基金项目：厦门市科技计划项目(3502Z20061056)。
作者简介：赵晶(1974-)，女，工程硕士，讲师，从事控制理论与技术研究。■通讯作者:ztulip work @163 。
胶体金试剂快速测试仪的研制和应用
＊
赵晶
1■
，姜海燕2，杜民
3
(1.厦门理工学院电子与电气工程系，厦门361005;2.福州大学电气工程与自动化学院，福州350002;3.福州大学生物医学仪器研究所，福州350002)
摘要：在绒毛膜促性腺激素金标试条定量测试技术基础上，以先进的精简指令集运算微处理器LPC2210
为设计平台，借助现代信息处理技术，抑制生化噪声和光电噪声，通过智能IC 卡消除试条批间差异，研品系列
胶体金试剂快速测试仪，解决目前试条接近临界点判读困难和无法存档的缺点。经测试，该仪器具有金标试条快捷方便的优点，能有效检测、准确判断临界点，数据符合率高，具有一定的临床辅助诊断价值。
关键词:LPC 2210；现代信息处理技术;IC 卡；；胶体金；快速测试仪
雷普利小中图分类号:TH77;R318 文献标识码:A 文章编号:1672-6278(2007)04-0368-04
Advanced Control Technologies Applied in a Rapid
Test instrument on the Colloidal -gold Reagent of Drug
ZHAO Jing 1
,JIANG Hai -yan 2
,DU Min
3
(1.Electronic Engineering Depa rtment ,Xiamen Univer sity of Technology ,Xiamen 361005,China ;2.Electr ical Engineering and A utomatio n College ,Fu zhou University ,Fuzhou 350002,China ;
3.Bio medical Instrument Institute of Fu zhou University ,Fuzhou 350002)
A bstract :A rapid test instrument on the colloidal -gold reagent of drug was developed based on the quantitative test on HCG colloidal -gold strips .With a design platform of an ARM microprocessor LPC 2210,the modern information disposal technology was used to restrain the biochemical and photoelectric noise and the IC cards were also used to eliminate the difference among the strips .It was eas y to judge and to read the value of the critical point of the drug strips .Archiving was achieved as well .The practical applications show that this instrument can distinguis h the critical point effectively and exactly with the merits of the colloidal -gold reagent and the testing data has the higher consistency for the practical ones .
Key words :LPC 2210;Modern information disposal technology ;IC card ;Drug ;Colloidal -gold ;Rapid test instrument
1 引 言
金标快速检测试剂是一种简便、快速、价格低廉的检测方法。由于胶体金的颜可用肉眼辨别，无需二级放大即可直接观察结果，非常便于操作。目前，国内外检测的主要方法为普技术，该方法
所需仪器复杂、历时长、费用高，同时需要专业技术
训练，普及相当困难。虽然金标快速检测法已经在国内许多临床单位推广应用，但大量推广使用，需要有相应的仪器处理、保存实验结果，并以数据的形式给出实验报告。
目前在仪器和试剂，尤其是胶体金试剂快速检测的研发方面，国内基本处于空白，在灵敏度及特异性方面还存在不足。此外，由于被检测对象受
生物医学工程研究
Journal of Biomedical Engineering Research
多种干扰因素的影响，而且Cut Off 点与l 2、1 3Cut Off 点区别小，这些均给检测技术造成很大的难度。所以，到目前为止对胶体金试剂的检测基本处于目测水平，通过目测胶体金试剂的显效果，粗略判断被检测者是否。
