一种凝血过程参数检测系统的制作方法

所属技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种凝血过程参数检测系统。

背景技术：

血凝分析仪已成为临床医疗检测中的一种常用设备，其血凝过程是指可溶于水的纤维蛋白原转化为不能溶解于水的固态纤维蛋白的生化过程，简单地说，该过程是一系列凝血因子连锁性酶反应的结果。整个血凝过程中包含着大量有关被检者的病理信息，许多疾病的发生均与体内出血指标和血栓指标有着密切关系，因此，对凝血过程的检测、对测量结果进行准确有效的数据分析具有重大医学价值。由于其开发周期长、科技含量高、市场准入规则复杂，目前该类产品的研制与销售仍被国外大型医疗器械企业所垄断。

目前可开展的血栓/止血成份检测方法主要有凝固法、底物显色法、免疫法、乳胶凝集法等。在表中可注意到，在血栓/止血检验中最常用的凝血酶原时间（pt）、活化部分凝血活酶时间（aptt）、纤维蛋白原（fib）、凝血酶时间（tt）、内源凝血因子、外源凝血因子、高分子量肝素、低分子量肝素、蛋白c、蛋白s等均可用凝固法测量。所以目前半自动血凝仪基本上都是以凝固法测量为主，而在全自动血凝仪中也一定有凝固法测量。凝固法中又可分为光学法和磁珠法两类。由于光学法几乎可涵盖各种检测方法，为了降低仪器制造成本，全自动血凝仪以光学法居多。但也有少数高级全自动血凝仪中凝固法测量采用无样品干扰的双磁路磁珠法，而其它测量采用光学法，并可同时进行检测。

技术实现要素：

本发明的目的是为实现对血凝仪凝血过程所用时间及其吸光率的快速检测，，设计了一种凝血过程参数检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

凝血过程参数检测系统由上位机系统、通讯转换接口装置及下位机系统三大部分组成。

所述的上位机系统作为下位机系统的管理者，通过预先制定好的通讯协议控制下位机的动作，比如光强采集、电机运动、温度控制、数据传输等。

所述的通讯转换接口装置可将上位机的网口通讯协议转换成下位机系统可读的can口通讯协议。

所述的上位机还会将接收到的数据以文本格式进行存储，方便后续对数据的处理，并依据检测到的参数绘制成曲线，进行可视化显示。

所述的下位机选用mc9s12xs128单片机作为控制中心协调各组成部分的有序工作。

所述的下位机部分主要包括抓手控制机构、温度控制机构、样本臂运动控制机构、试剂臂运动控制机构及两个光学检测单元。

所述的光学检测单元包括两个光学检测单元，分别为散射光的检测部分和透射光的检测部分。

所述的系统最终以采集到的两种光强度为基础，加以数据处理算法，计算出被测血样的凝结时间和吸光率。

所述的硬件电路主要包括单片机核心板、光学检测单元、光电转换及电机驱动电路。

所述的散射光检测装置又由反应杯托盘和金属支架两大块构成。

所述的检测电路采用型号为s2386-44k，具有高灵敏度、低暗电流等特点的硅光电二极管作为光电传感器。

所述的电路选取的低偏置电流运放的型号为mcp602。

所述的血凝仪所使用的电机为两相单极步进电机，该款电机使用型号为sla7078mr的驱动芯片即可直接驱动。

本发明的有益效果是：

凝血过程参数检测系统具有开发成本低、采集精度高、稳定性好等优点，依据本方案测得的结果符合实际规律，满足技术指标的要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是系统组成框架。

图2是mc9s12xs128最小系统。

图3是光电转换电路。

图4是电机驱动电路。

图5是下位机软件流程。

图6是上位机软件总体结构。

具体实施方式

如图1所示，凝血过程参数检测系统由上位机系统、通讯转换接口装置及下位机系统三大部分组成。上位机系统作为下位机系统的管理者，通过预先制定好的通讯协议控制下位机的动作，比如光强采集、电机运动、温度控制、数据传输等。通讯转换接口装置可将上位机的网口通讯协议转换成下位机系统可读的can口通讯协议。此外，上位机还会将接收到的数据以文本格式进行存储，方便后续对数据的处理，并依据检测到的参数绘制成曲线，进行可视化显示。mc9s12xs128单片机作为控制中心协调各组成部分的有序工作。下位机部分主要包括抓手控制机构、温度控制机构、样本臂运动控制机构、试剂臂运动控制机构及两个光学检测单元。光学检测单元为两个光学检测单元，分别为散射光的检测部分和透射光的检测部分。最终以采集到的两种光强度为基础，加以数据处理算法，计算出被测血样的凝结时间和吸光率。

