3.2.1. Quy trình xét nghiệm nối tiếp
Máy xét nghiệm miễn dịch tự động truyền thống sẽ thực hiện phân tích các mẫu theo cách nối tiếp. Ví dụ như, một mẫu được đưa vào máy xét nghiệm và được xử lý theo trình tự từng bước cho tới khi kết thúc. Trong khi mẫu đầu tiên này đang được tiến hành phân tích tất cả các mẫu khác tiếp tục theo sau. Như vậy, tại một
thời điểm sẽ chỉ có một mẫu được phân tích trong máy. Ngoài ra, công suất làm
việc của máy bị giới hạn bởi số mẫu đưa vào. Tự động nạp mẫu và trả mẫu sẽ giảm bớt đi một số thao tác khi vận hành máy. Càng nhiều mẫu được lưu, nạp, xét nghiệm và trả mà không cần sự can thiệp của kỹ thuật viên thì hiệu suất làm việc của máy càng lớn. Đó là ưu điểm của máy xét nghiệm miễn dịch tự động
Khoảng thời gian cho các xét nghiệm khác nhau không cố định cho từng
loại. Một số mẫu cần được pha loãng trước khi cho vào thuốc thử. Số khác lại cần hai thuốc thử khác nhau. Số khác nữa lại yêu cầu thời gian ủ kéo dài hơn. Để tiến hành các xét nghiệm này trong một máy phân tích nối tiếp, hiệu suất lớn nhất phụ thuộc vào thời gian của xét nghiệm lâu nhất trong hệ thống. Điều này có thể có ảnh hưởng lớn tới hiệu suất làm việc của những xét nghiệm có yêu cầu thời gian ngắn hơn.
Ngoài ra, sự ngắt quãng của quá trình xét nghiệm do chèn vào các xét nghiệm có mức ưu tiên cao hơn làm cho các xét nghiệm đang tiến hành bị tạm dừng để nạp và chạy xét nghiệm mẫu ưu tiên.
Một mẫu trong một ống xét nghiệm hoặc một nhóm mẫu trong một nhóm các ống xét nghiệm có thể đi theo nhiều đường dẫn được thiết kế riêng để được thực hiện các thao tác pha loãng, khuấy trộn hoặc xả hết và pha thuốc thử trong từng thời điểm cụ thể tùy theo loại xét nghiệm. Điều này được thực hiện mà không ảnh hưởng
tới các phản ứng và các quá trình ủ của những mẫu khác đang được tiến hành như
một xét nghiệm hoàn toàn khác hay với các xét nghiệm giống nhau nhưng trong các điều kiện khác nhau. Ví dụ, máy có thể điều khiển thực hiện quá trình ủ và xử lý tại cùng một thời điểm và cho cùng một loại phân tích một nhóm 20 mẫu theo một quy
trình gồm các bước: pha loãng mẫu, đưa vào thuốc thử, ủ hai phút, đọc kết quả xét
nghiệm; một nhóm 12 mẫu theo một quy trình gồm các bước: đưa vào thuốc thử, ử 5 phút, xả sạch ống xét nghiệm và rửa mẫu, bổ sung thuốc thử lần hai, ủ lần hai 10 phút, xả sạch ống xét nghiệm và rửa mẫu, đọc kết quả xét nghiệm. Ngoài ra, máy có thể thực hiện đồng thời một loại xét nghiệm với 50 ống xét nghiệm được chia thành nhiều nhóm với thời gian ủ khác nhau (ví dụ như 10 mẫu ủ 5 phút, 10 mẫu khác ủ 10 phút…). Sự đa dạng này có thể được thực hiện bằng chương trình điều khiển quá trình theo yêu cầu mà không cần sự can thiệp kỹ thuật nào khi chuyển từ quá trình này sang quá trình khác và cũng không yêu cầu một quá trình cho một nhóm xét nghiệm phải hoàn thành trước khi bắt đầu một quá trình cho nhóm xét nghiệm khác. Hơn nữa, các xét nghiệm có thể thực hiện mà không liên quan tới thứ tự xét nghiệm được nhập vào máy theo yêu cầu.
Như trong hình dưới đây, quá trình xét nghiệm bắt đầu từ bước nạp ống xét nghiệm vào máy. Phân hệ điều khiển thực hiện nhận dạng các thành phần khác nhau
của mẫu (thể tích mẫu, nhận biết thuốc thử, lựa chọn hạt..). Mẫu sau đó được pha
Hình 3.2. Sơ đồ chu trình xét nghiệm nối tiếp
Ống xét nghiệm được ủ trong một khoảng thời gian xác định. Sau bước ủ là bước rửa và thêm cơ chất. Sau đó phép đo được tiến hành và cuối cùng là hiển thị kết quả. Quá trình này được thực hiện cho từng xét nghiệm khi tới lượt và tiến hành qua từng bước tới khi hoàn thành. Máy không phân phối nguồn cho các hoạt động khác trong khi đợi xét nghiệm đang tiến hành đi tới giai đoạn khác của quá trình.
