基于离心分层和细胞染色技术干式全血分析系统的构建与优化

发布时间：2017-06-17 04:07

  本文关键词：基于离心分层和细胞染色技术干式全血分析系统的构建与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目的：全血现场快速分析对于平战时、抗震救灾及其它多种复杂环境下伤员院前伤情判断、急救和处置等后续医疗方案决策制定都具有重要现实意义。针对现有全血分析仪器在检测速度、携行性、环境适应性、保障便利性等诸多方面的不足，研究并构建新型干式全血检测分析系统。基于血液各组分密度梯度离心技术和染色剂与血细胞特异性结合技术，建立血液离心分层模型及图像信号提取处理算法模型；结合传感器技术、光学设计、智能信号提取和处理技术设计、试制分析装置；并对其重复性、线性进行全面评价，为进一步临床应用奠定基础。 方法和内容：通过全面分析所研制系统功能与应用定位，综合采用关键参数仿真，核心器件及反馈机制匹配开发，单因素多水平/多因素正交实验验证和逐层误差分析等方法对分析系统中各个子模块进行工程化设计实现及优化： I信号采集模块的设计与优化：首先对所采用光源进行成像仿真，根据各成分层光强幅值分布与光源波长关系曲线确定最优效果中心波长；然后，为提高系统抗震性能和环境适应性，提出一次性静态缩放成像设计，基于毛细管与所选线阵CCD长度确定缩放比及分辨率要求，仿真并设计成像镜头；最后设计实验探索激发光源位置与荧光收集效率关系，确定最佳信噪比安装位置条件。 II系统机械结构及匹配机制的设计与优化：根据大量实验结果针对进排样子模块、旋转测量子模块和附加反馈子模块进行进一步优化设计：摒弃双电机配合方案，添加圆形光栅进行精确角度反馈控制，调整子模块间衔接结构。同时对后期安装调试误差进行了详尽分析，仿真、估算出了常见情况下的误差尺度以及对最终测量结果的影响。 III信号处理系统的设计与实现：根据所采集图像待提取特征的不同，进行分类特征提取，构建了进行线阵CCD图像边缘检测的两大模型：边缘检测模型和曲线质心计算模型。针对采集透射光信号首先依据特征进行滤波处理，根据透射信号是否为样本管固有特征进行分类处理。针对荧光信号，基于其特征进行干扰作用区域分类，然后根据类属进行特征自适应提取，最后根据不同颜色分量信号分析结果进行比对校正，并基于概率统计和医学值范围予以筛选。 IV离心样本荧光信号变化规律实验及分析系统性能评价实验：首先设计单因素多水平实验，基于实验数据归纳出离心分层后荧光信号随放置时间变化规律；然后搭建测试分析平台并试制样机，进行系统重复性实验，包括单样本单管重复性实验和单样本多管重复性实验以及系统线性实验。最后对实验结果进行多因素综合考虑基础上的分析评价。 结果： I所设计系统光电检测模块的毛细管检测分辨率达到130cyc/mm，理想检测精度达7μm。系统单样本分析时间≤1分钟，抗震性能提升，二者均优于国外同类仪器。 II所设计系统样本分析结果与湿式分析结果相关系数均在0.95以上，准确性较好。系统单样本单管变异系数≤3%，略优于市售国外仪器，单样本多管变异系数≤7%，与市售国外仪器基本持平，所设计系统总体稳定性较好。 III所设计自适应处理算法充分挖掘一维信号潜在特征，并通过定位干扰作用位置进行自适应算法选择，其单样本层厚提取变异系数≤3%，证明此算法稳定性较好。同时，该算法中构建模型对于一维信号时域处理具有普适性。 IV试制样机一台，并进行大批量血液样本分析，系统各项参数均符合设计指标。 总结与展望： I光电检测模块进一步优化设计和集成：当前光电检测模块中光源、样本管、成像镜头和彩色线阵CCD互相分离，在实验平台搭建过程中，光路调试只能通过分立模块逐步固定来进行误差累积和校准，使得最后固定的分立模块在四个自由度上调整余量较大，整机光路调试时间成本较高。未来在保证加工精度和信噪比最优的前提下，，可将各分立模块集成制造，设计高精度微调控制结构，提升调试便捷性。 II算法设计需要进一步考虑提升容错机制，以及多平台移植通用性，提高其自适应分析性能。 III受试样本多样性和样本容量需要进一步拓展：从受试对象年龄、性别、体征、样本容量等方面进行多因素样本选择和测试，覆盖更广人群，进一步保证测试结果稳定、精确。
【关键词】：离心染色 信号提取 误差分析 算法设计 重复性 线性
【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP311.52;R318
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 第1章 前言16-23
• 1.1 课题来源16-17
• 1.2 目的和意义17-18
• 1.3 国内外同类研究工作的现状18-21
• 1.4 干式全血分析系统设计与优化的关键问题21-22
• 1.5 本文所做的工作和论文结构22-23
• 第2章 干式全血分析原理23-29
• 2.1 离心分层技术概述23-25
• 2.2 细胞染色技术概述25
• 2.3 干式全血分析系统基本测量原理25-27
• 2.4 测量关键参数计算公式推导27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 干式全血分析系统总体设计概述29-34
• 3.1 干式全血分析系统功能需求分析29-30
• 3.2 干式全血分析系统硬件总体规划设计30-32
• 3.3 干式全血分析系统软件总体规划设计32-33
• 3.4 干式全血分析系统实验规划设计33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 信号采集模块的设计与优化34-45
• 4.1 现有信号采集方案及存在问题34-35
• 4.2 信号采集方案概述35-36
• 4.3 双光源设计与优化36-39
• 4.3.1 透射光参数优化设计36-38
• 4.3.2 激发光参数优化设计38-39
• 4.4 信号采集模块参数优化设计39-42
• 4.4.1 信号采集模块参数需求分析39-40
• 4.4.2 信号采集模块光学仿真40-41
• 4.4.3 激发光源最佳安装位置探究41-42
• 4.5 信号采集效果评价42-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第5章 机械结构与匹配机制的设计与优化45-57
• 5.1 机械结构与匹配机制初步设计及存在问题45-46
• 5.2 机械结构与匹配机制的设计优化46-51
• 5.2.1 机械结构与匹配机制设计优化总述46-47
• 5.2.2 进排样子模块设计优化47-48
• 5.2.3 旋转测量子模块设计优化48-49
• 5.2.4 附加反馈子模块设计优化49-51
• 5.3 系统装调误差分析51-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第6章 信号辨识核心算法设计57-70
• 6.1 线阵 CCD 信号处理简介57-58
• 6.2 信号处理难点58
• 6.3 核心算法设计58-68
• 6.3.1 信号规律识别及预判机制建立59-61
• 6.3.2 边缘检测模型和质心计算模型61-64
• 6.3.3 信号处理优化规则64-67
• 6.3.4 信号处理步骤67-68
• 6.4 算法性能分析68
• 6.5 本章小结68-70
• 第7章 实验设计及数据分析70-76
• 7.1 重复性实验70-72
• 7.2 线性实验72-73
• 7.3 实验影响因素探讨73-75
• 7.4 本章小结75-76
• 第8章 总结与展望76-77
• 8.1 论文总结76
• 8.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 文献综述80-88
• 参考文献86-88
• 在学期间取得的成果及发表的代表性论著(全文)88-89
• 代表性成果88-89
• 作者简历89-90
• 致谢90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐晓秋;秦玉芳;黄R

本文编号：457306