基于CCD的新型尿液分析仪设计

　　1　引　言

　　尿液分析是诊断泌尿系统疾病的重要指标之一。目前尿液分析广泛使用的仪器是干化学尿液分析仪,这种仪器的性能主要由试剂带传送装置和光检测传感器决定。目前尿液分析仪普遍采用光电二极管或光电三极管作为光检测传感器,其带来的缺点是使用步进电机带动试剂带或光检测传感器运动来对各试剂块进行逐项测试,因此测量速度慢。测试项目越多,则测试完一条试剂带所需的时间越长,测量速度越慢。为此,我们与某公司合作,共同研制了一种应用线阵CCD作为光检测传感器的新型尿液分析仪,并对试剂带传送装置进行了全新设计,取得的了较好的效果。

　　2　测试原理[1]

　　该仪器使用合作公司生产的专用试剂带。这是一种多联试剂带(可以是8项、10项、11项),如图1所示,它是将多种项目集成在一条试带上,每块试剂块对应一种测定项目,使用多联试剂带,浸入一次尿液可同时测定多个项目。

　　每块试剂块上含有相应的试剂,试剂成分主要与尿液中所测定物质发生化学反应。试剂带浸上尿液后,各试剂块各自与尿液中相应成分进行独立反应而显示不同颜色,颜色的深浅与尿样品中相应成分的浓度成正比。

　　试剂带上的试剂块要比测试项目多一个空白块,空白块是为了消除尿液本身的颜色及试剂块分布的状态不均等产生的测试误差,提高测量准确度而设置的。

　　光源发出的光沿着光路照射在试剂带上。试剂块颜色的深浅对光的吸收及反射是不一样的,颜色越深,吸收光量值越大,反射光量值越小,则反射率越小;反之,颜色越浅,吸收光量值越小,反射光量值越大,则反射率也越大。其反射率可从下式中求出

　　R(%) = Tm·Cs/(Ts·Cm)×100%

　　式中R为反射率;Tm为试剂块对测定光的反射强度;Ts为试剂块对参考光的反射强度;Cm为标准块对测定光的反射强度;Cs为标准块对参考光的反射强度。

　　仪器采用双波长单色光测试试剂块的颜色变化。所谓双波长光,一种光为测定光,是被测试剂块的敏感特征光;另一种光为参考光,是被测试剂块不敏感的光,用于消除背景光和其他杂散光的影响。各种试剂块都有相应的测定光波长,其中白细胞、尿胆原、尿胆红质、尿酮体及尿亚硝酸盐的测定光波长为550 nm,尿潜血、尿蛋白、尿比重、尿维生素C、尿葡萄糖、尿pH的测定光波长为620 nm,各试剂块所选用的参考光波长均为720 nm。各种单色光的波长是在长期的实验、生产的基础上总结确定的。

　　CCD图像传感器被反射的双波长单色光(即测定光和一束参考光)分别照射,各波长的比例由检测项目决定,测定每种试剂块反射光的光量值与空白块的反射光量值进行比较,通过计算机求出反射率,然后与数据库中的标准样本数据比较,便可换算成浓度值。