如图2所示，血凝仪的硬件电路主要包括单片机核心板、光学检测单元、光电转换及电机驱动电路。单片机核心板里装载有各部分的控制程序及通讯协议，通过can接口收发数据；光学检测单元里有光电转换电路，该部分电路可以将光信号转变成电信号加以利用。电机驱动电路可以直接控制抓手、样本臂和试剂臂的动作，将待测样本放置于光学检测单元的合适位置。本系统采用freescale公司的mc9s12xs128单片机作为控制核心。该款单片机总线速度高达40mhz，具备128kb的程序flash和8kb的数据flash存储空间具有速度快、功能强、成本低、能耗低等明显优势。此外其特有的8通道的pwm输出口，易于实现电机控制，及速度达3μs转换时间的12位精度adc模块。mc9s12xs128单片机内部包含可升级控制器局域网络（mscan），全面支持can2.0协议。由于芯片仅带协议层控制器，因此使用时需要通过一个收发器提供物理层驱动，这里选取型号为pca82c250的can总线收发器。该芯片的canh和canl引脚外接一个5ω的电流进行限流，从而保护芯片，使其免受过流冲击。

光学检测单元包括散射光检测和透射光检测两部分。其中散射光检测装置又由反应杯托盘和金属支架两大块构成，用黑色塑料制成的托盘具有极好的遮光性，可在测试过程中有效地防止外部干扰光源进入检测装置；用不锈钢材料制成的金属支架具有较好的导热性，可在支撑托盘的同时起到热传导的作用。以此同时，安装在支架与托盘接触的底部的加热和测温装置，可帮助实现样本的孵育。托盘上有若干检测孔，离检测孔底端4mm处开有直径为3mm的通孔，通孔处装有光电传感器。进行血凝过程检测时，应将点光源固定放置在托盘的两侧，形成对射状态，光电传感器与点光源轴线垂直安装即可。透射光检测部分构造与散射光检测部分类似，此处不再赘述。

如图3所示，散射光和透射光的检测电路大致相同。本系统采用型号为s2386-44k，具有高灵敏度、低暗电流等特点的硅光电二极管作为光电传感器。该传感器输出信号为电流量，其输出的反向电流与入射光强呈线性关系。光电转换电路的第一级须将其输入的电流信号转变成电压信号，第二级不但需要将转变得到的微弱的电压信号进行放大，还需要对放大后的信号进行滤波处理。本系统在两级转换电路之后，又加入了一级电压跟随电路，以提高输入阻抗、降低输出阻抗。电路选取的低偏置电流运放的型号为mcp602。第一级电路中，使用一个2兆欧的电阻实现电流－电压转换；两级之间加入了一个低通滤波电路，滤除高频噪声的干扰；第二级为同向比例放大电路，通过选取合适的电阻值可以保证光电转换电路的输出量处于单片机的最佳ad采集范围内；第三级选取型号为ad8542的轨对轨运放，实现电压缓冲。

如图4所示，血凝仪所使用的电机为两相单极步进电机，该款电机使用型号为sla7078mr的驱动芯片即可直接驱动。此外，可通过型号为adg608的电子开关芯片实现电机驱动芯片输出功率的调节，具体调节电路如下：将电子开关的输出端接到驱动芯片的ref／sleep1端，通过单片机控制电子开关输出参考电压，进而控制电机的能耗和发热量。通过控制电机驱动芯片m1、m2和m3这3个控制端可以设定细分模式，同时配合clock端输入脉冲即可控制电机的转速；f/r端则用来控制电机的正反转。

如图5所示，下位机软件是指血凝仪中单片机核心板的软件，该部分软件主要实现光源工作状态控制和故障检测、电机运动系统控制以及血凝过程参数的采集和发送。血凝过程参数的采集包括采集散射光信号和透射光信号两部分。本系统设定的采样频率ｆs在50～100hz之间。检测过程中，单片机会不断采集数据，采用均值滤波算法处理后将这些数据存储到缓冲区。数据的传输在定时器中断服务子程序中进行，并通过定时器的配置，使得缓冲区中的数据以50hz的频率通过can通讯方式发至上位机。

如图6所示，上位机的开发基于visualstudio.net平台，采用c＃语言编写，它是设备与用户的连接的桥梁。针对上位机软件包含功能较多、结构较复杂的特点，可将每一个大功能模块细分为多个子模块，即基于模块化开发。

本系统将上下位机通讯协议的长度设置为单个can总线数据包的长度，且每一个协议命令均为8字节指令.上位机发送自检指令后，会等待下位机进行反馈。若下位机系统无故障，则下位机会往上位机发送自检正常指令，否则会发送自检错误指令至上位机。下位机采集数据所使用的ad转换器精度为12位，因此传输数据时需要分两个字节完成。为了防止错误解析协议命令，将传输数据协议前6字节固定为0ｘaa，命令的最后两个字节为所要发送的ad模块采集到的值。