电转换的方法将化学反应造成的光学变化信号转换为电学信号，通过检测电学信号的变化量来反映光强的变化量。

光学系统由光源、光径比色系统及分光组件组成，用于提供足够强度的单色光和稳定可靠的比色光路结构。

信号检测系统包括光电转换部分与ＡＤ 采集处理部分。其主要功能是将经反应生成物吸收后聚焦到光电转换器件上的单色光的光强信号转变成电信号，电信号放大后，再经Ａ/ Ｄ 采集后输出反映光强的光电数据，并传送至相应控制单元进行吸光度计算。

光电检测系统的结构框图如图9-18所示。

图9-18　光学检测系统结构框图

根据分光组件不同，可分为光栅分光和滤光片分光。根据入射光在通过反应杯之前还是之后被分为单色光，可分为前分光结构和后分光结构。

光度计是生化分析仪的核心，其中的分光元件又是光度计的关键部件，分光元件直接决定光度计的分光方式。 从光学系统实现上考虑，分光方式一般有三种:棱镜分光、窄带干涉滤光片分光和光栅分光。目前的生化分析仪采用的分光方式主要是窄带干涉滤光片分光和光栅分光，基于棱镜的分光系统已基本不被采用。 窄带干涉滤光片和光栅在生化分析仪的应用中各有特点。以下分别介绍光栅后分光和滤光片前分光两种光学系统的结构及特点。

（2）光栅后分光光学系统：基于光栅的光测系统在实现生化分析仪高速测试上比滤光片系统有明显的优势，在高速生化仪上的光度测量系统都采用光栅分光的光测系统。

后分光技术的应用使得光栅系统可以在几毫秒内完成对一个比色杯中被测物所有波长的测试，这样，除了比色杯外，整个光学系统无需动作，就可以实现多项目同时进行测定的需要，在保证速度的同时，避免了由于运动导致的对精确度的影响，同时使双波长测试的时间间隔减小到只有几百微秒甚至更短。

通常，用于生化分析仪的凹面平场光栅的平场区涵盖了340~900ｎｍ 波长范围，测试波长的增加除了需要增加光电检测器阵列的阵元数量外，不会增加光学系统的成本，也不会降低测试速度。因此一般基于光栅的生化分析仪的测试波长都比较多，基本覆盖了生化分析所需要的波长。

光栅系统的调试比较复杂，在可靠性设计上也要求比较高，光栅光学系统一般在产品寿命期内是免维护的。

光栅后分光系统的工作原理示意见图9-19、系统构造见图9-20和结构示意见图9-21。

图9-19　光栅后分光光学系统工作原理示意

图9-20　光栅后分光光学系统构造

图9-21　光栅后分光光学系统结构示意

（3）滤光片前分光式分光系统：滤光片式分光系统主要分为转轮式分光系统及阵列(滤光条)式分光系统。

转轮式滤光片分光系统的结构示意和其光学系统示意分别见图9-22 和图9-23。

图9-22　转轮式滤光片分光系统结构示意

图9-23　转轮式滤光片分光系统构造

转轮式滤光片结构是将多个滤光片安装在一个可以旋转的轮式结构上，测试中，依次将各个波长的滤光片转到光学通道上进行各个波长的检测。

因此，这种结构对滤光片的重复定位精度要求较高。 不同波长(滤光片)的切换有时间间隔，由于其速度局限和成本优势，目前这种结构基本只用于低速的全自动生化分析仪及半自动生化分析仪。

阵列(滤光条)式分光系统的结构示意见图9-24，其光学系统示意见图9-25。

图9-24　阵列(滤光条)式分光系统结构示意

图9-25　阵列(滤光条)式分光系统构造

阵列式滤光片分光系统其结构可实现多波长同时测试。光源由聚焦系统处理后通过反应杯，再次通过准直镜聚焦，由分光片进行第一次粗略分光，然后再由滤光片进行精细分光，从而可获得所有波长吸光度数据。

一个窄带滤光片只能分出单个波长的光谱，测试波长的增加意味着测试速度的降低、成本的增加、结构体积更大。因此基于窄带滤光片的生化分析仪的测试波长都比较少，只提供常用项目的测试波长。

一般来说，光栅系统比滤光片系统的成本高。所以可以看到，低端低速的生化分析仪一般都采用基于滤光片分光的光测系统。

滤光片系统的调试比较简单，但窄带滤光片一般都有一定的寿命期，早期的滤光片声称的使用寿命只有一年，随着设计和工艺水平的提高，目前，滤光片的使用寿命已经可以达到三年甚至更高。 滤光片失效后就需要更换，更换维护时一般比较简单，无需调试。

（4）光电检测系统与仪器性能：光电检测系统是高性能全自动生化分析仪的核心之一，直接决定仪器的测量性能。 其设计的主要难点在于满足仪器光学核心性能如吸光度线性、稳定性、重复性等前提下，实现更小的反应体积。

由于更小的反应体积可以为用户节省试剂费用，具有重要的意义，因而也是衡量仪器性能的主要指标之一。减小最小反应体积的难点在于，反应体积小要求通过反应杯上的光斑小，这与能量的利用率存在一定的矛盾；同时，反应体积小对反应盘的运动精度、端跳和光学系统也提出了更高的要求。目前国际上主流机型能够达到的最高水平为最小反应体积80μｌ。国内最新上市的BS-2000全自动生化分析仪也已达到这一水平，代表着国产生化仪在高端领域的一大突破。

2.加样结构与基本原理  加样装置是全自动生化分析仪核心装置之一，通常包括样本加样和试剂加样，两者的工作原理和结构基本类似。 加样性能优劣直接决定了仪器的测试性能。加样装置的基本构成包括一根加样针，其内壁通过加样管路与注射器相连。注射器根据加样量的大小产生定量运动，驱动液体流入或流出采样针从而实现定量加样。 图9-26所示为加样装置的组成示意。

图9-26　加样装置组成示意

通常为了实现在不同病人之间和不同试剂之间的连续加样，加样针被安装在一个驱动机构上，可以实现两维的运动，以驱动加样针在吸样本位、排样本位(反应杯)、清洗池等多个工作位置执行吸样本、排样本和清洗针内外壁的动作。图9-27所示为加样装置的工作过程示意，图中给出了吸样、排样、运动、清洗各过程中涉及的关键功能和技术指标。

图9-27　加样装置工作过程示意

精确、可靠加样是加样装置的基本要求。 临床测试中，试剂的消耗量与最小加样量基本成正比，更小的样本量意味着更低的试剂成本，可支持的最小样本量是仪器的关键参数之一。正因为如此，微量加样是现代全自动生化分析仪的显著特征和主要发展趋势。同时，加样系统的精度也直接决定仪器测试结果的准确性和一致性。加样量越小则加样的精密度越难保证，微量和精密加样是仪器设计时的一对矛盾；同时，仪器测试速度越高，对加样过程的速度要求也越高，而高速加样也会给微量和精密带来更大的挑战。因此，在保证加样精度的同时，追求更小的加样量和更高的加样速度是行业内永恒的主题。通常，衡量微量加样技术水平的关键技术指标包括最小加样量，以及最小加样量下的准确度、精密度、交叉污染水平等。

以下分别介绍组成样本分注装置的主要组件及其功能，包括加样针组件、清洗池组件、注射器组件等。

(1)加样针组件：除了基本的加样功能，加样针还可以具有液面检测功能、堵针检测功能、随量跟踪功能、防撞功能等，这些辅助功能，结合采样针的设计和加工工艺、高精度的注射器驱动控制、采样针运动控制、采样针清洗管路设计等，是保证良好加样性能的关键。样本针组件的功能实现水平和技术方案，决定了样本针的加样性能、清洗效果、死体积、可靠性等核心性能。

1)堵针检测：堵针检测功能可以准确地检测样本针是否堵塞。如果样本针被堵，系统发出警告并继续下一步加样操作。

待测样本中可能存在的纤维蛋白、凝块等有时会导致针尖的堵塞，进而影响加样，造成测试结果的不准确。堵针检测技术通过监测加样系统的状态，可以及时发现堵塞情况并做出合适的处理，防止出现错误的结果，对保证分析结果的可靠性及患者的安全具有重要的意义，是高端机器的必备功能。技术实现上，以及通过在加样液路中引入压力检测模块，以及通过监测液路压力变化数据，根据一定判断算法，自动进行堵塞判断。 实际应用中，样本量范围较宽，而且样本类型多种多样，包括血清、尿液等常见样本，也包括黏稠度明显增大的脂

