Лабораторная диагностика — неотъемлемая часть клинического обследования больного. Без данных лабораторных анализов невозможна не только постановка клинического диагноза, но и контроль за эффективностью и безопасностью лекарственной терапии.
Существует более 10 видов и направлений лабораторных исследований, однако, наиболее распространенным, назначаемым практически каждому пациенту видом анализа, является гематологический анализ, т. е. анализ морфологического состава крови.
Анализаторы морфологического состава крови — «гематологические анализаторы» — являются важнейшим инструментом изучения морфологии крови.
В настоящее время клинико-диагностические лаборатории практически полностью отказались от ручных методов анализа и перешли на использование автоматических гематологических анализаторов.
При всем разнообразии моделей гематологических анализаторов главная задача всех этих приборов одна — подсчитать количество форменных элементов (клеток) крови, измерить количество гемоглобина, и рассчитать вычисляемые показатели крови пациента. В настоящее время в основном применяется кондуктометрический метод Культера.
Повышение точности и, соответственно, качества анализа не единственные преимущества автоматизации процесса анализа. Специалисты пришли к заключению, что использование автоматических анализаторов в лабораторной практике позволяет:
– освободить медперсонал от трудоемкого ручного способа измерения
– поднять производительность лаборатории
– снизить расход реагента на один тест
– обеспечить автоматический расчет измеряемых параметров;
– обеспечить автоматический накопительный контроль качества.
Несмотря на разнообразие моделей гематологических анализаторов и технических вариантов исполнения, принцип работы анализаторов одинаков.
В качестве пробы используется венозная или капиллярная кровь с антикоагулянтом. С помощью заборной иглы прибор забирает необходимый для анализа объем крови (20–100 мкл). Кровь разводится изотоническим разбавителем (дилюентом). Это специальный реагент из нескольких компонентов, в число которых входит физраствор, поверхностно-активные вещества, стабилизаторы, консерванты и т. д. Разведение производится в сотни раз (в зависимости от конструкции анализатора может быть в 100–500). Это первое разведение. Затем из образовавшейся суспензии отбирается ее часть для второго разведения. Второе разведение производится еще примерно в 200 раз, т.е в десятки тысяч раз относительно цельной крови. Суспензия клеток крови первого разведения предназначена для подсчета лейкоцитов и гемоглобина. Суспензия второго разведения предназначается для подсчета эритроцитов и тромбоцитов. Производится кондуктометрическим методом.
Гемоглобин подсчитывается фотометрическим методом. Эритроциты при помощи лизирующего реагента разрушаются, гемоглобин вымывается в раствор и производится фотометрирование.
В настоящее время рынок гематологических анализаторов весьма насыщен, существует более двух десятков фирм-производителей таких приборов. Тем не менее, гематологические анализаторы можно классифицировать по следующим направлениям:
– по количеству исследуемых параметров
– по производительности
– по способу пробоподготовки
– по степени разделения лейкоцитов на популяции
– по способу прокачки жидкости в гидравлической системе
В качестве прототипа выбираем гематологический анализатор Sysmex KX-21N.
Направление модернизации — усовершенствование подсистемы детекции счетных импульсов.
Основные узлы анализатора — измерительные камеры (блок детекторов), аналоговая и цифровая (материнская) платы, блок питания.
Измерительный сигнал с блока детекторов поступает на аналоговую плату, на которой происходит усиление сигнала и его аналоговая фильтрация, после чего сигнал передается на цифровую плату центрального процессора.
На плате ЦПУ происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой, после чего происходит выделение счетных импульсов, их дифференцирование по амплитуде и подсчет.
«Слабым звеном» такой компоновки является связка Детектор-Аналоговая плата-ЦПУ в силу того, что сигнал с измерительных электродов представляет собой смесь из полезных и шумовых импульсов с очень низкой амплитудой. Данный метод прост в реализации, обладает достаточной точностью, однако имеет ряд недостатков, к главным из которых относятся:
– наличие электрических помех, в результате чего амплитуда и форма счетных импульсов искажается;
– форма клеток крови не является сферической, что приводит к искажению счетных импульсов;
– возможен пропуск счетных импульсов;
– возможно ложное срабатывание счетчика, когда за сигнал от клетки принимается сигнал от примесей в реагентах.
С целью устранения указанных недостатков предлагается осуществлять классификацию измерительных сигналов по информативным признакам, для чего необходимо выбрать подходящую модель измерительных сигналов. С точки зрения применения в гематологическом анализаторе, наиболее подходящими являются признаки, во-первых, не требующие разработки новых технических средств для их измерения и, во-вторых, задача выбора которых не требовала большой априорной информации о сигналах. Для защиты от помех применяется экранирование кабелей, однако, полностью устранить влияние помех невозможно.
С целью повышения точности классификации клеток крови предлагается дополнить блок подсчета клеток модулем анализа, который производит сравнение информативных признаков, выделенных из измерительных сигналов, с эталонными признаками. Данная задача легко реализуется в силу следующих факторов:
– небольшое количество классов: от 3 до 7;
– эталонные сигналы легко получить, поскольку формы клеток различных классов хорошо изучены;
– измерительный сигнал — одномерный и прост в описании. В качестве модернизации предлагается усовершенствовать аналоговую плату, разместив в ней микропроцессорную систему обработки счетных импульсов. Это позволит исключить передачу аналогового измерительного сигнала, и проводить его предварительную обработку непосредственно после блока детектора.
Изменив структурную схему прототипа с целью устранения одного из его недостатков: дополним аналоговую плату микропроцессорной системой, которая позволит, во-первых, сразу после усиления преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, и, во-вторых, провести его цифровую предварительную обработку — выделение информативных признаков. Причем, алгоритм такой обработки может быть в принципе любым в силу возможностей микропроцессорной системы.
Структурная схема модернизированного анализатора представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема модернизированного анализатора
Измерительный сигнал поступает на аналоговую плату, где происходит его усиление и сразу же поступает на вход микропроцессорной системы (МПС) предварительной обработки. Данная система работает как цифровой измеритель напряжения: происходит преобразование аналогового сигнала в двоичный код, однозначно описывающий амплитуду и длительность измерительных импульсов [1]. Здесь же может быть реализована функция удаления ложных помеховых импульсов.
Далее сигнал поступает на плату центрального процессора, где происходит окончательная обработка сигнала и принятие решения о количестве и виде клеток крови в анализируемой пробе.
Плата центрального процессора управляет работой всех систем анализатора.
Измерительные камеры являются важнейшим узлом прибора, в них происходит формирование измерительного сигнала. Для измерения гемоглобина одна из камер снабжена оптическим модулем. В данной работе принцип измерения гемоглобина не рассматривается.
Литература:
- Писклаков, Е.А. Импульсные и цифровые устройства. Методические указания к курсовому проектированию. Тамбов: — Тамбовское ВВАИУ, 1988.
