CN103336130A - 一种全血免疫分析装置及使用此装置的血液分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够同时对全血进行免疫测量以及血液细胞测量的装置和方法，该装置包括：反应池，用于溶血剂、免疫试剂和全血试样的反应和测量；溶血试剂供给部件，向反应池中注入溶血剂；样本注入部件，向反应池中注入全血样本，形成第一试样；免疫试剂供给部件，向第一试样中添加免疫试剂形成第二试样；光照射单元，提供照射光；控制单元，控制反应池的温度以及溶血试剂供给部件、样本注入部件和免疫试剂供给部件按照一定的顺序进行动作；透射光探测单元，探测第一试样时的吸光度；散射光探测单元，探测第二试样的散射光强度；和分析计算单元，对上述吸光度和散射光强度进行分析计算，得到血常规参数和特定蛋白参数。

Description

一种全血免疫分析装置及使用此装置的血液分析仪

技术领域

本发明涉及一种血液分析技术，不仅可以对血液细胞进行计数和分析，还能够利用免疫学方法对血浆中的特定蛋白(特别是C-反应蛋白)进行定量测量，而这种免疫测量是在全血中进行，无需离心。 

背景技术

C-反应蛋白(C-Reactive protein，简称CRP)。早于1930年发现，是一种能与肺炎球菌C多糖体反应形成复合物的急性时相反应蛋白。CRP的检测在八十年代以前作为炎症和组织损伤的非特异性标志物大量应用于临床。CRP作为急性时相蛋白在各种急性炎症、组织损伤、心肌梗塞、手术创伤、放射性损伤等疾病发作后数小时迅速升高，并有成倍增长之势；病变好转时，又迅速降至正常，其升高幅度与感染的程度呈正相关。CRP可用于细菌和病毒感染的鉴别诊断：一旦发生炎症，CRP水平即升高，而病毒性感染CRP大都正常。CRP与其它炎症因子如白细胞总数、红细胞沉降率和多形核白细胞等具有密切相关性，如CRP与WBC存在正相关，在炎症反应中起着积极作用，在患者疾病发作时，CRP可早于WBC而上升，回复正常也很快，所以具有极高的敏感性。 

正是因为CRP与炎症因子超高的相关性以及其对细菌性感染或者病毒性感染的判断能力，近年来CRP的检测越来越成为常规检验项目之一应用于临床检验，和血常规(血液细胞分析)的结果联合起来，综合判断患者的炎症反应。 

将CRP检测结果与血常规检测结果综合起来的做法在大型医院是易于实现的，因为大型综合医疗机构往往都配有生化分析仪和血液分析仪，可分别实施CRP检测和血常规检测。但是对于乡镇卫生院级别的小型医院来说，虽然血液分析仪已经成为标准配置，但生化分析仪并不是必须配置的，这些医院若想要对CRP含量进行检测，必须经过离心等繁琐的实验室手段，才可进行半定量的检测。或者另行购买一台专用的CRP检测设备，而这样就增加了医院的采购成本并且单个样本检测成本也很高，给患者带来额外负担。此外，将CRP和血常规分别测量也增加了检测工序，两份独立的检测报告也不利于医生对报告的阅读和分析。 

由于小型医院都配置了血液分析仪，如果血液分析仪在对血液细胞检测的同时也能够对血液中的CRP进行检测，将二者的结果显示在一个报告中，则可解决上述问题，大量节约了成本，也为医生提供了便利，使血常规和CRP绑定测量的检验模式在中小医院普及成为可能。 

发明内容

本发明的目的在于解决临床上需要将CRP检测和血液细胞的检测结果综合考虑，而实际操作过程却需要两种不同的仪器分别检测，带来成本提高、工序繁琐以及检测报告独立不便阅读的缺点；发明一种可以同时进行CRP检测和血常规检测的仪器和方法，在同一个检验过程中实现对二者的检测并将报告合并，有利于医生进行临床诊断。 

由于CRP存在于血浆当中，对CRP的检测一般都需要将血液样本离心，取其上清方可测试，而血液细胞的检测一般采用全血样本，因此如果想达到上述将血液细胞检测和CRP检测 同时进行的目的，则需要解决如何在全血中进行CRP检测的问题。 