N p ng ch a m u vào máy xét nghi m Pha loãng m u Hút m u và thu c th vào ng ph n ng ng ph n ng R a các ch t g n b ng quay ly tâm Thêm c ch t t o ph n ng quang hóa vào ng và Đ m các photon ánh sáng phát ra trong ng Đ c thông tin đ nh l ng ch t phân tích
3.2.2. Quy trình xét nghiệm song song
Hình 3.3. Sơ đồ chu trình xét nghiệm song song 3.2.2.1. Quy trình xét nghiệm chuẩn
Ống xét nghiệm chứa sẵn hạt. Tiếp theo có thể đưa vào ống mẫu xét nghiệm hoặc mẫu pha loãng hoặc thuốc thử. Nếu quá trình đi theo con đường 4c thì bước sau đó là bổ sung vào ống xét nghiệm mẫu hoặc mẫu pha loãng. Nếu quá trình đi
theo đường 3a hoặc 3b thì bước sau đó là bổ sung một hoặc nhiều thuốc thử vào ống. Ta có đầu ra của khối 10 là hỗn hợp gồm thuốc thử, mẫu và hạt.
Hình 3.4. Quy trình xét nghiệm chuẩn
Như vậy ở khối này, hỗn hợp được tạo ra theo 4 cách khác nhau bằng cách bổ sung các thành phần vào ống theo các thứ tự khác nhau tùy theo yêu cầu xét nghiệm. Với các máy xét nghiệm thông thường, quá trình này cần có thời gian thực hiện dài hơn và yêu cầu người vận hành thực hiện nhiều thao tác hơn. Với máy xét nghiệm tự động, tất cả các bước trên có thể được thực hiện tại cùng một thời điểm ngay sau khi bắt đầu khởi động.
3.2.2.2. Quy trình tiền xử lý :
Mẫu được tiền xử lý trước khi bổ sung hạt và thuốc thử cần để xét nghiệm. Có 4 cách khác nhau như để bắt đầu quá trình tiền xử lý:
- Mẫu đưa vào trước, thuốc thử đưa vào sau;
- Mẫu pha loãng được đưa vào trước, thuốc thử đưa vào sau; - Thuốc thử đưa vào trước, mẫu đưa vào sau;
- Thuốc thử đưa vào trước, mẫu pha loãng đưa vào sau.
Hình 3.5. Quy trình tiền xử lý
Sản phẩm sau đó được đưa tới bước ủ và khuấy trộn. Sản phẩm đầu ra ở
bước này có thể được đưa tới bước tiếp theo của quá trình là chuyển tiếp mẫu hoặc bổ sung thêm thuốc thử và lại được khuấy trộn, ủ lần nữa. Đầu ra của bước chuyển tiếp được tách thành hai phần. Phần thích hợp với xét nghiệm được đưa vào ống xét
nghiệm mới đã chứa hạt. Phần còn lại cùng với ống xét nghiệm cũ bị bỏ đi. Lúc
này, ống xét nghiệm cùng với các thành phần được giữ lại và hạt được đưa tới giai đoạn ủ.
3.2.2.3. Quy trình ủ
Hình 3.6. Quy trình ủ
phút tới nhiều giờ. Với các máy xét nghiệm miễn dịch tự động, nguồn cấp cho các khối cũng như thời gian ủ với các yêu cầu khác nhau được điều khiển động và có thể thực hiện đồng thời. Sản phẩm sau ủ - khuấy trộn có thể tiếp tục được bổ sung
thuốc thử để lại được ủ - khuấy trộn lần nữa hoặc đưa tới bước rửa và loại bỏ đi
mẫu và thuốc thử không cần thiết. Sau bước rửa, sản phẩm có thể lại được bổ sung
thuốc thử và ủ lần nữa hoặc đưa tới đầu ra của quá trình ủ. Sau khi trải qua rất
nhiều bước pha thuốc thử, ủ và rửa, xét nghiệm được hoàn tất và sẵn sàng để đưa tới bước đo lường.
