五分类血液细胞分析仪的原理及应用-武汉盛世达医疗设备有限公司

一 五分类血液细胞分析仪开发意义

血液细胞分析仪是医院检验科、化验室的常规设备之一，也是发展最快、应用最普及的检验仪器，当前血液细胞分析仪分为三分群和五分类两种。国际市场上五分类血液细胞分析仪已经成为发达国家医院血液临床检验的主流产品，但由于五分类血液细胞分析仪需集光学、电子、气路、液路、计算机等技术于一体，技术含量非常高，纵观全球，也仅有美国、法国、日本等国家的6个厂家能够生产真正意义上的五分类血液细胞分析仪。

在今年4月深圳迈瑞BC-5500(如图1)推出之前，由于国内没有掌握该类产品生产制造的核心技术，因而在中国市场销售的该类产品由国外品牌所垄断，价格都比较昂贵，导致该类产品不能在中国医院临床检验中大范围推广应用，BC-5500的推出推动了五分类血液细胞分析仪在国内的临床应用，提高整个国内血液细胞检测的临床应用水平。

二 白细胞测量原理

白细胞的分类结合了流式细胞技术、激光散射技术和化学试剂对细胞的处理技术等技术。
流式细胞术(Flow Cytometry，FCM)是一种综合应用光学、机械学、流体力学、电子计算机、细胞生物学、分子免疫学等学科技术，让被测溶液流经测量区域，并逐一检测其中每一个细胞的物理和化学特性从而对高速流动的细胞或亚细胞进行快速定量测定和分析的方法。它一秒钟能分析几千个细胞，并同时测定细胞的多个参数，广泛应用于生物医学的许多领域。流式细胞术传统上有两种测量方法：激光散射测量、荧光测量。阻抗法也可以在流式细胞术中被采用，形成所谓的鞘流阻抗法。

为了保证细胞单个排列地逐一通过检测区域，鞘流技术(Sheath Flow Technology)在流式细胞术中被广泛应用。流体抵抗变形的能力为流体的粘性，是流体的固有属性。粘性通常以粘性切应力来表示，即流体在运动时，如果相邻两层流体的速度不同，则在它们的界面上产生切应力，运动快的流层对运动慢的流层施以拖力，运动慢的流层则对运动快的流层施以阻力，这对力称为层流之间的内摩擦力或者粘性切应力，用t表示。按照粘性切应力和剪切应变率成正比与否将流体分为牛顿流体如空气、水及大部分常见流体和非牛顿流体如血液、高分子聚合物、石油、沥青等和理想流体(粘性力很小比影响流体微团运动的如重力、压力、惯性力小得多，可以忽略粘性影响的流体)。

粘性切应力可以通过下面的模型(如图2)来得到。两块平板，间距为h，其间充满粘性流体。下板不动，上板以速度U在自身平面内作匀速运动。为了维持上板的匀速运动，必须在平面上施加一个拖动力F。试验表明，拖动力F与板的面积A成正比，与速度U成正比，与板间的距离成反比，比例系数就称为流体的粘性系数m。记作：
F=mA ·U/h 
显然，单位面积的拖力(粘性切应力)
t=F/A=m·U/h

牛顿内摩擦定律告诉我们流体的粘性切应力大小与粘性系数及速度梯度成正比。

流动存在两种流态：紊流(湍流)和层流。流动无序，并有大大小小的漩涡形成的流态叫做紊流，又称湍流。而以一种规律相同、互不混杂的形式作分层流动，称为层流。鞘流属于层流的一种，是在医学上对层流应用在流式细胞技术上的特殊称谓，意思是一种液体象刀鞘一样包裹着细胞的流动。对于起包裹作用的液体被称为鞘液，以与样本液区别。介于层流和紊流之间的流态是一种极不稳定的过渡流。通常用雷诺数来表征流体运动惯性力和粘性力之比值：
Re=rVd/m
这里r—流体的密度
V—流体的速度
d—管径(或者水力直径)
m—粘性系数

紊流层流的临界速度称下临界速度，相对稳定，约为2320；层流紊流的临界速度称上临界速度，不稳定，约12000~14000。以上就是实现鞘流技术的基本原理，也是进行整流结构设计的理论依据。根据层流理论，由于两种液体的流速和压力不一样，在一定的条件下样品溶液与包裹它的鞘液在流动中可以保持相互分离并且同轴。同时鞘液流可以加速样品溶液中颗粒的流动并迫使他们的流动轨迹保持在液流的中轴线上，使细胞单排列地逐一通过检测区域，这便是所谓的液流聚焦原理(Hydrodynamic Focusing)。

流动室(如图3)组件是光学和液路的接口，使一定压力下的鞘液流体聚焦，形成对被测细胞液的挤压和约束，迫使细胞排成一条直线逐个通过流动室检测区。在设计中将其分为整流区、加速区和测量区。整流区目的是建立一个层流的环境，此时压力驱动液体进入流动室形成稳定的鞘液；加速区的目的是缩小鞘液和样本液之间的速度差，尽可能的降低粘性力的影响使样本液更加平稳的通过测量区；在测量区细胞被鞘液包裹，以单个顺序逐个通过测量区域。在流动室中样品溶液被注入到鞘液(Sheath Fluid)当中，两者汇聚成为细胞悬液(Cell Suspension)一同通过检测区。功能上由样本入口、鞘液入口、整流区、加速区、检测区和废液出口组成。

流动室一般由石英晶体加工而成。光学测量区横截面可测量段长度必须远大于检测光斑短轴的尺寸；流动室的光学测量区内外表面尽可能平整，无明显缺陷。

白细胞测量采用光学法，使用激光和流式细胞术技术实现，通过收集散射光信号获得白细胞分类信息。光散射法的理论基础是MIE散射理论，MIE散射理论描述了当光照射到匀质球上产生的散射场。MIE散射理论指导了对于白细胞体积信息和内部复杂度的测量。根据MIE理论，当激光照射到流动室内流过的每一个细胞时，由于细胞的物理特性，部分光线从细胞上经不同的角度散射。从低角度(相对入射光方向1~6?方向散射的光称为前向小角度散射光(Forward Small Angle Scatter)。从中高角度(相对入射光方向>8?方向散射的光称为大角度散射光(Large Angle Scatter)。从与入射光方向垂直的方向散射的光称为侧向散射光(Side Scatter)。前向小角度散射光的光强可以反应细胞体积；大角度散射光的光强可以反应细胞核/浆复杂度和细胞颗粒的信息；侧向散射光的光强可以反应细胞膜、核膜、细胞质的变化。

采用光散射法实现白细胞测量的具体过程(如图5)是：全血样本首先按照一定的比例稀释成细胞悬液，经过试剂进行处理后，在鞘液的作用下形成细胞流。细胞被排成单列快速通过光学检测区，当液流中的细胞逐一通过光学检测区时，引起光散射场变化，从而在光接收系统形成脉冲信号。

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