diagnostyka laboratoryjna i sygnalowa

Diagnostyka laboratoryjnaDiagnostyka laboratoryjnaWykorzystanie: charakter „podstawowy” – badanialaboratoryjne wykonuje się niemal przykaŜdym przyjęciu, dostarcza stosunkowo duŜo o informacji opacjencie, dobrze „obrazuje” wiele nieprawidłowoowości.1

Specyfika diagnostykilaboratoryjnejZ reguły y brak bezpośredniego kontaktu z pacjentemOperowanie na materiale pobranym od pacjentaDuŜa a ilośćwykonywanych badańduŜe e laboratoria: kilka milionów w badań (prób) roczniepersonelu coraz mniej => komputeryzacja szczególnie przydatnaPrzewaŜa a analiza ilościowa (numeryczna)wyniki jawnie zestawiane z wartościami fizjologicznymiPlus elementy analizy jakościowejStosunkowo często wykonywana w warunkachzagroŜeniaŜyciaczas trwania badania istotnyCzęsto wymagana praca 24h/dobę2

Zalety automatyzacji diagnostykilaboratoryjnej Czas badań (dni…godziny-> > minuty) Mniejsze zuŜycie odczynników w (rzęduµl) => mniejszy koszt badania Precyzja, dokładnoadność Uproszczenie procedur => mniejszeprawdopodobieństwo popełnienia błębłędu MoŜliwoliwośćpodłąłączenia do LISa(ang. Laboratory Information System)Uproszczona taksonomia urządzedzeńdiagnostyki laboratoryjnejTypowe laboratorium analityczne (Zakład ad Diagnostyki Laboratoryjnej)przeprowadza badania: hematologiczne biochemiczne białkowe posiewy cytologia histologia bank krwiUrządzenia diagnostyki laboratoryjnej moŜna podzielić na: czysto diagnostyczne takie, które umoŜliwiajliwiają takŜe e wykonywanie prac badawczych.3

Analizator badań białkowychAnalizator badań białkowychBadania dotyczące ce (m.in.): odporności stanów w zapalnych monitorowania szpiczaka(choroba szpiku kostnego) hematologia próby reumatycznePrzykładad: BehringNephelometer Analyzer(BehringwerkeAG/HoehstHoehst)4

Odpowiednik tradycyjnyMetoda tradycyjna: immunodyfuzja radialna (Manzinni(Manzinni);wykorzystywana nadal do celów w kontrolnychPłytka firmowa z agarozą i przeciwciałememAntygen w materiale badanymPomiar wielkości„krąŜka” reakcjiMateriał badany w probówkach: płyn mózgowomzgowo-rdzeniowy mocz osocze surowica6

Nephelometria Bazuje na kompleksach immunologicznych(reakcja antygen-przeciwciaprzeciwciało) Metoda nephelometryczna (badanie wiązkirozproszonej). Najlepsza metoda do immunochemicznegomierzenia zawartości białek w surowicy,moczu i innych płynach pfizjologicznych. Materiał: : próbka zawierająca antygenyZasada pomiaruCzynnik aktywny: przeciwciała a ( (antibody)Pomiar światła a rozpraszanego przez kompleksyantygen-przeciwciaprzeciwciałoPrzy zachowaniu pewnych warunków,w,intensywnośćrozpraszanego światła a jestproporcjonalna do liczby w/w kompleksów w wpróbceKoncentracja jest określana za pomocą krzywejodniesienia ( (referencecurve), wiąŜąąŜącejintensywnośćz koncentracją kompleksów7

Zasada pomiaru Reakcja ma charakter dynamiczny Wykres szybkośćreakcji w funkcji czasuDwie metody pomiaruMetoda punktu końcowego ( (end-pointmethod):Pomiar maksymalnego zmętnienia ( (turbidity), ponasyceniu (zakończeniu) reakcji; Pomiar porównywany do krzywej odniesieniaMetoda stałego odcinka czasu ( (fixedtimemethod):Oparta na róŜnicy rwartości pomiarów w w dwóchchwilach czasu Zaleta: obliczanie z róŜnicy r(„bias(bias” jest odejmowany)Poszczególne testy wykonywane z uŜyciem utychdwóch podejśćz przewagą drugiego9

