联合CRP与SAA的血细胞分析仪硬件设计与实现

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感染性疾病在临床是常见疾病。感染经常会导致白细胞数量升高,以及C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)和血清淀粉样蛋白A(Serum Amyloid A,SAA)的浓度升高。目前白细胞检测,CRP检测项目和SAA检测项目一般是由不同的仪器分开检测,因此将这三个检测项目联合到一起检测可以提高检测效率,方便临床诊断感染性疾病。为此本论文完成了将三者的功能结合到同一台仪器上的硬件系统研制。本论文的主要工作内容包括以下三个方面:1.结合血液样品的预处理过程及测量过程中所涉及到的气路、液路、机械结构等,设计了一个以微控制单元(Microcontroller Unit;MCU)芯片和现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array;FPGA)芯片为控制核心的硬件系统。同时针对血液样品的不同预处理方法及测量方法,将硬件系统按功能进行模块化规划,完成硬件系统的顶层设计。2.在本论文中,设计了一块控制主板负责协调其他电路板及模块,是硬件系统的核心和顶层。控制主板对上负责执行上位机软件系统下发的指令及测量结果上传等,对下控制硬件系统中的其他模块有序运行。同时利用控制主板的FPGA芯片内部丰富的门逻辑单元、内嵌RAM(随机动态存取内存)、时钟资源等,用并行的方式来处理多个测量模块产生的数字信号。FPGA芯片对激光散射信号检测模块和库尔特信号检测模块进行数据采集、缓存、传输。另外根据对白细胞分类使用的激光散射和细胞化学染色联合检测法,设计了激光散射信号检测模块。该检测模块对白细胞二个角度的散射光进行采集,之后白细胞分类算法将根据这二个角度的散射光强度对白细胞进行分类。同时根据白细胞计数、红细胞和血小板计数的库尔特检测原理设计了库尔特信号检测模块,用于血细胞计数。另外根据蛋白测量的免疫散射比浊法设计了蛋白测量模块,用于CRP蛋白和SAA蛋白浓度检测。3.使用验证数据测试高速数据采集模块的数据传输性能。验证数据由高速数据采集端口传输到MCU芯片端内存中,其传输速度可以达到45MB/S,数据传输准确。激光散射信号检测模块其杂散光最大值不超过19,波动范围小,其CV值不超过0.6%。用7μm计数微球对激光散射信号模块进行测试,高低角度散射信号峰值的变异系数(CV)值分别为6.82%和8.30%。库尔特信号检测模块噪音最大值不超过10,均值较低,不超过5。用7μm计数微球对库尔特信号检测模块进行测试,库尔特信号峰值的平均值为183,CV值为10.23%。蛋白测量模块杂散光占试剂检测时的AD值比例最大值约为1.58%。该模块使用3mg/L、10mg/L、100mg/L三个浓度的校准品10次测试结果的CV<10%。该结果符合国家食品药品监督管理总局提出的C-反应蛋白测定试剂盒的行业标准要求的CV不大于10%重复性要求。在3~156mg/L的浓度范围内,测量结果具有较好的拟合性,其线性相关系数|r|=0.99243。该结果符合国家食品药品监督管理总局提出的C-反应蛋白测定试剂盒的行业标准要求的常规C反应蛋白线性区间相关系数不小于0.990的要求。
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