Биохимия:
28.04.2009
Выбираем биохимический анализатор
Шибанов А.Н. - Генеральный секретарь РАМЛД, член правления Ассоциации производителей средств клинической лабораторной диагностики
В клинической биохимии применяется широкий спектр аналитических методов, однако доминирующими является фотометрические методы, основанные на измерении оптической плотности реакционной смеси. Аналитический процесс фотометрического метода состоит из ряда процедур: дозирования пробы и реагентов, инкубации реакционной смеси, фотометрических измерений. Автоматизация аналитического процесса в фотометрической биохимии позволяет, прежде всего, значительно улучшить качество результатов исследований, повысить производительность лаборатории. Исключение человеческого фактора существенно снижает вероятность появления грубых ошибок.
Сегодня в мире выпускается большое число различных моделей биохимических анализаторов. Они различаются степенью автоматизации, применяемыми в них техническими решениями, надежностью, производительностью, аналитическими характеристиками, а также стоимостью. К сожалению, при покупке анализатора руководители лабораторий и ЛПУ далеко не всегда руководствуются объективными критериями. Цель настоящей статьи – помочь руководителю лаборатории сделать правильный выбор биохимического анализатора.
Ключевые характеристики биохимического автоанализатора:
- аналитические;
- производительность;
- количество проб и реагентов, размещаемых “на борту” прибора;
- расход реагентов и проб на один анализ;
- возможность работы с наборами реагентов различных производителей (открытость системы);
- надёжность прибора;
- эргономичность, пользовательский интерфейс;
- требования к условиям эксплуатации;
- экономические.
Все выше перечисленные характеристики существенным образом зависят от конструкции прибора, примененных в нем технических решений.
В зависимости от задач КДЛ, ее финансовых возможностей и условий работы значимость каждого из выше указанных параметров может меняться.
Анализ основных характеристик биохимических анализаторов
Аналитические характеристики
Результат любого лабораторного исследования, в том числе и биохимического, представляет ценность при условии, что его аналитические характеристики отвечают определенным требованиям.
Воспроизводимость результата биохимического анализа зависит от:
- воспроизводимости дозирования пробы;
- дозирования реагентов;
- фотометрического измерения.
Большинство современных биохимических анализаторов позволяет выполнять фотометрические и турбидиметрические исследования «по конечной точке» и в кинетическом режиме. Математическое обеспечение биохимического анализатора зависит от его класса и используемого программного обеспечения. Большинство современных анализаторов уже содержат программы работы с нелинейными калибровками и верификацию результатов по правилам Вестгарда, построение карт Леви-Дженнингса.
Главное условие корректности получаемых результатов – высокая точность дозирования (рис. 1). Допускается отклонение при дозировании пробы не более 2%.
Рис.1. Автоматический зонд для дозирования реагентов.
Систематическая погрешность измерения определяется в значительной степени методом исследования. Если метод измерения включает построение калибровочной кривой с использованием стандартных образцов, то систематические погрешности дозатора и фотометра не влияют на систематическую погрешность результата измерения. Если же методика не предусматривает построение калибровочного графика, то погрешность дозатора или фотометра напрямую повлияет на погрешность итогового результата. Малая систематическая составляющая погрешности обеспечивает сопоставимость результатов анализа разных лабораторий.
Воздействие на ход реакции и точность получаемого результата могут оказывать компоненты пробы, имеющие спектр поглощения в области измерения или промежуточные продукты реакции, вступающие во взаимодействие с компонентами пробы. Разумеется, важнейший элемент – качество используемых реагентов, однако на ход реакции оказывает влияние качество промывки реакционной посуды и дозаторов, поскольку остатки реакционной смеси ранее проведенных в той же кювете тестов могут изменять ход реакции. Хороший способ повышения надёжности – использование приборов с одноразовыми реакционными кюветами.
Производительность анализатора
Следующая по важности характеристика приборов – скорость работы. Часто она является определяющей при выборе биохимического анализатора для лаборатории. Прибор долженвыполнять необходимое количество тестов в течение рабочего дня.
