Cấu tạo máy xét nghiệm cặn nước tiểu và yếu tố ảnh hưởng đến xét nghiệm soi cặn nước tiểu

Trường Đại Học Y Hà Nội - Bộ môn Khoa học xét nghiệm

Chủ biên PGS.TS.BS Đặng Thị Ngọc Dung, TS. Nguyễn Trọng Tuệ

Các tác giả tham gia biên soạn

PGS. TS. BS Đặng Thị Ngọc Dung, TS. Nguyễn Trọng Tuệ, TS. BS. Nguyễn Thúy Hương, TS. BS. Nguyễn Thị Thanh Hải

ThS. Đặng Quang Huy, Ths. BSNT. Nguyễn Quỳnh Giao, Ths. BSNT. Vũ Đức Anh, ThS. Trịnh Thị Phương Dung

Ths. BSNT. Lê Văn Toàn, Ths. BSNT. Ngô Diệu Hoa, BSNT. Phạm Thị Hương Trang, Ths. BSNT. Nguyễn Thị Thu Thảo

Ths. BS. Nguyễn Thị Hảo, CKI. Đỗ Thị Hường, CKI. Nguyễn Thúy Hà, ThS. Vũ Thị Bích Hồng

CN. Lê Thanh Thảo, CN. Nguyễn Hữu Hùng

Xét nghiệm soi cặn nước tiểu nhằm mục đích tìm các thành phần hữu hình trong nước tiểu như: hồng cầu, bạch cầu, tế bào biểu mô,... Kết quả cặn lắng nước tiểu còn có ý nghĩa quan trọng trong việc giúp bác sĩ chẩn đoán bệnh chính xác. Trong bài viết này, Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) xin gửi đến bạn đọc thông tin về máy xét nghiệm cặn nước tiểu và những yếu tố ảnh hưởng đến xét nghiệm cặn nước tiểu.

1 Đại cương

Xét nghiệm soi cặn nước tiểu là một trong những xét nghiệm cung cấp những thông tin hữu ích cho các bác sỹ lâm sàng về các bệnh lý đường tiết niệu. Xét nghiệm soi cặn nước tiểu nhằm mục đích tìm các thành phần hữu hình trong nước tiểu như: hồng cầu, bạch cầu, tế bào biểu mô, các loại trụ hình, tinh thể... Sự xuất hiện của các thành phần này có ý nghĩa khác nhau về mặt lâm sàng. 

Phương pháp soi cặn nước tiểu truyền thống bằng kính hiển vi vẫn được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều thời gian, công sức, thiếu độ chính xác và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng xét nghiệm bằng phương pháp soi cặn bằng kính hiển vi gồm: thời gian từ lúc lấy mẫu đến lúc làm xét nghiệm, kỹ thuật trộn, thể tích nước tiểu được ly tâm, thể tích cặn cuối cùng. Thể tích nước tiểu phân tích ít cùng với nồng độ cao các thành phần khiến việc soi cặn gặp nhiều khó khăn. Ngoài ra, những người khác nhau có thể đọc kết quả không giống nhau do kỹ thuật làm các tiêu bản, cũng như kinh nghiệm khác nhau của những người thực hiện. 

Để đảm bảo độ chính xác và độ lặp lại tốt, các ủy ban quốc gia cho phòng thí nghiệm lâm sàng tiêu chuẩn (NCCLS: National Committee for Clinical Laboratory Standards) khuyến cáo sử dụng các hệ thống soi cặn nước tiểu tự động thay thế cho phương pháp soi cặn nước tiểu truyền thống. Bên cạnh đó, trên thế giới cũng có nhiều nghiên cứu chỉ ra được tính ưu việt của hệ thống máy soi cặn nước tiểu tự động như có thể phân tích một lượng mẫu lớn, thời gian quay vòng (TAT: turnaround time) nhanh, với độ lặp lại cao, tiết kiệm thời gian, công sức. Tuy nhiên, trong 1 số trường hợp bệnh lý, xác nhận lại kết quả bằng phương pháp truyền thống được khuyến cáo. 

2 Nguyên lý phương pháp 

Các hệ thống soi cặn nước tiểu tự động được chia làm 2 nhóm khác nhau dựa theo nguyên lý thực hiện kỹ thuật: đếm tế bào dòng chảy (flow cytometric) và hệ thống số hóa (digital image-based system). 