为了解决上述问题，本发明提供一种能够在全血中同时进行CRP检测和血液细胞检测(血常规)的装置，其特征在于包括：反应池，用于溶血剂、免疫试剂和全血试样的反应和测量，由透光材料构成；溶血试剂供给部件，用于向反应池中注入溶血剂；样本注入部件，向已装有溶血剂的反应池中注入抗凝全血样本，形成第一试样；免疫试剂供给部件，向所述第一试样中添加免疫试剂，形成第二试样，第一试样和第二试样都在同一个反应池中反应和测量，而无需移至其他容器中进行反应和测量；光照射单元，向反应池中提供照射光；控制单元，控制反应池的温度以及溶血试剂供给部件、样本注入部件、免疫试剂供给部件按照一定的顺序进行动作；透射光探测单元，沿着照射光的光轴方向接收探测照射光在通过第一试样时的吸光度；散射光探测单元，与光轴方向成一定的角度方向上探测照射光在经过第二试样后的散射光强度；和分析计算单元，对上述吸光度和散射光强度进行分析计算，得到血常规参数和CRP参数。 

所述第一试样是为了测试血常规项目中的血红蛋白浓度(HGB)，以及从HGB计算而来的红细胞压积(HCT)，HGB通过第一试样的吸光度值来获取。所述第二试样是为了测试CRP浓度，由于第二试样中已经包含了对照射光具有一定吸收度的溶血剂和HGB，因此不再适合用吸光度进行CRP的检测。为了解决此问题，本发明采用在与照射光呈一定角度的方向上探测散射光的方法。向第一试样添加一定量的免疫试剂后，抗原与免疫试剂中的特异性抗体形成复合物，当光照射到复合物上发生散射，散射光的强度与复合物的含量成正比，即待测抗原越多，形成的复合物越多，散射光也就越强。散射光虽然受到一定的衰减，但是依然能够反映出复合物的多少，散射光强度的衰减可以用已经测量出来的第一试样的吸光度来校正。若要降低衰减还可以将反应池做成扁平状，缩小其在光轴方向上的尺寸，用来减小光程，降低衰减。 

本发明的优点在于在一个反应池里同时进行血常规参数的测量和免疫测量，并且此测量针对的样本是全血样本，无需离心提取血浆，和分别执行两种测量的传统方法相比精简了繁琐检验流程，快速实现CRP和血常规的联合检验，同时大幅度降低了检验成本。 

附图说明

图1是本发明的全血免疫测量装置的结构示意图。 

图2是表示与图1具有相同实施方式的全血免疫测量装置的部件动作步骤流程图。 

图3是表示与图1具有相同实施方式的全血免疫测量装置的样本注入部件示意图。 

图4是表示与图1具有相同实施方式的全血免疫测量装置的溶血剂供给部件示意图。 

图5是表示与图1具有相同实施方式的全血免疫测量装置的光路图。 

图6是表示与图1具有相同实施方式的全血免疫测量装置获得的散射速率。 

图7是本发明CRP测量结果与传统方式测量结果的对比。 

图8是一种改进的光电探测方式。 

图9是表示与图1具有相同实施方式的全血免疫测量装置的一种改进光路图。 

图10是光电探测器的另外一种方式。 

具体实施方式

结合附图对具体实现方式进行说明。所述可以对全血同时测量血常规(血液细胞)参数和CRP参数的装置示意图如图1所示，包括：反应池4，用于溶血剂91、免疫试剂92和全血试样的反应和测量，由透光材料构成；溶血试剂供给部件3，用于向反应池中注入溶血剂91；样本注入部件1，向已经装有溶血剂的反应池中注入抗凝全血样本，形成第一试样；免疫试剂供给部件2，向所述第一试样中添加免疫试剂92，形成第二试样，第一试样和第二试样都在同一个反应池4中反应和测量，而无需移至其他容器中；光照射单元5，向反应池中提供照射光50；控制单元100，控制反应池的温度以及溶血试剂供给部件3、样本注入部件1、免疫试剂供给部件2按照一定的顺序进行动作；透射光探测单元6，沿着照射光的光轴方向探测第一试样的透射光60的强度；散射光探测单元7，与光轴方向成一定的角度方向上探测第二试样的散射光70强度；和分析计算单元200，对上述透射光60的光强和散射光70的光强进行分析计算，得到血常规参数和CRP参数。测量完毕后的第二试样作为废液排放在废液桶8中。 