Krzywa odniesienia(ang. reference curve)Problem: określony poziom rozproszenia moŜeodpowiadać zarówno nadmiarowi antygenu, jak iantyciała=> dobór r parametrów w tak, aby punkt reakcji był zpewnościcią po lewej stronie equivalence rangeDla uzyskania zadowalającej precyzji i uniezaleŜnienia nienia sięod warunków w przeprowadzania reakcji (?)(temp,zmiennośćodczynników), krzywe odniesienia nie sąszafiksowane, ale sąsobliczane on-linena podstawierównolegle przeprowadzanych reakcji na firmowychpróbach przy uŜyciu utych samych przeciwciał =>kalibracja10

Dwa rodziaje rozproszenia(scattering)Rayleigh’a (gdy średnica cząstek jest mała a wporównaniu z długodugością fali); zachodzi prawierównomiernie we wszystkich kierunkachMie (duŜa średnica cząstek w porównaniu zdługością fali); zachodzi głównie gw kierunku(przedłuŜenia) enia) padającego promienia.Średnica kompleksu antygen-przeciwciaprzeciwciało o rzędu> 1000nm; długośćfali 840 nm => rozproszenie typu Mie11

SprzętDwa główne gkomponenty: analizator +komputerŁącznoczność: : interfejs szeregowy RS232CAnalizator: dwie mikropipety działajające równolegle/niezalerwnolegle/niezaleŜnienie pompy próŜniowe odczynniki (przeciwciała) a) w firmowych fiolkachoznaczanych kodem paskowym, zawierającym kododczynnika, datę produkcji i serię produkcyjną12

Inne komponenty systemu rotor z kuwetami reakcyjnymi (0.5 ml kaŜda); niektóreodczynniki pobierane w ilości 0.01 ml = 10 µl; pozwalana jednoczesne przeprowadzanie wielu reakcji kuwety pomocnicze, do rozcieńczania czania odczynników w =>automatyczne rozcieńczanie czanie odczynników magnesy do mieszania w kuwetach moŜliwoliwośćuzupełniania odczynników w na bieŜąŜąco, wtrakcie badania („multitasking(multitasking”) nadzoruje temperaturę reakcji zestaw 60 mikrokuwet do rozcieńczaniaczania13

Ciekawe właściwowciwości rozcieńczanie czanie odczynników w niezbędne, boniektóre reakcje zachodzą jedynie w ściśleokreślonych proporcjach analizator nie dopuszcza uŜywania uodczynników w przeterminowanych Automatyczne mycie kuwet14

Inne komponenty Zasobnik z wodą (destylowaną,zdejonizowaną) ) do rozcieńczaniaczaniaodczynników w i mycia kuwet. Interfejs do sieci komputerowej (LIS,Laboratory Information System) Złącze serwisowe15

Komputer i oprogramowaniePowerMac/PowerPCPowerPC 7200/90 Wewnętrznystreamer do archiwizacji Ręczny czytnik kodów w paskowychOprogramowanie: status urządzenia wyniki on-lineline; ; badania w trakcie, zakończone, etc. wyświetlanie wietlanie czasu do zakończenia procesu(wszystkich badań);16

Przegląd d funkcjiBadanie składa się z kilku (>=1)prób/testb/testów/oznaczeń Definiowanie prób b (assay(assay) MoŜliwoliwośćdefiniowania własnych wprofili (grup) badań.MoŜliwoliwośćstosowania jednego profilu badań dowielu próbek materiału.Oglądanie krzywych referencyjnych Prowadzenie dziennika laboratorium ( (labjournal)Inne opcjeZawartośćprobówek i stan zajętotości podajników(rack)Lista wymaganych odczynników w wraz z ichilościami Nazwa, kod, wymagana objętotość(ml), dostępnaobjętotość, Kontrolki odczynników w (doraźne i miesięczne) Pozycja w stojaku (rack(rack; ; z reguły y dowolna); Urządzenie sprawdza ilośćodczynników19

Prezentacja wyników w badańWyniki badaniadla konkretnego pacjenta identyfikator pacjenta, typ badania, profil badaniazbiorczoMoŜliwoliwośćarchiwizacjiKoszty Koszt: ~250.000 zł z (1997) Pojedyncze badanie: ~15zł Średni czas wykonania pojedynczego testu: ~10min Wydruki Max. . 2250 zleceń Statystyka wykonywanych badań Aktualne wykorzystanie: 20 pacjentów/dziew/dzień (x5oznaczeń = ~100 prób b dziennie)20