2.1 Nguyên lý đếm tế bào dòng chảy (flow cytometric) 

Sự tích hợp của ba cấu phần gồm bộ phận tạo dòng chất lỏng, bộ phận quang học và bộ phận điện tử. Nguyên tắc của đếm tế bào dòng chảy dựa trên sự hấp thụ hoặc tán xạ ánh sáng và phát huỳnh quang diễn ra khi một chùm tia laser chiếu vào các thành phần vật chất đơn lẻ, chuyển động có hướng trong một dòng chất lỏng. Sự tán xạ ánh sáng phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của tế bào, kích thước và hình dạng của nó. Các tín hiệu tán xạ ánh sáng và/hoặc huỳnh quang, được ghi lại bởi một loạt các đi-ốt quang và được khuếch đại trước khi được thu nhận, xử lý, chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện và phân tích. Bộ lọc quang học có chức năng chặn ánh sáng không mong muốn, và cho phép ánh sáng có bước sóng mong muốn đến được bộ tách sóng quang. Các xung điện thu được sẽ được số hóa và dữ liệu được lưu trữ, phân tích và hiển thị thông qua hệ thống máy tính. Kết quả cuối cùng là thông tin định lượng về mọi tế bào được phân tích. 

2.2 Nguyên lý hệ thống soi cặn tự động dựa trên số hóa (digital image based - system) 

Mẫu nước tiểu sẽ được chảy qua một ống tạo dòng chảy, được chiếu bởi hệ thống ánh sáng nhấp nháy, có thể tạo ra các hình ảnh dừng chuyển động của các thành phần trong nước tiểu. Sau đó, các hình ảnh dừng chuyển động này được phóng đại qua kính hiển vi điện tử, được chụp lại bằng máy ảnh kỹ thuật số gắn với vật kính. Với mỗi hình ảnh sẽ được hệ thống điện tử xóa nền để dễ định dạng được các hạt trong nước tiểu. Các hình ảnh này sẽ được so sánh với các hình ảnh tham chiếu sẵn có của hệ thống để xác định các hạt trong nước tiểu là thành phần gì. 

3  Cấu tạo cơ bản của máy xét nghiệm

Sự khác biệt về nguyên lý hoạt động của hai hệ thống dẫn đến những điểm khác biệt trong cấu tạo của hai hệ thống này.  

3.1 Hệ thống soi cặn nước tiểu dựa trên nguyên lý đếm tế bào dòng chảy 

Gồm các thành phần chính trong nguyên lý đếm tế bào dòng chảy được phân tích ở phía trên. 

Bộ phận tạo dòng chảy tế bào có cấu trúc tương tự với máy đếm tế bào dòng chảy (Flow Cytometry) với cấu trúc dòng lõi ở trung tâm, và lớp dung dịch dòng bao vây quanh có tác dụng tạo và duy trì áp suất dòng lõi để đảm bảo các phần tử vật chất mẫu lưu thông theo từng thành phần đơn độc. Áp lực dòng bao này bên cạnh việc đảm bảo vật chất lưu thông thành một hàng duy nhất, áp lực này còn giúp duy trì hình dạng, kích thước và một số đặc tính khác. 

Bộ phận quang học gồm hệ thống tạo tia sáng (đèn chiếu tia laser, các loại thấu kính), hệ thống đo ánh sáng tán xạ, hệ thống đo ánh sáng huỳnh quang. Ánh sáng tán xạ bên và ánh sáng tán xạ thẳng sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ điốt quang, ánh sáng huỳnh quang bên tín hiệu yếu sẽ qua bộ nhân quang khuyếch đại tín hiệu và chuyển thành tín hiệu điện. Các tín hiệu điện được đo và xử lý sau đó sẽ được chuyển về IPU (bộ xử lý thông tin). 

 Hệ thống xử lý sẽ cho ra các thông số chính là cường độ ánh sáng tán xạ thẳng (FSC: Forward scattered light intensity), vùng cường độ huỳnh quang cao (FLH: Fluorescence High), vùng cường độ huỳnh quang thấp (FLL: Fluorescence low), tán xạ bên (SCC: Side Scatter). Các chỉ số này có các ý nghĩa sau: chỉ số FSC phản ánh kích thước của các thành phần trong nước tiểu, SSC đánh giá mức độ phức tạp trong cấu trúc vật chất, FLL và FLH cho thấy mức độ bắt màu huỳnh quang cao hay thấp, phản ánh đặc điểm của các dấu ấn đặc trưng khác cho các thành phần phân tích. Từ các thông số này, sẽ thiết lập lên hình thái của các hạt trong nước tiểu, so sánh với đặc điểm của các thành phần tế bào để xác định được hạt trong nước tiểu là loại nào (bạch cầu, hồng cầu, tế bào biểu mô, các loại trụ, tinh thể, chất nhầy, nấm men, tinh trùng...).

