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1、第二十届中国( 天津) 2 0 0 6I T 、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议 基于虚拟仪器技术的凝血检测系统的研究与分析 R e s e a r c ho fC r u o rM e a s u r i n gS y s t e mB a s e do nL a b V I E W 冯字 ( 单位：天津市电子仪表实验所 邮编：3 0 0 2 1 0 电话：2 8 2 5 9 5 4 3 ) 摘要：本文在对比了当今各种凝血检测仪器优缺点的基础上，介绍了利用双光束比浊方法对多种凝血检测 项目的实验方法、基本测量原理及检测结果。同时对系统开拉所涉及的虚拟仪器软件设计、测控硬件设计及 性
2、能参数进行了分析。实验结果表明基于虚拟仪器技术的凝血双光束检测系统具有性价比高，测量项目全等 优点。 词条：凝血检测系统虚拟仪器烈光束血小板 1 现有凝血检测系统的研究现状 止血与血栓研究是一门新兴学科，它涉及临床多种疾病的发生、发展。随着科学技术的发展和进步，人 们对止血与血栓的发生发展认识越来越深刻，其检测手段也越来越先进，其中一个显著的表现就是凝血仪的 迅速发展，血栓与止血的检测已经从传统的手工方法发展到全自动凝血仪，从单一的凝固法发展到免疫学方 法、生物化学方法。止血与血栓的检测也变得越来越简便、准确和精确。 目前，凝血仪多种多样，其构造也较为复杂，在从半自动向全自动发展的过程中，改进
3、的主要方面体现 在以下几点：检测方法的增多，单位时间检测样本量的增加，试剂分配系统日益准确和精确，以及随机分析 功能的增强。现代凝血仪也朝着多检测方法的方向发展，具有多种检测方法的凝血仪不仅有利于常规的临床 检测，而且为研究止血与血栓的工作者对新的检测方法的探索提供一种良好的工具。 2 凝血检测系统的设计 2 I 检测原理及总体设计 血液检测的原理主要有生物学方法，生物化学法，免疫学法三大类，其中生物学方法又分为光学法， 电流法，磁珠法三类。本检测系统主要采用光学法辅以电流法。这种检测方法发展最早，使用晟广泛，其 原理为：一束光通过样品杯，会发生透射和散射。样品杯中的血浆在凝固过程中，纤维蛋白
4、原逐渐转变成 纤维蛋白，其理学性状也会发生改变，透射光和散射光的强度也会发生改变。凝血仪利用血液凝固而导致 光强度的变化来判断凝固终点的方法称之为光学法。电流法，即是将待检样品作为电路的一部分，由于纤 维蛋白具有导电性，因此可利用电流的通断与否来判断纤维蛋白的形成与否，即判断凝固终点。 为满足工作的要求，达到测量过程的整体自动化，该套装置采用工控机及自行设计的硬件与采集卡，将其 连成一体进行实时的数据采集，最后处理得到检测结果。其整体流程如图l 所示。 第二十届中国( 天津) 2 0 0 6I T 、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会谈 图1 流程圈 2 2 检测系统硬件设计 本系统的硬
5、件主要有三大模块，分别是采集部分及信号 调理电路，接口控制电路和采集卡。总体上说，本系统的硬 件简单易生产，更新及后期维护都比较容易，其所有功能几 乎都是通过虚拟仪器软件控制实现 第一部分为采集部分及信号调理电路。在本设计中我们 采用双光束二极管为恒定光源，光束通过被测体( 如图2 ) ， 在被测体另一端有一光电池接受光源。由于被测体发生了一 定的理化反应，接收到的光源信号也随之改变。光电池将光 信号的变化转换成电信号的变化，仪器测得某一变化率后即 可判定凝固点。整个光电信号变化的过程也可反映实际的血 小板聚集情况。此种方法的最大特点是：无损纤维、不受自 然光干涉影响、可捕捉凝固过程的细微变化
6、，精度高，准确 性较好。此过程很容易受到外界电信号和客观环境的干扰， 为了抗干扰，准确的采集有用信号，系统采用了调制解调电 路。调制电路使用的是光电调制，解调电路的设计则采用精 密整流型相敏检波电路，接着把解调的信号通过放大电路把 有用信号进行放大。 第二部分为接口控制电路。接口控制电路受简单的布尔 信号控制，实现对仪器整体功能控制，包括3 7 0 2 摄氏度 恒温控制，对搅拌子的起停及搅拌速度的调整，对光强的调 整，双色光源切换和对采样过程等同步控制，具有功能齐全 的特点，但结构简单，成本较低。 第三部分为数据采集卡本系统使用了多功能数据采集 卡，以完成检测仪器与计算机的信息交互。 2 3
