体外诊断仪器的功能模块

发布时间：2021-06-29 11:20 原文链接：体外诊断仪器的功能模块

体外诊断仪器作为各类临床标本进行检测的医疗设备和医用电子诊断设备，大型影像设备一样在现代医疗诊疗中发挥着重要的作用，今天就体外诊断仪器的基本功能模块进行介绍。

各类体外诊断仪器因检测的项目不同，其检测原理，结构和组成会有差异，但总体来说，基本结构都离不开液路，光路，机械，电子，温控几个系统，其基本步骤都是首先通过加样系统进行样本获取，对样本进行处理，经过一系列的温控，光路后，将检测信号处理后传递到计算机中，进行分析，并最终通过管路将废液排弃的一个过程。

光学模块

体外诊断仪器的光学模块主要用于对样品和试剂反应后的产物的光学特性进行检测，从而计算样品中成分的含量。光学模块主要分为光源，分光器和光电检测三个部分。

光源提供入射光，常见的光源有卤钨灯，氙灯，发光二极管和激光器。卤钨灯是最常见的，其波长范围320-2500nm，在钨丝灯中充入卤化物，常用于半自动和全自动生化分析仪上。氙灯利用氙气放电而发光的电光源，具有发光效率高，寿命长等优点。主要用于高端全自动生化分析仪和紫外可见分光光度计上。发光二极管即我们所说的LED灯，由P和N型两个半导体组合而成，当在P-N结上施加正向电压时产生发光。主要用于尿液分析仪，糖化血红蛋白分析仪，全自动凝血仪上面。激光器是利用激发态粒子在受激辐射作用下发光的电光源。相对于其他光源，具有亮度高，色彩好，能耗低，寿命长，体积小的优点，但成本高。用于五分类血细胞分析仪，流式细胞分析仪，液相芯片分析仪，免疫荧光层析分析仪等。

分光器具主要有透镜，反射镜，滤光器，光栅等组件。透镜主要有凸透镜和凹透镜，用来聚集和发射光路，反射镜用于改变光路，滤光器可以选择性地透射不同波长，而光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散。

最后就是光电检测器，即把光信号转化为电信号的装置，包括光电二极管，光电倍增管和电荷耦合元件。

各类仪器的光学模块不同主要取决于检测原理不同来得到的。

仪器	检测原理
生化分析仪	光电比色法前分光和后分光
荧光免疫分析仪	免疫层析双抗夹心法进行激光诱导荧光检测
化学发光免疫分析仪	化学发光物质从激发态回到基态发射光子
五分类血细胞分析仪	多角度偏振光散射白细胞分类技术
流式细胞仪	散射式光电检测

运动模块

体外诊断仪器的运动模块按功能分为取样运动模块，样品传动模块，搅拌混匀模块，按机电控制分为步进电机控制，直流电机控制。

取样运动模块的功能是吸取，转移注射样品或试剂，需要选择取样臂的合理自由度数，主要采用三自由度和而自由度的构型。三自由度包括三个平移关节，X，Y，Z轴，X和Y轴用来确定预定的取样位置，Z轴用来实现取样针在竖直方向的上下移动。二自由度包括一个平移关节和旋转关节。与多个轴同时工作相比，提高了工作效率，工作空间不受限制，但控制稍复杂，需要样品盘和试剂盘协同动作。

样品传动模块主要包括两种，一种是反应杯的直线传动，通过传送带将样品在储存区、装载区、反应区和清洗区之间运动。一种是样品盘的运动，主要是旋转运动，通过齿轮传动带动样品架转动。

搅拌摇匀模块，对样品和试剂的混合液体进行搅拌，使其充分接触，更快，更完全地进行化学反应。目前使用较多的搅拌摇匀模块有三组搅拌棒，具有“一搅二洗”的模式，当第一组搅拌棒在搅拌时，第二组搅拌棒同时进行碱性清洗液的清洗，第三组搅拌棒进行去离子水清洗。

管路模块

体外诊断的管路模块主要包括移液模块和液路控制系统。移液模块用来对待测液体进行定量吸样、分配、完成稀释或混合动作，由微量泵、取样针、导管、压力传感器、液面传感器等构成。

微量泵是一种电磁驱动设备，其精度直接影响整台仪器的分析系统加样的精度。取样针其结构是中空的针形不锈钢，通过管路将其连接至微量泵上的液体人口处，取样针和微量泵一起构成了移液模块的心脏。

传感器用于感知液路管道和液面状态，利于取样针正确地完成取样操作，同时可以判断管路中的工作情况，是否有堵塞，泡沫等情况并即使进行报警。

液路控制系统由导管，电磁阀，对射型光电传感器，气压泵等构成，来控制多种液体在液路系统中的流动次序，流动方向，以及每种液体在液路系统中的流动路径，流动速度及流量。

温控模块

温控模块为化学反应，酶促反应，细菌培养，试剂储存等提供温度保障，可分为加热恒温模块和制冷恒温模块。

加热模块主要采用不同的热传递媒介不同，可以分为恒温纯水浴（油浴）式，固体直热式和固液结合式使得加热器在温控电路板的控制下，依据反应盘当前的温度值，对反应盘变功率加热，最终实现对反应盘温度的精准控制。

制冷模块，采用的是压缩机制冷和半导体制冷，利用帕尔贴原理。

今天的介绍仅仅是浅尝辄止，而一台设备的详细原理和工艺实现到最终应用，期间涉及到光学，机械，电子，软件和硬件控制，工艺等多个学科的交叉，各个模块的综合应用，才能得到一台高性能，高精度，高效率的诊断仪器。在以后的专题中会针对具体不同的诊断试剂的研制来进行介绍。

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