3.2 Hệ thống soi cặn nước tiểu nguyên lý dựa trên số hóa

Cấu tạo cơ bản: Gồm 3 bộ phận chính: 

• Bộ phận tải, nạp mẫu. 
• Bộ phận kính hiển vi điện tử. 
• Bộ phận phân tích, xử lý kết quả. 

Mẫu được đưa vào máy, ghi nhận các thông tin mã hóa mẫu bệnh phẩm, chỉ định thực hiện, sau đó sẽ được hút thể tích nhất định bằng pipet, mẫu chảy qua hệ thống tạo dòng chảy, ánh sáng nhấp nháy được bật, kính hiển vi sẽ khuyếch đại các thành phần trong mẫu, hệ thống camera chụp lại hình ảnh, tiến hành xử lý, phân tích hình ảnh và xác định các thành phần trong mẫu. 

• Bộ phận tải, nạp mẫu: 

Cấu trúc gồm bộ phận quét code mẫu và chỉ định, số lượng test thực hiện trong mỗi lần phân tích tùy thuộc vào từng hệ thống máy xét nghiệm. Các mẫu sau khi nhận được chỉ định, các mẫu được trộn đều và hút mẫu (với thể tích khác nhau tùy thuộc vào hệ thống máy xét nghiệm). 

• Bộ phận tạo dòng chảy tế bào 

Gồm hệ thống bơm hút lưu động được bao quanh bởi dung dịch dòng bao. Dung dịch dòng bao là một dung dịch đệm, đẳng trương có chứa chất ổn định dòng chảy phân tầng định hướng, có chứa chất kìm khuẩn, chất diệt nấm và chất bảo quản. Nó được sử dụng để định hướng động lực dòng chảy của mẫu. 

• Bộ phận kính hiển vi điện tử 

Đèn nhấp nháy được lắp theo chiều ngang, qua 1 hệ thống ống chuẩn trực giúp tập trung ánh sáng. Ánh sáng nhấp nháy được chiếu qua mẫu và sẽ được khuyếch đại nhờ hệ thống kính hiển vi điện tử. Hình ảnh được chụp bằng máy ảnh CCD. 

• Mô đun phân tích, xử lý kết quả 

Hình ảnh được chụp từ máy ảnh CCD được gửi tới bộ phân tích, xử lý hình ảnh, được số hóa. Trong 1 hình ảnh, các thành phần sẽ được xác định, về hình dạng, kích thước. Hệ thống phần mềm Iris sẽ tự động phân loại các loại hạt trong mẫu nước tiểu, lưu trữ, hiển thị hình ảnh kết quả kính hiển vi tử mỗi mẫu nước tiểu để người vận hành phê duyệt. Danh mục phân loại tự động được cung cấp để giúp xác định loại hình ảnh các thành phần trong cặn nước tiểu. 

Bảng 3. Hình ảnh minh họa các thành phần phân tích máy xét nghiệm cặn nước tiểu

Để phân loại và xác định các loại của tinh thể, trụ, các tế bào biểu mô không phải vảy, hoặc nấm, kỹ thuật viên cần phải quan sát và so sánh hình ảnh bằng mắt thường dựa trên hình ảnh chụp mẫu. Đối với nhiều phòng xét nghiệm việc xem xét để phân loại các mẫu nước tiểu thường xuyên là không cần thiết. Mỗi phòng xét nghiệm cần lên danh sách các tiêu chí khi nào cần phải tiến hành bước xem xét để phân loại này. 

4 Nguyên lý vận hành 

Mẫu nước tiểu được thu thập vào ống nghiệm vô khuẩn. Trộn đều mẫy trước khi tiến hành xét nghiệm, không ly tâm mẫu nước tiểu. Sau đó, bật máy, tạo lệnh chạy mẫu, nạp mẫu vào giá chạy mẫu bắt đầu xét nghiệm. Sau đó, rà soát quá trình chạy máy, nếu xuất hiện lỗi hoặc cảnh báo, xử lý nguyên nhân. 

