血细胞计数分析仪的信号处理

　　0　引　言

　　由于医疗研究及临床检验的需要,目前已经提出了多种对血细胞进行自动分析计数的技术及方法[1][2][3][4],如电阻法、光散射法、射频技术以及细胞化学技术等,其中电阻法原理简单、测量精度高,能有效地取代传统的采用显微镜观察计数的验血方法,实现血液检测的自动化,因而这一技术得到了广泛的研究和开发。特别是随着微电子技术、激光技术、新材料技术以及计算机技术等相关技术的发展,血细胞计数分析仪在性能、功能和自动化程度等方面都得到了不断提高和完善,使得该仪器更加适合医疗临床检验的需要。本文主要介绍我们研制开发的基于电阻法原理的血细胞计数分析的信号处理方法及系统。

　　1　测量原理

　　如图1所示,将等渗电解质溶液稀释的细胞悬液倒入一个不导电的容器中,再将镶有宝石小孔的管子插入到细胞悬液中,在小孔管内侧充满稀释液,并在其内外各置一个电极。当细胞通过小孔时,由于血细胞具有非传导性的性质,因此,将引起内、外电极间的电阻增加,产生一个脉冲。若在两电极间加上一个恒流源,则这个电阻的变化就转换成了电压的变化。脉冲变化的次数代表血细胞通过小孔的个数,其脉冲的高度表征细胞体积的大小。

　　2　硬件结构

　　图2是基于电阻法原理构成的血细胞计数分析仪的信号处理框图。系统由以下几大部分组成:(1)电阻法测量单元;(2)光电比色法测量单元;(3)控制和驱动单元;(4)接口电路;(5)微型计算机等。在设计时要解决仪器的测量速度和测量精度的矛盾,避免繁杂的计算分析,因此,我们在设计硬件和软件时要兼顾考虑。

　　3　信号的提取及预处理

　　细胞通过小孔时,其内外电极间的电阻变化是非常微弱的,特别是血小板,其体积比红细胞和白细胞都小得多,很小的噪声都可能造成信号无法提取。为了能对白细胞进行分类,并准确地测量出红细胞、白细胞、血小板的参数值,这里不能象低档的血细胞计数分析仪那样简单地将信号直接进行放大后送A/D转换,要解决如何提取微弱的信号,并对该信号作预处理,然后再送A/D转换。

　　图3是信号提取及预处理原理框图,由于细胞通过小孔时将引起电极间的电阻发生变化,该电阻变化要转化成电压变化才能放大,因此,要求恒流源的大小要适中,一方面,在测量小细胞时要保证有一定的电压幅值,即电流应大一点,至少要比噪声电平高才能检测出来;另一方面,若电流太大,当较大的细胞通过小孔时,又不能使产生的电压脉冲幅值太高,造成放大器增益饱和,因此,根据各种血细胞的大小有较大差异的特点,为了提高测量精度和可靠性,在电路中设计的恒流源的输出电流和放大器的增益是可调的,恒流源具体电路见图4所示,程控放大器采用PGA103集成芯片,二者都是由计算机程序控制。而且由于恒流源是直接加在小孔两端电极上的,其精度和噪声直接影响测量结果,为此,我们设计了一个高精度低噪声的恒流源,电路经过多级滤波、稳压后再进行恒流。