POCT检测技术与相关仪器

4.1 POCT概述

4.1.1 POCT的概念、基本原理及主要技术

POCT是指在病人旁边分析病人标本的分析技术，或者说只要测试不在主实验室做，并且它是一个可移动的系统，就可以称为POCT。“POCT”的组成包括：地点、时间（point)、保健、照料（care）、检验、试验（testing），point-of-care testing英文字面的意思是在受治疗者现场的保健检验。

POCT的基本原理是：把传统方法中的相关液体试剂浸润于滤纸和各种微孔膜的吸水材料中，成为整合的干燥试剂块，然后将其固定于硬质型基质上，成为各种形式的诊断试剂条；或把传统分析仪器微型化，操作方法简单化，使之成为便携式和手掌式的设备；或将上述两者整合为统一的系统。

POCT主要技术包括：

（1）简单显色（干化学法测定）技术将多种反应试剂干燥、固定在纸片上，加上检验标本（全血、血清、血浆、尿液等）后产生颜色反应，用肉眼观察定性或仪器检测(半定量)。

（2）多层涂膜（干化学法测定）技术多层涂膜技术是从感光胶片制作技术移植而来的。将多种反应试剂依次涂布在片基上，制成干片，用仪器检测，可以准确定量。

（3）免疫金标记技术胶体金颗粒具有高电子密度的特性，金标蛋白结合处，在显微镜下可见黑褐色颗粒，当这些标记物在相应的标记处大量聚集时，肉眼可见红色或粉红色斑点，这一反应可以通过银颗粒的沉积被放大。该类技术主要有斑点免疫渗滤法（DIGFA）和免疫层析法（ICA）。

（4）免疫荧光技术通过检测板条上激光激发的荧光，定量检测以pg/ml为单位的检测板条上单个或多个标志物。检测系统通常由荧光读数仪和检测板组成。检测板多用层析法，分析物在移动的过程中形成免疫复合物，通过检测区域、质控区域的荧光信号值的不同与分析物的不同浓度成一定的比例，获得定标曲线，可检测未知样本中分析物的浓度。

（5）生物传感器技术利用离子选择电极，底物特异性电极，电导传感器等特定的生物检测器进行分析检测。该类技术是酶化学、免疫化学、电化学与计算机技术结合的产物。

（6）生物芯片技术生物芯片是最新发展起来的新技术。其特点是在小面积的芯片上同时测定多个项目。生物芯片可分基因芯片、蛋白质芯片和细胞芯片。它们具有高灵敏度、分析时间短、能同时检测的项目多等特点。

（7）红外和远红外分光光度技术此类技术常用于经皮检测仪器，用于检测血液中血红蛋白、胆红素、葡萄糖等成分。这类床边检验仪器可连续监测病人血液中的目的成分，无需抽血，可避免抽血可能引起的交叉感染和血液标本的污染，降低每次检验的成本和缩短报告时间。

（8）其他技术

4.1.2 POCT的特点及与传统实验室检查的不同

POCT的主要特点就是，可以迅速地获得可靠的检验结果，从而提高病人的临床医疗效果。简单的说，实验仪器小型化，操作方法简单化，结果报告即时化。

表19-1 临床实验室与POCT的主要不同点

比较项目临床实验室测试POCT

周转时间慢快

标本鉴定复杂简单

标本处理通常需要不需要

血标本血清、血浆多为全血

校正频繁不频繁

试剂需要配制随时可用

消耗品相对少相对多

检测仪复杂简单对操作者的要求专业人员普通人亦可以灵敏度相对高相对低每个试验花费低高

试验结果质量高一般

4.1.3 POCT仪的分类

按照用途来分，可以分为血液分析仪、快速血糖检测仪、电解质分析仪、血气分析仪、药物应用监测仪、抗凝测定仪、心肌损伤标志物检测仪、甲状腺激素检测仪、酶联免疫检验仪、放射免疫分析仪等种类繁多的仪器。