血和部分高浓度定标液、质控液。不同的样本类型和样本量，压力曲线差异较大，需要对不同情况下的样本吸样压力曲线进行理论计算、实验获取与分析总结，设计合适的堵针压力曲线判断算法，保证既能在吸排上述所有样本类型和不同样本量时不误判堵针，同时又能及时准确地判断出样本针堵塞的情况。此外，不同海拔区域的大气压差异对堵针检测系也会产生影响，设计上还需要满足不同海拔对于堵针的判断，通常仪器可以做到对全堵的准确判断，但对于部分堵的情况，则无法保证准确判断，可能会出现误判的情况。

2)液面检测和随量跟踪：液面检测和随量跟踪技术可以自动检测样本管内的液面，并根据吸液量的多少，自动调整下降到液面下的深度。

液面检测技术是生化检验设备的关键技术。液面检测的可靠性和样本死体积的大小是衡量液面检测技术水平的主要指标。 由于误检液面可能导致加样针吸排液体错误，直接影响到测试结果的可靠，而加样针插入液面下过深又会导致加样性能下降、交叉污染增加和死体积过大，因此，液面检测的可靠性对仪器测试性能至关重要。 而更小的样本死体积，则意味着更小的病人样本量，这对降低患者的痛苦，尤其对于新生儿样本检测，有着重要意义。 正因为如此，样本死体积的大小也是衡量仪器性能水平的主要指标之一。

由于液面检测系统需要在加样针接触液面的瞬间做出响应，控制加样针进入液面合适的深度，保证既能完成可靠吸样又能减少插入深度以减少交叉污染并降低死体积，这就需要该检测系统具有很高的灵敏度。 影响液面检测系统信号响应的因素很多，如剩余样本量的多少，样本类型，针管内液体的振荡，加样针运动空间周围的电磁环境、静电干扰、周围仪器的电磁干扰等，甚至同一根加样针，在样本盘、反应盘和清洗池等位置的具体环境不同，都对液面检测的要求有所不同。 灵敏度越高，受上述各种影响因素干扰导致误检的可能性越大。在检测灵敏度和可靠性的矛盾中找到更好的解决方案，并实现更小的死体积，是液面检测技术的主要难点。 此外，死体积的大小还取决于样本针及样本容器的定位精度等因素。

目前，行业内最高水平可实现微量杯死体积40μｌ。国内的部分全自动生化分析仪在这方面已达到国际领先水平，可实现最小死体积50μｌ。

3）横向防撞：可以检测水平方向上的障碍物。如果发生碰撞，将启用自动防护系统，防止加样针损坏。

4）纵向防撞：可以检测垂直方向上的障碍物。如果发生碰撞，将启用自动防护系统，防止样本针损坏。

5）气泡检测：可以检测样本中是否有气泡。 如果存在气泡，将给出报警，以避免加样不准确。 基本检测原理与液面检测类似，通过识别样本针接触到样本和接触到气泡时的信号差异，自动判断是否存在气泡。

（2）清洗池组件：样本针执行完吸排样动作后，到清洗池执行内外壁的清洗。清洗池一般有以下几种形式:涌泉式、斜喷式、瀑布式、移动式环状包裹式等，如图9-28所示。不同的清洗池结构，在耗水量、清洗效果方面各有优劣。在同样的清洗时间下，通常斜喷式的清洗池具有更好的清洗效果，但也需要更大的耗水量。

图9-28样本针清洗池

Ａ——针外壁清洗———涌泉式清洗池Ｂ——针外壁清洗———斜喷式清洗池

Ｃ——“瀑布式”清洗装置 Ｄ——移动式环状包裹清洗装置

（3）注射器组件：注射器组件包括注射器及其驱动组件。注射器组件根据加样量的大小产生定量运动，驱动液体流入或流出采样针从而实现定量加样。为了实现高精度的加样，需要采用高精度的注射器驱动控制，以及传动精度高的驱动结构，如滚珠丝杆结构等。使用者应遵守生产商的维护要求，关注活塞滑片的磨损，并按要求更换。

３. 搅拌结构与基本原理  搅拌混匀系统用于实现反应杯内的样本与试剂混合液的混匀。常规实现方式为机械搅拌混匀，即将搅拌杆插入反应液中，通过搅拌杆的高速旋转，实现反应液的混匀ꎮ搅拌杆的结构形状也多种多样，有螺旋状、平面桨片状等。为了有效控制交叉污染，搅拌杆的表面一般需要进行特殊处理。

在样本与第一试剂混合后，需要执行混匀；对于双试剂反应，加入第二试剂后，需要执行混匀。通常将实现样本与试剂混匀的系统称为样本混匀系统，将实现加入第二试剂后混匀的系统称为试剂混匀系统。样本和试剂混匀系统具有相同的结构组成，在中低端仪器上，样本和试剂混匀系统共用；而在高端仪器上，一般都具有独立的样本和试剂混匀系统，甚至每个系统内配置有多根搅拌杆，以便于在高速工作模式下实现更好的搅拌效果和清洗效果。图9-29为多头搅拌结构示意，图9-30为试剂搅拌混匀装置示意。

图9-29搅拌混匀装置

Ａ. 搅拌杆清洗池 Ｂ. 搅拌杆摇臂 Ｃ. 搅拌杆驱动轴 Ｄ. 搅拌杆

图9-30试剂搅拌混匀装置

反应液混匀有多种不同的实现方式。除了常规的机械搅拌混匀外，还有振动混匀(如ADVIA系列生化分析仪)和超声波混匀(如C701)(图9-31)。

图9-31　超声波混匀装置结构原理示意PZT 超声混匀发生器

4.反应系统结构基本原理　反应系统包括用于承载反应容器的反应盘，以及实现反应系统恒温的温控结构。

(１) 反应盘组件：反应盘组件通常采用圆盘式结构设计，位于分析部台面的中间，主要用于承载反应杯，将反应杯依次旋转并精确定位到工作位置，包括加样本位、加试剂位、搅拌位、光电数据采集位、自动清洗位等，就像工业流水线中的传输装置一样，以支持实现反应过程中一系列动作的自动化。而圆盘式的结构，结合每个周期的工作时序设计，则可以使圆盘式反应盘的每个反应杯能够周而复始地循环进行一个又一个的测试。如此，利用有限的反应杯位，通过反应杯自动清洗机构，或者自动换杯装置，可以使测试长时间连续进行下去。

反应杯有玻璃材质和塑料材质。塑料材质反应杯根据其材料特点，可分为反复使用型和一次使用型(抛弃型)。通常，一次使用型塑料反应杯在自动或手动换杯的低端机型上应用较为广泛，而可反复使用的塑料或玻璃反应杯应用于带有反应杯自动清洗功能的机型上。图9-32 为反应盘和反应杯示意，图9-33 为杯联结构塑料反应杯示意。

图9-32　反应盘与反应杯示意

Ａ. 反应盘 Ｂ. 反应杯

图9-33　杯联结构塑料反应杯示意

另外，在一次性反应杯中，有些厂家采取了薄膜即时压制比色杯，用完后自动封膜即弃，如图9-34 所示。

图9-34　一次性薄膜即时压制比色杯示意

（2）反应盘恒温结构:生化反应和温度有关，通常生化分析仪的反应温度控制在３７℃ 左右。反应系统的温度准确度和波动度对仪器分析性能的保证具有重要意义。

（3）系统工作原理:首先由温度传感器采集反应盘温度信号，并将该模拟量传递给温度采集电路；温度采集电路实现A/D转换，并将数字化后的温度值传给温控板；温控板按照PID 算法，对温度数据进行计算，得出加热器工作时的占空比，并实现对加热器的控制；加热器在温控板的控制下，依据反应盘当前的温度值，对反应盘变功率加热，最终实现了反应盘恒温控制；反应杯内的反应液恒温孵育，由反应盘盘体的恒温作为保障。

常见的反应盘恒温结构有空气浴结构、液体浴结构、固体直热式、固体恒温槽式、液体恒温槽式等。以下分别进行介绍。

1）空气浴结构反应盘：反应盘空气浴是利用受控热空气，对反应盘实现孵育，如图9-35 所示。由于空气热容小，因此容易受环境影响，温度波动较大。同时空气与反应杯之间的换热方式属于空气强制对流换热，换热系数小，反应杯中液体升温速度较慢。反应盘空气浴在早期中低端的产品中应用较多，目前高端产品很少采用。

