基于离心分层技术的便携式血液检测系统

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目前，血细胞检测主要以湿法(试剂)检测为基础，这类仪器准确度高，-次性处理样品量大，但样品需前处理，液路、光路复杂，致使仪器体积大，环境适应性不佳，现场应用难度较大。随着现踌速检测需求 的不断增加，干式血细胞分析技术逐渐兴起，其仪器体积小，操作方便，无需液体试剂配合。干式血细胞分析技术以血液棕黄色层(quantitative bufy coat，QBC)定量分析技术为代表，是在 1983年Wardlaw等人首次描述，其定量分析的依据是按血液 中各种细胞成分和血浆所 占体积 比收稿 日期：2012-12 Received Date：2012-12基金项 目：国家十二五重大专项(AWS11Z005.4)、国家科技重大专项(2O12zxlo0o4801)资助项目第 9期 崔秀美 等 ：基于离心分层技术的便携式血液检测系统 2125例，再换算成各种细胞的数量 。依据此原理，自行研制了干式半 自动二分类血液分析仪及其配套离心机。

目前仅有美国 QBC Diagnotics公司生产离心式血液分析仪，在售的有2代产品：Autoread plus和 Star。Auto-read plus为离心、检测分离，完成-个样本检测需 2 min(不包括离心5 min)。Star是集离心、检测于-体的全 自动仪器，该方法单样本检测时间为 6 min，但-次只能检测-个样本，这种串行检测方式不适合多样本情况下的快速检测。以上 2种仪器因检测方式上在电机带动下移动光电转换器件进行扫面检测，所以机械结构较复杂，且成本高。自制 的仪器检测时间为 1 min(不包括离心5 min)，在多样本的情况下大大节省了时间(以2O个样本为例，Autoread plus、Star和本仪器所需时 问分别为45 min、120 min和25 min)。采用彩色线阵 CCD-次成像，结构简单，在易用性、环境适应性上具有较为突出的优势，尤其适合现踌速检测应用。

2 检测系统设计与实验2.1 检测原理采用离心、检测分离的方法，在特制离心机上-次最多可同步离心20份样本～待测血样通过毛细吸附作用直接吸人特制的离心毛细管(其内径 1.677 Bin，K74 mm)内，在离心时各组份以不同的速度下沉，最终停留在与各自组分相同的密度中，形成-条狭窄的平衡带，并保持相对稳定。毛细管经离心后，血细胞自上而下可分层为血浆、血绣、淋巴和单核细胞、粒细胞、红细胞 ，如图 1所示。由于血液棕黄色层数量很少，所以毛细管内置-塑料浮子，内径为毛细管的90%，比重大于血浆的比重，而小于红细胞的比重，并在毛细管内壁事先涂有吖啶橙荧光染色剂和 EDTA-K2抗凝剂。由于浮子的填充作用，血绣和白细胞层的长度扩展约10倍；在染色剂的作用下，粒细胞(a层)呈橙色，淋巴和单核细胞(b层)呈绿色，血绣(c层)呈淡黄色，红细胞不着色。

通过浮子扩展和荧光染色的双重作用，光电检测器可检测出各细胞层的长度，经算法公式转换为血细胞的数量。

红细胞 I 血浆浮子 塑1料管套淋巴和单核细胞层b图 1 离心后特制毛细管内血细胞的分层效果Fig.1 The stratifcation efect of the blood cels inside thespecialy made capilary after centnfugation路和成像光路2部分。照明光源分别采用635 nm的线光斑半导体激光器和466 nm的线光斑半导体激光器，红光激光器置于被测管正后方，用于透射光的成像测量，在各层的交界面处对透射光有较强的不规则折射作用，因此在各层界面处透射光强急剧下降；红细胞对635 nm的红光吸收较弱，未扩展层红细胞的635 am的透射率小于5%，而扩展层红细胞的透射率约50%，血浆层吸收率很低，透射率大于90%，因此选用635 nm照明可形成很好的梯度信号。此外，在红光激光照明光路中设置狭缝光阑，减小杂光干扰。466 nm的蓝光源用于激发荧光的照明。为区分a，b、e层(棕黄色层)信号，采用吖啶橙染色剂进行染色，与染色剂结合后，在466 am激光作用下，a层和c层可发出中心波长600 nm左右的橙红色荧光，而中间层的b层细胞发出中心波长550 nm左右的黄绿光 。激光光源为单色光源，因此选用激光光源无须再采用窄带滤光片，简化了系统结构。由于荧光发光的转换率较低，在466 nm的照明光路中加入了柱面镜，对毛细管形成线光斑照明，以提高光源光能利用率和荧光强度。