下面结合图2所示的流程图对测量过程进行说明。 

测量开始的时候，样本注入部件1首先从全血样本中吸取一定量的血样(步骤S1)。样本注入部件1如图3所示，样本注入部件由采样针11、注射器12和清洗部件14组成，采样针11通过一定的运动机构(图中未表示)可以从试管15的位置移至反应池4的位置。在执行步骤1的时候采样针11处于试管15的位置，采样针11向下移动伸入到全血样本16中，注射器12中的活塞13向外移动一定的距离，吸取一定量的全血样本16，然后采样针11连同被吸入的全血样本在运动机构的驱动下来到反应池4的位置，等待将全血样本注入到反应池4中(步骤S5)。 

在样本注入部件1完成吸样步骤(步骤S1)之后，溶血试剂供给部件3从溶血剂瓶9中抽取一定量的溶血剂91并将其打入到反应池4中(步骤S2)。溶血试剂供给部件3的一个实现方式如图4所示，将三通阀33置于负压导通的位置时，隔膜泵31中的隔膜34被负压吸向左侧移动，隔膜34右侧的空间内形成负压，同时将三通阀32置于溶血剂导通的位置时(图中A位)，隔膜泵31中形成的负压就会将溶血剂瓶9中的溶血剂91吸入到导管35中暂时存放，溶血剂吸取量为隔膜泵左右移动的变形量，是个固定值，这样可以保证每次吸入的溶血剂量是相同的。当三通阀33被置于正压导通的位置上，同时将三通阀32置于反应池导通的位置上时(图中B位)，由于正压的作用将隔膜泵31中的隔膜推向右侧位置，这样一来导管35中暂放的溶血剂91就被打入到反应池4中。所述正压和负压由压力泵和真空泵形成，途中未表示。 

在溶血剂打入到反应池中之后，接受照射光源的照射(步骤S3)，然后透射光探测单元将通过溶血剂后的本底光强Ib探测出来(步骤S4)，这个过程通过光学系统300来实现。如图5所示，光学系统300由光照射单元5、透射光探测单元6以及散射光探测单元7组成。光照射单元5中的光源51发出的照射光经过准直透镜52后形成平行光50照射到反应池4中的液体上。经过反应池中4的液体后形成透射光60，被光电探测器61所探测，得到透射光光强信号63输入到分析计算单元200中。步骤S4探测到的是经过溶血剂后的透射光强，称之为本底光强I_b。 

在本底光强I_b测量完毕之后，采样针在反应池4的位置从上往下移动，伸入到反应池中，如图3所示，然后注射器活塞13向上运动将一定量的全血样本注入到反应池4中(步骤S5)。反应池中的溶血剂和全血样本在一定温度下孵育一定的时间并经过混匀，形成第一试样(步骤S6)。然后对第一试样后的射光强进行探测(步骤S7)，得到检测光强It送至计算分析单元200中。分析计算单元200根据本底光强I_b和检测光强It即可计算全血样本的血常规参数HGB(步骤S8)。根据比尔-朗伯定律： 

$A=1g\frac{I_b}{I_t}=k\×c_1\×L$

其中，A为吸光度；C₁为第一试样的浓度；L为液层厚度；k为特定常数。根据I_b和I_t的值即可计算得出HGB的浓度。 

在HGB计算完毕之后，通过免疫试剂供给部件2向反应池4中的第一试样中加入免疫试剂92(步骤9)。免疫试剂的加入方式与溶血剂的加入方式相同，也是通过隔膜泵和三通阀来实现，此处不再另行说明。加入了免疫试剂的第一试样在一定温度下孵育一段时间并经过混匀形成第二试样(步骤10)。然后散射光探测单元7对照射光50经过第二试样后产生的散射光70进行探测(步骤11)，得到散射光信号74，送至分析计算单元200进行CRP含量的计算。CRP含量的计算方法如下所述。 

免疫试剂中含有特异性抗体，在一定条件下与全血中的抗原结合形成复合物，当光照射到抗原抗体复合物粒子上的时候就会发生散射，散射光的强度与复合物的含量成正比，即待测抗原越多，形成的复合物越多，散射光就越强。由于大多数蛋白质分子的尺寸仅为5～10nm，比照射光的波长要小得多，因此对散射光的计算采用Rayleigh模型，即散射光的强度为： 

$I_{\mathrm{\θ}}=\frac{I_0\left[{4\mathrm{\π}}^2{\left(\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dc}}\right)}^2{\mathrm{MC}}_2(1+\cos \mathrm{\θ})\right]}{{\mathrm{Nr}}^2{\mathrm{\λ}}^4}$

