體外診斷儀器的功能模塊

發布時間：2021-06-29 11:20 原文鏈接：體外診斷儀器的功能模塊

體外診斷儀器作為各類臨床標本進行檢測的醫療設備和醫用電子診斷設備，大型影像設備一樣在現代醫療診療中發揮著重要的作用，今天就體外診斷儀器的基本功能模塊進行介紹。

各類體外診斷儀器因檢測的項目不同，其檢測原理，結構和組成會有差異，但總體來說，基本結構都離不開液路，光路，機械，電子，溫控幾個系統，其基本步驟都是首先通過加樣系統進行樣本獲取，對樣本進行處理，經過一系列的溫控，光路后，將檢測信號處理后傳遞到計算機中，進行分析，并最終通過管路將廢液排棄的一個過程。

光學模塊

體外診斷儀器的光學模塊主要用于對樣品和試劑反應后的產物的光學特性進行檢測，從而計算樣品中成分的含量。光學模塊主要分為光源，分光器和光電檢測三個部分。

光源提供入射光，常見的光源有鹵鎢燈，氙燈，發光二極管和激光器。鹵鎢燈是最常見的，其波長范圍320-2500nm，在鎢絲燈中充入鹵化物，常用于半自動和全自動生化分析儀上。氙燈利用氙氣放電而發光的電光源，具有發光效率高，壽命長等優點。主要用于高端全自動生化分析儀和紫外可見分光光度計上。發光二極管即我們所說的LED燈，由P和N型兩個半導體組合而成，當在P-N結上施加正向電壓時產生發光。主要用于尿液分析儀，糖化血紅蛋白分析儀，全自動凝血儀上面。激光器是利用激發態粒子在受激輻射作用下發光的電光源。相對于其他光源，具有亮度高，色彩好，能耗低，壽命長，體積小的優點，但成本高。用于五分類血細胞分析儀，流式細胞分析儀，液相芯片分析儀，免疫熒光層析分析儀等。

分光器具主要有透鏡，反射鏡，濾光器，光柵等組件。透鏡主要有凸透鏡和凹透鏡，用來聚集和發射光路，反射鏡用于改變光路，濾光器可以選擇性地透射不同波長，而光柵是利用多縫衍射原理使光發生色散。

最后就是光電檢測器，即把光信號轉化為電信號的裝置，包括光電二極管，光電倍增管和電荷耦合元件。

各類儀器的光學模塊不同主要取決于檢測原理不同來得到的。

儀器	檢測原理
生化分析儀	光電比色法前分光和后分光
熒光免疫分析儀	免疫層析雙抗夾心法進行激光誘導熒光檢測
化學發光免疫分析儀	化學發光物質從激發態回到基態發射光子
五分類血細胞分析儀	多角度偏振光散射白細胞分類技術
流式細胞儀	散射式光電檢測

運動模塊

體外診斷儀器的運動模塊按功能分為取樣運動模塊，樣品傳動模塊，攪拌混勻模塊，按機電控制分為步進電機控制，直流電機控制。

取樣運動模塊的功能是吸取，轉移注射樣品或試劑，需要選擇取樣臂的合理自由度數，主要采用三自由度和而自由度的構型。三自由度包括三個平移關節，X，Y，Z軸，X和Y軸用來確定預定的取樣位置，Z軸用來實現取樣針在豎直方向的上下移動。二自由度包括一個平移關節和旋轉關節。與多個軸同時工作相比，提高了工作效率，工作空間不受限制，但控制稍復雜，需要樣品盤和試劑盤協同動作。

樣品傳動模塊主要包括兩種，一種是反應杯的直線傳動，通過傳送帶將樣品在儲存區、裝載區、反應區和清洗區之間運動。一種是樣品盤的運動，主要是旋轉運動，通過齒輪傳動帶動樣品架轉動。

攪拌搖勻模塊，對樣品和試劑的混合液體進行攪拌，使其充分接觸，更快，更完全地進行化學反應。目前使用較多的攪拌搖勻模塊有三組攪拌棒，具有“一攪二洗”的模式，當第一組攪拌棒在攪拌時，第二組攪拌棒同時進行堿性清洗液的清洗，第三組攪拌棒進行去離子水清洗。

管路模塊

體外診斷的管路模塊主要包括移液模塊和液路控制系統。移液模塊用來對待測液體進行定量吸樣、分配、完成稀釋或混合動作，由微量泵、取樣針、導管、壓力傳感器、液面傳感器等構成。

微量泵是一種電磁驅動設備，其精度直接影響整臺儀器的分析系統加樣的精度。取樣針其結構是中空的針形不銹鋼，通過管路將其連接至微量泵上的液體人口處，取樣針和微量泵一起構成了移液模塊的心臟。

傳感器用于感知液路管道和液面狀態，利于取樣針正確地完成取樣操作，同時可以判斷管路中的工作情況，是否有堵塞，泡沫等情況并即使進行報警。

液路控制系統由導管，電磁閥，對射型光電傳感器，氣壓泵等構成，來控制多種液體在液路系統中的流動次序，流動方向，以及每種液體在液路系統中的流動路徑，流動速度及流量。

溫控模塊

溫控模塊為化學反應，酶促反應，細菌培養，試劑儲存等提供溫度保障，可分為加熱恒溫模塊和制冷恒溫模塊。

加熱模塊主要采用不同的熱傳遞媒介不同，可以分為恒溫純水浴（油浴）式，固體直熱式和固液結合式使得加熱器在溫控電路板的控制下，依據反應盤當前的溫度值，對反應盤變功率加熱，最終實現對反應盤溫度的精準控制。

制冷模塊，采用的是壓縮機制冷和半導體制冷，利用帕爾貼原理。

今天的介紹僅僅是淺嘗輒止，而一臺設備的詳細原理和工藝實現到最終應用，期間涉及到光學，機械，電子，軟件和硬件控制，工藝等多個學科的交叉，各個模塊的綜合應用，才能得到一臺高性能，高精度，高效率的診斷儀器。在以后的專題中會針對具體不同的診斷試劑的研制來進行介紹。

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