7、检测系统软件设计 为了使检测系统具有功能多、精度高、测试速度快、实 时性好等特点，我们采用了虚拟仪器技术。顾名思义，虚拟 仪器就是在通用计算机上加上一组软件和( 或) 硬件，使得 使用者在操作这台计算机时就像是在操作一台他自己设计 的专用传统电子仪器。这种技术具有强大的的人机交互界 面，使得软件代替硬件成为整个仪器的关键，可免去传统仪 圈2 采集部分装置示意图 圈3 软件流程图 第二十眉中国( 天津) 2 0 0 6I T 、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议 器上纷杂的按钮，使操作更为简便，有效的减少了检测系统的开发造价和维护费用并且扩展性好，技术 更新速度更快。本系统所使用的虚拟仪
8、器鼓备在数据采集、存储、显示、信号处理、数据传输等方面强大 的功能使系统的开发周期大大缩短。同时本系统软件设计中还运用了丰富的智能处理，包括数字滤波、 中值滤波、P I D 调节等信号处理手段，使测量与控制的精度得以进一步提高。 本软件在使用时有两个主要进程同时运行( 如图3 ) 。一个进程是用来控制温度，使仪器恒温在3 7 ， 这主要是由于检测物质的化学机理决定的。此进程随时读取由硬件温度传感器传来的温度反馈信号，进彳亍 P I D 计算，然后将信号发给加热部分，用以控制加热，使仪器恒温。多次实验证明，此系统可将温度控翩 在3 7 0 2 “ C 。另一进程采用模块化结构，以实时数据为核心，
9、对血液中的物质进行检测。主要由测量 设置，血液检测，数据库，病例检索，质量控制和参数设置这五个模块组成。其中血液检测是最主要的部 分，其他模块起辅助作用。 3 数据分析及处理 数据的分析及处理主要由虚拟仪器软件来完成。这样，仪器的精度和可靠性都得到了更大程度的保证。 本系统所要处理的数据主要有两种，一种就如图4 所示。上图为采集到的原始曲线，下图为经过数据处理 后的曲线，即把采样来的数组用图像显示出来，然后进行降噪，得到一条较为平滑的曲线，在从中选取峰 值点，拐点，或某固定时间点的值。 由图4 可以看出我们这里需要设计一个低通的数字滤波器对图像进行滤波，所利用的数字低通滤波器 的系统函数为：
10、H ( z ) = ( z - 1 ) z G ( Z ) = ( 0 1 4 5 3 4 4 8 1 z 。1 + O 1 0 7 8 4 9 9 9 2 1 ) ( 卜1 1 5 8 0 4 5 9 2 1 + 0 4 1 1 2 4 0 7 0 2 1 ) 图4 I 血小板检测结果及数据处理 这里我们利用模拟二阶巴特沃思低通滤波器的归一化的模拟系统函数。 另一种就是利用五种不同浓度的试样进行定标。为了确定该试样的浓度，要求利用五组标准试样分别 得到五条相应的曲线，然后找出这五条曲线与浓度的关系，由此而生成一条定标曲线。这里，我们还对拟 合曲线的方差进行校验，保证了拟合的可信度。在有关凝血
11、的检测项目中，有许多项目要进行这种定标试 验。多次试验证明，F I B 的定标曲线信噪比是最低的，其相关系数远远超过规定的0 9 5 。 4 总结 本检测系统相对于其他类似血液检测系统具有以下两个特点：硬件方面，本研究项目的硬件在不增加 多少元器件的情况下，实现同时使用光学和电流两种方法进行测量，同时加入可调强度的双光源( 波长为 6 6 0 n t o 红光和4 0 5 n m 蓝光) ，因此对凝血方面的大部分检测项目都可以进行检测。软件方面，本研究项目软 第二十届中国( 天津) 2 0 0 6I T 、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议 件基于虚拟仪器技术，从而避免了软件固化在仪器
12、里实现了只通过软件的升级而不改动硬件系统的情况 下，就能增强仪器检测操作的功能。 该检测系统的设计成功得益于计算机技术在测量控制系统中的成功应用，也是光学传感器在实际检测 中的有效应用，标志着我国检测技术水平有了大幅度提高，并从而促进了我国生产力的发展。今后随着新 技术的不断产生，必将更大的带动社会各方面检测技术的发展。 参考文献 1 张国雄，沉生培。精密仪器电路。北京：机械工业出版社， 1 9 8 8 2 】丁镇生。传感器及传感器技术电子工业出版社 1 9 9 9 3 杨乐平等L a b V I E W 程序设计与应用。电子工业出版社 4 朱忠勇。凝血酶原时问和活化部分凝血活酶时间测定的标准化中华医学检验杂志，1 9 9 8 ，2 1 ( 5 ) ：3 0 8 3 1 0