根据其大小和重量，可以将监测离体血液标本的分析仪，分为桌面（benchtop）型、便携型、手提式及手提式一次性使用型。最近，一种被称为CD的POCT已经问世，其在类似CD的圆盘中含有多种生物传感器，具有诊断检验功能，通过标准或定制的阅读器获取监测结果，有人又称之为CD实验室。

根据所用的一次性装置来分，可有单一或多垫试剂条、卡片式装置、生物传感器装置、微制造装置以及其他多孔材料等多种装置。

4.1.4 POCT的临床应用

随着各种POCT技术及检测仪器的使用，使得 POCT既可在医院内，也可在医院外进行。一些特殊项目甚至在家里或在某些特殊的场合（如室外、现场）均可检测，极大地方便了病人和一些特殊人群的需要。

(1) 糖尿病诊治方面的应用

各种快速血糖仪、多种无创伤性血糖检测仪的使用使报告时间(TAT)大大缩短，是临床、患者家庭最常用的检测仪器；全定量免疫荧光检测仪检测糖尿病患者的糖化血红蛋白与尿微量白蛋白等指标，有助于早期发现糖尿病肾病，有利于患者病情的估计与长期监测；传感器相关检测仪可检测患者血气及电解质等指标；干化学分析仪可检测患者血液中各种生化指标。

(2) 心血管疾病方面的应用

急性心肌梗死（Acute Myocardial Infarction ，AMI）发病急，严重影响到患者的生命安全。POCT的运用可使AMI患者得到及时的诊断和治疗。金标定量检测仪、全定量免疫荧光检测仪、快速CRP检测仪等可检测特异性血清早期

标志物如肌钙蛋白I( cTnI)、肌红蛋白（Mb）、肌酸激酶同工酶MB(CK-MB)、D-二聚体、脑钠肽(BNP)、CRP；利用干片式血凝分析仪进行凝血酶原时间（PT）测定、活化部分凝血活酶时间（APTT）测定；干化学分析仪可检测血液中门冬氨酸氨基转移酶（AST）、乳酸脱氢酶（LDH）、肌酸激酶（CK）等生化指标的检测；传感器相关分析仪可检测患者血气及电解质等指标。

(3) 感染性疾病中的应用

诊断用蛋白芯片技术、免疫金标记技术相关POCT的使用，可使不具备细菌培养条件的基层医院、民营诊所、社区保健所进行微生物的快速检测，也可用于医院中手术前传染病四项检测（HBsAg、HCV、HIV、TP）、内镜检查前的病毒性肝炎筛选等。

(4) 发热性疾病方面的应用

快速CRP检测仪的使用，将CRP与血常规的结果联合应用，对鉴别发热患者感染病原体的性质（细菌或病毒）比单一检测更具特异性。

(5) ICU病房内的应用

在ICU病房，目前临床上已使用的有：用于体外监测的电化学感应器，可周期性地控制患者的血气、电解质、红细胞压积和血糖等；用于体内监测的生物传感器，将其安装在探针或导管壁上，置于动脉或静脉管腔内，通过监视器可定期获取待测指标的数据。

(6) 儿科诊疗中的应用

适合儿童的诊断行为需要轻便、易用、无创伤或创伤性小、样品需求量少、无需预处理、快速得出结论等要素，以缩短就诊周期，还需要关注父母的满意度。POCT能较好地达到上述要求。POCT另一特点是诊断病情时父母可一直陪伴在孩子身边，随时了解检验数据的含义，更好地与医护人员交流，有利于患儿疾病的诊治。

(7) 循证医学中的应用

从循证医学的角度来评价，POCT弥补了传统临床实验室流程烦琐的不足。循证医学（Evidence based medicine，EBM）是遵循现代最佳医学研究的证据，并将证据应用于临床对患者进行科学诊治决策的一门学问。POCT所用实验仪器

体积小、携带方便、容易使用，操作人员可以在实验室外的任何场所进行，快速、方便地获取患者某些与疾病相关的数据，这正是循证医学所要达到的主要目的——有据可循。

(8) 医院外的应用

各种免疫金标技术相关的POCT仪、传感器技术相关的POCT仪、干化学技术相关POCT仪，由于方便、快速等特点，可在家庭自我保健、社区医疗、医师诊所、医务室、体检中心、救护车上、事故现场(甚至战场）、出入境检疫、禁毒、戒毒中心、公安部门和运动员尿液检测等医院外的许多部门和场所广泛应用。