图9-35　反应盘空气浴结构示意

2）液体浴结构反应盘：反应盘液体浴是利用水、惰性碳氟油等液体与反应杯外壁直接接触实现孵育的方法，如图9-36所示。

图9-36　反应盘水浴结构示意

由于液体热容大，受环境影响小，温度波动小;液体在泵的驱动下循环流动，整个系统的温度均匀性好，液体与反应盘之间的换热方式属于液体强制对流，换热系数大，反应杯中液体升温速度迅速。液体浴可以实现高精度精密温控，在目前所有温控方式中效果最好。但是由于液体浴中的液体暴露在空气中，容易滋生微生物和引起矿物质沉淀，影响光路检测，必须进行额外的维护才能保证其正常运行。

3）固体直热结构反应盘：反应盘固体直热方式是利用导热率较高的金属材料(铝、铜等)直接与反应杯接触，如图9-37所示。通过对高导热率固体材料的温控，实现对反应杯内液体的孵育。

固体直热加热方式系统升温迅速，受环境影响小，控温精度接近液体浴，免维护。但是其反应盘转动部分质量较大，当反应盘尺寸增大时，对传动系统提出了较高的要求。

            图9-37　反应盘固体直热结构示意

4）固体恒温槽结构反应盘：固体恒温槽反应盘温控方式如图9-38所示，主要由反应盘、恒温槽、加热器、温度传感器、保温层及控制电路组成。 反应杯装载在反应盘中，随反应盘一起转动，依次通过清洗位、加样位、搅拌位，在反应盘中完成孵育并进行吸光度测量。

图9-38　反应盘固体恒温槽结构示意

横截面为Ｕ形的环状恒温槽，是实心固体，反应盘外壁与槽内壁之间有较小的空气隙。工作时，恒温槽固定不动，反应盘在电机驱动下沿槽运动。恒温槽底部(或外部) 安装有加热器和温度传感器，工作时由温度传感器采集温度信号，并将温度信号反馈给温度控制电路，温控电路按照一定的算法控制加热器的输出功率，实现了槽体的“恒温”。恒温槽的热量依次通过空气隙、反应盘、反应杯，传递到反应液中，最终实现了反应液的恒温孵育。

这种温控方式集中了空气浴、固体直热和液体浴的优点，结构简单，免维护，温度的稳定性和均匀性好，抗环境干扰能力强。

  5）固液结合恒温槽结构反应盘：与固体恒温槽实现原理和结构特点类似，只是固体恒温槽中恒温槽是由导热性能良好的材料做成的实心体，而液体恒温槽则是采用中空结构的恒温槽，在腔体内充满一种循环流动的无味、无污染、不变质、不蒸发的惰性液体，通过加热恒温槽内的液体，实现反应液的恒温孵育，如图9-39所示。

图9-39　反应盘液体恒温槽结构示意

这种结构和固体恒温槽的应用特点类似，免维护，温度的稳定性和均匀性好，抗环境干扰能力强。但由于需要在恒温槽内预先加入恒温液，结构和实现相对固体恒温槽复杂一些。

5.试剂存储结构与基本原理  试剂存储装置通常为盘状结构，即试剂盘，如图9-40所示。 试剂盘可旋转并将任意试剂位精确定位到试剂针吸试剂位置。 生化分析仪一般具有一个或多个试剂盘，每个试剂盘具有多个试剂位。试剂位的数量决定了仪器同时可分析项目的数量。

图9-40　试剂盘

试剂瓶在结构形式上，多数仪器的第一试剂和第二试剂是独立包装的，也有部分机型采用第一试剂(R1) 和第二试剂(R2) 一体化试剂盒的形式，对应的试剂盘和试剂瓶如 图9-41~图9-43所示。

图9-41　R1和R2一体化试剂盒的试剂盘

图9-42　R1 和R2一体化试剂盒

图9-43　一体化试剂盒

部分机型采用了立体上下双层的试剂仓结构，在有限的空间内可容纳更多的同时可测项目，如图9-44 所示。

图9-44　上下双层试剂仓 

试剂盘除了具有基本的存储试剂的功能外，通常还具有试剂冷藏功能，中高端仪器通常还配置有条码扫描装置，实现试剂信息的自动识别。

(１) 试剂制冷:为满足试剂存储条件的要求，试剂盘具有２４ｈ 不间断制冷功能。多数生化试剂都要求低温储藏，常见的冷藏温度要求是２ ~８℃，在此范围内试剂的稳定性可以得到更好的保证。试剂盘除了实现试剂的冷藏存储外，还要尽量减少冷凝水对试剂的稀释，并有效控制试剂的挥发量。因此，要实现２~８℃ 范围的低温储藏环境，且在高温高湿条件下试剂盘内不会产生较多的冷凝水，具有一定的技术难度。

不同型号的生化分析仪，实现的冷藏温度范围略有差异。多数生化分析仪的试剂盘冷藏范围在４~１２℃，少数技术较为先进的仪器可实现２~８℃的冷藏。

在试剂盘制冷技术上，有些采用半导体制冷技术，有些采用压缩机制冷技术。在实现结构上，有些采用制冷液循环的结构，有些则采用直接将半导体制冷片固定在试剂盘底的结构。

（2）条码扫描:多数生化分析仪标配或选配条码扫描模块，以支持试剂信息的自动识别。

6.样本传输结构与基本原理  样本传输在全自动生化分析仪上，最常见的是采用盘式结构，即样本盘，如图9-45 所示。

图9-45　样本盘结构

在中高端仪器上，轨道进样即样本架应用较为普遍，如图9-46和图9-47 所示。

图9-46　轨道进样样本处理区

图9-47　轨道进样前端轨道

７. 反应杯自动清洗结构与基本原理  反应杯自动清洗系统对反应杯进行实时在线清洗，使反应杯可被重复使用。自动清洗系统是中高端生化仪的普遍配置。对于不同机型，清洗结构和步骤略有差异，但实现原理基本一致。

图9-48 为反应杯自动清洗机构的示例，从左至右依次为第一步至第八步清洗。测试结束后，通过多组清洗针对反应杯进行自动清洗。反应杯自动清洗系统由清洗针、升降电机和相关的液路组成。由升降电机控制清洗针在各个清洗阶段进行上升和下降动作，完成对反应杯的清洗。

图9-48　自动清洗机构示例

反应杯自动清洗系统通常采用清洗液和去离子水对反应杯进行多步骤的自动清洗，确保反应杯在测试过程无交叉污染和干燥。 多步骤清洗的流程如下：①使用稀释清洗液清洗反应杯；②使用去离子水清洗反应杯；③吸干、擦拭反应杯。其中，①和②清洗针，分别有吸液针和注液针。清洗时，吸液针吸取废液，注液针注入清洗液或去离子水。③清洗时，只吸液不注液，实现反应杯的吸干和擦拭。

不同仪器的反应杯自动清洗原理类似，差异在于技术实现上，即采用的吸液方式和注液方式有一定差异:有些采用真空吸液和泵注液的方式，实现废液的吸取和清洗液的注入，这是高端生化分析仪普遍采用的技术路线，也有些采用注射器实现吸注液。此外，为了达到更好的清洗效果，有些机型采用加热器对清洗液和清洗水进行预加热。清洗完成后，清洗废液通过两级分流，分为高浓度废液和低浓度废液。

反应杯交叉污染和残留水是评估自动清洗性能的主要指标，也是影响临床性能的关键因素之一。同时，反应杯清洗的防溢流设计是评估该系统可靠性的主要判断标准之一。在高速生化中，清洗时间的缩短，对清洗性能指标和可靠性都带来更大的挑战。

在中低端机型尤其是在低端机型中，较为常见的是非自动清洗机型。 这类机型在测试结束后由手工换杯或者仪器自动更换反应杯的形式，采用一次性反应杯，降低了仪器复杂度，维护简单，节约了

