اتوآنالايزرهاي بيوشيمي با هدف بالا بردن سرعت پاسخ دهي، بهبود کيفيت نتايج، کاهش مصرف reagents و نيز کاهش تعداد پرسنل در آزمايشگاه ها کاربرد فراوان دارد. در اين قسمت مروري کلي بر تقسيم بندي اتوآنالايزرها و روش هاي مختلف اندازه گيري در آنها خواهيم داشت.

آنالايزرهاي بيوشيميايي دستگاه هايي هستند که غلظت متابوليت ها، الکتروليت ها، پروتئين ها و داروها را در سرم، پلاسما، ادرار و مايع مغزي نخاعي (CSF) و ساير مايعات بدن با دقت و صحت بالا اندازه گيري مي کنند.

مزاياي به کارگيري اين سيستم ها در آزمايشگاه عبارتند از:

۱) افزايش سرعت و حجم کاري

۲) کاهش خطاهاي انساني

۳) افزايش دقت و صحت نتايج

۴) صرفه جويي در مصرف نمونه و معرف ها

۵) دقت در تکرار آزمايش (تکرار پذير بودن آزمايش)

۶) کاهش هزينه هاي جانبي و کاهش پرسنل در آزمايشگاه

● تقسيم بندي اتوآنالايزرهاي بيوشيمي براساس روش قرائت تست ها

▪ Batch Analyzer

در اين اتوآنالايزر قرائت به صورت تست به تست انجام شده و نتايج نيز به همين صورت نشان داده مي شود. سرعت قرائت تست ها در اين نوع آنالايزرها بين ۴۰ الي ۸۰ تست در ساعت است.

▪ Multibatch Analyzer

در اين اتوآنالايزرها قرائت در حالت عادي به صورت تست به تست انجام مي شود، ولي امکان تعريف اجراي چند تست مختلف براي يک نمونه و به صورت متوالي نيز وجود دارد که در اين صورت بايد از قسمت اورژانس يا برنامه Stat دستگاه استفاده کرد. همچنين در اين اتوآنالايزرها دستيابي به نتايج به هردو صورت يعني تست به تست يا بيمار به بيمار امکان پذير است.

سرعت اين اتوآنالايزرها معمولا بين ۸۰ الي ۲۴۰ تست در ساعت است.

▪ Random Access Analyzer

در اين اتوآنالايزرها مي توان در هر زمان و براي نمونه، تست مورد نظر را انتخاب و اجرا کرد. حال آنکه رعايت هيچ گونه ترتيبي اجباري نيست. سرعت اين اتوآنالايزرها بين ۱۰۰ الي ۶۰۰ تست در ساعت است.

● قسمت هاي تشکيل دهنده اتوآنالايزر بيوشيمي

هردستگاه اتوآنالايزر از دو قسمت مشخص سخت افزار و نرم افزار تشکيل شده است.

قدرت، کارايي و سادگي کار با هر دستگاه اتوآنالايزر ارتباط تنگاتنگي با نرم افزار آن دارد.

وظايف مهم ذيل از ويژگي هاي نرم افزار يک دستگاه اتوآنالايزر است:

۱) شناسايي نمونه ها،

۲) شناسايي تست هاي هر نمونه،

۳) شناسايي روش هاي بيوشيمي،

۴) تعريف تست ها و متدهاي مختلف،

۵) اجراي تست ها به روش هاي مختلف،

۶) نمايش نتايج به فرم هاي متنوع روي هر خروجي دلخواه،

۷) شناسايي خطاهاي به وجود آمده در دستگاه و اعلام اخطار به اپراتور به صورت اتوماتيک،

۸) شناسايي و رفع عيب اتوماتيک دستگاه و قطعات مختلف آن،

۹) قابليت کاليبراسيون و شناسايي معرف هاي مختلف،

۱۰) اجراي برنامه کنترل کيفيت،

۱۱) پردازش سيگنال ها، انتقال داده ها و کنترل ورودي و خروجي دستگاه،

۱۲) سخت افراز در يک دستگاه اتوآنالايزر به دو بخش اصلي و لوازم جانبي تقسيم مي شود.