4.1.5 POCT存在的问题与发展前景

1. POCT存在的问题

（1）质量保证问题。各种POCT分析仪的准确度和精密度各不相同，而且没有统一的室内和室间严格的质量控制，无法确保分析系统的质量。目前尚未有严格的质量保证体系和管理规范，导致出现实验结果质量不易保证的现象。非检验操作人员如医师和护士等工作人员没有经过适当的培训，不熟悉设备的性能和局限性，都是导致POCT产生质量不稳定的重要原因。

由于POCT在使用和管理中的不规范导致对病人仍然存在潜在的危险，因

此许多国家和地区均颁布了权威的POCT使用原则。

在英国，发布了诺丁汉女王医学中心2005年修订后的POCT使用原则。在美国，NCCLS 于1995年发表了AST2-P文件，介绍关于评价和实施床边体外诊断检验的信息。随后，美国的POCT部门又忙于修订符合临床实验室的管理法规，尤其是2003年1月颁布的新“质量体系”要求。结合美国NCCLS近几年发表的其他多篇与POCT质量管理有关的文件，可以发现，POCT的质量在美国正日趋得到保障。文件对有关实验室认可、POCT仪的使用、操作人员的培训、质量评估、方法学评价、结果记录及报告等均有明确规定。在我国，POCT的使用发展较快，但管理相对滞后。不过，最近我国也已经出台了《关于POCT的管理办法（试行草案）》。其中对POCT的组织管理、POCT人员的培训、对POCT专用仪器的认可、POCT质量保证计划、POCT操作规范方面、人员安全性及废物处理、床边检验的操作程序、结果的报告、以及费用方面的问题等都有详细的规定与说明。（2）循证医学评估问题。POCT仪器及检验结果本身来说，尚缺乏循证医学的评估．

（3）费用问题。POCT单个检验费用，高于常规性检验。

（4）报告书写不规范，也是目前POCT存在的一个问题。

2.POCT的发展前景

为了适应实际需要，理想的POCT仪器应该是结构灵巧、体积小、容易使用、不需要额外人工处理标本、不需要非常精确的加样，结果准确、并能自动保存所有记录的微型移动系统。

应用无创性/少创性技术的POCT仪器将是POCT的另一个发展方向。

生物芯片技术相关的POCT因其具有高灵敏度、分析时间短、同时能检测的项目多等特点，也是POCT发展的一个重要趋势。

4.2 POCT常用技术及相关仪器

4.2.1 POCT仪的基本结构与功能

POCT仪器，一般外形小巧，结构不像中心实验室的大型仪器那么复杂（最主要是没有复杂的液路系统），仪器的基本结构包括：

（1）电源开关。

（2）状态灯。

（3）电池。由于POCT仪器使用地点非常广泛，所以都自带电源——配备电池。（4）(热敏)打印机、显示器。显示器和打印机用于输出结果。

（5）键盘。键盘属于输入设备。

（6）样本测量室（阅读仪及光源等）。样本测量室的光源，可以是一般的检测光源，也可能是激发光的光源。阅读仪可以帮助控制、简化部分分析反应，还可以整合数据的处理、存储功能。比如，校正曲线计算法所使用的校正曲线，质量控制限度和结果数据存储等。带有微处理器的阅读仪甚至可以对数据进行校正，然后解释结果。

（7）条形码/密码牌阅读器。由于一次性分析装置通常是独立包装，每个外包装上都带有独特的条码，其中包含有试剂的各种信息；有的仪器还带有密码牌，用于校准及质量控制。所以，POCT仪一般都配备条形码/密码牌阅读器。