自动清洗机构的成本，可以满足不同层次用户的需求。

８. 临床应用功能分类   对于临床测试有重要意义的抗原抗体反应中的前带检查方法，以及动力学法中的酶线性扩展方法，血清指数等也在本节介绍。

（１) 前带检查:在抗原抗体的反应中，生成的不溶性抗原抗体复合物与抗原抗体的比例密切相关，在适当比例时生成的不溶性抗原抗体复合物量最大，此时透过的光最少，相当于吸光度最大；大于和小于这个比例时，生成的不溶性抗原抗体复合物量都会减少，透过的光增加，吸光度减小。 在这种情况下，浓度相差很大的两份样本(抗原)，生成的不溶性抗原抗体复合物量可以相等，如果不进行前带检查，会得到相同的测定结果。 因此，对于抗原抗体反应，有必要进行前带检查。 图9-49 为抗原抗体反应的剂量反应曲线。

图9-49　抗原抗体反应的剂量反应曲线

前带检查有两种方法:抗原再添加法和反应速度比法。 下面将简要介绍这两种方法。

1）抗原再添加法：判断抗原过剩最直接的方法为抗原再添加法。 在抗体过量前提下，待测抗原在反应介质中与抗体快速反应形成稳定的小复合物颗粒，产生散射光信号，该信号随复合物的增加和时间的延长(抗体过量阶段) 而动态性增强，在规定时间内如果抗体保持过量，再次加入抗原后会继续反应，反应幅度会继续上升，如果抗原已过量，则反应下降。单、双试剂项目均支持抗原再添加法。

2）反应速度比法：反应速度比法是根据在一定的相同的时间内，抗体过剩反应曲线能够达到平衡，而抗原过剩反应曲线达不到平衡。 根据一定的算法，判断反应曲线是否达到平衡，可以进行判断是否出现抗原过剩。

(２) 酶线性扩展(flexrate)：在进行高活性的酶检验时，底物很快耗尽，反应曲线呈现明显非线性，如果利用通常的程序进行测量，会出现无线性区间报警，提示用户进行稀释重测，增加了工作量。

酶线性范围扩展办法如图9-50 所示。

图9-50 酶线性范围扩展

设反应起始的时间为t₁，反应时间段为t_L ~t_M，则t₁~t_L 为延迟时间。

当反应时间段内查找的线性范围的测光点个数N<2，不足以计算反应度时，可启动酶线性范围扩展功能，利用包括延迟时间在内的测光点数据计算最大反应速率(ΔA_max) 作为该样本的反应度。

酶线性扩展通过动态查找反应区间的线性区域自动确定计算区间，有效扩展了线性范围，降低了标本重测的概率，大大提高了工作效率。

(３ ) 血清指数：溶血( hemonglobin)、脂血(lipemia)、黄疸(icterus)是血清中常见的三种干扰物。 血清指数是指血清样本中溶血、黄疸和脂血的程度。

已知样本中三种干扰物的存在，将通过物理干扰或化学干扰的形式，影响生化分析结果的准确性，从而影响临床医生的诊断。以物理干扰为例，细微气泡或固体颗粒对波长无选择性，对吸收光谱平行抬高，因此可用双波长检测法消除其干扰。但对于黄疸、溶血、脂血干扰物，其对波长具有选择性，吸收光谱复杂，如图9-51 所示。

图9-51　血清干扰物吸收光谱

ａ. 代表脂血 ｂ. 代表溶血 ｃ. 代表黄疸

单靠双波长检测不能完全消除其干扰，从而导致假性结果。

原始的血清干扰物目测方法，只能对样本受干扰水平进行粗略的估计，且过度依赖操作者的经验和自觉性，较不可靠。

仪器提供的血清指数功能，通过６个波长的数据计算，可自动识别干扰标本，无需用户肉眼观察，提高了工作效率，并及时判断出测试结果的可靠性。使用血清指数信息(溶血、黄疸和脂血)，可以对分析结果进行补偿，也可以通过测定的数值得到定性结果，帮助临床医生评估测试结果是否有效，决定样本是否可用。

适用于全自动生化分析仪的相关标准法规，分为生化分析仪行业标准、仪器通用标准、临床性能评价标准等。 以下分别简要介绍。

（一）生化分析仪行业标准

针对生化分析仪，国内有以下三个标准文件:«半自动生化分析仪»(JJG 464-2011 )、«半自动生化分析仪» (YY/T 0014-2005)、«全自动生化分析仪»(YY/T 0654-2008)。

其中，«全自动生化分析仪»(YY/T 0654-2008)是在«生化分析仪»(YY 0014-1990)的基础上制定的，适用于使用液体试剂的全自动生化分析仪。 该行业标准规定了全自动生化分析仪的术语和定义、分类、要求、试验方法、检验规则、标志和使用说明书、包装、运输和储存等。

（二）适用于生化分析仪的通用标准

以下列出适用于生化分析仪的通用标准清单和标准清单及其说明:

(１) «包装储运图示标志»(GB/T 191-2008)，规定了对医疗器械包装储运图示标志的要求。

(２) «工业产品使用说明书总则»(GB/T 9969-2008)，规定了医疗器械工业产品使用说明书的要求。

(３) «医疗器械用于医疗器械标签、标记和提供信息的符号第１ 部分:通用要求»(YY/T 0466.1-2009)，规定了对医疗器械中标签、标记和提供信息的符号的要求。

(４) «医疗器械软件软件生存周期过程»(YY/T 0664-2008)，规定了医疗器械软件的法规要求。

(５) «医用电气设备环境要求及试验方法»(GB/T 14710-2009)，规定了分析仪的环境实验要求和方法。

(６) «测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第2-101 部分:体外诊断医疗设备的专用要求»(YY 0648-2008)，规定了分析仪的安全要求。

(７) «测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第一部分:通用要求»(GB 4793.1-2007)，规定了分析仪的安全要求(等同于IEC61010-1-2001)。

(８) «医疗仪器风险管理第一部分:风险分析的应用»(YY/T 0316-2008)，规定了医疗器械风险管理的要求。

(９) «激光产品的安全第１ 部分:设备分类、要求»(GB 7247.1-2012)，规定了条码扫描的要求。

(10) «测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第1部分:通用要求» (GB/T 18268.1-2010)，规定了电磁兼容性(EMC)的通用性要求。

(11) «测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第26部分:特殊要求体外诊断(IVD)医疗设备»(GB/T 18268.26-2010)，规定了针对体外诊断医疗设备的电磁兼容性(EMC)要求。

(12) «体外诊断医疗器械制造商提供的信息标示)第1部分:术语、定义和通用要求» (GB/T29791.1-2013)，规定了关于标示标贴的通用要求。

(13) «体外诊断医疗器械制造商提供的信息(标示)第3部分:专业用体外诊断仪器»(GB/T 29791.3-2013)，规定了针对体外诊断仪器的标示标贴要求。

(三) 适用于生化分析仪的临床评价标准

适用于临床性能评价的相关国内外标准见表9-3。

表9-3 适用于临床性能评价的相关国内外标准

身体的任何生理反应过程都有生化反应的参与，生化检测在各种疾病的诊断和治疗中一直都占有重要位置，特别是近年来随着对各种疾病发病、发展机制研究的不断深入，生化检测方法和技术的日益完善，分子生物学技术、免疫学技术和计算机广泛应用到生化检测中来，以及生化检测自动化的全面提高，使得许多特异性强、灵敏度高、对诊断或鉴别诊断价值较大的新的生化检测项目，能够得以检测，为疾病的诊断和治疗提供更客观、更敏感和更准确的生化指标。 在现代医学实践中，没有检验医学所提供的各种各样的信息，医生很难早期准确地诊断疾病和判断预后，从而制定正确有效的治疗方案。

全自动生化分析仪是临床检验中最常使用的重要分析仪器之一，主要用于定量测定血清、血浆或其他体液的各种生化指标，如葡萄糖、白蛋白、总蛋白、胆固醇、转氨酶等，在辅助诊断、疗效监测、健康检查、药物滥用等方面具有重要意义，是各级医疗、疾病控制单位必不可少的临床检测设备，也是防疫、检疫及生物学研究的常用仪器。 其临床应用范围越来越广泛，是当今世界医疗器械产业发展最快的领域之一。