2 嵌入式测试仪硬件系统
嵌入式胶体金试剂快速测试仪的硬件设计
见图1，主要包括以下几部分:AR M 微处理器LPC 2210芯片为核心器件，外围由免疫层析金标试条、光电检测系统(包括光纤传感器、光电探测器与光源)、机械扫描控制电路、智能IC 卡、分时器装置、LCD 显示器、RS232串行接口和键盘等组成。为了保存测试结果，配有微型打印机
。
图1 硬件系统
Fig 1 Stru cture of the whole hardware system
2.1 LPC 2210微处理器
LPC 2210是飞利浦公司基于支持实时仿真和嵌入跟踪的32 16位ARM7TDMI -S 内核的微控制器。具有极低的功耗、16KB 片内SR AM 、多个32位定时
器、8路10位ADC 、PW M 输出以及多达9个外部中断，特别适用于工业控制、医疗系统等
[1]
。
测试仪以LPC 2210为核心器件，负责对光电探结婚十周年纪念日
测器输出信号的采集、A D 转换、基于小波变换的信号去噪、特征量的提取、以及模糊聚类剔除粗大误差，并实现对扫描驱动电路的控制。
2.2 二级传感系统
测试仪采用二级传感，其中一级传感器采用系列胶体金试剂，将生物变化量转换成谱变化量。根据朗伯-比尔定律和互补光原理，设计以光纤传感器为核心的光电检测电路，作为二级传感器检测系统，提高光电检测系统的灵敏度和准确度。光纤传感器将系列胶体金试剂输出的谱变化转换为光谱峰变化，光探测器将光谱峰信号向电信号转换。通过两级传感器完成生物量向电量的转换。
光源由多谐振荡器产生的脉冲供电，通过调节脉冲频率和占空比，使光源既能输出一个稳定的光
功率，又减少通电时间。采用闭环控制补偿光电检测系统衰减，结合自适应粒子算法，设计光电检测系统的优化方案，以最大输出光功率为目标，并保证在一定的负载电阻时，光电探测器灵敏度和入射光
信号尽可能达到最大范围[2]
。2.3 分时器装置和数据传送、打印
什么食物养胃实际测试时，通过分时器装置缩短检测时间，避免将大量时间消耗在等待试条反应方面，明显提高了免疫层析金标试条的测试效率。
临床监护中，为实现与中央控制机的数据交换，采用RS232实现串口数据传输，将待测样本浓度值送至上位机。同时配有微型打印机，保存测试结果，完成数据的采集、打印、存档，减少人为纠纷。
IPHONE14贬值幅度是IPHONE13两倍3 测试仪软件系统
系统软件采用ADS1.2集成开发环境编写和调试，采用C 语言编写源程序，使用ADS1.2中的CodeWarriorIDE 编译生成二进制代码，通过AXD 调试器和JTAG 调试，将程序固化到系统的FLASH 上。系列胶体金试剂快速测试仪的控制程序流程见图2。
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第4期 赵晶，等.胶体金试剂快速测试仪的研制和应用
图2 测试仪控制程序流程图
Fig2 Control program of the tes t ins trument
4 噪声抑制和消除
每根试剂样本液流动速率不均匀，表明反应时间不等，将产生生化噪声。其表现为背景泛红，引起试剂光谱信号的基线漂移，或二次释放，引起重叠峰。此外，由于塑底、硝酸纤维素膜以及粘贴它们的不干胶厚薄不均匀，造成背景区各点吸光度不一致；水的渗透未达到动态平衡前，各段水的渗透量不同；由胶体金颗粒的大小引起光散射不均匀；光电器件特有的暗电流噪声及光子噪声等都将以光噪声的形式叠加在有用的光谱信号上。这些都会严重影响测试结果的准确性[3]。
对信号进行去噪处理常用的滤波方法有线性滤波、中值滤波、加权递推平均滤波等。这些方法主要采用频率域滤波和简单的平滑对信号曲线作低通滤波。平滑滤波容易导致试条信号识别能力下降；而以傅立叶(Fourier)变换为基础的频率域滤波是一种经典的滤波方法，可以滤除高频干扰部分，但不能对试条信号作局部分析，不具有“时间-频率局部化”分析。另外，在窗口傅立叶分析中，其时间-频率窗属于固定窗，不具有弹性窗和“变焦”处理能力。
为了更好地对信号进行去噪处理，提高信噪比，测试仪采用小波变换模极大值和模糊聚类识别法，分别针对试剂检测中出现的光噪声和生化噪声，克服传统滤波法只能对信号的频率域进行处理的缺陷，有效去除各种干扰信号，与经典频率域滤波方法相比更具灵活性[4]。
支付宝怎么开通商家收款其中的模糊聚类法识别试条生化噪声，是依据试条光谱峰的形态特征、亲疏程度和相似性，以某种准则进行信息融合，从而获得标准特征模式。待测样本将与标准模式比较，求得贴近度，决定将待测样本划入哪个标准类，从而达到消除生化噪声的目的。
利用小波变换模极大值法，观测不同尺度间模极大值变化的规律，去除幅度随尺度的增加而减小的模极大值点，即噪声的奇异位置；保留幅度随尺度增加而增大的点，即有用信号的奇异位置，然后，再由保留的模极大值点，用交替投影法进行重建，达到去除光噪声的目的。
5 刻度曲线的拟合和智能IC卡的使用