（8）内置的数据处理及储存中心。作为阅读器的补充而出现的内置的数据处理及储存中心，增加了储存质控数据或患者数据及其他数据处理功能。

（9）一次性分析装置（带有样本感应器或限流阀以及样本注入口等）。一次性装置又可以分成单一或多垫试剂条（包括单层、多层试纸垫）、酶层析装置、免

疫横流（层析）分析装置、卡片式装置、微制造装置、生物传感器装置等。4.2.2 多层涂膜技术相关POCT分析系统基本结构与功能

(1) 多层涂膜技术制成的干片结构，如图19-1

干片中的涂层按其功能分4层：分布层（有时又分成扩散层和遮蔽或净化剂层）、试剂层、指示剂层、支持层。

分布层是一层高密度孔聚合物。分布层的作用不仅可以阻留细胞、结晶和其他小颗粒，还可以让大分子（如蛋白质）滞留。分布层中朝下的一面加入反光物质如Ti02和BaS04来掩盖病人标本中的有色物质，使反射光度计不受其影响。同时这些反光化合物也给干片底层的指示剂层提供反射背景。

试剂层试剂层的主要功能是提供能实现化学反应所需的环境，提供化学反应所需干试剂，把标本中的待测成分转变成可定量物质，同时去除干扰。

指示剂层其目的是生成一种可以定量且与待测物含量直接成比例的产物。指示剂层中的色原含量用反射光度计读取。

支持层起物理固定作用，同时允许测量光通过，并对通过光不产生任何干扰作用。

(3)影响因素及质量控制

干片及配套试剂的处理过程和储存、仪器光路的变化等均会引起结果的偏差。

仪器通常要求6个月一次定标，每日一次质控。仪器使用的质控品为VITROS原装配套质控品及专用稀释液。为保证结果的准确性，还应注意仪器的维护，主要是光路的清洁和校正以及干片储藏盒内的干燥剂和保湿剂的及时更换等。

4.2.3 免疫金标记技术相关POCT仪的基本结构与功能

斑点金免疫渗滤法已被广泛应用于临床各种定性指标的测定，此类方法所测项目大多为定性或半定量的结果，不需要特殊的仪器。

金标定量检测仪器，属于复合型免疫层析技术，以金胶粒或着色乳胶粒等

有色粒子作标记物，层析条通过多种材料复合而成。金标定量检测仪器硬件部分一般由电脑、输入输出接口、模数转换器、扫描控制电路、光电转换电路、背景补偿电路、显示器等组成。为了保存测试结果，配有微型打印机。由于抗原抗体的结合及胶体金材料都很贵，不可能象化学试剂那样，做成大面积显色，同时背景有水、血、胶体金等，且在渗透过程中不均匀等原因，因此必须设计特殊的光学系统（如反射型光纤传感器），才能解决金标定量测试的问题。反射型光纤传感器由入射光纤和接收光纤组成。测试时，检测卡固定，电脑控制机械扫描系统，使光纤传感器从背景(硝酸纤维素膜区)向测试线扫描。免疫层析法检测试剂条结构见图19-4.1，免疫层析试验原理见图19-4.2。光源发出的光经发送光纤射向被测体的表面，反射光由接收光纤收集，并传送到光探测器转换成电信号输出。另外该仪器还设计了一系列软件，以提高检测结果的可靠性和精确性。如根据水的渗透规律，编制特殊的软件，补偿渗透不均匀引起的干扰信号；根据不同的测试条、不同的批号，编制软件严格控制测试时间；根据朗伯-比尔定律及相关的数学知识，将光密度值与浓度的关系用数学模型来表示，并输入电脑，每次测定时，电脑即可自动将光密度值转换成浓度值并显示。

图19-4.1免疫层析法检测试剂条结构

对检测结果的质量保证,还包括一些日常工作。由于该仪器应用的是光学原理，测量环境的光照变化、测量笔尖密封性的变化及其他物理条件（温度、水等液体）变化均会对结果产生干扰。正确的定标是确保仪器重复精确读数的必要

步骤。对不同测量条件和笔尖各种变化可能引起各种误差的调整，可以通过定标（散射光调整和空白调零程序）来完成。试剂盒内含阳性定值范围的质控物，用于试剂稳定性及试验的质量控制。