下表列出了目前生化分析仪中常见项目及其临床意义用途。

（一）系统验证程序

目前自动生化仪检测系统主要分三类:第一类是封闭系统，由Ａ 仪器＋Ａ试剂＋Ａ校准品构成。 第二类是开放系统，由Ａ仪器＋Ｂ试剂＋Ｂ校准品构成。 第三类检测系统，即Ａ仪器＋Ｂ试剂＋Ｃ校准品构成的检测系统，目前国内使用较普遍。对于第一类及第二类检测系统，由于实验室使用了经制造商确认的检测程序，且制造商可以提供校准品的溯源性证据，故实验室仅需验证检测系统的准确性、精密度和可报告范围等。 而对于第三类系统，由于实验室改变了校准品的用途，实际也是改变了经确认的检测程序，故需要对检测系统的性能进行确认，包括精密度、准确度、患者结果可报告范围、分析灵敏度、分析干扰和参考范围等分析性能。 且由于校准品存在互通性问题，单次的比对不能够保证检测系统的准确性始终得到确认，尤其在更换校准品批号后。

同其他设备一样，生化分析仪的质量管理是从设备管理、使用培训开始，包含了设备的一般性维护、预防性维护、校准等重要的内容。

（二）检测系统的量值溯源

1.量值溯源  ISO对溯源性的定义如下:测量结果或标准量值的属性，它使测量结果或标准量值通过连续的比较链与给定的参考标准物质联系起来，给定的参考标准物质通常是国家或国际标准物质，比较链中的每一步比较都有给定的不确定度。这条不间断的比较链称为溯源链。

量值溯源的方法学分类包括:

（1）决定性方法(definitivemethod):也叫基准方法，是经过长期的、细致研究，具有最高计量品质的测量方法。 由于其操作可以清楚地被完全描述和认知，因此其测量结果不受测量对象的影响，测量结果的不确定度也可以完全用SI单位表述。

（2）参考方法(referencemethod):也叫标准方法，是经过全面研究，清楚而严密地描述所需条件和程序，用于对物质一种或多种特性值进行测量的方法。该方法已经证明具有与预期用途相称的准确度及其他性能，因此该方法适用于标准物质的定值，也可以用来评价对同一测量过程所使用的其他方法。

（3）常规方法(routinemethod):可满足临床或其他测量目的需要的日常使用的方法。

标准物质又称参考物质(referencematerial，RM)，等同采用ISO导则«标准物质有关常用术语和定义»(30-1992)的《标准物质常用术语和定义》(JJF1005-2005)中对其定义为:具有一种或多种足够均匀和很好确定了的特性，用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。

因此，标准物质可以是纯的或混合的气体、液体或 标准物质包括:具有最高计量学特性，用基准方法确定特性量值的基准标准物质(PRM)、用于质量控制的标准物质(QCMs）、用于校准的标准物质(CALs)、有证标准物质(CRM)。

有证标准物质(certified reference material，CRM)指附有证书的标准物质，其一种或多种特性量值用建立了溯源性的程序确定，使之可溯源到准确复现的表示该特性值的测量单位，每一种认定的特性量值都附有给定置信水平的不确定度。 证书是标准物质认定机构(或生产单位)向用户提供用于介绍标准物质特性的技术文件。 证书概括地为标准物质用户提供如下信息:认定值和不确定度、原材料来源和制备工艺、均匀性和稳定性检验、特性量值的测量方法、溯源性描述、预期用途、正确使用与保存方法及安全警示等，使用户能够对该标准物质有一个清晰的了解。 有证标准物质一般成批制备，确保足够的数量。 其特性量值是通过统计学抽样，对代表整批物质的样品进行测量而确定，并具有规定的不确定度。 如美国国家标准与技术研究所(NIST)的冷冻人血清电解质标准物质SRM956就是临床电解质分析用的一种有证标准物质。

按照《中华人民共和国计量法》和《标准物质管理办法》的规定，我国将有证标准物质作为计量器具施行法制管理，并采取分类及分级的管理方式。其中医学检验类标准物质划归为“临床化学与医药”类别，对应的标准物质编号为09101~09999。按着有证标准物质的研制水平，分为一级标准物质与二级标准物质。

一级标准物质(primary reference material)又称国家一级标准物质，是由国家权威机构审定的标准物质。 一级标准物质主要用来标定比它低一级的标准物质，或者用来检定高准确度的计量仪器，或用于评定和研究标准方法，或在高准确度要求的关键场合下应用，它须是基于特异、无需同量校准而能溯源至SI单位、低不确定度的测量原理，目前认为可用于一级参考测量过程的测量原理仅限于同位素稀释/ 质谱(ID/ MS)、库仑法、重量法、滴定法和依数性(如凝固点降低)测量等。 我国的一级标准物质采用GBW字头进行编号，国外高水平的标准物质优于或等同于我国的一级标准物质，例如，美国国家标准局的SRM 标准物质，英国的BAS标准物质，联邦德国的BAM标准物质等。 一级标准物质稳定、均一，采用高度准确、可靠的若干方法定值，可用于校准决定性方法及为二级标准物质定值。 一级标准物质由国家质量监督检验检疫总局批准、颁布并授权生产，如我国的GBW 09152 冷冻人血清无机成分分析标准物质和GBW 09138血清胆固醇标准物质等。

一级标准物质应具备的基本条件:

(1)用绝对测量法或两种以上不同原理的准确可靠的方法定值。在只有一种定值方法的情况下，用多个实验室以同种准确可靠的方法定值。

(2)准确度具有国内最高水平，均匀性在准确度范围之内。

(3)稳定性在一年以，或达到国际上同类标准物质的先进水平。

(4)包装形式符合标准物质技术规范的要求。

二级标准物质(secondary reference material)又称为工作标准物质，一般是为了满足本单位的需要和社会一般要求的标准物质，作为工作标准直接使用，作为现场方法的研究和评价，日常实验室内质量保证及不同实验之间的质量保证，即用来评定日常分析操作的测量不确定度。

二级标准物质符合如下条件:

(1)用与一级标准物质进行比较测量的方法或一级标准物质的定值方法定值。

(2)准确度和均匀性未达到一级标准物质的水平，但能满足一般测量的需要。

(3)稳定性在半年以上，或能满足实际测量的需要。

(4)包装形式符合标准物质技术规范的要求。

二级标准物质用准确可靠的方法或者与一级标准物质直接比较的方法定值，一般具有与实际样品相同或相似的基质，主要用于量值传播。从计量学角度上讲，理想的情况是用一级标准物质直接测量样品，省去所有中间环节，由于互通性及价格等因素，这在临床检验中显然是不可能的，为此更多地使用二级标准物质及质控物。

校准物(calibrator):用二级标准物质校准，常规方法定值。用于对常规方法和仪器的校准。

质控物(control material):具有与检测过程相适应的特性，其成分与检测样本的基质相同或相似。应使用充分均一和稳定的质控物，其瓶间变异必须小于监测系统预期的变异，其常规检测应有助于确认报告范围。 为了保证质控方法对系统性能提供独立的评价，必须将质控物与校准物区分开来。

在检验过程中使用具有溯源性的标准物质是保证测量结果准确性的前提，而参加室间质评价活动，又可以发现实验室临床测量结果准确性的偏倚。

（三）生化仪的标识及档案管理

１. 生化仪的标识  实验室的每台生化仪均应具有唯一性标识，该标识可以是仪器设备的出厂序列号、医院的设备台账号码，也可以是实验室为使用方便所编制的内部唯一编码。 实验室使用内部编码时，应制定编码的唯一规则和使用规定，避免对同类设备重复编号。 在生化仪更新时，推荐产生新的设备编号，以防止各类与编号相关的记录的混淆。 当生化仪存在多个模块时，最好能够有独立的编号，以方便对仪器的管理和记录。

生化仪的标签应悬挂或粘贴在仪器的显著位置。 标签上除唯一编号外，还可包括:所属科室、设备名称、厂家、型号、医院编号、科室编号、启用日期、运行状态、设备管理人、技术支持信息、设备校准信息等信息。

标签中PM及校准记录应按照实际发生情况填写，如填写位置已满，可更换标签，但应将原标签保存于设备档案中。

２. 仪器档案  实验室应为生化仪建立仪器设备档案，档案内容应包括从仪器安装之日起，到服役结束搬出实验室止的所有重要信息，包括但不限于以下内容:仪器设备登记表(基本情况)、仪器设备验收记录、安装调试记录、性能验证记录、使用培训记录、上岗授权记录；操作SOP、日常维护保养SOP、预防性维护(PM)SOP、仪器校准SOP、制造商说明书(或其位置)；日常维护保养记录、仪器校准计划及记录、预防性维护计划及记录、故障及维修记录、设备搬移后验证记录、设备报废记录(含搬离前去污染)等。所有SOP或记录表格均应受控，必要时也应保存仪器设备直接打印的原始记录。