قسمت هاي اصلي سخت افزار يک دستگاه اتوآنالايزر شامل موارد زير است:

۱) UPS (سيستم تامين کننده ولتاژ و جريان مورد نياز ساير قسمت ها)،

۲) مدارات الکترونيکي و کامپيوتري شامل بوردهاي کنترل، CPU,Main Board

۳) پمپ هاي الکترومکانيکي،

۴) انواع سرنگ و پيستون،

۵) شلنگ ها و تيوب ها،

۶) انواع موتورهاي آنالوگ و ديجيتال

۷) انواع شيرهاي الکترومغناطيسي،

۸) انواع سوزن ها،

۹) انواع ربات ها،

قسمت فتومتريک شامل:

۱) لامپ

۲) فيلترهاي نوري

۳) محل نگهداري نمونه آماده قرائت

۴) دتکتتورو

۵) مدار تبديل است.

لوازم جانبي سخت افزاري در يک دستگاه اتوآنالايزر معمولا عبارتند از:

۱) صفحه کليد،

۲) نمايشگر،

۳) چاپگر،

۴) دستگاه بارکد خوان.

● روش هاي اندازه گيري

▪ روش فتومتري

براي اندازه گيري به روش فتومتري به يک منبع نور، وسيله جدا کننده طيف مورد نظر و يک آشکار ساز نياز است.

هر دستگاه اتوآنالايزر از دو قسمت مشخص سخت افزار و نرم افزار تشکيل شده است. قدرت، کارايي و سادگي کار با هر دستگاه اتوآنالايزر ارتباط تنگاتنگي با نرم افزار آن دارد. منبع نور به کار رفته در دستگاه هاي آنالايزر مي تواند لامپ هاي تنگستن، هالوژن، کوارتر، دوتريوم، جيوه يا ليزر باشد. براي جداسازي طيف مورد نظر از فيلترهاي تداخلي نوري استفاده مي شود. اين فيلترها معمولا داراي پيک عبوري ۳۰ تا ۸۰ درصد پهناي باند ۵ تا ۱۵ درصد است.در اتوآنالايزرها اين فيلترهاي نوري در چرخ فيلتر (Filter Wheel) قرار داده شده اند و فيلتر مورد نظر در زمان مناسب توسط نرم افزاري سيستم در محل عبور نور قرار مي گيرد.

▪ فتومتري انعکاسي

دراين روش نور منعکس شده اندازه گيري مي شود اجزاي اين سيستم همانند اجزاي سيستم فتومتري است و معمولا در اتوآنالايزرهايي که از معرف هاي (Reagents) خشک استفاده مي کنند، به کار مي رود. فلوروسنس، ساطع شدن پرتوهاي الکترومغناطيسي حاصل از ماده اي است که توسط يک منبع تشعشعي ديگر تحريک شده است. شدت نور ساطع شده (فلورسنت) رابطه مستقيم با غلظت ماده تحريک شده دارد.

▪ فلورومتري

در اتوماسيون و روش هاي سنجش ايمني کاربرد زيادي دارد. حساسيت آن هزار برابر بيشتر از روش هاي اسپکتروفتومتري است، اما تداخل زمينه اي ناشي از فلورسنس سرم مي تواند مشکل ساز باشد. هر چند اين مشکل را مي توان با انتخاب فيلترهاي مناسب براي جداسازي طيف مورد نظر و نيز با انتخاب رنگ فلورسنتي که طيف تشعشعي آن از طيف مواد تداخلي متفاوت باشد، حل کرد.

▪ کدورت سنجي يا نفلومتري

براي اندازه گيري کمي و کيفي رسوب حاصل از واکنش آنتي ژن آنتي بادي به کار مي رود.

▪ ISE

تعداد زيادي از روش هاي الکتروشيميايي در اتوآنالايزرها به کار مي روند. که رايج ترين آنها الکتروديون انتخابي يا (ISE) Electrode Selective Ion است.