Badanie posiewówAparat do analizy posiewów w krwi(bioMérieux) miejsce: pracownia mikrobiologiczna(dokładniej: bakteriologiczna) Wykrywanie bakterii i grzybów w (np.droŜdŜakaków) w organizmie (tzw. sepsa –uogólnione zakaŜenie organizmu) nie leczone z reguły śmiertelne Jedynie detekcja zakaŜenia.21

Sprzęt „Cieplarka” – utrzymuje temperaturę wgranicach 35..37°C Drobnekołysanie (wytrząsanie) Materiał: krew, płyn pmózgowomzgowo-rdzeniowy, płyny pustrojowe, stawowe, płyny pUV(przechowywanie przeszczepów) te, które w normalnych warunkach worganizmie sąsjałoweZasada działaniaaniaBakterie/grzyby namnaŜajają się na firmowej poŜywce wbuteleczkachButeleczki z nietłukukącego się szkła,Kody paskowe zawierające: typ podłoŜa, data produkcji, numerseryjny; dzielony na pół p (pół zostaje na butelce, półpprzykleja siędo karty badania)PoŜywki tak dobrane, by maksymalizować prędkodkośćnamnaŜaniaania;jednocześnie nie inaktywują ewentualne antybiotyki zaŜywanewcześniej przez pacjenta;Fluoresceina jest związana zana z poŜywkywką;NamnaŜanieanie się drobnoustrojów w powoduje spadek poziomufluorescencji22

Praktyka badaniaMinimum 2 próby/pacjenta: tlenowce i beztlenowce (wbutelce CO2 lub azot zamiast tlenu)Max. . czas próby: 7 dób; dmin. ~2h (wynik pozytywny)Komputer monitoruje próbki co 15min.wobec >=14 wymaganych w badaniu tradycyjnymW praktyce wykonuje się kilka badań dziennie, gdyŜstęŜęŜenie drobnoustrojów w zmienia się wraz z porą dnia(niektóre bardzo trudno wykryć)Czułośćść: : 15..30 komórek/ml (cm3) !23

Komputer i oprogramowanieKomputer: PC (IBM)UPS (bo 24h/dobę)Wewnętrzny i zewnętrzny czytnik koduStreamerStatystyka (próby pozytywne/negatywne, w czasie)Automatyczna kalibracjaSoftware: id pacjenta, nazwisko, oddział, , id badania, data badania, modyfikowalne „słowniczki”;; np. oddziałów, materiałówMoŜliwoliwośćeksportowania danych do plików w w formacie MS Excel’aW razie wyniku negatywnego wyłąłącza komórkrkęDyŜur całądobę24

UwagiDalsze postępowanie powanie w razie wyniku pozytywnego:zastosowanie „szerokiego” antybiotykustawianie antybiogramuOpcjonalny aparat tej samej firmy; stawia diagnozę(gatunek grzyba/bakterii) i proponuje konkretneantybiotyki; na Lutyckiej hodowla na podłoŜu u stałym,metodą dyfuzyjno-krkrąŜkową (dobry standard, NCCL)Wykorzystanie: 20..30 pacjentów/dobw/dobęKoszt badania: 2x8złW praktyce ok. 50zł, , bo kilka posiewówRocznie ok. 1200 badań, , z tego ok. 300 pozytywnychAnalizator biochemiczny25

Analizator OLYMPUS AU 560 Japan, bioMerieux handluje (+22) 624 24 34 W pełni zautomatyzowany, wielokanałowy owy analizator odostępie swobodnym Oznaczanie poziomu: mocznika, glukozy, elektrolitów(sól/potas), magnezu, fosforu, cholesterolu, etc. Bazuje na spektrofotometrii; bada światło o przechodząceceprzez reagujące składniki przy róŜnej rdługodugości fali (siatkadyfrakcyjna). lampa halogenowa jako źródło światła; a; długodugości fal: 340,380, 410, 480, 520, 540, 570, 600, 660, 800 nm kolorymetria ?KonstrukcjaFotodetektory monochromatyczne mierzą wielkośćabsorpcji.Częśęści: analizator, moduł dostarczania wody, procesordanychprobówki w statywie „łańcuszkuowym”;; kod binarny(„dziurkowy”)) na stojakach probówek400 oznaczeń/hdba o temperaturę odczynników w (wewnętrzna komorachłodnicza 5..10°C)moŜliwoliwośćwstawiania badań „doraźnie”,, poza planem26