Анализаторы могут различаться по скорости выполнения методик. Например, монореагентные методики двух типов: по конечной точке и кинетические. Современные анализаторы 2 и 3 класса, как правило, выполняют и то и другое одинаково быстро, поскольку процедуры дозирования идентичны, а измерения оптической плотности всегда выполняются так, как положено при выполнении исследований кинетическим способом. Анализаторы 1 класса могут «замедляться» при выполнении кинетических исследований. Например, слабое место анализаторов проточного типа – фотометр. Если измерение конечной оптической плотности продуктов реакции в проточной кювете занимает 3-7 секунд, то для надёжного измерения скорости изменения оптической плотности требуется не менее 25-30 секунд. Таким образом, производительность проточного анализатора при использовании кинетических методик не может превышать 140 (а на практике в лучших моделях – 100-120) исследований/час. В то же время, производительность аппаратов этого типа на простейших методиках «по конечной точке» достигает 180 исследований/час. Часто сама методика накладывает ограничения на производительность, может различаться время инкубации, скорость реакции и т.п. Кроме того, желательно, чтобы конструкция реакционного узла позволяла проводить фотометрирование во всех реакционных кюветах в каждом рабочем цикле прибора, а ещё лучше – несколько раз за рабочий цикл (как правило, один раз в 4-5 секунд), - это не только снимает проблему торможения на кинетических методиках, но и позволяет отследить ход реакции по всем кюветам, и повышает надёжность результатов (т.к. как при нескольких измерениях за рабочий цикл, результаты усредняются).
Кроме того, скорость выполнения исследований на приборе даже на достаточно дорогих и производительных приборах может уменьшаться при выполнении биреагентных методик. Решается эта проблема (и то не полностью) только путём введения в конструкцию дополнительного дозатора, предназначенного исключительно для работы со вторым реагентом. Это решение используется только в самых дорогостоящих анализаторах, предназначенных для обработки большого потока проб пациентов. Каждая такая система включает в себя дозатор, манипулятор с зондом, промывочную чашку с насосами для нагнетания и откачки воды.
Учитывая всё вышеназванное, также нужно помнить, что в технических характеристиках прибора производитель указывает, как правило, расчётные показатели скорости работы, достичь которых в реальных условиях невозможно.
Количество проб и реагентов “на борту”
Важная характеристика прибора – количество проб и реагентов “на борту”. Недостаточное количество реагентов вынуждает специалиста лаборатории останавливать прибор и менять наборы в процессе выполнения анализа. Самые компактные автоматические биохимические анализаторы имеют 10-15 позиций для реагентов “на борту”. Естественно, этого достаточно для выполнения только стандартного набора в 10-15 тестов (среднее количество для современных лабораторий в России). Если лаборатория выполняет анализ большего количества показателей – 20-25 (характерно для крупных клиник и частных лабораторий), то им подойдёт более крупный автомат – приборы нижнего сегмента 2 класса имеют как раз такое количество позиций для реагентов. Однако, в случае выполнениия ряда дополнительных тестов, необходимо прервать работу анализатора, чтобы установить нужные реактивы. Поэтому, «золотым стандартом» для анализатора 2 класса являются 35-40 позиций для реагентов. Приборы классом выше имеют 50-60 позиций. Этого, как правило, достаточно для установки любых необходимых реагентов и исключает необходимость менять реактивы в процессе выполнения тестов.
Хороший анализатор перед началом работы автоматически определяет и сигнализирует на какое количество исследований хватит реагентов, установленных на борту. Если оператор учёл этот показатель, а также расход воды, то в дальнейшем его участие может потребоваться только при внештатных ситуациях или для замены реакционных ёмкостей или проб.
Отсюда вытекает следующая важная характеристика – количество проб на борту. Чем больше проб можно установить за один раз, тем реже придётся останавливать прибор для дозагрузки. Как правило, количество позиций для проб совпадает с количеством позиций для реагентов (Рис.2).
Рис.2. Многофункциональный барабан для образцов с возможностью использования первичных пробирок.
Расход реагентов и образцов, точность дозирования
Чем меньше объём образца/реагента требуется для выполнения теста, тем лучше экономические характеристики анализатора. Однако даже при достаточно малом объёме дозирования реагента (например, 200 мкл - хороший показатель для современных анализаторов), необходимо обратить внимание на то, с какой точностью («шагом») может производиться дозирование пробы. Ведь отклонение объёма пробы от минимального необходимого значения (которое составляет, например, 2 мкл) даже на 0,5 мкл потребует значительного увеличения количества реагента (должна соблюдаться пропорция, следовательно, чем более точное возможно дозирование пробы, тем экономнее расходуется реагент). Стандартом для современных анализаторов является дозирование с шагом 0,5 мкл.