Khi có kết quả, phân tích tế bào soi cặn: 

Đối với hệ thống soi cặn nước tiểu dựa trên nguyên lý đếm tế bào dòng chảy: Hệ thống xử lý sẽ cho ra các thông số chính là cường độ ánh sáng, mức độ bắt huỳnh quang. Từ các thông số này, sẽ thiết lập nên hình thái của các hạt trong nước tiểu, từ đó hệ thống máy so sánh với đặc điểm của các thành phần tế bào để xác định các thành phần trong cặn nước tiểu. 

Đối với hệ thống soi cặn nước tiểu nguyên lý dựa trên số hóa: Kết quả được chụp từ máy ảnh CCD sau đó bộ phân phân tích xử lý hình ảnh, xác định hình dạng, kích thước. Phần mềm tích hợp sẽ tự động phân loại các loại hạt trong mẫu nước tiểu, lưu trữ, hiển thị hình ảnh kết quả kính hiển vi theo danh mục phân loại của hệ thống. 

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng xét nghiệm

5.1 Hệ thống soi cặn nước tiểu nguyên lý đếm tế bào dòng chảy 

Các thành phần cấu tạo của máy, các hóa chất sử dụng có thể ảnh hưởng đến chất lượng xét nghiệm: 

• Nhiệt độ chuẩn để thực hiện xét nghiệm: 

+ Cảm biến bộ nhân quang (Photomultiplier Sensor): 33–37°C. 

+ Buồng phản ứng: 

Buồng phân tích các thành phần cặn nước tiểu: 32–36°C. 

Buồng phân tích vi khuẩn: 38–42°C. 

+ Nhiệt độ của lớp vỏ bọc chứa dung dịch bao quang ống tạo dòng chảy của 

mẫu (flow cell): 34-38°C. 

Khi nhiệt độ các thành phần này quá cao hoặc quá thấp, máy sẽ báo lỗi, cách xử lý là chờ đến khi nhiệt độ về nhiệt độ chuẩn, máy báo sẵn sàng chạy. Nếu sau thời gian khuyến cáo (30-60 phút) lỗi chưa khắc phục được thì cần báo cho kỹ sư để khắc phục. 

• Đường hút mẫu: 

+ Lỗi đường hút mẫu, xử lý bằng chương trình rửa tự động. 

+ Tắc bộ lọc mẫu, xử lý bằng cách làm sạch hoặc thay thế bộ lọc mẫu. 

• Động cơ hút mẫu: 

Một số vấn đề có thể gặp đối với động cơ hút mẫu bao gồm: thay đổi về tần số quay của động cơ trộn mẫu khỏi giá trị khuyến cáo, dây curoa động cơ bị đứt, tải trọng động cơ bất thường, van phân phối mẫu (PDV: dispensing valve) trục trặc cơ học hoặc bẩn. 

Khi báo lỗi về động cơ cần gọi cho kỹ sư. Van phân phối mẫu cần kiểm tra xem có vật gì bị cuốn vào van không. Van bẩn cần làm sạch theo quy trình bảo dưỡng. 

• Đèn Laser: 

+ Tuổi thọ đèn laser sắp hết, cần liên hệ hãng để được hỗ trợ. 

+ Các thấu kính bị bẩn hoặc xước, cần thay thế. 

• Bộ phận xoay ống trục trặc: 

+ Hỏng cảm biến xoay ống. 

+ Hỏng bộ phận xoay ống 

Kiểm tra bộ xoay ống đang cuốn vào vật nào không, nếu có cần tháo vật bị cuốn và reset máy. Nếu cảm biến bị bẩn, cần làm sạch cảm biến. Nếu thông báo lỗi vẫn còn, hãy liên hệ với nhân viên hãng Sysmex. 

5.2 Hệ thống soi cặn nước tiểu nguyên lý dựa trên số hóa 

• Hệ thống quang học: đèn, thấu kính, tương tự như máy soi cặn dựa trên nguyên lý đếm tế bào dòng chảy. 
• Dung dịch đệm Lamina: 

Các lọ hóa chất cần được kiểm soát việc lắp hóa chất lên máy, hạn sử dụng của dung dịch trước khi đưa vào sử dụng. 