3.2.2.4. Quy trình đo lường: tại đây, chất phân tích được định lượng.
Hình 3.7. Quy trình đo lường
Như trong minh họa, cơ chất và hóa chất thích hợp được đưa vào ống xét
nghiệm. Ống được ủ và khuấy trộn theo một thời gian thích hợp. Sau đó, cơ chất và hạt không cần thiết trong ống bị hút đi và kết quả được đọc dưới dạng tín hiệu ánh sáng nhờ ống nhân quang PMT.
Các quy trình này được liên kết với nhau bằng các thuật toán lựa chọn số lượng, thứ tự và thời gian cho từng bước của quá trình xét nghiệm. Thuận toán phân phối nguồn có nhiệm vụ tối đa hóa hiệu suất của máy.
3.3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của các phân hệ trong máy xét nghiệm miễn dịch tự động dịch tự động
3.3.1. Phân hệ điều khiển
3.3.1.1. Nhiệm vụ của phân hệ điều khiển
Phân hệ điều khiển lựa chọn các xét nghiệm được thực hiện cho từng mẫu từ hệ thống thông tin xét nghiệm tự động LIS. Kỹ thuật viên có thể can thiệp dữ liệu lựa chọn xét nghiệm tuy nhiên thiết bị thực hiện việc lựa chọn xét nghiệm thông qua LIS. Phân hệ điều khiển quản lý các phân hệ khác bằng việc gửi các lệnh và thông tin điều khiển thông qua các bus điều khiển.
3.3.1.2. Cấu trúc và hoạt động của phân hệ điều khiển
Phân hệ điều khiển của máy xét nghiệm miễn dịch tự động hoạt động theo
cách trực tiếp. Phân hệ bao gồm bộ xử lý có nhiệm vụ điều khiển và giám sát quá trình thực hiện xét nghiệm mẫu trong máy. Dữ liệu xét nghiệm như loại xét nghiệm,
quy trình xét nghiệm, hoạt động nguồn cấp và các thông tin liên quan khác được
nhập vào khối điều khiển thông qua giao diện người sử dụng bằng cách dùng bất kỳ
thiết bị đầu vào nào như đầu đọc mã vạch, bàn phím, chuột.. Ngoài ra, khối điều
khiển sẽ hiển thị các kết quả xét nghiệm và thông tin trạng thái trên thiết bị đầu ra. Các thành phần xét nghiệm như mẫu xét nghiệm, hóa chất.. được đưa vào hệ thống và được quản lý bởi phân hệ điều khiển thông qua giao diện người sử dụng.
Dữ liệu xét nghiệm được nhập vào qua giao diện người sử dụng và giao diện phân hệ hoặc được tạo ra nhờ các thuật toán của phân hệ điều khiển được lưu trong khối lưu trữ điều khiển. Các dữ liệu về xét nghiệm dùng để xác định quy trình thực hiện nằm trong phạm vi các quá trình xét nghiệm của máy được nhập vào cơ sở dữ liệu và lưu trong khối lưu trữ dưới dạng thông số chương trình.
Phân hệ điều khiển khống chế hoạt động phân phối quá trình cho các khối
nghiệm ưu tiên cao hơn sẽ được thực hiện tại tại bất kỳ thời điểm nào. Trong khi đó các xét nghiệm đang, sắp được tiến hành đều bị tạm dừng chờ tới khi xét nghiệm ưu tiên được thực hiện. Chương trình điều khiển đảm bảo cho các xét nghiệm ưu tiên được tiến hành song không làm phá vỡ hay tổn hao các mẫu đang được xử lý.
Hình 3.8. Sơ đồ khối phân hệ điều khiển
Khi các mẫu xét nghiệm được đưa vào máy, phân hệ điều khiển bắt đầu thực hiện thuật toán tuần tự. Thuật toán này bắt đầu bằng việc gán các bước cụ thể cho từng loại xét nghiệm và phân phối thời gian ủ cho từng giai đoạn. Thuật toán phân phối nguồn tạo ra bảng danh sách công việc nguồn dựa trên cơ sở các quy trình xét nghiệm riêng cho từng mẫu và sau đó được lưu trong khối lưu trữ. Khi thuật toán
Hi n Máy in Đ c mã v ch Bàn phím Giao di n phân h Giao di n ng i s d ng
Kh i l u tr Kh i x lý
B ng danh sách công vi c RWL File kh i đ ng xét nghi m TLF Thông s ch ng trình Kh i thu t toán Phân ph i ngu n Gi i quy t xung đ t Thu t toán tu n t
tuần tự được khởi động và bảng danh sách công việc đã hoàn thành thì file khởi động xét nghiệm được hình thành. File này là một danh sách các xét nghiệm chờ được thực hiện. Trong quá trình xét nghiệm, khối điều khiển giám sát hoạt động của
máy xét nghiệm để phát hiện kịp thời hiện tượng xung đột nguồn bằng thuật toán
phân tích nguồn. Thuật toán này đảm bảo khi có các xét nghiệm được khởi động,
các xét nghiệm tiêu chuẩn hoặc các xét nghiệm ưu tiên, nguồn hệ thống sẽ sẵn sàng tại các thời điểm thích hợp.
