1、1毕业设计开题报告电气工程与自动化血球仪堵孔检测与高压灼烧研究一、选题的背景与意义血球仪是应用现代电子技术实现血液中各种成分的测定与分析的医疗仪器，广泛应用于临床检测。日常医院所做的血常规分析，骨髓分析，网织红细胞计数，末梢血干细胞含量测定1等，都可以利用该仪器检测的。它相较于原来的人工检查分类法更加的高效，可靠，快捷。目前主流血球仪的实现方法主要有（1）电阻抗法2（库尔特原理），（2）容量、电导、光散射法（VCS法3），（3）阻抗与射频技术联合法（4）光散射与细胞化学技术4（5）多角度偏振光散射技术5等。其中电阻抗法因其结构简单，工作可靠，成本低等优点而被广泛采用，或者作为部分参数测定方法与
2、其他测定方式联合应用。液压、气压系统注射器及电磁阀状态及控制信号恒流源信号滤波及放大AD信号采集PC计算机内电极外电极宝石孔检验池电压时间脉冲负压V血液细胞流图1电阻抗法测量原理电阻抗法测量原理，如图1，激光成型的宝石孔两侧各有一个铂电极，因为稀释液具有导电性，当在两电极之间加一定的电压时，微孔之间有一定的电阻。而细胞具有非导电性，当有细胞进入小孔时，就会改变小孔间的电阻，从而在电路中产生一个脉冲信号，根据脉冲的个数以及脉冲幅度等特性就能测出血液中各类细胞的个数、大小等参数并进行分类统计。然而电阻抗法也有其自身的弊端，由于电阻抗法仪器的小孔管在白细胞检测上使用直径为100UM的宝石孔，在红细胞
3、和血小板检测上使用直径为6080UM的宝石孔。这样小的孔极易发生孔或者半堵孔故障。从而影响仪器的正常工作，也给仪器维护带来了困难。目前，2血球仪上配置的功能在宝石孔堵塞故障上还主要停留在预防上，故障的解决还没有比较有效的解决方案，因此亟需一种检测宝石孔堵塞并排除故障的方法。目前，大部分的血球仪不具备独立的堵孔检测功能部件，一般利用仪器自带的自动清洗功能进行清洗，以预防宝石孔堵塞。检测则只能通过血球仪在工作时，测量数据的情况来间接反应仪器是否有堵孔现象。该方法必须在仪器工作时才能检查故障，浪费了血液标本。且不能确定是否为宝石孔堵塞，往往还需要其他检测才能确定，因此用测量数据来判定堵孔故障的方法不
4、够准确，及时，也不够稳定。硬件的检测方法。监测堵孔电平法6，该方法通过监测宝石孔两侧铂电极间的电压差得到宝石孔是否发生堵孔或者半堵孔故障。堵孔检测故障排除的方法主要有以下几种。（1）利用血球仪的自动冲洗功能，（2）人工拆洗，（3）高压灼烧法。利用血球仪的自动冲洗功能排除堵孔故障是目前主要的手段。现在的许多血球仪都配有自动清洗功能，利用这一清洗功能，可以在发现宝石孔堵塞时手动或是按预先编好的检测控制程序自动执行清洗程序，来达到疏通宝石孔的目的。人工拆洗这一方法比较困难，大部分的血球仪宝石孔内置，不同型号的血球仪人工拆洗的方法也不同，要长时间使用之后才能掌握其清洗方法。一般的通用的方法有浓缩浸泡，
5、次氯酸钠溶液清洗等。严重堵孔时则更加难以以清洗，如MICROS607甚至需要浓硫酸浸泡宝石孔片才能清洗，SYSMEXSF30008则需要卸下检测器，用超声波振荡器处理。而且人工拆洗很容易损坏仪器。血球仪的自动清洗和人工拆洗经常还需要清洗剂，这不但增加了成本，而且如果未将清洗剂冲洗干净，残留的清洗剂极易造成宝石孔的再度堵塞，同时清洗剂也会腐蚀仪器。利用高压灼烧法疏通堵孔，该技术目前还不够成熟，没有广泛的应用，相关技术也没有效的资料可供参考，只有极少一部分仪器配备。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1基本内容本设计的主要内容是设计制作血球仪宝石孔堵塞故障的监测和故障排除功能的系统。主要包括宝石孔
6、堵塞监测模块和高压灼烧法排除故障模块。（1）血球仪宝石孔堵塞检测模块该部分需要设计一个堵孔检测电路，利用电压检测的方法监测宝石孔两端电压的变化，一旦发现电压不正常，就向系统发出堵塞报警信号。（2）血球仪宝石孔堵塞故障排除模块3该模块是本系统的核心，在系统发出清理宝石孔堵塞信号时，控制继电器形成高频，产生拉弧放电，用电火花灼烧堵塞小孔的杂物，随后用清洗液冲洗，从而疏通堵塞的小孔。2拟解决的的主要问题（1）血球仪宝石孔堵塞检测监测电压的转换，将4050V的高压变换到5V左右的低压；电压比较电路的设计，用于比较当前电压与正常阈值电压；根据宝石孔堵塞情况测试，确定阈值电压；报警信号、报警方式的选择。（