Charakterystyka badaniapróbka: 3..50µlzuŜycie odczynników w 15..30µl/prl/próbękomunikacja: RS232Ckalibracja poprzez faktor kalibracji i 1..7 wzorówkalibracji liniowej/nieliniowejodczynniki od producenta, ale moŜna własnewKoszt ok. 4mld, pojedyncze badanie 4.5 złzZaletyczas: max. . 10 min., tradycyjnie ~1hbrak błedupipetowaniawystarczy jedna probówka (nawet do kilku oznaczeń)Moduł dostarczania wodymax. . 0.8 l/min, zdejonizowana (więcej niŜ destylowana);zbiornik nieczystości; ci; moŜliwoliwośćpracy 24h27

Oprogramowanie moŜliwoliwośćzaprogramowania do 1000 prób moŜliwoliwośćułoŜenia/zdefiniowania własnego wtestu 99 programów do 60 testów w na próbkbkę HDD z danymi do 4000 pacjentów w (20MB) dyskietka 3.5” – 1000 pacjentów modyfikowalne wydruki lista anomalii np. puste probówki dane o próbie: nazwisko pacjenta, oddział, , materiał(surowica, osocze, mocz, płyn pmózgowomzgowo-rdzeniowy),próby do wykonania kontrola jakości w czasie rzeczywistym programowalna częstotliwostotliwośćpomiaru próbek kontrolijakościAnalizator immunologiczny28

Analizator immunologicznyAbbot AxSym Wykorzystywany w: hormony (tarczycy, płciowe) p monitorowanie leków kontrola, czy poziom leku w organizmie pacjentajest prawidłowy przeciwciała a (np. róŜyczka, rtoksoplazmoza) w ogóle toksykologia markery nowotworowe hepatitisCharakterystyka pomiarówodczynniki dostarczane przez producenta, kalibratoryfirmoweBazuje na fluorescencji reagentówBadanie przedtem niewykonalne (taką metodą)widoczne tylko ostateczne wynikikiedyś uŜywano innych reakcji~100 badań/dzie/dzień,, 30zł/badanie, ~1.000.000 PLNchyba najbardziej skomplikowane urządzenie (inajbardziej zawiła a zasada fizyczna)29

Analizator hematologicznyPrzeznaczeniePrzeznaczenie: morfologia, czyli oznaczanie (m.in.): leukocyty (WBC[count(WBC[count]), erytrocyty (RBC[count(RBC[count]), hemoglobina (HGB), hematokryt (HCT), sok (objętotość[fL]), szerokośćrozkładu czerwonych krwinek (RDW), płytki (PLT [count[count]), średniejej objętotości płytek p(PLT[fL(PLT[fL]),30

Inne oznaczane parametryRozmaz leukocytów w (w % udział obojętnochtnochłonnychonnych(NEUT), limfocytów w (LYMP), monocytów w (MONO),kwasochłonnych onnych (EOS), zasadochłonnych onnych (BASO) + luki(non-classifier,, LUC))MoŜliwośćdostarczania pewnych wyników jakościowychciowych:Tzw. flagi morfologiczneanizocytoza, mikrocytoza, makrocytoza,polichromia, hypochromia, hyperchromia,przesunięcie w lewo, atypowe, blasty, , etc.Analizator hematologicznyTechnicon H1Technicon Instruments – pionier wautomatycznej analizie; pierwszy analizator TIAuto Analyser 1957W Polsce: 16 szt.31

Właściwości Analizuje całąkrew Pobiera ok. 10µl l krwi Krew poddana działaniuaniu versenianu potasu(antykoagulant) -> > nie krzepnieCzas trwania badania: ok. 3 min.Koszt badania: ok. 2 złzBudowa Trzy układy optyczne: spektrofotometr oznaczanie hemoglobiny lampa halogenowa powtórne liczenie + analiza barwy laser =>32