● نگاهي به سيستم هاي اتوآنالايزر بيوشيمي آزمايشگاهي

خون و مايعات موجود در بدن داراي مواد مخصوصي هستند که ماهيت آن ها اغلب متفاوت بوده و در غلظت هاي مشخصي براي ادامه حيات ضروري اند. اين مواد شامل: قندها، پروتئين ها، چربي ها، يون ها، آنزيم ها و هورمون ها و ... هستند و بررسي ماهيت، مقدار و اندازه گيري و عمل اين مواد در حيطه علم بيوشيمي است. هر يک از اين مواد در بدن داراي مقدار و رنج مشخصي است که افزايش و يا کاهش آن موجب اختلالاتي مي شود. بعضي از اين مواد به مقدار بسيار کم تا حد چند صدم ميلي گرم در هر سي سي از سرم يافت مي شود و مقدار بعضي ديگر از اين مواد حتي به ميزان چند گرم در هر ميلي ليتر مي رسد.

اندازه گيري قند، چربي، و آنزيم ها از طريق موادي انجام مي شود که در برخورد با مواد فوق الذکر کمپلکس رنگي تشکيل مي دهد. اين مواد که از اين پس آن ها را به عنوان معرف نام خواهيم برد از مواد آلي يا معدني تهيه مي شوند. روش کار بدين صورت است که حجم مشخصي از سرم بيمار را با مقدار معيني از معرف يا معرف ها (بسته به نوع تست از يک تا چند معرف متفاوت) مجاور مي کنند. ماده مورد اندازه گيري در مجاورت معرف، کمپلکس رنگي ايجاد مي کند که شدت و ضعف رنگ بستگي به مقدار ماده مورد نظر در آن حجم معين از سرم دارد. برخي از اين واکنش ها احتياج به زمان و دماي معيني براي انجام واکنش و به دست آمدن رنگ دلخواه دارد. سپس مقدار رنگ ايجاد شده در دستگاه هايي به نام رنگ سنج از طريق طول موج مشخصي که رنگ مزبور در آن طول موج حداکثر جذب نوري را داراست اندازه گرفته مي شود. بدين ترتيب که نور به کمپلکس تابانده مي شود که مقداري از اين نور جذب مي شود و مقداري عبور مي کند. سپس نور عبور کرده در طرف ديگر دستگاه توسط سلول هاي حساس به نور اندازه گيري مي شود و بدين طريق مقدار جذب نور توسط کمپلکس اندازه گيري شده و با انجام محاسباتي، مقدار ماده مورد اندازه گيري در هر ميلي متر مکعب خون به دست مي آيد. با پيشرفت تکنولوژي دستگاه هايي طراحي و ساخته شده که تمامي اعمال فوق را به طور اتوماتيک و برنامه ريزي شده در مدت زمان کمتري و در حجم بسيار بالايي انجام مي دهد.

امروزه در آزمايشگاه هاي تشخيص طبي با توجه به حجم بالاي کار و دقت بالاي روش هاي اتوماتيک لزوم استفاده از اين دستگاه ها بيشتر احساس مي شود. اين دستگاه ها تحت نام عمومي اتوآنالايزر در مدل ها و سيستم هاي مختلفي به بازار عرضه شده اند.

آن چه در اين مطلب مي خوانيد، اجزاي سيستم هاي اتوآنالايزر از نوع سانتريفوژي را بررسي مي کند و به اتوآنالايزرهاي با سيستم دستي و سيستم اتوماتيک گسسته اشاره نمي کند.

حساسيت زياد دراندازه گيري اين دستگاه ها با توجه به مطالب زير الزامي است:

برخي از بيماران از قبيل افراد ديابتيک، بيماران قلبي، کليوي و ... با تغييرات جزيي در مواد خون خود اغلب حياتشان به خطر افتاده و چه بسا که يک اندازه گيري صحيح قادر به نجات جان بيماران باشد.

اندازه گيري آنزيم هاي قلبي در بيماران قلبي و سکته ها، اندازه گيري مواد سمي از قبيل اوره کراتينين در بيماران کليوي، تست هاي کبدي در بيماران کبدي و قند در افراد ديابتي بسيار حساس و ضروري است.

حال با توجه به مطالب فوق لزوم دقت در طراحي سيستم هاي اتوآنالايزر بيش از پيش مطرح مي شود. اين سيستم ها با توجه به اختلافات و تفاوت هايشان اغلب در بعضي از اصول کلي مشترکند که به شرح زير است:

اتوآنالايزرها در وهله اول داراي قسمت رايانه اي براي ثبت، انتقال و دريافت اطلاعات هستند که از طريق آن متصدي دستگاه اطلاعات راجع به بيماران، نوع تست ها، کاليبراسيون پارامترها و ... را به دستگاه انتقال داده و از همان قسمت نتايج نهايي را دريافت مي کند.