7、2）血球仪宝石孔堵塞故障排除电极材料、形状、两电极间距等参数的确定；高频拉弧放电的原理研究；高频通断电通电电压大小、频率的确定；继电器高频放电电路的设计。三、研究的方法与技术路线本设计主要解决的是血球仪宝石孔堵塞故障的监测和故障排除。宝石孔堵塞故障的监测采用独立的检测电路，监测堵孔电平；堵孔故障的排除采用高压灼烧法。1液分析仪宝石孔堵塞故障的检测方法本设计采用独立硬件电路检测的方法，即监测堵孔电平法。该方法通过监测宝石孔两侧铂电极间的电压差得到宝石孔是否发生堵孔或者半堵孔故障。如图2，假设计数电压，即恒流源电压为100V，加上稀释液以后宝石孔两侧的电压为36V，即为电压检测点A的电压。当发生堵
8、孔故障时，这个电压会就可能会升高到4050V。设计一个电压监测电路用于监测该点A的电压判断出是否发生堵孔故障，然后进行堵孔故障的排除。4恒流源信号处理与分析内电极外电极宝石孔检验池负压V电压监测点A堵孔检监测电路PC控制端图2堵孔检测原理2血球仪宝石孔堵塞故障排除方法本设计采用高压灼烧法排除堵孔故障。其原理如图3，利用高频放电原理910，在宝石孔两侧的电极上加上一高频计数电压。正常计数时，计数电压是又恒流源提供的持续的直流电压。当宝石孔堵塞进行高压灼烧疏孔时，就设计成时间间隔很短的通电、断电，这样只要设计参数合理，就可以形成高频。在通断电的瞬间，两个电极之间就会产生拉弧放电，利用产生的电火花就
9、能轻易的将小孔周围的蛋白、细胞碎片、棉絮等杂物灼烧后经清洗液冲洗干净。恒流源信号处理与分析内电极外电极宝石孔检验池负压V高压灼烧电路PC控制端图3高压灼烧原理四、研究的总体安排与进度2010年11月2010年12月，查阅相关资料，翻译文献，完成开题报告；2011年1月2011年2月，方案设计论证，进行软件模拟仿真；2011年3月，设计制作堵孔检测电路，并进行调试；2011年4月，设计制高压灼烧电路，整体功能调试；52011年5月2011年5月中旬，项目总结验收,撰写毕业论文。五、主要参考文献1肖倩TH7762血液分析仪的研究进展和临床应用J齐齐哈尔医学院学报2004,25145462JOACH
10、IMLEHNER,BURKHARDGREVE,UWECASSENS,AUTOMATIONINHEMATOLOGYJTRANSFUSMEDHEMOTHER2007343283393李复银TH776COULTER血液分析仪的测试原理及分类的实现J压疗设备信息2007,22716174WARRENGRONERANDROBERTKANTEROPTICALTECHNOLOGYINBLOODCELLCOUNTINGJSYSMEXJOURNALINTERNATIONALVOL9NO119995于彦,徐增高,杨涛TH776浅谈血细胞分析仪的检测原理J医疗装备,2001,14810116血液分析仪堵孔分析与处理
11、HTTP/WWWCLINLABCOM/HTML/XUEQIU/NIHONKOHDEN/NIHONKOHDENXEFBD98/200902/113988HTML7赖玉姝血液分析仪红细胞计数孔堵塞故障及解决方法R基层医学论坛2009,165418李效银,任吉霞TH776SYSMEXSF3000五分类血液分析仪堵孔故障的处理J医疗卫生装备2008,2921129彭燕昌,严萍,舒立张,适昌TM832介质阻挡放电用大功率高频高压电源的研究J高电压技术2002,28120354110胡希伟在具有大气压强气体中的均匀辉光放电J物理教学2002,245786毕业设计文献综述电气工程与自动化血球仪堵孔检测与高压
12、灼烧研究摘要血液分析仪是进行血液成分测定的医疗仪器，广泛应用于临床检测。采用电阻抗法的血液分析仪的宝石孔经常发生的堵孔故障。本文分析了堵孔故障产生原因，介绍了堵孔故障的检测和排除方法，对此进行了分析与总结，并给出了堵孔故障检测和排除方法的发展形式和趋势。关键字血球仪；堵孔；检测与维护0、引言血球仪是应用现代电子技术实现血液中各种成分的测定与分析的医疗仪器，广泛应用于临床检测。日常医院所做的血常规分析，骨髓分析，网织红细胞计数，末梢血干细胞含量测定1等，都可以利用该仪器检测的。它相较于以往的人工检查分类法更加的高效，可靠，快捷。目前主流血球仪的实现方法主要有（1）电阻抗法2（库尔特原理），（2）