仪器档案应放置于仪器设备附近、工作人员易于获得的地点，以方便查询和记录。 仪器档案内关于设备使用和维护作业指导书应实时更新，保证所有操作人员可以方便获得最新指导书(包括设备制造商提供的所有相关的使用手册和指导书)。

仪器设备基本信息的登记应尽可能完整，以方便后续的相关使用、保养、维修，甚至搬移时的查询，其内容包括但不限于:仪器名称、型号、序列号、唯一性标识(如仪器的实验室编号)；到货日期、接收状态、投入运行时间、搬移时间、设备安装地点；仪器安装条件(如电压、电流、长、宽、高、重量、纯水使用量、下水流量)；基本性能和技术指标(如测试速度、波长范围、比色杯光径等)；制造商及代理商名称、维修联系人及电话等。

生化仪操作及维护保养标准操作程序(SOP)的编写应当参照制造商说明，为了尽可能清楚地描述步骤，可以采用流程图或图片等方式；同时为了使员工易于理解，应该尽可能使用简练、明确、易懂的语言。 实验室编写的SOP应受控，如果制造商更新相关信息，则实验室也应更新受控文件中的相关信息。 如果制造商的操作手册符合上述要求，也可以直接受控使用。 为了方便临床工作，实验室可以提取SOP 中的关键信息编写快捷工作卡，但快捷工作卡应明确其截取自那个源文件，同时应与源文件共同受控；当源文件中的内容发生变更时，也应同步更新快捷卡的对应内容。

针对仪器档案的管理方式可分为两类:①分类归档的方式，将每个专业组的各类资料汇总为若干册，包括仪器设备登记表册、操作规程册、维护保养规程册、校准报告册、维护保养记录归档册、维修工单归档册、项目校准记录归档册等，在每台仪器边上仅会保留该台仪器日常使用的操作及维护保养规程，重要参数相关表格，以及当月的操作维护保养记录表、校准记录表、维修工单等。这样的方便之处是，专业组管理者统一管理，保证及时更新、升级及审核，文件规范，易受控，不易遗失。缺点是针对某一台设备使用状态的监控不够连续，不利于常规工作人员综合使用资料分析问题，容易遗漏一些重要信息。②“一机一档案”，生化仪所有相关材料不再分类管理，而是分设备管理，某仪器从接收安装到报废搬离的全部信息均保留在同一档案夹中，方便查询。

（四）生化仪的使用培训及上岗授权

随着医学检验技术的飞速发展，生化仪的技术也不断更新，复杂程度不断增加，操作界面差异也很大，这就对实验室正确使用设备提出了两个挑战:一是如何编写仪器设备操作程序，既使其与制造商说明书保持一致，又能够简明易懂，能够指导员工的实际操作;二是如何不断提高技术人员操作仪器设备的水平，保障使用安全和检验质量。CAP checklist 和ISO 15189:2012均从不同角度强调了对于人员的培训和上岗授权，要求所有生化仪操作人员均需经过培训并且考核合格，方能够授权上岗，如果作业指导书版本更新，还应持续培训、考核。

之前，针对检验行业国家统一培训并发放上岗证的设备操作考核仅有“大型医用设备检验自动生化仪技师上岗合格证”一种，且目前取证考试处于暂停状态，所有对于仪器的操作及维护保养培训考核更多的依赖临床实验室自身。 目前临床实验室的做法不一，多由制造商工程师完成，采取的方式有现场授课和操作演示等多种，培训之后通常由厂商发放培训合格证书。 但是由厂商提供的培训通常缺乏客观的考核环节，故培训效果不易评价。临床实验室应关注员工的实际操作考核，客观评价人员是否达到相应的能力，以保证仪器设备的使用安全。

对于生化分析仪操作及维护保养相关培训及授权可分为三步。 第一步为培训，培训的方式包括:工程师授课讲授基本理论，工程师现场操作演示，工作人员在工程师和授权培训老师的监督下现场操作演练，工作人员根据考核提纲内容复习操作。 第二部为考核，方式包括理论考试和操作考试两种，其中理论考试认可相关的职称考试、大型生化分析仪上岗考试等公共考试结果，同时结合实验室内部理论考核ꎻ但是操作考试必须在本实验室内完成。 实验室在设计操作考试试卷时充分考虑其在常规的实用性，针对每一台设备设计包含了常规操作、维护保养及简单故障排除等多个内容，20~40题的操作考核试卷，同时提供了正确答案，员工在培训阶段可以此试卷为复习提纲，考核时采用此卷为考卷，评价并记录其考核结果。

员工考核及授权结果会在该员工的个人档案中“检验科技术人员工作能力考核授权记录”及该台仪器的仪器档案中“检验科仪器操作考试及上岗授权备案表”有所体现，同时在“专业组的人员职责授权表”中也可以全面了解每位员工在不同设备上的授权情况，方便专业组统一管理，科学排岗。 仪器档案中的授权记录会因为接受培训人员的增加而不断增加，其中也包括对实习生、进修生等临时人员的培训授权情况记录。 值得注意的是，员工如果离岗1年以上，应重新接受该设备的培训考核。

在科室人员较多、设备较多时，每年核定仪器设备上岗培训和授权情况，并且清楚地记录在相关表格中，能够很好地保证人尽其用，同时又能够保证有资格的人员操作仪器设备，避免仪器设备的损坏，延长使用寿命。

（五）仪器设备的日常维护、预防性维护与维修

１. 预防性维护的解读  所谓预防性维护（pre-ventivemaintenance,PM），是为了降低设备失效或功能退化的概率，按预定的时间间隔和规定的标准进行的维护。 按此定义的理解，实验室应在仪器正常使用的过程中，遵循制造商建议的周期检测仪器的性能、参数和安全性，定期保养和更换仪器的易损件、耗件，及时了解仪器的运行状态，使仪器不出现大的故障。 按照目前制造商推荐的通常做法，PM至少包括清洁、调整、更换、评估四大步骤，即清洁设备、做常规调整(如加样器、温度等)、更换消耗性元器件(如管路、光源等)、对设备进行功能检查及环境符合性和安全测试。

在医学实验室使用的设备制造商手册中，使用预防性维护名词的相对较少，制造商习惯使用周期性维护(periodical maintenance)提法，通常包含日维护、周维护、月维护、季维护、半年维护、年维护等，且根据仪器实际使用情况设计了不同层次的维护内容。在临床实验室的实际运行中，日、周、月维护通常由实验室工作人员完成，而季、半年及年度维护则由厂商工程师完成。所以在医学实验室，广义的PM 可以包含所有不同层次的维护；而狭义的PM，也是我们通常所说的PM 则指由厂商工程师进行的维护，与之相对应，日、周、月等短周期维护通常被称作日常维护保养。

在预防性维护的定义中强调了两个重点，即维护的周期和规定的标准，在 ISO 15189:2007 和CLSI GP31A  中都强调了预防性维护的周期和标准操作程序应至少遵循厂商建议。 目前，在临床实验室中，预防性维护及评估验证多由厂商工程师直接完成，但是不同厂商工程师的做法差异很大，出具的验证报告也良莠不齐。 实验室应针对工程师提供的PM方案进行审核和评估，以确定其是否与手册一致，必要时也可以根据设备的使用情况、环境差异等与制造商共同修订PM 规程，所有PM规程均应有效受控，同时应制订明确的PM计划，以监督、提醒制造商的PM实施进程。 临床实验室还应重点监控PM的实施和完成情况，保存所有重要的原始记录(包含照片及设备打印的原始记录等)，以保证PM的实施效果，避免偷工减料。

２. 仪器日常维护的执行要求  生化仪日常维护保养的效果直接关系到仪器的寿命，并可能影响分析质量。应关注对仪器日常使用功能的监控，主要内容和周期应遵从制造商建议，同时应充分结合日常工作中发现的问题，制定相关规定，及时识别潜在风险，避免故障的发生。另外，由于日常维护通常由常规工作人员完成，其规程制定应简洁易懂，提示明显(防止漏项)。采用表格的方式引导员工完成日常维护保养，是目前很多实验室采用的办法，一方面可以提示员工不要遗漏必要的维护条目，另一方面也可以对新员工起到培训的作用。应关注对员工的培训和考核(并保留相关记录)，以保证维护保养达到预期的效果。