其中I_θ为与入射光成θ角方向上的散射光强度；λ、I₀为入射光的波长和强度；dn/dc为校正因子，反应了溶液折射指数和颗粒浓度的变化；M为颗粒分子量；C₂为第二试样复合物浓度；N为阿伏伽德罗常数；r为颗粒到检测器之间的距离；θ为散射角。根据所述散射公式：I_θαC₂，即探测到的散射光强与抗原抗体复合物浓度呈正比，那么只要通过一个定标系数k_c即可得出复合物浓度C₂与探测器接收到的散射光强之间的关系： 

C₂＝k_cI_θ

但是由于第一试样对照射光以及散射光的吸收，因此在实际测量过程中探测器所得到的散射光强I_c并不等于理论值，可用第一试样对光的衰减率来补偿(步骤S12)： 

I_c＝(I_t/I_b)I_θ

分析计算单元200根据补偿后的散射光强度计算出全血试样中的CRP浓度为(步骤S13)： 

$C_2=k_c\frac{I_b}{I_t}{I}_c$

上述计算出来的CRP浓度为全血中的浓度，在分析计算单元200中将其换算成血浆中的浓度(步骤S14)。这个步骤需要利用红细胞压积(HCT)这个参数，此参数为血常规检验的基本参数，换算后的血浆CRP浓度为： 

C₂’＝C₂*100/(100-HCT％) 

分析计算单元200将C₂’和HGB送至显示设备进行显示(步骤S15)，就完成了在全血中同时测量血常规参数以及血浆CRP参数的测量过程。 

图6是本发明的一种实施方式得到的全血CRP测量结果和传统方法测量CRP的结果之间的对比，从中可以看到二者没有明显的差异。 

本发明的优点在于，所述全血免疫测量装置可以在同一个反应池中进行血细胞参数的及血浆蛋白参数的测量。如果在血液细胞分析仪中采用所述全血免疫测量装置，则可同时对外周血中的有形成分(血细胞)进行分析和对血浆中的特定蛋白进行分析，在一台设备上一次性完成血常规参数和CRP参数的捆绑检验，相对于以往在两台仪器上分别检验的方式，本发明提高了临床检验的效率，降低了检验成本，并且将两种参数捆绑在同一个检验报告单上，有利于医生的临床诊断。 

另外，不限于所述实施方式，作为一种改进方式，本发明在对第二试样进行测量的时候(步骤S11)，并不需要在第二试样反应稳定之后进行，而是测量抗原抗体结合反应的动态过程。每个单位时间间隔内抗原抗体反应的速度是不相同的，而是逐渐加快的，在一定时间后(一般是在反应开始后10-45秒)达到顶峰，之后又逐步变慢，此峰值的高低与抗原含量成正比。 

作为本发明的一个实施例，本发明的测量装置在执行步骤S11的时候，每间隔5秒钟对某试样进行散射光的测量，得到的数据如下： 

散射光强度和速率随反应时间的变化曲线如图7所示，其中曲线201为散射光强随着反应时间的变化曲线，202为速率随着反应时间的变化曲线。从曲线202中可以看到在波峰位置P时，也就是在反应到25秒的时候具有最大速率，那么此最大速率即与抗原含量成正比。 

此外，不限于所述实施方式，作为一种改进，本发明在进行散射光探测的时候(步骤S11)和进行透射光探测的时候(步骤S4，S7)可在透射方向上用一个具有不同感光区的探测器81来进行。如图8所示，探测器81具有两个同心的感光区域810、820，处于内部的感光区810 用来探测透射光，而处于外部的感光区820用来探测散射光。对应的光路图如图9所示，在沿着光传播的方向上只放置一个探测器81，感光区810的直径为d₁，感光区820的直径为d₂，透射光的光束直径为D，当d₁＞D的时候感光区810只能接受到透射光，而感光区820只能接受到散射光。感光区820能够探测到的最大散射角度为：tan^-1(d₂/2L))，L为感光面到反应池中心的距离。采用所述改进的透射光散射光探测方式，可简化光学传感器的结构，降低成本。 