Стоит обратить внимание на то, что чем меньше расход реагента, тем выше требования к точности дозирования пробы. В целом, автоматический биохимический анализатор позволяет лаборатории существенно снизить затраты на реагенты.
Возможность работы с произвольными наборами реагентов
По работе с реагентами анализаторы можно разделить на «открытые» и «закрытые» системы. «Закрытой» является система, использующая лишь ограниченный спектр реагентов, предусмотренный фирмой-изготовителем прибора. В таких системах значения контрольных и калибровочных материалов заданы заранее, а информация о вносимых реагентах регистрируется путем считывания штрих-кода с упаковки. Сильной стороной «закрытых систем» является высокая стабильность результатов калибровки, слабой – высокая стоимость.
«Открытые» системы оборудованы набором светофильтров для проведения наиболее распространенных методик, и позволяют выполнять проведение анализа практически на любых реагентах промышленного производства. Остальные типичные для автоматических анализаторов функции (автоматическое дозирование реагентов, подготовка реакционной смеси, внесение пробы, определение ее оптической плотности и верификация полученных результатов с возможностью повторения неудовлетворительных анализов с измененным соотношением реагентов) аналогичны таковым у автоматических «закрытых» систем. Современные «открытые» автоматические анализаторы могут быть снабжены сканером штрих-кодов, что позволяет считывать информацию аналогично тому, как это делают «закрытые» системы. Различие в том, что все предварительные установки (какой код соответствует какому реагенту) производятся сервис-инженером при настройке прибора на определённый тип реагентов. Если анализатор работает только на одном («своём») типе реагентов, это может стать безусловным минусом для лаборатории, так как ставит её в зависимость от прихотей поставщика, который в любой момент может повысить цены на реагенты. С экономической точки зрения открытая система, конечно же, предпочтительнее.
Надёжность прибора
Автоматический биохимический анализатор – сложная конструкция, включающая механические узлы, электронику и программное обеспечение. Достоверно судить о надёжности прибора можно только по статистике поломок и обобщению такой информации. Однако, по конструкции прибора можно сделать некоторые предположения о его надёжности. Так, встроенная управляющая система, как правило, менее надёжна, чем внешний компьютер и, кроме того, ремонт ее заметно дороже. Любое дополнительное усложнение конструкции, такое, например, как встроенная промывочная система, также понижает надёжность прибора.
Несмотря на всё это, большинство современных анализаторов – высоконадёжные системы, а регулярное квалифицированное обслуживание прибора (2 – 4 раза в год) сервисным инженером практически полностью исключает вероятность его отказа.
Пользовательский интерфейс и рабочее место
Управляющая система прибора может быть выполнена в виде внешнего или встроенного компьютера. Экономически более выгоден вариант внешнего компьютера, поскольку это значительно упрощает ремонт и обслуживание прибора. Внешний компьютер, как правило, обладает большей мощностью и запасом памяти, позволяет легко проводить его модернизацию в случае многолетней эксплуатации прибора. Кроме того, использование в качестве управляющей системы обычного персонального компьютера автоматически решает проблему подключения прибора к Лабораторной Информационной Системе, что станет одним из ключевых факторов выбора в самое ближайшее время.
Обратите внимание, что далеко не все производители выполняют русификацию интерфейса, что может серьёзно усложнить процесс знакомства специалиста лаборатории с прибором. Принтер также может быть как встроенным, так и внешним. Как показывает практика, для ежедневной интенсивной эксплуатации в лаборатории лучший вариант – внешний матричный принтер (самый долговечный, надёжный, удобный и экономичный вариант).
Для эффективной работы лаборатории, необходимо, чтобы рабочее пространство было организовано компактно и удобно. Рекомендуем учесть, что настольный прибор займёт не меньше места в лаборатории, чем напольный ведь для его размещения потребуется не только стол, но и место установки канистр для забора и слива воды и шлангов к ним. Если прибор использует системные реагенты (промывочные растворы и т.п.), ёмкости с ними также придётся размещать рядом с анализатором (или место для них будет встроено в корпус анализатора, и, соответственно, значительно увеличит его длину). В случае напольного анализатора все вышеперечисленные компоненты размещаются внутри корпуса, а сам прибор стоит на полу, рядом разместится управляющий компьютер. Ряд настольных приборов имеют возможность размещения на специальной подставке предоставляемой фирмой-производителем, что фактически превращает их в напольные.
