[转帖]临床检验仪器设备与分析技术的发展现状与未来 (下)

临床检验仪器设备与分析技术的发展现状与未来 (下)
王成斌 丛玉隆

王成斌先生，博士，副教授、副主任医师，解放军总医院临床检验科副主任，中华医学会检验分会临床免疫专家委员会委员、全军检验医学委员会免疫学专题委员会委员；丛玉隆先生，教授、主任医师、博士生导师，解放军总医院临床检验科主任，中华医学会检验学分会主任委员。

二  我国临床检验仪器设备与分析技术的发展现状

1. 血细胞分析仪
　　我国早在20世纪60年代就开始进行血细胞计数仪的研制工作，生产出能计数RBC和WBC的仪器。随着改革开放，国内一些厂家与国外合作生产了第二代的血液细胞分析仪，有了HBG这个参数，通过增加一个计算器计算出MCV、HCT、MCH、MCHC等参数，并有打印功能。此后，由于国外各种白细胞两分类和三分类，带自动稀释的仪器大量进入中国市场，大大冲击了国产细胞分析仪的地位，同时也由于技术和资金的缺乏，国内生产的细胞分析仪没有得到进一步发展。开发、研制、设计和生产血液分析仪的能力逐渐下降，人员流失，处于停滞状态。
　　近年来，随着我国经济、科学技术的快速发展，一些高新技术行业开始自主研发、生产第三代，也就是白细胞三分类功能的血细胞分析仪。如目前国内临床检验仪器研发中的龙头企业深圳迈瑞公司采用阻抗法计数原理，研制成功结合全自动精确定量取样和添加试剂，自动混匀、清洗技术，每小时可检测60个标本；通过先进的信号采集、处理、识别技术和软件分析处理，能同时提供19项参数和三个直方图。此外结合用户的操作习惯和实验室管理要求，具有全中文化操作界面、大型液晶显示屏、多种打印格式、完备的质控程序和系统故障诊断程序，并提供条码扫描、网络联机等功能，使用十分方便。2005年底，迈瑞推出了国内第一台封闭采血进样方式的三分类血液细胞分析仪，成为继美国Coulter公司、法国Abx公司、瑞典Swelab公司和日本Sysmex公司之后第五家掌握此技术并推出产品的公司。2006年4月，迈瑞又推出了国内第一台五分类血液细胞分析仪，可以提供27项测量和研究参数，每小时可处理80个样本。
2. 临床生化分析设备
　　上世纪80年代初，随着我国对外开放步伐的加快，国外大型仪器生产商纷纷进入中国，各种型号的半自动、全自动生化分析仪器迅速占领我国的临床检验市场。当时很多检验界专家在各种场合大声疾呼重视国产自动生化检验仪器的研制与开发，但由于受到当时国内材料生产、制造工艺、计算机软件等技术的限制，不得不花费国家有限的外汇去大量进口国外仪器。80年代末国内开始研制半自动生化分析仪，到目前为止，国内已有几十个厂家可以生产半自动生化分析仪。90年代末，国内有一些企业和研究机构开始研制全自动生化分析仪，2003年7月迈瑞推出了中国第一台自主知识产权的全自动生化分析仪，该仪器采用分光光度原理和透射比浊原理，集合了自动加样、自动混匀、反应盘温控、光电测量、试剂制冷、反应杯更换等系统，通过采用先进的信号采集与信号处理、软件控制与分析，实现了检验过程的全自动化，测试速度可达到每小时300个测试，在中低端市场构成了一定的竞争能力。近两年，深圳迈瑞、长春光机等国内企业正在加大投入研发中、高端全自动生化分析仪产品并取得一定成果，目前已完全掌握了包括系统设计与整机配置、精密加样、高效混匀、反应盘温控、光电测量、交叉污染控制、高精度高可靠性运动系统等在内的绝大多部分全自动生化核心技术以及仪器的评价方法。
3. 尿液分析设备
　　目前国内已有多家企业可生产半自动尿液分析，而目前全国较大规模医院常规工作中广泛使用的全自动尿液分析仪和尿沉渣分析仪均为进口产品，但已有国内企业生产出样机，可望在未来数年能够有所突破。