此外，不限于所述实施方式，作为另外一种对透射光和散射光探测方式的改进，本发明可采用具有对称结构的感光区域对透射光进行探测，在探测透射光的同时可实现光路的精确对准。如图10所示，将透射光感光区810分成对称分布的四个分区811-814，在光路调试的时候将光源发出的光照射到此探测器上，如果光路没有对准，则四个分区上的信号不平衡，调节光源位置或者探测器的位置，直到四个分区的信号平衡为止。采用所述改进方式的优点是既可以探测透射光又可以对光路进行精确调节。 

Claims (11)

1.一种能够对全血同时进行免疫测量和血液细胞测量的装置，其特征在于包括：

反应池，用于溶血剂、免疫试剂和全血试样的反应和测量，由透光材料构成；

溶血试剂供给部件，用于向反应池中注入溶血剂；

样本注入部件，向已装有溶血剂的反应池中注入一定量的抗凝全血样本，形成第一试样；

免疫试剂供给部件，向所述第一试样中添加免疫试剂，形成第二试样；

光照射单元，向反应池中提供照射光；

控制单元，控制反应池的温度以及溶血试剂供给部件、样本注入部件、免疫试剂供给部件按照一定的顺序进行动作；

透射光探测单元，沿着照射光的光轴方向接收探测照射光在通过第一试样时的吸光度；

散射光探测单元，与光轴方向成一定的角度方向上探测照射光在经过第二试样后的散射光强度；以及

分析计算单元，对上述吸光度和散射光强度进行分析计算，得到血液细胞测量参数和特定蛋白参数。

2.根据权利要求1所述的能够对全血同时进行免疫测量和血液细胞测量的装置，其特征在于：所述第一试样和第二试样都在同一个反应池中反应和测量，而无需移至其他容器中进行反应和测量。

3.根据权利要求1所述的能够对全血同时进行免疫测量和血液细胞测量的装置，其特征在于：样本注入部件包括采样针、注射器和运动部件，运动部件将采样针连同其中的全血样本运送至不同的位置。

4.根据权利要求1所述的能够对全血同时进行免疫测量和血液细胞测量的装置，其特征在于：所述分析计算单元用第一试样的吸光度对第二试样的散射光进行修正。

5.根据权利要求1所述的能够对全血同时进行免疫测量和血液细胞测量的装置，其特征在于：所述分析计算单元用全血测量指标红细胞压积(HCT)对全血中的特定蛋白浓度进行补偿，得到血浆中的特定蛋白浓度。

6.根据权利要求1所述的能够对全血同时进行免疫测量和血液细胞测量的装置，其特征在于：所述免疫测量的测量对象物质为C-反应蛋白(CRP)。

7.一种能够同时测量血液细胞参数和C-反应蛋白(CRP)参数的血液细胞分析仪，其特征在于包括：

反应池，用于溶血剂、免疫试剂和全血试样的反应和测量，由透光材料构成；

溶血试剂供给部件，用于向反应池中注入溶血剂；

样本注入部件，向已装有溶血剂的反应池中注入抗凝全血样本，形成第一试样；

免疫试剂供给部件，向所述第一试样中添加免疫试剂，形成第二试样；

光照射单元，向反应池中提供照射光；

控制单元，控制反应池的温度以及溶血试剂供给部件、样本注入部件、免疫试剂供给部件按照一定的顺序进行动作；

透射光探测单元，沿着照射光的光轴方向接收探测照射光在通过第一试样时的吸光度；

散射光探测单元，与光轴方向成一定的角度方向上探测照射光在经过第二试样后的散射光强度；以及

分析计算单元，对上述吸光度和散射光强度进行分析计算，得到血液细胞测量参数和CRP参数。

8.根据权利要求7所述的能够同时测量血液细胞参数和C-反应蛋白参数的血液细胞分析仪，其特征在于：测量对象为全血样本，不需要离心。

9.根据权利要求7所述的能够同时测量血液细胞参数和C-反应蛋白参数的血液细胞分析仪，其特征在于：所述吸光度用来测量血液细胞的血红蛋白(HGB)含量。

10.根据权利要求7所述的能够同时测量血液细胞参数和C-反应蛋白参数的血液细胞分析仪，其特征在于：所述分析计算单元用所述第一试样的吸光度对所述第二试样的散射光进行修正。

11.根据权利要求7所述的能够同时测量血液细胞参数和C-反应蛋白参数的血液细胞分析仪，其特征在于：所述分析计算单元用全血测量指标红细胞压积(HCT)对全血中的C-反应蛋白浓度进行补偿，得到血浆中的C-反应蛋白浓度。

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