Budowa laser liczenie czerwonych krwinek (erytrocytów): pod wpływem odpowiedniego odczynnika stają się kuliste,przepuszczane przez b. cienka rurkę w płaszczu pz jakiegośsyntetyka, dwie wiązkiświatła -> > dwa pomiary -> > uśrednienieu(wysoka dokładnoadność); rozmiar 60-120fl (?) liczenie płytek, p(mniejsze: 7.4..11.5 fl, max. . 20) liczenie leukocytów – j.w., ., teŜ dwukrotnie oznaczanie rozmazu w tzw. reakcji bazo:komórki chemicznie „odzierane” z cytoplazmyanaliza wielkości samych jąder jliczone w tym samym urządzeniu (teŜ laser)Inne właściwowciwościWaŜna zasada: w razie patologii dokonuje sięsprawdzenia „ręcznego”wykres objętotość/koncentracja V/HCKontrola jakości/kalibracja: na próbkach przygotowanychprzez firmę, , z oznaczonymi parametrami.Testy do kalibracji optyki.33

Typowe wyniki generowaneprzez aparat34

OprogramowanieWyniki:Statystyki opisoweWykresy koncentracja hemoglobiny (HBC) vs. . objętotość rozkłady: objętotośćkrwinek czerwonych i koncentracji hemoglobiny wykresy wielkośćść/barwaWyniki drukowane na gotowych paskach (szablonach)MoŜliwoliwośćbudowania statystyk z wielu badańDokładniejsze raporty nadające się do prac badawczych;róŜne raportyInne urządzenia diagnostykilaboratoryjnej37

Densytometr Densytometr (Appraise(Appraise, Beckman) Odczytuje wynik elektroforezy i prezentuje go wpostaci graficznej elektroforeza – ruch naładowanych adowanych cząstek fazyrozproszonej w kierunku anody lub katody w ośrodku oznajdującym się w polu elektrycznym; stosuje sięm.in. do rozdzielania białek Analizuje światło o odbite i przechodzące ce w róŜnych rbarwachInformatyczne systemylaboratoryjne38

Informatyczne systemylaboratoryjne Ang. Laboratory Information Systems(LIS) Cel: obsługa przepływu pracy i danych wlaboratorium analitycznym integracja róŜnych rurządzedzeńPodstawowa funkcjonalnośćLIS:Typowy cykl pracy1. Wprowadzenie pacjenta ( (Check In)2. Zamawianie badania ( (Order Entry)3. Pobranie i odbiór r próbki (materiału u badanego)(Specimenreceiving)4. Przekazanie do właściwego wbadania (zazwyczajpartiami)5. Pobranie wyników w z aparatu diagnostycznego6. Weryfikacja wyników1. CzCzęsto: w przypadku wyniku pozytywnego powtórzeniebadania7. Wygenerowanie raportu wyników w ( (Labreporting)39

Raport wyników Główny‘styk’ laboratorium ze światemzewnętrznym (np(np. . szpitalem) Postać: Wydruk E-mail WiadomośćHL7 (Health(Level 7)Inne funkcje wspierane przez LISy Dostęp p przez WWW Statystyki Inne formy raportowania ObciąŜąŜenie Raporty dla potrzeb instytucji finansujących Raporty finansowe Wyrównywanie obciąŜąŜenia40

Rozwiązania zania techniczne 11_05_24-56_LISsurvey.pdf56_LISsurvey.pdfPrzepływ informacjiPrzepływ informacjizamawianie badań, , odbieranie wynikówZadania: pozyskiwanie, weryfikowanie, interpretowanie i udostępnianiedanych uzyskanych z analizy próbki (specimen(specimen) ) pacjenta.Istotny czynnik: czasKomputery:są często integralną częśęścią aparatury diagnostycznejpomagają analizować daneprzechowywać i rozprowadzać wyniki testównadzorować jakośćtestówdokumentować procedury laboratoryjneudostępniapniać informacje dot. zarządzanie, np. przepływ pracy (workflow(workflow),ocenianie wydajności, kosztów, etc.41

Diagnostyka „sygnałowa”Diagnostyka „sygnałowa”Oparta na przebiegach czasowychNajbardziej popularne formy: Elektrokardiografia (EKG) Najbardziej popularna; dobrze poznana i wystandaryzowana; Z odmianami: np. elektrokardiografia całodobowa (przenośnynyaparat rejestrujący) Elektroencefalografia (EEG) =>42