• Hệ thống vận chuyển mẫu (Rack transport): Thường là do bẩn, bao gồm hệ chuyển mẫu và rack. Cần lau sạch hệ chuyển mẫu (Sample transport), ngâm các rack vào xà phòng hoặc chất tẩy rửa nhẹ, rửa sạch. 
• Tiêu điểm của kính hiển vi điện tử bị lỗi, cần xử lý như sau: 

+ Camera: Hình ảnh sau chụp không được gửi tới bộ phân tích dữ liệu, cần xử lý như sau: 

+ Kiểm tra kết nối của cáp với module kính hiển vi điện tử với bộ xử lý số liệu. 

+ Chạy 1 rack Control bao gồm cả chứng âm và chứng dương. 

+ Chạy lại mẫu. 

• Một số yếu tố liên quan đến mẫu nước tiểu: 

+ Trụ hyalin nồng độ thấp không đủ để chụp và phân loại trên hình ảnh của hệ thống. 

+ Không thể xác định được sự chuyển động bằng hình ảnh, do đó khó phát hiện được trùng roi trong nước tiểu. Khi tế bào bạch cầu tăng cao bất thường và tất cả các điều kiện sau được đáp ứng: 

Không có nấm men. 

Không có vi khuẩn. 

Thử nghiệm hóa học với nitrit âm tính. 

Cần nghĩ đến có trùng roi trong nước tiểu, xác nhận lại bằng soi kính hiển vi thường. 

• Các tế bào bạch cầu có thể bị ly giải nhanh ở pH > 8. Nếu mẫu để nhiều hơn 2 giờ thì tình trạng này có thể xảy ra, vì vậy, khi có hiện tượng này cần yêu cầu lấy mẫu nước tiểu mới. 
• Khi nồng độ các tế bào hồng cầu hoặc bạch cầu vượt quá 1.000 tế bào trên mỗi trường, chúng có thể loại trừ phát hiện các hạt khác có mặt ở nồng độ thấp hơn nhiều. Khi số lượng hạt tăng lên, sự tương tác giữa hạt với hạt xảy ra, ảnh hưởng đến sự phân bố vị trí. Số lượng lớn hơn 1.000 tế bào trên mỗi uL có thể mất độ chính xác. 
• Một số mẫu có số lượng các hạt lớn có thể gây tắc nghẽn hệ thống tạo dòng chảy, do đó các mẫu có độ nhớt cao cần được pha loãng. 
• Nước tiểu đỏ do đái máu đại thể có thể gây ra kết quả không chính xác trong các mẫu tiếp theo. Không kiểm tra mẫu vật có biểu hiện đái máu đại thể. 
• Mẫu trước có tinh trùng ở nồng độ cao có thể gây ra phát hiện tinh trùng ở những mẫu sau, do đó, cần phải kiểm tra lại sự hiện diện của tinh trùng. 

6 Tài liệu tham khảo

1. Carl A. Burtis & David E.Bruns. (2015). Clinical chemistry and molecular diagnostics 

2. Instructions for Use iQ200 Series, Beckman Coulter, 2020. 

3. Matthijs Oyaert, M.Sc., and Joris Delanghe, 2019, Progress in Automated Urinalysis, Annals of Laboratory Medicine,. 

4. Cobas 6500 urine analyzer series, Operator's Manual Version 2.4, Roche Diagnostics GmbH. 

5. Instructions for Use UF-1000i, Sysmex, 2008. 

6. Pornvaree Lamchiagdhase, Krisana Preechaborisutkula, Pitimon Lomsomboon et al, 2005, Urine sediment examination: A comparison between the manual method and the iQ200 automated urine microscopy analyzer, Clinica Chimica Acta 358, 167-174. 

7. Jooyoung Cho, Kyeong Jin Oh, Beom Chan Jeon, Sang-Guk Lee* and Jeong-Ho Kim, 2019, Comparison of five automated urine sediment analyzers with manual microscopy for accurate identification of urine sediment, Clin Chem Lab Med. 

8. PGS. TS. BS. Đặng Thị Ngọc Dung, TS. Nguyễn Trọng Tuệ (2023). “Xét nghiệm cặn nước tiểu”. Kỹ thuật và thiết bị xét nghiệm y học. Nhà xuất bản y học, trang 252-264. Tải bản pdf tại đây.