基于定量離心分層技術(shù)的快速血液檢測關(guān)鍵技術(shù)與裝置研究.pdf

1、目的:血液中各類血細(xì)胞含量是反映人體健康程度的重要參數(shù)。血液流經(jīng)人體各個(gè)組織器官,其成分變化對(duì)于人體機(jī)能和組織功能的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生重大影響,而機(jī)體的病變也會(huì)影響血液各組分,因此,對(duì)人體血細(xì)胞進(jìn)行分析具有重大意義。目前臨床檢驗(yàn)設(shè)備主要是基于濕化學(xué)方法,其設(shè)備普遍存在檢驗(yàn)速度慢、體積大、需大量液體試劑的配合,現(xiàn)場應(yīng)用受限等問題。本文研究目的是研究一種基于定量離心分層技術(shù)(干式化學(xué)法)的快速血液檢測關(guān)鍵技術(shù)及裝置,實(shí)現(xiàn)定量檢測常規(guī)血細(xì)胞參數(shù),使其適

2、合現(xiàn)場條件、急診情況或基層醫(yī)療單位使用。
　　方法:首先,在研究總結(jié)了前人的研究成果基礎(chǔ)上提出血細(xì)胞分析檢測方法:離心、檢測相分離的基于血液棕黃色層定量離心分層技術(shù)(QBC)的方法。為離心機(jī)設(shè)計(jì)可快速拆卸的專用離心盤,用來配合干式血液檢測毛細(xì)管的離心,而在更換離心盤后,該離心機(jī)可用于常規(guī)的臨床檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室用途,這樣可以做到一機(jī)多用。該算法對(duì)傳統(tǒng)檢測方法進(jìn)行了改進(jìn):首先,采用彩色線陣CCD結(jié)合自行設(shè)計(jì)的成像透鏡對(duì)待測毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)一次成像

3、,大大提高檢測精度與速度;其次,在用藍(lán)光激發(fā)熒光照射時(shí),使毛細(xì)管沿其軸向轉(zhuǎn)動(dòng)10個(gè)位置檢測取平均值,減小了由于離心過程中各個(gè)界面分層不均帶來的影響;最后,通過醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的可靠性和可行性進(jìn)行了檢驗(yàn)分析。
　　內(nèi)容:本論文主要包括以下幾個(gè)方面的研究工作:
　　(1)進(jìn)行了光路及CCD圖像采集模塊的研究。在光路及CCD圖像采集模塊中,采用LED冷光源增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)性;應(yīng)用彩色線陣CCD不需額外的濾光片,在信號(hào)處理電路中采用相關(guān)

4、雙采樣法及視頻信號(hào)處理專用芯片AD9826,簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);應(yīng)用CPLD可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)CCD驅(qū)動(dòng)的時(shí)序,簡化程序,提高應(yīng)用性。
　　(2)對(duì)圖像采集后的信號(hào)處理算法進(jìn)行了研究。該部分主要是確定各層分層的確切位置,在紅光源照射下,確定全血體積、標(biāo)定點(diǎn)及浮子位置;在藍(lán)光源照射下,重點(diǎn)區(qū)分中間三層(白細(xì)胞和血小板層)的信息。中間三層的邊界確定采用紅色圖和綠色圖相互比照的方法。確定了算法規(guī)則及血常規(guī)參數(shù)的轉(zhuǎn)化。
　　(3)對(duì)系

5、統(tǒng)毛細(xì)管進(jìn)排樣、檢測控制模塊進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了毛細(xì)管進(jìn)排樣的機(jī)械結(jié)構(gòu),中央處理單元采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器,減少外圍電路,進(jìn)行了進(jìn)排樣精度及檢測精度的實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。
　　(4)在研究的新型檢測方法基礎(chǔ)上,結(jié)合光路技術(shù)和電路技術(shù)等,構(gòu)建了“基于定量離心分層技術(shù)的快速血液檢測系統(tǒng)”。本文詳細(xì)敘述了系統(tǒng)三個(gè)組成部分:光路檢測結(jié)構(gòu)、毛細(xì)管進(jìn)排樣結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)處理算法的實(shí)現(xiàn)。
　　(5)設(shè)計(jì)并開展了一項(xiàng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn),對(duì)系統(tǒng)的可靠性和可