سيستم داراي ظروفي براي ريختن نمونه هاي سرم بيماران، ظروفي براي معرف ها، بازوهاي متحرکي براي انتقال نمونه و معرف ها به کووت هاي مخصوص براي انجام واکنش و تشکيل کمپلکس رنگي است. پس از تشکيل کمپلکس قسمت رنگ سنج دستگاه ميزان جذب نوري را اندازه گرفته و به قسمت رايانه اي انتقال مي دهد و در نهايت جواب هاي آماده، تحويل گرفته مي شود.

سيستم ها براي انجام هر تستي سوالاتي را به صورت اتوماتيک مطرح مي کنند و از طريق پاسخ اين سوالات پارامترهاي لازم براي محاسبه نتايج آزمايش را به دست مي آورند. اين پارامترها از روي بروشورهاي موجود در کيت هاي آزمايشگاهي توسط متصدي دستگاه و از طريق بردها به حافظه دستگاه منتقل مي شود و دستگاه براساس اين پارامترها برنامه ريزي و کنترل مي شود.

عليرغم حساسيت و دقت دستگاه ها، اين سيستم ها بايد در فواصل زماني معيني و با استفاده از سرم هاي معلوم تحت عنوان سرم کنترل که مواد در آن ها قبلا اندازه گيري شده کنترل شوند. همچنين دستگاه ها داراي مراقبت هاي ويژه از قبيل شستشوها و ... هستند که بايستي براساس کتابچه اپراتوري عمل کرد.

عليرغم مشترکات سيستم ها، در جزييات معمولاً متفاوت عمل مي کنند. جزيياتي از قبيل: نحوه ثبت و انتقال اطلاعات، نحوه عملکرد بازوهاي متحرک و پمپ کردن مواد، شيوه مخلوط کردن معرف ها و سرم، نوع عملکرد رنگ سنج و جواب دهي.

● اجزا و عملکرد اتوآنالايزر

به طور معمول يک اتوآنالايزر يک سر چرخان (روتور) دارد که روي حلقه بيروني آن، جايگاه هاي نمونه قرار دارند.

اين سر روتوري شبيه به روتور در سانتريفوژهاست. در حلقه داخلي روتور، جايگاه ها يا چاه هاي کوچکي (Wells) معرف قرار دارند، يک منبع نور و يک فوتودتکتور (آشکارساز نوري) هم بخش هاي مربوط به اندازه گيري سيستم را تشکيل مي دهند. نمونه و معرف با مکانيزم هاي جداگانه پي پتي، به صورت اتوماتيک درون محفظه هاي مربوط به خود در روي روتور ريخته مي شوند. محفظه ها با مرزهاي شعاعي از هم تفکيک شده اند. در يک سيستم نمونه ۳۰ محفظه روي روتور وجود دارد. روتور با سرعت متوسط rpm ۵۰۰ (۵۰۰ دور در دقيقه) مي چرخد و نيروي سانتريفوژي حاصل، معرف ها را به يک محفظه يا چاه خارجي مي راند که در آن عمل مخلوط شدن انجام مي شود (شکل هاي ۱ و ۲ را ببينيد). وقتي نمونه و معرف ها مخلوط شدند، واکنش بين آن ها آغاز مي شود. در اين حالت دستگاه اجازه مي دهد تا واکنش در دماي خاصي (به عنوان مثال ۳۷ درجه) و در مدت زمان معيني که براي هر تست متفاوت است انجام شود و رنگ نهايي تست ها در کووت ها ايجاد شود. سپس نور از منبع نور ثابت به کووت مي تابد و با عبور از آن به آشکارساز مي رسد، در آشکار ساز ميزان جذب نور اندازه گيري مي شود. براي هر کووت تعدادي اندازه گيري هاي متوالي انجام مي شود و متوسط نتايج در نظر گرفته مي شود.

