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

1、目的:全血現(xiàn)場(chǎng)快速分析對(duì)于平戰(zhàn)時(shí)、抗震救災(zāi)及其它多種復(fù)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(shí)意義。針對(duì)現(xiàn)有全血分析儀器在檢測(cè)速度、攜行性、環(huán)境適應(yīng)性、保障便利性等諸多方面的不足，研究并構(gòu)建新型干式全血檢測(cè)分析系統(tǒng)。基于血液各組分密度梯度離心技術(shù)和染色劑與血細(xì)胞特異性結(jié)合技術(shù)，建立血液離心分層模型及圖像信號(hào)提取處理算法模型;結(jié)合傳感器技術(shù)、光學(xué)設(shè)計(jì)、智能信號(hào)提取和處理技術(shù)設(shè)計(jì)、試制分析裝置;并對(duì)其重復(fù)性、

2、線(xiàn)性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　方法和內(nèi)容:通過(guò)全面分析所研制系統(tǒng)功能與應(yīng)用定位，綜合采用關(guān)鍵參數(shù)仿真，核心器件及反饋機(jī)制匹配開(kāi)發(fā)，單因素多水平/多因素正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和逐層誤差分析等方法對(duì)分析系統(tǒng)中各個(gè)子模塊進(jìn)行工程化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化:
　　Ⅰ信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)與優(yōu)化:首先對(duì)所采用光源進(jìn)行成像仿真，根據(jù)各成分層光強(qiáng)幅值分布與光源波長(zhǎng)關(guān)系曲線(xiàn)確定最優(yōu)效果中心波長(zhǎng);然后，為提高系統(tǒng)抗震性能和環(huán)境適應(yīng)性，提出一次性靜

3、態(tài)縮放成像設(shè)計(jì)，基于毛細(xì)管與所選線(xiàn)陣CCD長(zhǎng)度確定縮放比及分辨率要求，仿真并設(shè)計(jì)成像鏡頭;最后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探索激發(fā)光源位置與熒光收集效率關(guān)系，確定最佳信噪比安裝位置條件。
　?、蛳到y(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)及匹配機(jī)制的設(shè)計(jì)與優(yōu)化:根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果針對(duì)進(jìn)排樣子模塊、旋轉(zhuǎn)測(cè)量子模塊和附加反饋?zhàn)幽K進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì):摒棄雙電機(jī)配合方案，添加圓形光柵進(jìn)行精確角度反饋控制，調(diào)整子模塊間銜接結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)后期安裝調(diào)試誤差進(jìn)行了詳盡分析，仿真、估算出了常見(jiàn)情況下的

4、誤差尺度以及對(duì)最終測(cè)量結(jié)果的影響。
　?、笮盘?hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):根據(jù)所采集圖像待提取特征的不同，進(jìn)行分類(lèi)特征提取，構(gòu)建了進(jìn)行線(xiàn)陣CCD圖像邊緣檢測(cè)的兩大模型:邊緣檢測(cè)模型和曲線(xiàn)質(zhì)心計(jì)算模型。針對(duì)采集透射光信號(hào)首先依據(jù)特征進(jìn)行濾波處理，根據(jù)透射信號(hào)是否為樣本管固有特征進(jìn)行分類(lèi)處理。針對(duì)熒光信號(hào)，基于其特征進(jìn)行干擾作用區(qū)域分類(lèi)，然后根據(jù)類(lèi)屬進(jìn)行特征自適應(yīng)提取，最后根據(jù)不同顏色分量信號(hào)分析結(jié)果進(jìn)行比對(duì)校正，并基于概率統(tǒng)計(jì)和醫(yī)學(xué)值范圍

5、予以篩選。
　?、綦x心樣本熒光信號(hào)變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)及分析系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn):首先設(shè)計(jì)單因素多水平實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出離心分層后熒光信號(hào)隨放置時(shí)間變化規(guī)律;然后搭建測(cè)試分析平臺(tái)并試制樣機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，包括單樣本單管重復(fù)性實(shí)驗(yàn)和單樣本多管重復(fù)性實(shí)驗(yàn)以及系統(tǒng)線(xiàn)性實(shí)驗(yàn)。最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多因素綜合考慮基礎(chǔ)上的分析評(píng)價(jià)。
　　結(jié)果:
　　Ⅰ所設(shè)計(jì)系統(tǒng)光電檢測(cè)模塊的毛細(xì)管檢測(cè)分辨率達(dá)到130cyc/mm，理想檢測(cè)精度達(dá)7μm

6、。系統(tǒng)單樣本分析時(shí)間≤1分鐘，抗震性能提升，二者均優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)儀器。
　　Ⅱ所設(shè)計(jì)系統(tǒng)樣本分析結(jié)果與濕式分析結(jié)果相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，準(zhǔn)確性較好。系統(tǒng)單樣本單管變異系數(shù)≤3％，略?xún)?yōu)于市售國(guó)外儀器，單樣本多管變異系數(shù)≤7％，與市售國(guó)外儀器基本持平，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體穩(wěn)定性較好。
　?、笏O(shè)計(jì)自適應(yīng)處理算法充分挖掘一維信號(hào)潛在特征，并通過(guò)定位干擾作用位置進(jìn)行自適應(yīng)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(shí)，該算法中構(gòu)建模型對(duì)于一維信號(hào)時(shí)域處理具有普適性。
　　Ⅳ試制樣機(jī)一臺(tái)，并進(jìn)行大批量血液樣本分析，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)均符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　總結(jié)與展望:
　　Ⅰ光電檢測(cè)模塊進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和集成:當(dāng)前光電檢測(cè)模塊中光源、樣本管、成像鏡頭和彩色線(xiàn)陣CCD互相分離，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建過(guò)程中，光路調(diào)試只能通過(guò)分立模塊逐步固定來(lái)進(jìn)行誤差累積和校準(zhǔn)，使得最后固定的分立模塊在四個(gè)自由度上調(diào)整余量較大，整機(jī)光路調(diào)試時(shí)間成本較高。未來(lái)在保證加工精