三  目前国内外临床检验仪器设备发展的主要差距

　　尽管近几年来我国临床检验仪器生产的品种和数量已有可喜的发展，某些半自动化、中低档全自动化临床检验分析仪器已经开始与国外同档机型展开竞争，市场份额不断增大。但必须清醒看到，国内企业的核心技术掌握、新产品研发的投入、产品推广力度、产品服务水平与国外同行业比较还有较大差距，国内临床实验室的很多中高档产品仍来自美、日、欧等发达国家和地区的几大品牌公司。仅从技术角度分析，差距主要表现在以下几个方面：
1. 样品要求
　　检验的微量化可以减少测试样本量及试剂量，从而大大降低检验的成本，降低患者的痛苦。目前，国内推出的全自动生化分析仪样本量最低为2μL，最小反应体积为180μL。而业界水平最先进的仪器的样本量可以降低至1.2μL，最小反应液体积可达120μL，比以前的设计有了长足的进步。这种进步得益于精密机械技术、光电检测技术和新材料技术的发展。
2. 检测速度
　　目前国产的五分类血液细胞分析仪每小时可处理80个样本，而目前世界上最快的血液细胞分析仪器每小时可以处理150个样本。国外全自动生化分析仪的高端机型单台测试速度最大可达到每小时2700项，而国内自主机型的测试速度最大为每小时800项。
3. 仪器设计
　　除了结合人机工程学的原理，仪器设计要满足用户在实验室操作的方便性要求外，越来越多新的进口产品结合了信息技术的发展成果，提供更强大的样品采集、数据生成及传输、结果报告和发布等流程进行智能化的计算机控制，甚至远程的故障诊断和处理、结果发送以支持远程诊断和全球化的实验室之间结果比对研究等。
4. 仪器—试剂—校准品构成的检测系统
　　全自动生化分析仪器及其配套的试剂和校准品构成了一个完整的检测系统。检测系统的测试结果应具有溯源性以保证不同的测量系统间病人结果的可比性。目前，国外公司已开始由单纯的仪器、试剂向检测系统发展，而国内在这方面才刚刚起步。
5. 产品的模块化
　　模块化全自动生化仪是在传统全自动生化分析仪的基础上，采用先进的控制技术，按照模块化结构设计开发的组合式全自动分析仪。其具有高度的灵活性和扩展性，用户可根据需要自由组合，能随时随意增减单元部件。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。随着各种系列组合仪器的大量涌现，配以相应的标本前处理、传送、后处理系统等模块，可以方便地构成自动化流水线，为实验室自动化奠定基础。
6. 产品结构
　　目前国产检验仪器还主要以半自动产品为主导，仅有中、低端全自动血细胞和生化仪器产品在临床实验室使用。全自动尿液及尿沉渣分析仪器刚有样机问世，而临床免疫、血凝、血气以及微生物培养与鉴定等方面的自动化仪器产品的研发目前还处于起步阶段。