4.2.4 免疫荧光测定技术相关POCT仪器检测原理和结构

检测系统由一个荧光读数仪和检测板组成。检测板采用层析技术，分析物在移动的过程中形成免疫复合物。通过检测区域、质控区域的荧光信号值的不同与分析物的不同浓度成一定的比例，获得定标曲线，从曲线上可计算出未知样本中分析物的浓度。如检测HbA1c使用的是免疫竞争法。当检测缓冲液与加入了溶血缓冲液后的全血混匀时，荧光标记的抗HbA1c抗体与血样中的HbA1c结合，然后当该样本混合液加入到检测板的加样孔后，样本中的HbA1c和固定在检测板上的糖化血红蛋白则会与检测抗体（荧光标记抗体）竞争性地结合，反应平衡后，样本中的HbA1c越多，固定在检测板上的糖化血红蛋白与荧光标记抗体结合的机会就越少，最后读出检测板所示荧光强度。荧光信号强弱与HbA1c的量成反比。仪器内部有两个光学系统。荧光检测系统检测HbA1c浓度；另一个光学系统检测总血红蛋白浓度。仪器将这两个参数转换为比值（％）显示在屏幕上，就是HbA1c 的相对浓度（占总Hb的比率）。测定HbA1c的检测板含有一个固化了HbA1c的检测线和一个固化了抗生物素蛋白的质控线(见图19-5)。

时间分辨荧光免疫测定的基本原理是以镧系元素铕（Eu）獒合物作荧光标记物，利用这类荧光物质有长荧光寿命的特点，延长荧光测量时间，待短寿明的自然本底荧光完全衰退后再进行测定，所得信号完全为长寿命的镧系獒合物的荧光，从而有效地消除了非特异性本底荧光的干扰。另外在反应体系中加入增强液，使荧光信号增强，有利于荧光测量。

4.2.5 葡萄糖酶电极传感器相关的POCT仪器检测原理及注意事项

电化学酶传感器法微量血快速血糖测试仪，采用生物传感器原理将生物敏感元件酶同物理或化学换能器相结合，对所测定对象作出精确定量反应，并借助

现代电子技术将所测得信号以直观数字形式输出的一类新型分析装置，即采用酶法葡萄糖分析技术、并结合丝网印刷和微电子技术制作的电极，以及智能化仪器的读出装置，组合成微型化的血糖分析仪。根据所用酶的不同，此类仪器可以分为采用葡萄糖脱氢酶和采用葡萄糖氧化酶技术的两大类。酶电极的组成（葡萄糖氧化酶电极为例）包括印刷电极、电极底片、葡萄糖氧化酶及固定保护层。电极的测试原理为：在印刷电极的两端施加一定的恒定电压，当被测血样滴在电极的测试区后，电极上的固定的葡萄糖氧化酶与血中的葡萄糖发生酶反应，经过一定的滞后期（约20秒后），酶电极的响应电流与被测血样中的葡萄糖浓度呈线性关系。血糖仪就是根据这一关系来计算并显示血标本中的葡萄糖浓度值的。

罗氏优越血糖仪所用的ADVANTAGE Ⅱ可吸血试纸条利用了葡萄糖脱氢酶法的原理和钯电极的技术，并设置了密码牌，自动校准血糖仪和试纸。试纸条结构包括聚酯薄膜顶膜、底膜，标本采集区，试剂区、钯电极等。测试时，先插入试纸，滴血在血糖仪以外的试纸端上，滴血后自动起反应计时，不必抹去血滴，再次插入试纸，反应产生的电流转换为血糖浓度数字而显示在屏幕上。由于采用葡萄糖脱氢酶法，反应过程中不需氧直接参与反应，消除了血氧分压产生的偏差。

采用采用葡萄氧化酶生物传感器技术的也有不少，ONE TOUCH 强生稳豪血糖仪是比较具有代表性的一种。其试纸工作原理为：使用一种被称为计时安培电流法的电化学技术来测定病人血样中的葡萄糖浓度。当血样到达试纸的顶端时，毛细管作用把血样吸入到试纸的反应区。在反应区内，酶(葡萄糖氧化酶)和血液中的葡萄糖进行反应，从而使电子从葡萄糖流向化学中间体。施加在试纸上的电压促使电子从化学中间体流向电极。血糖仪通过电极来测量电子的流量(电流)，并将其转换成一个电信号，最后将该电信号换算成相应的血糖浓度。