Последовательность выполнения тестов
1. Система «тест за тестом» - Batch доступ, при котором для всех образцов система определяет сначала один параметр, затем следующий и т.д. (подобная система характерна для анализаторов, оборудованных проточной кюветой).
Экономические аспекты
По ценовым категориям приборы можно разбить на несколько основных классов.
1. Приборы компакт-класса.
Это небольшие приборы невысокой производительности – 80 –120 тестов в час, как правило, с одним дозатором, некоторые ещё с проточной кюветой, с 10 – 30 позициями для проб, минимальным объёмом дозирования реагентов до 500 мкл (для приборов устаревшей конструкции), хотя самые современные имеют неплохие показатели в 200-300 мкл. Таким прибором можно оборудовать КДЛ с количеством тестов – 200-400 в день.
2. Приборы среднего класса.
Это анализаторы с реальной производительностью 120 – 250 тестов в час. Может быть как один, так и два дозатора, 30 – 50 позиций для проб и реагентов, минимальный объём дозирования – 180 – 250 мкл. Фотометрические измерения в анализаторах такого класса обычно осуществляется непосредственно в реакционных кюветах. Это разумный выбор для КДЛ с необходимостью выполнения 400 – 1000 тестов в день.
3. Приборы высокого класса.
Это приборы с производительностью в 250 – 400 тестов в час. Два, а иногда и три дозатора, 60 – 100 позиций для проб и реагентов (Рис.3), цена – от 1,5 до 4 миллионов рублей. Такие анализаторы крайне редко управляются встроенными компьютерами, принтер, как правило, тоже внешний. На таком приборе можно легко выполнять до 2000 тестов в день.
Рис.3. Рабочая зона, характерная для автоматических биохимических анализаторов среднего и высокого класса.
4. Приборы высшего класса.
Производительность в 400 – 800 тестов в час, три дозатора, работа только на реагентах производителя – вот основные черты подобных машин, предназначенных для обработки огромного потока пациентов. Оборудование такого уровня ставят в лаборатории крупных диагностических центров, выполняющие несколько тысяч тестов в день.
Экономические характеристики
Нижняя ценовая планка для приборов компакт-класса в 2009 г. поднялась до 700 - 800 тыс. руб., верхняя – до 1,5 млн.руб. (цена прибора с дополнительным оборудованием: компьютером, блоком бесперебойного питания, принтером).
Цена на приборы среднего класса может колебаться от 900 тыс. до 2 млн. руб., в зависимости от страны и известности производителя.
Приборы высокого класса стоят от 1,5 до 4 млн. руб.
Цена анализаторов высшего класса может достигать 7-8 млн. руб., в миллионах могут исчисляться и счета за годовое обслуживание, реагенты и расходные материалы.
Стоимость анализатора является важным параметром выбора. Однако помимо стоимости прибора необходимо учитывать стоимость реагентов, технического обслуживания и ремонтав послегарантийный период.
Сделать правильный выбор биохимического анализатора – задача непростая. При выборе анализатора необходимо учитывать весь комплекс показателей применительно к тем задачам, которые решает лаборатория и тем условиям, в которых будет эксплуатироваться прибор.
Кроме того, не стоит забывать о не всегда добросовестном поведении дилеров. Есть примеры, когда с целью создания имиджа новой модели прибора некоторые компании используют прием смены марки прибора без существенных изменений в его конструкции. Более того, приборы малоизвестных производителей, скажем, из Индии или Аргентины, могут продаваться под торговыми марками европейских компаний. Желательно при выборе прибора привлечь специалистов, хорошо знающих современное состояние в области лабораторного приборостроения и имеющих достаточно большой опыт в оснащении лабораторий.
И ещё один достаточно существенный момент: гораздо лучше и с точки зрения надёжности, и с точки зрения экономической выгоды дублировать оборудование в лаборатории. Это актуально уже для анализаторов среднего и высокого классов. Два прибора 2 класса с производительностью 200 тестов в час каждый, скорее всего, будут стоить дешевле одного прибора производительностью 400 тестов в час. И что самое важное, не допустят полной остановки процесса выполнения биохимических анализов в лаборатории, которая может произойти, если у вас выйдет из строя ваш мощный, но единственный прибор.