3.3.1.3. Thuật toán điều khiển
Quá trình điều khiển bắt đàu từ thời điểm chu trình xét nghiệm được khởi
động. Các thuốc thử và các gói hạt được nạp vào máy xét nghiệm. Sau đó các gói này được đọc ở bước tiếp theo. Các mẫu bệnh phẩm được nạp vào máy từ các rãnh đặt mẫu hoặc do người vận hành đặt vào máy. Dữ liệu mẫu được đọc sau đó theo nhiều cách như mã vạch, đánh dấu RF…Các dữ liệu liên quan mẫu được người vận hành nhập vào máy qua giao diện người sử dụng trong quá trình khởi động. Thông tin này được lấy ra ở bước sau và kết hợp với mẫu để được xét nghiệm. Khối điều khiển đọc các thông số xét nghiệm được lưu trong khối lưu trữ và là một phần của
thông số chương trình. Mỗi xét nghiệm đang chờ được mô tả bằng một vector có
thông số là các thông số chương trình. Trạng thái ưu tiên được kiểm tra ở bước sau đó. Nếu xét nghiệm này được xác định là ưu tiên thì sẽ được vào hàng xét nghiệm kế tiếp. Khối điều khiển sau đó kiểm tra xung đột nguồn. Nếu không có xung đột thì xét nghiệm được khởi động tức thì. Nếu có xung đột, xét nghiệm không được khởi động. Hệ thống sau đó kiểm tra sự can thiệp của người vận hành và kiểm tra lại xét nghiệm ưu tiên.
Hình 3.9. Lưu đồ thuật toán điều khiển
Can thi p
v n hành
Phân ph i ngu n cho xét
nghi m ti p theo trong hàng
Kh i đ ng máy Đ c d li u h t và thu c th Đ c d li u m u G i thông s xét nghi m N p m u nhóm N vào hàng kh i đ ng Kh i đ ng xét nghi m và lo i b ra kh i hàng X p vào hàng xét
nghi m không u tiên
Kh i đ ng xét nghi m u tiên Không kh i đ ng cho chu trình xét nghi m này Xét nghi m u tiên Xung đ t t t c các xét nghi m trong hàng Xung đ t ngu n Thêm xét nghi m u tiên Xung đ t ngu n Phân ph i ngu n cho xét
nghi m ti p theo trong hàng
Y N Y N N Y Y N N Y N Y
Khi một xét nghiệm ưu tiên được khởi động, khối điều khiển kiểm tra các xét nghiệm ưu tiên khác. Nếu có, khối điều khiển kiểm tra sự can thiệp của người vận hành. Nếu có can thiệp, khối điều khiển bắt đầu điều khiển lại quá trình từ khi đọc dữ liệu thuốc thử và hạt cũng như dữ liệu mẫu. Sự can thiệp của người vận hành có
thể bao gồm cả họat động bổ sung các vật liệu tiêu hao như thuốc thử, hạt,
nước…hoặc khởi động lại một số cài đặt hệ thống như thay đổi ngưỡng bão hòa hay tăng số lượng xét nghiệm ưu tiên. Nếu không có thêm xét nghiệm ưu tiên, khối điều khiển khởi động thuật toán tuần tự.
Sau khi các mẫu được nhóm thành một tham số N sẽ được nạp vào hàng khởi động. Bộ điều khiển thực hiện phân phối quá trình phù hợp cho các xét nghiệm có
trong hàng. Bộ điều khiển kiểm tra xung đột quá trình. Xét nghiệm sẽ được khởi
động khi không có xung đột. Khối điều khiển sau đó kiểm tra can thiệp của người vận hành và sau đó lại quay trở về bước đầu tiên nếu có can thiệp hoặc kiểm tra ưu
tiên nếu không có can thiệp. Nếu phát hiện ra xung đột quá trình, khối điều khiển
xác định xung đột trong một xét nghiệm riêng hay xung đột trong một nhóm. Nếu
xung độ do một xét nghiệm riêng gây ra thì xét nghiệm này bị bỏ qua và bộ điều
khiển thực hiện phân phối lại quá trình cho xét nghiệm tiếp theo. Xét nghiệm này được giữ ở hàng khởi động và được kiểm tra lại tới khi có thể thực hiện mà không