四  临床检验技术及仪器设备的发展展望

　　21世纪应该是以信息学高速发展为主线的世纪，贯穿生物医学研究的基因组学、蛋白质组学、代谢组学、信息组学及其它医学相关学科研究的不断深入，人们对了解与健康、亚健康、疾病状态相关的信息量需求越来越多，这必然刺激先进的分析技术及分析仪器快速向临床实验室转移。从基础医学及相关学科已有的发展成果和临床医学发展的需求分析，一些发展比较成熟、目前已开始临床实验室应用或在不远的将来将进入临床实验室应用的一些检验技术及设备，对临床疾病的预防、诊断和治疗可能会产生重要影响。
1. 生物芯片(Biochip)技术及其仪器设备
　　生物芯片又称微阵列(Microarray)，是20世纪80年代末在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固相载体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对核酸、蛋白质、细胞、组织以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。其基本原理是在面积很小(可达几个平方毫米)的固相材料(玻片、硅片、金属片、尼龙膜等)芯片表面有序地点阵固定排列一定数量的可寻址分子(DNA、抗体或抗原等蛋白质及其它分子)。这些成分与待测成分及相应的标记分子结合或反应，结果以荧光、化学发光或酶显色等指示，再用扫描仪或CCD摄像等技术记录，经计算机软件处理和分析，最后得到所需要的信息。组织芯片的原理是将不同的组织样品点阵固定排列在一张芯片上，再通过免疫组化、原位杂交等手段对芯片上的组织样品进行分析。由于生物芯片能够在短时间内分析大量的生物分子，快速准确地获取样品中的生物信息，效率是传统检测手段的成百上千倍，有人认为它将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。由于生物芯片技术在疾病筛查和早期诊断上的优势，已经成为检验医学发展的热点之一。目前，通过基因多态性芯片，对不同个体药物代谢能力分析，从而实现临床的个体化用药；通过基因芯片进行细菌检测和细菌耐药性分析；通过生物芯片对肿瘤、糖尿病、高血压、传染性疾病的筛查和监测等方面的检验产品日臻成熟。国内外一批生物芯片分析仪器已获得进入临床实验室应用许可。英国朗道公司(RANDOX)生产的EVIDENCE 180全自动生物芯片分析仪，在一张9mm2的正方形固相载体芯片上，可同时进行多种肿瘤标志蛋白质或细胞因子检测。
2. 质谱(Mass Spectroscope，MS)分析技术及设备
　　蛋白质是生物体中含量丰富、种类众多、功能精细的重要生物大分子。作为生命的物质基础之一，蛋白质无时不在催化生命体内各种反应，调控细胞内、外信号传递，调节机体代谢、抵御外来物质入侵及控制遗传信息以维持生命的正常活动。机体组织、细胞、特别是体液(生命活动中物质代谢、交换、运输的主要场所)中蛋白质的量、结构、生物活性的改变可即时反应机体活动的功能状态。因此，对机体蛋白质分析，在疾病诊断特别是早期诊断和预防中具有十分重要的作用。但生命体中的蛋白质种类可能超过10万种，而各种蛋白质所占比例差异极其悬殊，很多功能性蛋白质十分微量，这就使其定量分析或活性测定带来了困难。近年来随着质谱技术的快速发展，使高通量进行生物样品中痕量物质的鉴定或结构分析成为可能。
　　质谱技术分析蛋白质的原理主要是通过电离蛋白质分子，使之转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值(M/Z值)的蛋白质离子分离开来，再经过离子检测器收集分离的离子，通过确定离子的M/Z值，分析鉴定未知蛋白质。
　　目前主要的质谱分析技术包括：(1)电喷雾电离质谱技术；(2)基质辅助激光解吸电离质谱技术；(3)快原子轰击质谱技术；(4)离子喷雾电离质谱技术；(5)大气压电离质谱技术。在上述技术基础上发展起来的气相色谱—质谱仪(GC-MS)、液质联用质谱仪(LC-MS)、电喷雾离子化质谱仪(ESI-MS)、液相色谱—电喷雾离子化质谱仪(LC-ESI-MS)、基质辅助激光解吸离子化质谱仪(MALDI-TOF-MS)、蛋白质芯片—飞行时间质谱仪(SELDI-TOF-MS)、四极杆－飞行时间质谱质谱仪(Qq-TOF-MS/MS)等设备已经在医学相关科学研究中被广泛应用，有些已开始应用于临床实验室，并服务于疾病诊断中的生物样品蛋白质分析。