Elektroencefalografia (EEG)Obraz EEG jest uwarunkowany dwoma czynnikami:organizacją struktury połąłączeń nerwowoych,procesami neuronalnymi, , które zaleŜąod środowiskawewnętrznego i zewnętrznegotrznego.Nieprawidłowoowości zapisu EEG mogą wynikać z:naruszenia siatki neuronalnej (struktury),zakłócenia czynności ci mózgu m(„programu(programu”).Uwagi:TeŜ właściwie diagnostyka obrazowa (vide„obraz” wprzetwarzaniu obrazów)Zasadniczodo dziś badanie o charakterze pomocniczymTypy falObraz jest wypadkową wielu generatorów.Normalny obraz: fale alfa (8-13Hz, oczy zamknięte), beta (14-30Hz) theta (4-7.5 Hz): thalamus, , dzieci i osoby starsze delta (0.5-3.5Hz), patologiczne lambda, kappa (podczas myślenia)43

Standardowe badanie EEGObserwacja przebiegów w potencjałów w mózgowychmpacjenta w warunkach spoczynku i przykonkretnych akcjachPacjent umieszczony w odizolowanympomieszczeniu minimum niepoŜąŜądanych zewnętrznych bodźców interkomCzas trwania badania: 10..15min, czasami do 1h44

Pomiar Potencjały y rzęduµV Aparat mierzy róŜnicepotencjałówpomiędzy elektrodami Kanał ilustruje róŜnicrnicę potencjałówpomiędzy parą elektrod; stąd d z regułyjedna elektroda jest referencyjna Przykładowa definicja kanałów45

Przykładowy elektroencefalografStarsze urządzenia:Rejestracja na papierzeBrak moŜliwoliwości dokładniejszej obróbki, bki, papier MEDELEC DG Compact (Vickers(Medical, , GB) Sprzęt: Głowica elektrod (Headbox(Headbox) ) do podłąłączenia sond Komputer PC + monitor wysokiej rozdzielczości, ci, duŜy y HDD Fotostymulator: : stroboskop 0.1..40Hz (sterowany złązłączemszeregowym) Specjalizowana drukarka termiczna DG PR200047

Charakterystyka16 kanałów w próbkowanych z częstotliwostotliwością 240/480Hzpodłąłączone za pośrednictwem karty rozszerzenia; wygląda jak zł. zrównoległe)e)Czułość15µV/mmFiltry 0.16..15Hz; + filtr sieciowy 50 HzZapis na dyskach optycznych Panasonic2 strony x 750MB => 30h zapisu => 150 badań na dyskuOprogramowanie Kompresja sygnału: 2x-4x MoŜliwoliwośćdokonywania na bieŜąŜąco adnotacji o pacjencie:zamknięcie oczu, otwarcie oczu, zaciskanie zębów, zśpi Składowanie danych o pacjencie (modyfikowalne) Regulowana prędkodkośćprzesuwu „papieru”; std. . 1strona-10sek.10sek. Przesuwanie płynne plub stronami (nawyki diagnostyka) Wyświetlanie w róŜnej rskali czasu (np. „zagęszczone”) RóŜne typy gridu Timetable, , tj. wyświetlanie wietlanie tylko adnotacji (zdarzeń) ) w całymbadaniu Nazywanie (łą(łączenie/ czenie/crossing) ) elektrod Kursory czasowe48

OpcjeMoŜliwoliwośćwycinania/składowania adowania fragmentów w zapisóww postaci listy „segmentów” (np. napady, iglice);schowekDrukowanie on- i off-lineMoŜliwoliwośćdefiniowania własnych w„programów”,, tj.sposobów w mapowania elektrod i kanałówMoŜliwoliwośćmonitorowania dodatkowych sygnałów(sygnał oddechowy, puls, EKG)MoŜliwoliwośćzmiany parametrów w akwizycji on-lineKalibracja impulsami schodkowymiKontrola impedancji elektrodInne opcjeNowośćść: „mapowanie”;; rozkłady topograficzne amplitudy(lub mocy widma)Raport o pacjencie (wynik): nr badania, imię nazwisko,wiek, płeć, p , data badania, adres, czy było o poprzedniebadanie, kto wykonywał, , kto diagnozował, , diagnoza49