LD.466 lam图2 光路检测系统框图Fig.2 Block diagram of the optical path detection system2.2 系统硬件结构组成该系统整体硬件结构组成如图3所示，其中主要包括光学检测部件(双光源、成像透镜、CCD)、光源驱动电路、CCD驱动电路、DSP主控制板、电机控制电路等。

图3 系统整体硬件结构示意图Fig.3 The structural schematic diagram of thesystem hardware 该系统控制核心为美国TI(Texas Instrument)公司生图2为毛细管检测的光学系统结构图，主要包括照明光 产的TM320VC5509A数字信号处理器芯片，其通过控制第 9期 崔秀美 等：基于离心分层技术的便携式血液检测系统 2127空间分辨率 线对/毫米图 6 透镜仿真结果Fig.6 The simulation results of the lens3.3 系统稳定性测试实验对-个应用系统而言，稳定性是保证检测结果可靠的基本性能之-。采用同-份血标本分别装人 2个毛细管内，同步离心5 rain，分别检测来检验该系统的稳定性。

可以看出，本系统几个项目的相对偏差均小于1.7%，满足血细胞现踌测的要求。

表 1 系统稳定性测试结果Table 1 Test results of the system stability3.4 系统相关性测试实验本系统在天津市平津医院检验科进行了对比性测试实验。测试样本为检验科采集的体检患者的全血样本，测试时间为5 d，每天 8份 。检验科检测仪器为 目前应用较为广泛的日本 Sysmex XT-1800i全自动五分类血液分析仪，检测方法为核酸荧光染色技术配合激光流式分析系统。二者的对比检测结果以HCT、HGB、LM、GRANS、PLT和 WBC为例如图7所示。由图7可以看出，本系统与Sys-mex XT-1800i相比，二者灵敏度相近，线性相关系数分别为0.991、0.972、0.952、0.986、0.979和 0.985。

H TO 9 8 7 6 5 4 3 2 ， 繇 陶 扑2128 仪 器 仪 表 学 报 第 3 4卷0 5 10 15 2O 25 3O 35 40次图7 本系统与 Sysn3ex XT-1800i对比检测结果Fig.7 The comparison test results of the proposed systemand Sysmex XT-1800i4 结 论当前血细胞分析方法主要有干式和湿式。湿式分析技术成熟，检测精度和准确率高。但湿式检测方法对待测液流路均匀性、光路精细程度要求较高，抗电磁干扰性和抗震性较差，检测环境要求较高，仪器设备结构复杂，体积庞大，仅适于实验室分析。本干式血细胞分析技术采用特定波长光源对离心后的血样进行照射，分析采集图像。其核心在于光路及后续图像处理，因此对环境电磁特性要求较低，仪器设备体积相对较小 25 em×20 cln x10 cm，使用方便，测试时间短，多样本检测优势更明显 。在基层卫生医疗场所、现踌速检测和急诊等方向应用前景广阔。

本文对该干式血细胞分析仪的硬件结构、软件结构和设计仿真进行了描述，分析了系统的重复性以及与湿式血液分析仪相关性进行比较♂果表明，该系统稳定性和准确性较好，达到了设计要求▲-步研究将主要侧重于实际测量环境中硬件的调试，添加容错机制 ，提高本设计仪器的普适性、稳定性及准确性。

致 谢感谢天津市平津医院检验科在对比性测试实验中提供的全血血样和对比仪器。