در مدل هاي قديمي تر، در هر محفظه تنها يک نوع تست انجام مي شود. در سيستم هاي مدرن تر، با افزودن گردونه فيلتري که توسط ميکروپروسسور کنترل مي شود. و با بهره گيري از سيستم مديريت داده ها و سيستم پيچيده جابجايي نمونه و معرف اين امکان به وجود آمده است که پارامترهاي لازم براي تست هاي مختلف و تعيين زمان واکنش فيلترنوري با طول موج مناسب و نحوه محاسبات پس از خواندن شدت جذب نوري براي هر محفظه برنامه ريزي شود.

بعضي از دستگاه ها آزمايشات را به صورت انتخابي انجام مي دهند. يعني اين که ابتدا کليه تست هاي مربوط به يک بيمار را انجام داده و سپس به سراغ نمونه بيمار بعدي مي روند که به آن batch Analyse مي گويند. برخي دستگاه ها تست هاي هر نمونه را مرتب کرده و عمل مي کنند يعني اين که مثلا ابتدا تمامي قندها را کار کرده و سپس به سراغ تمامي اوره ها و ... رفته و تست ها را به صورت تک تک جوابدهي مي کنند که به آن Random Access مي گويند. بعضي از سيستم ها احتياج به کاليبراسيون روزانه داشته و برخي ديگر نياز ندارند.

با توجه به تفاسير فوق در ادامه بحث به بررسي چند نمونه از سيستم هاي اتوآنالايزر، قسمت هاي مختلف آن ها و نحوه کار با آن ها خواهيم پرداخت.

● برخي مشخصات يک اتوآنالايزر مناسب

۱) قدرت برنامه ريزي براي تست هاي متنوع تر و بيشتر.

۲) عدم نياز به مرتب کردن تست هاي هر نمونه جهت آزمايش

۳) سرعت بالاي انجام تست ها

۴) مصرف حداقل کاليبراتور براي کاليبراسيون دستگاه

۵) نداشتن فاضلاب مزاحم ناشي از شستشوي سيستم

۶) مصرف کمتر معرف و مواد مصرفي ديگر

۷) مصرف کمتر نمونه سرم

۸) قابل استفاده با انواع معرف هاي خارجي يا توليد داخل

۹) قابل کار در هر دو حالت RandomAccess, batch در ادامه به توضيح کامل يک سيستم نمونه مي پردازيم.

اين دستگاه شامل چند قسمت اصلي است:

۱) سيني معرف يا Ragent Tray که داراي تعداد ظرف با گنجايش حدود cc ۲۵ براي معرف ها است.

۲) سيني نمونه يا Sample Tray که سرم بيماران در داخل ظرف هاي کوچکي به نام cup ريخته است.

۳) پمپ معرف که داراي يک سرنگ شيشه اي براي برداشت معرف ها از سيني مربوطه مي باشد.

۴) مکنده معرف، که توسط بازوي مکنده که متحرک است به داخل ظروف رفته و حجم معيني از معرف را برداشت مي کند.

۵) پمپ نمونه که توسط سرنگ شيشه اي حجم مورد نظر از نمونه را از داخل کاپ ها پمپ کرده و برداشت مي کند.

۶) مکنده نمونه که توسط بازوي مکنده و متحرک داخل کاپ هاي حاوي نمونه رفته و حجم لازم از سرم را برداشت مي کند.

۷) سيني واکنش که شامل صد کووت واکنش است. در اين کووت ها معرف و نمونه آن ها توسط حرکت دوراني مخلوط شده و پس از زمان معين رنگ ايجاد مي شود.

۸) رنگ سنج، که در اين قسمت به کووت ها نوري با طول موج مشخص تابانده مي شود و سپس توسط دتکتور حساس به نور ميزان جذب نوري محلول کووت اندازه گيري مي شود.

۹) پمپ هوا، با فشار هوا باعث برداشت محلول ها مي شود.

۱۰) پنکه ها، تبادل کننده حرارت داخل دستگاه با محيط بيرون هستند.

۱۱) قسمت رايانه اي دستگاه که شامل بردها، نرم افزار است و وظيفه کنترل دستگاه، دريافت و انتقال اطلاعات و جواب دهي را بر عهده دارد. داراي چاپگرهاي مخصوص هم است.