基于DSP的半自动生化分析仪设计

　　0　引言

　　生化分析仪是用来对人体的血液、尿液等体液中各种生化成分进行定量检测和分析的仪器,如肝功能、肾功能、血脂、心功能、微量元素及其电解质,它同时还能测量激素及微量蛋白。人体体液的生化指标在临床疾病诊断和治疗上具有重要的参考价值,是临床的重要参考资料。生化分析仪有全自动和半自动两种类型,全自动型实现了化验流程全自动化,但其价格昂贵、维护复杂、使用成本高,当样品数量少时使用反而不方便;半自动型除加血样和试剂需要人工操作外,其他过程也实现了自动化,具有价格低廉和方便灵活的特点,特别适用于中小型医疗机构和要求多样化的急诊、门诊等特殊场合。

　　传统的半自动生化仪采用运算能力较弱的单片机或单板机做中央处理器,或采用与接口卡相结合的工控机处理方案,人机交互能力差、数据处理性能低、体积庞大、价格昂贵、组态软件比较复杂,无法大面积推广[1]。本文采用功能强大、高速数字信号处理器TMS320F2812作为CPU,工作频率达到150MHz,32位定点DSP负责前端温度、光度采集与运算、温度以及步进电机的控制等。该处理器与上位机通过RS-232串口通信,上位机只需完成系统项目参数编辑与设定、显示、打印等功能,模块程序简单,整机性能得到了大大的提高,且价格低廉、操作使用方便,易于在中小医院推广使用。

　　1　仪器测量原理

　　生化分析仪测量的基本原理是基于Lambert-Beer定律的吸光光度法或比色法,通过测定样品和试剂的吸光度及单位时间内吸光度的变化值来测定样品中某些物质的浓度酶反应的速率等,由此计算出各种临床生化指标。但是在实际临床检测中,有些项目的含量与吸光度成正比,有些则与吸光度成非线性关系[2]。

　　本文采用以下三种计算模式。

　　①含量与吸光度成正比(线性浓度法):

　　式中:Ab为空白样品采样值;As为待测样品采样值;F为比例系数。

　　由仪器测量标准品得到:

　　式中:CSTD为标准品的浓度值;ASTD为标准品的采样值。

　　②含量与吸光度的变化率成正比:

　　式中:ΔAs/min为待测样品的吸光度变化率,由采样一组吸光度线性回归求得;F为比例系数,由仪器测量标准样品得到以下式子。

　　③含量与吸光度成非线性关系:

　　式中:常数P1、P2由仪器按照标准的浓度值和吸光度值按照式(2)进行曲线拟合求得,其中通过标准测量得到吸光度值[3]。

　　2　系统硬件结构设计

　　半自动生化分析仪就是通过检测样品对某种单色光的吸收程度,以及反应过程中吸光度的变化来计算样品中待测成分的含量,其结构如图1所示。比色池光径是10mm,18μL容积的钦合金石英比色杯,试剂的加入和比色杯的清洗由步进电机控制蠕动泵完成。