基于離心分層和細胞染色技術干式全血分析系統(tǒng)的構建與優(yōu)化.pdf

1、目的:全血現(xiàn)場快速分析對于平戰(zhàn)時、抗震救災及其它多種復雜環(huán)境下傷員院前傷情判斷、急救和處置等后續(xù)醫(yī)療方案決策制定都具有重要現(xiàn)實意義。針對現(xiàn)有全血分析儀器在檢測速度、攜行性、環(huán)境適應性、保障便利性等諸多方面的不足，研究并構建新型干式全血檢測分析系統(tǒng)?；谘焊鹘M分密度梯度離心技術和染色劑與血細胞特異性結合技術，建立血液離心分層模型及圖像信號提取處理算法模型;結合傳感器技術、光學設計、智能信號提取和處理技術設計、試制分析裝置;并對其重復性、

2、線性進行全面評價，為進一步臨床應用奠定基礎。
　　方法和內容:通過全面分析所研制系統(tǒng)功能與應用定位，綜合采用關鍵參數(shù)仿真，核心器件及反饋機制匹配開發(fā)，單因素多水平/多因素正交實驗驗證和逐層誤差分析等方法對分析系統(tǒng)中各個子模塊進行工程化設計實現(xiàn)及優(yōu)化:
　　Ⅰ信號采集模塊的設計與優(yōu)化:首先對所采用光源進行成像仿真，根據(jù)各成分層光強幅值分布與光源波長關系曲線確定最優(yōu)效果中心波長;然后，為提高系統(tǒng)抗震性能和環(huán)境適應性，提出一次性靜

3、態(tài)縮放成像設計，基于毛細管與所選線陣CCD長度確定縮放比及分辨率要求，仿真并設計成像鏡頭;最后設計實驗探索激發(fā)光源位置與熒光收集效率關系，確定最佳信噪比安裝位置條件。
　?、蛳到y(tǒng)機械結構及匹配機制的設計與優(yōu)化:根據(jù)大量實驗結果針對進排樣子模塊、旋轉測量子模塊和附加反饋子模塊進行進一步優(yōu)化設計:摒棄雙電機配合方案，添加圓形光柵進行精確角度反饋控制，調整子模塊間銜接結構。同時對后期安裝調試誤差進行了詳盡分析，仿真、估算出了常見情況下的

4、誤差尺度以及對最終測量結果的影響。
　　Ⅲ信號處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn):根據(jù)所采集圖像待提取特征的不同，進行分類特征提取，構建了進行線陣CCD圖像邊緣檢測的兩大模型:邊緣檢測模型和曲線質心計算模型。針對采集透射光信號首先依據(jù)特征進行濾波處理，根據(jù)透射信號是否為樣本管固有特征進行分類處理。針對熒光信號，基于其特征進行干擾作用區(qū)域分類，然后根據(jù)類屬進行特征自適應提取，最后根據(jù)不同顏色分量信號分析結果進行比對校正，并基于概率統(tǒng)計和醫(yī)學值范圍

5、予以篩選。
　　Ⅳ離心樣本熒光信號變化規(guī)律實驗及分析系統(tǒng)性能評價實驗:首先設計單因素多水平實驗，基于實驗數(shù)據(jù)歸納出離心分層后熒光信號隨放置時間變化規(guī)律;然后搭建測試分析平臺并試制樣機，進行系統(tǒng)重復性實驗，包括單樣本單管重復性實驗和單樣本多管重復性實驗以及系統(tǒng)線性實驗。最后對實驗結果進行多因素綜合考慮基礎上的分析評價。
　　結果:
　?、袼O計系統(tǒng)光電檢測模塊的毛細管檢測分辨率達到130cyc/mm，理想檢測精度達7μm

6、。系統(tǒng)單樣本分析時間≤1分鐘，抗震性能提升，二者均優(yōu)于國外同類儀器。
　　Ⅱ所設計系統(tǒng)樣本分析結果與濕式分析結果相關系數(shù)均在0.95以上，準確性較好。系統(tǒng)單樣本單管變異系數(shù)≤3％，略優(yōu)于市售國外儀器，單樣本多管變異系數(shù)≤7％，與市售國外儀器基本持平，所設計系統(tǒng)總體穩(wěn)定性較好。
　?、笏O計自適應處理算法充分挖掘一維信號潛在特征，并通過定位干擾作用位置進行自適應算法選擇，其單樣本層厚提取變異系數(shù)≤3％，證明此算法穩(wěn)定性較好。同

7、時，該算法中構建模型對于一維信號時域處理具有普適性。
　?、粼囍茦訖C一臺，并進行大批量血液樣本分析，系統(tǒng)各項參數(shù)均符合設計指標。
　　總結與展望:
　　Ⅰ光電檢測模塊進一步優(yōu)化設計和集成:當前光電檢測模塊中光源、樣本管、成像鏡頭和彩色線陣CCD互相分離，在實驗平臺搭建過程中，光路調試只能通過分立模塊逐步固定來進行誤差累積和校準，使得最后固定的分立模塊在四個自由度上調整余量較大，整機光路調試時間成本較高。未來在保證加工精