３. 生化仪的预防性维护  大型生化仪的预防性维护应至少包括仪器使用环境检测、仪器外观及附件检查、仪器维护保养、仪器性能测试四项内容，而最后一项往往与仪器设备的周期性检定、校准或校验共同完成。其中对于外观检查及维护保养操作等记录过程的部分建议在预防性维护报告中提供照片或仪器打印的原始记录，这是确保预防性维护能够切实实行的一个很好的手段。

在CISL GP31A 和 CAP checklist 中进一步强调了预防性维护后的验证(verification)。 验证的方案应根据不同的维护内容具体制订，其原则为保证设备处于正常的功能状态。 可包含但不限于:精密度试验、准确度试验、携带污染试验等。 目前由于行业中定义的模糊，有些制造商也将此种验证直接称为仪器校准或校验，这是存在一定问题的。

４. 仪器设备的维修  与预防性维护不同，维修通常是在故障发生后的应急措施，故障发生是否能及时解决并验证合格，直接影响报告的时效性。简单的故障可以由有经验的技术人员直接排除，如无法直接排除也可咨询工程师或请工程师到场维修。应妥善记录故障发现、分析、解决的过程，同时应验证维修后仪器的性能是否达到合格状态。

对于故障后的维修，工作人员通常只注重其结果，而忽略了对于维修效果的评价及故障发生期间或之前的临床影响评估，并明确规定了故障维修后的处理流程，保存完整的记录。

(六) 生化仪的校准或检定

１. 检定和校准的基本含义　检定和校准都属于计量范畴，是计量器具的评定形式，是确保仪器示值正确的两种重要方式。 根据《通用计量术语及定义》（JJF 1001-1998），检定的定义为:查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和(或)出具检定证书；校准的定义为:在规定条件下，为确定测量仪器(或测量系统)所示的量值，或实物量具(或参考物质)所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。

检定和校准的主要区别在于:检定是对测量仪器进行强制性全面评定，评定其是否符合规定要求，是自上而下的量值传递过程，而校准则是对照计量标准，评定仪器示值的准确性，同时可将校准结果用于测量过程，是自下而上的过程；检定是强制性执法行为，而校准是组织自愿的溯源行为；检定由有资质的计量部门或法定授权单位进行，校准则可以委托计量部门进行(外校)，也可以由制造商完成(自校)；检定通常出具合格证书(或不合格通知)，校准则多出具校准报告，不具有法律效力。

２. 制造商的自校准  自动生化分析仪不是国家强制检定的设备，故多由制造商完成自校准；自校准时可以参照《全自动生化分析仪》（YY/T 0654-2008）检测标准，这个标准主要用于生化仪注册审核，也可以参考制造商提供的程序，但实验室必须对程序进行审核。 校准的内容至少包括对设备的外观、光路系统、温度系统和加样系统的多个参数进行检测，参数可包括吸光度准确性、吸光度稳定性、吸光度重复性、杂散光、温度准确度、温度波动、加样准确度、加样重复性、携带污染率等。

应注意的是，在自校准过程中所使用的参考测量器具如为国家强检设备，则其应通过检定，并在检定合格有效期内，例如温度计、分光光度计等应有检定合格证书或校准报告；所使用的溶液应为国家有证标准物质。

３. 日常使用中的校准  在日常工作中，全自动生化分析仪校准(calibration)通常包含两种含义:一是本节所叙述的仪器设备校准；二是项目校准。 仪器设备的校准关注分析检测设备不同器件的在实现其功能过程中的准确示值(如温度、容量、吸光度、激光光亮值)，覆盖了分析过程的各个环节，可以脱离检测项目进行评估，通常由工程师完成；而项目校准则关注“仪器＋试剂＋校准品”构成的检测系统，通过复现校准品所代表的量值修正检测系统，实现结果的准确性，通常由实验室工作人员完成。 由于其内涵不同，所以日常进行的项目校准不能够替代周期性的仪器设备校准。

（七）室内质控

从20世纪中期，模仿工业中质量管理方式，在医院实验室中建立了室内质量控制的管理方式，即在检测临床标本同时对质控品进行监测，从质控品结果的变化来了解临床标本结果是否可靠。

一个生化项目检测结果是否准确可靠，与样本在分析前、分析中和分析后各个环节的质量保证都有密切关系，室内质控重点保证的是分析中这一环节。

１. 室内质控的操作  质控测试可能会用到多个质控品。 通常使用两个质控品，一个为正常值(其测试结果均在参考范围之内)，另一个为异常值(其测试结果均在参考范围之外)。

质控测试可以在每批测试开始前、测试中和结束后进行。除了每天常规质控测试外，每执行完一次校准测试、更换试剂批次、执行维护和故障处理等操作后，都需要进行质控测试，确保仪器性能稳定。

设置完质控品、项目参数和质控规则后，平时很少需要修改，每天的质控操作一般只限于申请质控测试。

可以参照图9-52的流程进行质控操作。

图9-52　质控操作流程

２. 失控情况原因分析及处理  失控信号一旦出现，就意味着与测定质控品相关的一批患者标本报告可能作废。 此时，首先要尽量查明导致失控的原因，然后再随机挑选出一定比例(比如５％ 或１０％ )的患者标本进行重新测定，最后根据既定标准判断先前测定结果是否可接受，对失控做出恰当的判断。 对判断为真失控的情况，在查明导致失控原因并采取解决措施后，应该再重新做质控。结果在控以后，对相应的所有失控患者标本进行重新测定。 如失控信号被判断为假失控时，常规测定报告可以按原先测定结果发出，不必重做。

失控信号的出现受多种因素影响，这些因素包括仪器故障，操作上的失误，试剂、校准品、质控品的失效，仪器维护不良，以及采用的质控规则、控制限范围等。

当发现失控信号时，可采用如下步骤查找原因:

（1）立即重测同一份质控品。 如果是偶然误差，则重测的结果应在允许范围内(在控)。 如果重测结果仍不在允许范围，则可以进行下一步操作。

（2）新开一瓶质控品，重测失控项目。如果新开的质控血清结果正常，那么原来那瓶质控血清可能过期或在室温放置时间过长而变质或者被污染。如果结果仍不在允许范围，则进行下一步操作。

（3）新开一批质控品，重测失控顼目。 如果结果在控，说明前一批质控血清可能都有问题，检查它们的有效期和贮存环境，以查明问题所在。 如果结果仍不在允许范围，则进行下一步操作。

（4）进行仪器维护，重测失控项目。 检查仪器状态，查明光源是否需要更换，比色杯是否需要清洗或更换? 对仪器进行清洗等维护。 另外还要检查试剂，此时可更换试剂以查明原因。 如果结果仍不在允许范围，则进行下一步操作。

（5）重新校准，重测失控项目。 用新的校准液校准仪器，排除校准液的原因。

如果前五步都未能得到在控结果，则可能是仪器或试剂的原因，需与仪器或试剂厂家联系请求技术支援。

３. 室内质控数据的管理  实验室对分析仪中存储的当月质控值应进行以下几个方面的分析和处理:

(１) 当月每个测定项目原始质控数据的平均数、标准差和变异系数。

(２) 当月每个测定项目除失控数据后的平均数、标准差和变异系数。

(３) 当月及以前每个测定项目所有质控数据的累积平均数、标准差和变异系数。

(４) 当月所有项目原始质控数据。

(５) 当月所有项目质控数据的质控图。

(６) 当月的失控报告单(包括违背哪一项失控规则、失控原因、采取的纠正措施)。

根据对当月之内质控数据评价，查看与以往各月的平均数之间、标准差之间、变异系数之间是否有明显不同。 如果发现有显著性的变异，就要对质控图的平均值、标准差进行修改，并要对质控方法重新进行设计。

(八) 室间质控

在室内质控的基础上，进一步可建立室间质量评价方案，也就是独立于临床实验室外的国家或权威单位统一向医院实验室发送质控品，各实验室定期测试，并向主办单位报告测试结果，由主办单位进行分析综合并发出报告。 这样不仅每一个实验室可以了解本身结果在全国或地区内的位置，是否接近全国或地区水平，主办单位也可以了解各项检验质量，如结果比较分散或者与“真值” 有较大偏差，可以采取相应措施加以改进。