3. 流式细胞技术(Flow CytoMetry，FCM)
　　流式细胞技术是应用流式细胞仪对悬浮液中的细胞、细胞器或其它粒子进行快速测量和多参数检测的细胞分析技术。其分析原理是细胞等粒子悬液进入充满鞘液的流动室后，在鞘液的约束下排成单列由流动室的喷嘴喷出，形成粒子柱，后者与入射的激光束垂直相交，液柱中的粒子柱被激光激发产生散射光和激发荧光，仪器中一系列光学系统(透镜、光阑、滤片和检测器等)收集荧光、光散射、光吸收或细胞电阻抗等信号，最后由计算机分析、处理、显示。随着激光技术、喷射技术、微电子特别是计算机技术的发展，流式细胞仪在功能、分析效果、自动化程度及应用范围等方面得到快速的发展和提高。从上世纪80年代流式细胞技术开始从基础研究进入临床实验室应用于血液细胞形态分析、细胞表面成分分析、细胞内部结构分析、尿沉渣分析等检验项目。近年来，流式细胞分析技术结合免疫学技术、荧光标记技术、磁珠小球微阵列技术、细胞膜渗透等技术开始应用于免疫细胞鉴定、细胞表面及细胞内蛋白质定量及活性分析，高通量体液样品蛋白质定量等方面，但由于这些技术方法的稳定性、仪器的自动化程度离临床实验室的常规检验项目的要求存在一定距离，有待于进一步改进和提高。由于流式细胞分析技术具有高通量、可同时进行多参数分析(1分钟内可分析上万个细胞，几万、几十万个参数)，在今后的临床检验大舞台上将能够发挥重要作用。
4. 全实验室自动化(Total LaboratoryAutomation，TLA)和实验室信息技术
　　由于在维护人体健康过程中需要掌握的信息量越来越大，而人的社会分工越来越细，这就需要未来的临床检验仪器向高分析速度、高自动化程度、高智能化水平、高速网络化信息传递、高精密度分析要求，高随意性模块配置，低样品量要求方向发展。“全实验室自动化”概念的引入和实施，打破了传统临床实验室的技术分工模式，使临床检验学科能够充分适应医学发展趋势的要求。
　　所谓全实验室自动化，就是通过计算机整合系统将指将临床实验室相互关联或互不相关的自动化仪器串联整合起来，构成流水线检测作业组合，形成大规模的检验过程自动化，形成一个覆盖临床实验室常规工作各部分的高度自动化分析仪器网，它主要包括前处理系统、样品分配、传输系统、样品分析系统、数据采集分析系统和样本保存系统。
　　全实验室自动化系统在日本、美国等发达国家应用早、普及率高，但由于其很高的成本投入，目前在国内仅有为数不多的几家医院检验科室安装使用。随着我国经济建设的快速发展，临床实验室面临的各种挑战，如不断增加的样品量，高效率、高质量的服务要求(快速、准确)，人力资源的限制，都要求临床实验室的高自动化运行模式。因此，未来的5~10年，将是我国全实验室自动化系统在临床实验室高速发展的时期。
　　实验室信息系统(Laboratory Infor-mation System，LIS)是集计算机技术和现代化管理思想为一体的适用于实验室管理和控制的一项综合技术。可用于患者标本的识别、检验申请、样本分析、结果报告、质量控制、行政后勤管理、科研总结等数据管理，可提高临床实验室的工作质量、管理水平和工作效率。全实验室自动化系统更是离不开LIS的支撑。
5. 床旁检验技术(Point Of CareTesting，POCT)
　　随着经济的发展、社会进步和人口整体素质的提高，重视个体健康信息的人群比例不断上升。因此，临床检验仪器的发展将呈现两极分化的趋势。一方面是临床实验室检验仪器发展的中心化；另一方面是临床检验仪器发展的微型化、分散化和家庭化。目前国内外医疗机构中除需要具有较大规模的中心医院外，还需要有家庭及社区医疗服务。20世纪后期，急救医学的快速发展，在紧急救治过程中需要及时掌握病人各种生理、生化指标的变化。随着人们生活水平的提高，互联网、报纸、电视等传媒的快速发展，人们对有关医疗、保健知识的了解及关心程度不断提高，某些正常、亚健康和带病人群需要经常了解自己体内与疾病发生、发展密切相关检验指标的变化。上述需求促使临床检验仪器向携带便捷、无需专业人员操作、结果即时可得的所谓“即时检验”或“床旁检验”仪器方向发展。近年来，国内外床旁检验技术及其仪器发展迅猛，仅便携式血糖测定仪一项就形成了一个较大的市场，而其它一些与某些常见病、多发病、严重影响人民健康休戚相关的检验项目的床旁检验仪器，在未来数年肯定会有很大发展，形成巨大市场。

（全文完）

来源：《世界医疗器械》

出版日期：2007年8月