6、行性進(jìn)行檢驗(yàn)。在與QBC Autoread plus和Sysmex XT-1800i兩類儀器的對(duì)比中,以紅細(xì)胞壓積(HCT)、血紅蛋白(HGB)、粒細(xì)胞(GRAN)、淋巴細(xì)胞及單核細(xì)胞(LM)、白細(xì)胞(WBC)和血小板(PLT)為對(duì)比參數(shù),相關(guān)系數(shù)分別為0.99、0.98、0.95、0.93、0.96、0.94和0.99、0.97、0.986、0.95、0.975、0.94,達(dá)到了令人滿意的效果。
　　結(jié)果:提出了基于干式化學(xué)法的

7、快速血細(xì)胞檢測方法,并在以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心控制的系統(tǒng)中,結(jié)合光路檢測技術(shù)、電路控制技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù),構(gòu)建了“基于定量離心分層技術(shù)的快速血液檢測系統(tǒng)”檢驗(yàn)平臺(tái);制作完成實(shí)驗(yàn)樣機(jī)一套,通過對(duì)大量樣本的實(shí)驗(yàn)測試,驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性和可行性。針對(duì)基于干式化學(xué)法的血液檢測系統(tǒng)的毛細(xì)管進(jìn)排樣系統(tǒng),申請(qǐng)發(fā)明專利一項(xiàng)。
　　結(jié)論:本系統(tǒng)完全突破了傳統(tǒng)的血液檢測概念,實(shí)現(xiàn)了基于干式化學(xué)法的檢測,相比濕式檢測具有靈活、不需要液體試劑處

8、理過程。本課題實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場條件下儀器攜行性、抗震性好、檢測結(jié)果快速準(zhǔn)確的功能。一方面及時(shí)準(zhǔn)確的檢測結(jié)果為傷病員的搶救贏得了時(shí)間;另一方面,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)營成本低,同樣適合基層醫(yī)療單位使用。“基于定量離心分層技術(shù)的快速血液檢測系統(tǒng)”性能優(yōu)良、使用方便,運(yùn)用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)血細(xì)胞HCT、HGB、RBC、PLT、MCHC、GRAN、％GRAN、LM和%LM9個(gè)參數(shù)的定量測量,并具有自校準(zhǔn)和報(bào)警提示、輸出存儲(chǔ)與打印等功能。在現(xiàn)場血液快速檢測和基層急

9、診中有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值,特別是在戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行常規(guī)血細(xì)胞檢測具有不可替代的價(jià)值。
　　研究意義:
　　1)樣本無需制備,可迅速展收,適合現(xiàn)場快速檢驗(yàn);
　　2)檢測速度快,除去離心時(shí)間(5分鐘),進(jìn)樣、檢測時(shí)間≯60s,操作簡便,無需復(fù)雜維護(hù),攜行性好;
　　3)結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),使用綜合成本低。
　　本研究特色及創(chuàng)新之處:
　　1)離心、檢測分離,除去離心的5分鐘,每個(gè)樣本檢測時(shí)間在60

10、秒內(nèi),大大提高檢測速度,尤其提高多樣本的檢測速度(以20樣本為例,本系統(tǒng)與QBC Autoread plus和QBC star相比,三者檢測時(shí)間分別是25分鐘、45分鐘和120分鐘);
　　2)雙光源檢測、毛細(xì)管軸向轉(zhuǎn)動(dòng),高分辨率的彩色線陣CCD圖像傳感器一次成像,提高檢測精度;
　　3)冷光源LED功耗低、控制簡單、壽命長,工作溫度范圍廣,環(huán)境適應(yīng)性、抗震動(dòng)和抗干擾能力強(qiáng);
　　4)采用DSP作為核心控制器,實(shí)時(shí)、快