（九）干化学生化分析仪与湿化学分析仪的方法比对

检测系统是完成一个检验项目所涉及的仪器、试剂、校准品、检验程序和保养计划等的组合。选择性能良好的检测系统是保证患者检验结果可靠性的前提。干化学分析和湿化学分析因仪器的结构、工作原理等方法学上的差异造成两种方法部分项目测定结果的差异,且两种方法参考值范围也不一致,属于不同检测系统,这已经成为同时使用干、湿化学分析仪的实验室所面临的共同问题,如不能很好的解决此问题,必将给临床的诊断及治疗带来不便及困难。因此同一实验室应用干、湿化学不同检测系统检测同一项目前,应进行方法比对。

方法比对的实验程序(参考 NCCLS EP9-A)

1.实验准备  进行方法学比对实验前,实验者应有足够的时间掌握相关仪器设备的操作和维护,并熟悉全部评价方案。在比对实验过程中,还必须采取适当的质量控制措施,以保证比对实验结果的可靠性。

2.样本测定  进行方法学比对实验至少应测定样本40份,分为5组,每天测定1组8份样本,每份样本都用实验方法和对比方法进行双份测定,连续测定5天。测定时先对实验样本排序,每组样本按顺序1至8测定第1次,再按顺序8至1测定第2次。对于同一样本,应在2小时内用实验方法和对比方法完成测定。当使用贮存样本进行实验时,两种方法测定的样本其保存条件和时间应该相同。比对实验完成后,收集实验数据,实验仪器的结果记为Y,对比方法的结果记为X

3.结果绘图  依据比对实验的结果绘制散点图和偏差图。判断离群点:在40个样本检验结果数据中,最多可排除1个(小于全部数据的2.5%)离群点。若离群点多于1个,则应将同组数据一起排除,并另增加一组8个实验数据。

4.线性回归  计算线性方程(y=bX+a)及相关系数r。一般情况下,若r≥0.975或r2≥0.95,则认为的取值范围合适,数据满足要求。但r<0.975或r2<0.95时,应增加测定样本数,以扩大有效数据范围或使用部分个别差异法计算平均偏差。依据上述线性方程,对于任何给定值X可计算出预期值Y,并可进一步评估两种方法间的预期偏差及可信范围。确定可允许误差(EA)以各个给定的医学决定水平(Xe)的总允许误差(TEa)的1/4作为可允许误差。偏差评估:①EA落在95%可信区间范围内,表示两方法的偏差可以接受;②EA大于95%可信区间的上限,表示有97.5%的概率两方法得出的结果相等同,偏差可接受;③EA小于95%可信区间的下限,表示有97.5%的概率两方法得出的结果不相等同,偏差不可接受。当预期偏差可信区间的上、下限为负值时,取其绝对值进行比较同一实验室应以一台室间与室内质控均优秀的仪器作为参考标准,其他分析仪向其靠拢。将比对结果中相关性较好的检测项目的直线回归方程的斜率、截距作为仪器的校正参数,输入实验仪器中,达到结果的一致性;对于相关性不好的项目则不能采用回归方程的斜率或截距进行校准,可采用标准化方法(即使用其相应的获得认可的配套试剂和校正品),制订相应的参考值范围,或只在参考标准的仪器上测定。

1. 检测系统概述   

全自动生化分析仪器、配套的试剂、校准品和操作流程构成了一个完整的检测系统。 它可以最大限度地保证分析性能，使测试结果具有溯源性，同时更方便操作。 现代化检验的结果是通过检测系统得到的，使用的仪器、试剂、校准品中任一方面改变，仪器都需要作相应的调整，否则就会出现偏差和错误。

检测系统的建立，概括来说，就是在分析仪器上对校准品定值、优化试剂相关应用参数。具体来说，首先需要结合临床的需要制定临床化学项目的分析性能指标体系(如精密度、可报告范围、灵敏度、干扰等)。然后根据各分析项目(试剂)的方法学，确定仪器的分析基本分析流程和分析参数(波长、样本量、试剂量、反应时间、计算模型等)；根据校准的模型及校准品的种类(多点、单点，复合、多项等)，确定校准品集成、定标模型、定标稀释等功能；根据各临床化学项目的性能指标要求，确定试剂的分析特征和仪器的分析性能指标，建立仪器和试剂的基本分析性能指标及报警限；在以上数据的基础上形成仪器的化学项目数据库，并在仪器软件中实现。在完成仪器、试剂、校准品的开发后，以仪器、配套试剂、校准质控构成初步的检测系统，对精密度、可报告范围、干扰等关键指标进行验证，并根据验证的结果及问题相应调整试剂配方、分析流程或分析参数、校准过程等，直至全部满足指标体系。经过上述过程构建的检测系统所有性能指标在构建构成中得到了全面的设计和验证，用户端的使用性能得到了有效的保证。检测系统的建立通常由厂家完成。

校准品是保证临床生化检测的准确性的基础条件，将仪器、试剂、校准品有机组合起来，并建立溯源性，形成完整的检测系统是实现准确检测的必由之路。 国外行业主流厂家都是以检测系统的形式提供产品。 检测系统的溯源性是当前国际上临床生化领域的热点，也是各个国家和厂家未来市场竞争的制高点。

国内也有些厂家的产品已经完成了具备溯源性的生化检测系统的建立与评估。使用这种厂家提供的封闭式检测系统，操作非常简单方便。使用者进行测试时，只需要把试剂和样本放入，仪器即自动启动条码扫描，自动识别患者信息和试剂参数( 包括测定方法、反应方向、主波长、次波长、样本量、试剂量、线性限、反应时间、定标类型、试剂效期、有效测试数等)，之后进行测试并输出结果，无需用户手工完成项目参数设置、定标参数等繁杂操作，进一步降低操作错误带来的负面影响。

要使检验结果符合质量要求，除了有质控控制外，还必须要对所使用的检测系统作严格的选择和评价。确定它的精密度、准确度、患者结果可报告范围、分析灵敏度、分析干扰和参考范围等分析性能。在检测系统正式用于实际检测患者标本前，必须了解检测系统最佳稳定状态下使用时的总误差水平。实验室只有使用总误差水平在临床上可接受的检测系统，才能真正使检测结果符合临床要求。

使用厂家提供的检测系统，即仪器和配套的试剂、校准品，已经成为临床实验室的发展趋势，也是保证测试结果具有很好的可比性的重要手段之一。目前，国内部分实验室已经在使用由国内或国外厂家提供的封闭式检测系统。

如果实验室不是选用厂家配套的检测系统，而是实验室自行建立检测系统，比如使用非仪器厂家指定试剂的，或对原厂家的方法、参数作了修改的，实验室必须建立或认可该系统的相关特性，包括精密度、准确度、患者结果可报告范围、分析灵敏度、特异性及其他有用的操作特性，以自己的实验数据建立自己的性能指标并建立校准和控制方法。 所有内容应以文件形式作完整的描述和记录，以提供上述性能评价的实验资料，作为确认实验结果的依据。

２. 检测系统现状  

目前自动生化仪检测系统主要分三类:第一类是封闭系统，由Ａ 仪器＋Ａ试剂＋Ａ校准品构成，其参数由制造商直接提供，部分信息化程度较高的设备还可以在线升级参数，其检测系统的量值传递或校准品的计量学溯源性证据由Ａ 制造商提供。 第二类是开放系统，由Ａ仪器＋Ｂ试剂＋Ｂ校准品构成，这类系统的参数可由试剂制造商在相应仪器上建立并推荐给实验室，也可以由实验室自行设置，其校准品的溯源性证据由Ｂ 制造商提供。 第三类检测系统，即Ａ仪器＋Ｂ试剂＋Ｃ校准品构成的检测系统，目前国内使用较普遍，但存在认识误区。例如，部分实验室无论其设备和试剂是哪个制造商的产品，都习惯使用ｃ.ｆ.ａ.ｓ 校准品，而该校准品其实仅提供了罗氏检测系统上特定检测程序的赋值，由于可能的基质差异及方法参数的不同，该赋值并不一定适用于其他仪器＋试剂＋参数组合。 这样的使用习惯反应了一类概念上的错误。

对于第一类及第二类检测系统，由于实验室使用了经制造商确认的检测程序，且制造商可以提供校准品的溯源性证据，故实验室仅需验证检测系统的准确性、精密度和可报告范围等。 而对于第三类系统，由于实验室改变了校准品的用途，实际也是改变了经确认的检测程序，故需要对检测系统的性能进行确认。 且由于校准品存在互通性问题，单次的比对不能够保证检测系统的准确性始终得到确认，尤其在更换校准品批号后。