注意事项：血糖仪使用不当是最常见的问题。血糖仪使用的是样品是末梢全血，中心实验室使用的是血浆或血清，故应注意结果的换算及调整。干扰物质的存在也会对结果造成影响。为保证结果的准确，应进行及时校准和常规质控。由于受到多种因素的影响，到目前为止，快速血糖仪测量血糖只适合日常监测，

而不能作为准确诊断糖尿病的工具。

4.2.6 荧光传感器相关的POCT仪器工作原理和基本结构

仪器的基本结构包括电源开关、电池、显示屏、内置打印机、键盘、测量室（室内多为一些LEDs和光源等）、条形码阅读器、数据传输系统、数据存储系统、一次性测试片（测试片上多带有样本感应器或限流阀以及样本注入口等），为保证结果准确，仪器还配备定标气体及大气压测量装置等。OPTI CCA 血气分析仪的检测技术包括光学荧光法和光学吸收反射法，运用了固态一次性的荧光传感器测试卡。

荧光传感器测试卡结构示意图

pO2传感器电极工作原理示意图

以pO2的检测为例。OPTI CCA测试片里面的pO2传感器电极具有两个功能。第一，测量氧气的压力，第二，可用来对总血红蛋白（tHb）和氧的饱和度（SO2）进行分析。因此一个样品可在同一个传感器上测量三个参数。pO2光极测量原理是基于荧光突衰，荧光与pO2的量化关系可以用Stern-Volmer方程来表示为：I0/I=1+kP，其中I0为激发光的强度，I为荧光散发强度，可见“I”与pO2的“P”成反比关系。

pO2的检测过程：血样被仪器吸入到测试片中，并覆盖光电极传感器。血样平衡后荧光发射，然后检测。检测期间，灯泡发射的光通过光栅只让特定的光照到传感器上，产生荧光反应。荧光的强度取决于与传感器直接接触的血液中的pO2，荧光传感器发射的光透过透镜和其它光学元件如（光滤过器等）被仪器检测。光滤过器是用来从反射光中隔离出测量所需的颜色光，并由光探头检测。探头输出的信号通过微处理器转换成一个常规测量单位的数字读数，并显示出来。氧光电极测量时不消耗氧分子。

测试卡主要是由进样适配器、多个不同的传感器组成。

日常工作中OPTI CCA的质量控制，采用标准参考片（SRC）的电子质控和液体质控物相结合的方法。大气压对血气分析来说，是关键性的指标，该系统实时监测大气压，是保证结果准确的又一有效措施。

4.2.7 生物芯片技术相关的POCT仪器工作原理

生物芯片技术是以微电加工技术为基础的微全分析系统，它将所有试样处理及测定步骤合并于一体，分析人员可在很短时间和空间间隔内获取电信号形式表达的化学信息，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片可分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片等。

生物芯片检测仪器，主要是利用强光照明生物芯片上的生物样品以激发荧光，并通过高灵敏度的光电探测器探测荧光强度，最后由计算机对探测结果进行分析处理以获取相关的生物信息。因此生物芯片检测仪器是一种光、机、电、计算机以及现代分子生物学等多学科高度结合的精密仪器，涉及到高功率均匀照明、微弱荧光激发和收集、精密机械运动和控制、极弱光信号检测、数字图像处理和数据统计分析、现代分子生物学等多种高新技术，具有很高的技术含量。

4.2.8 红外和远红外分光光度技术相关的POCT仪器

红外和远红外分光光度技术常用于制作经皮检测仪器，可用于检测血液血红蛋白、胆红素、葡萄糖等多种成分。这类检测仪器可连续监测病人血液中的目的成分，无需抽血，可以避免抽血可能引起的交叉感染和血液标本的污染，降低每次检验的成本和缩短报告时间。但是，这类经皮检测的仪器大多数结果的准确性有待提高。