现有免疫检测装置，如放射免疫分析仪、酶标免疫分析仪、荧光免疫分析仪、化学发光免疫分析仪等，大多采用自标定技术或将刻度曲线事先存储在仪器内部的存储器中，检测时由医生自行定标或选择刻度并操作。此类仪器使用较复杂，对操作者要求较高，仅限用于中、大型医院。同时胶体金试剂存在较大的批间差异，采用通用仪器，将刻度曲线预先存储在仪器内部的存储器中，会造成很大的测试误差[5]。
曲线拟合的实质是一种非线性优化算法，拟合
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生物医学工程研究 第26卷
的好坏与实测数据的准确性以及所选择的拟合方法有关。测试仪采用小波神经网络法进行曲线拟合，该方法基于小波分析理论构造一种新型神经网络模型，也可看作是以小波函数为基底的一种函数连接型网络，是径向基函数网络的推广。具有逼近、容错能力强，收敛速度快，网络参数(隐层结点数和权重)的合理选取等优点，可有效避免局部最小值，实现过
程简单[6]
。
将拟合好的曲线固化在不同的外置式智能IC 卡上，每张IC 卡内存放每一批试条的反应时间、刻度曲线等，通过软件自动修正由试条引起的批内和批间差异，以解决不同批号试条的显反应时间、刻度曲线、质控参数均不同的问题，消除试剂的批间差异，从根本上提高了测试的准确性。在一些不具备PC 机的工作环境，可以将IC 卡作为临时存储器，批量的检测结果可预先存入IC 卡，需要分析结果时，将IC 卡的数据传送至上位机，进行综合分析。
6 测试
采用胶体金免疫层析技术的检测试剂，测试原理见图3。对照线(C 线)所显现的紫红条带
是判定是否有足够尿样，层析过程是否正常的标准，同时也作为试剂的内控标准
。
图3 金标试条测试示意图
Fig 3 T he test sketch of colloidal -gold s trips on drug
将仪器试用于三类质控品的测试，其临界浓度分别是，:300ng ml ；:1000ng ml ；安非
他命:1000ng ml 。判断质控品阴阳性，测试浓度分别为150ng ml 、300ng ml 、450ng ml 、900ng ml 。更换IC 卡，判断质控品阴阳性，测试浓度分别为500ng ml 、1000ng ml 、1500ng ml 和3000ng ml 。再次更换I C 卡，判断质控品阴阳性，测试浓度分别为500ng ml 、1000ng ml 、1500ng ml 和3000ng ml 。
每种质控品加样3～5min 后，按动测试按钮启动仪器,1min 内显示并打印测试结果，见表1。仪器所反映出的测试结果与临床诊断相符。
表1 质控品试剂测试结果
T able 1 T es t results of the sample reagents (500s hares )
试剂测试结果(500份)
质控品浓度(ng ml )150
300
450900测试结果阴性弱阳性阳性阳性阳性数据符合率(%)
100
85.314.2
100
100
试剂测试结果(500份)
质控品浓度(ng ml )500
1000
15003000测试结果阴性弱阳性阳性阳性阳性数据符合率(%)
100
89.110.3
100
100
试剂测试结果(500份)
质控品浓度(ng ml )500
1000
15003000测试结果阴性弱阳性阳性阳性阳性数据符合率(%)
100
83.316.1
100
100
测试结果显示，系列胶体金试剂快速测试仪操作简单，具有金标试条快捷方便的优点。更换IC 卡，能有效检测不同质控品的阴阳性，准确判断临界点，数据符合率高。
7 结论
系列胶体金试剂快速测试仪，以嵌入式微处理器为核心，构建二级传感系统，采用先进控制算法有效识别生化噪声、去除光电噪声，利用小波神经网络建立数学模型，拟合优化刻度曲线，借助智能IC 卡从根本上消除批间差异，完成对临界点样本的判读、数据的采集、存档。用于检测，简便、快捷、可靠，具有一定临床辅助诊断价值和实用前景。男孩取名字大全
参考文献:
[1]周立功编著.AR M 嵌入式系统基础教程[M ].北京：北京航空航天
大学出版社,2005.
[2]杜民，杨富文，费鸿俊.光电传感器在金免疫层析试条定量测试中
的应用[J ].上海生物医学工程,2006,27(2):81-83,95.[3]陈延平，杜民.基于光电技术的金免疫层析试条定量测试的研究
[J ].仪器仪表学报,2002,23(21):331-332.
[4]杜民著.金免疫层析试条定量测试原理及应用[M ].北京：科学出
版社,2007.8.
[5]杜民.基于光电检测与信息处理技术的纳米金免疫层析试条定量
测试的研究[D ].福州：福州大学,2005.
[6]胡守仁.神经网络导论[M ].长沙：国防科技大学出版社,1995.
(收稿日期:2007-08-04)
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第4期 赵晶，等.胶体金试剂快速测试仪的研制和应用
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