13、容量、电导、光散射法（VCS法3），（3）阻抗与射频技术联合法（4）光散射与细胞化学技术4（5）多角度偏振光散射技术5等。其中电阻抗法因其结构简单，工作可靠，成本低等优点而被广泛采用，或者作为部分参数测定方法与其他测定方式联合应用。然而电阻抗法也有其自身的弊端，由于电阻抗法仪器的小孔管为直径只有60100UM的宝石孔，这样小的孔极易发生堵孔或者半堵孔故障。因此亟需一种检测宝石孔堵塞并排除该故障的方法。近年来，各医疗仪器厂商和研究机构也提出了一些解决方案。1、堵孔故障分析堵孔故障出现在采用电阻抗法实现血液分析的仪器上。由于电阻抗法仪器的小孔管为孔径极小的宝石孔。而血液标本中带有植物纤维丝、纤维蛋
14、白丝、细胞碎片、片状结晶（形似磷酸钙）等杂质，极易发生堵孔故障。11电阻抗法测量原理电阻抗法，又名库尔特原理。当微小粒子通过特殊的小孔时可产生电阻变化，根据这种电阻变化特点将其应用于微小粒子的粒度测量和计数上，从而实现了血液中各种成分的粒度测定和计数。7液压、气压系统注射器及电磁阀状态及控制信号恒流源信号滤波及放大AD信号采集PC计算机内电极外电极宝石孔检验池电压时间脉冲负压V图11电阻抗法测量原理电阻抗法测量原理如图11，激光成型的宝石孔两侧各有一个铂电极，因为稀释液具有导电性，当在两电极之间加一定的电压时，微孔之间有一定的电阻。而细胞具有非导电性，当有细胞进入小孔时，就会改变小孔间的电阻，
15、从而在电路中产生一个脉冲信号，将脉冲信号进行处理传到PC端分析，根据脉冲的个数以及脉冲幅度等特性就能测出血液中各类细胞的数数、大小等参数并进行分类统计。12堵孔故障原因分析电阻抗法的广泛采用，也更加突显了堵孔故障的严重性。由于电阻抗法仪器的小孔管在白细胞检测上使用直径为100UM的宝石孔，在红细胞和血小板检测上使用直径为6080UM的宝石孔。这样小的孔在血液标本中含有大颗粒杂质时，极易发生堵孔故障。从而影响仪器的正常工作，也给仪器维护带来了困难。其主要原因如下（1）操作人员的采血手法。采血手法不当时，血样中会携带大量的上皮细胞组织、棉絮纤维等，很容易堵孔，也很难排除。（2）抗凝出现问题。抗凝比
16、例不对（过高会导致卫星现象，显微镜下能看到大细胞的周围卫星很多小细胞，造成细胞体积巨大而且还很难溶解）或者放置时间过短。（3）凝血和混匀问题。血液凝固，混匀不好，抗凝剂使用不正确（枸橼酸钠、草酸等非血常规抗凝剂长时间使用会导致堵孔）（4）负压不足。在血球仪上，负压不足细胞流速度较慢，就给蛋白、碎片附着在小孔上提供了有利的条件。（5）清洗剂问题。清洗剂冲洗不干净会影响计数，而且会腐蚀管道和相关池、阀、泵等部件。而且残留在小孔上的清洗剂容易造成杂物的附着8（6）其他原因。由于各类血球仪的结构设计不同，造成堵孔的原因也不相同。2、堵孔故障检测目前大部分的血球仪不具备独立的堵孔检测功能部件，一般采用定
17、时或者测量一定数量标本后，利用仪器自带的自动清洗功能进行清洗，以预防宝石孔堵塞。至于检测，则只能通过血球仪在工作时，测量数据的情况来间接反应仪器是否有堵孔现象。该方法是基于血球仪的软件程序或是通过人工观测来实现的。虽然也能达到基本的效果，但是必须在仪器工作时才能检查故障，浪费了血液标本。且不能确定是否为宝石孔堵塞，往往还需要其他检测才能确定，因此用测量数据来判定堵孔故障的方法不够准确，及时，也不够稳定。随后一部分的血球仪中开始使用设计独立硬件电路来检测，监测堵孔电平6。该方法通过监测宝石孔两侧铂电极间的电压差得到宝石孔是否发生堵孔或者半堵孔故障。假设计数电压为100V，加上稀释液以后宝石孔两侧
18、的电压为36V，当发生堵孔故障时，这个电压会就可能会升高到4050V。通过监测该电压就能判断出是否发生堵孔故障，然后进行堵孔故障的排除。3、堵孔故障排除堵孔检测故障排除的方法主要有以下几种。（1）血球仪的反冲功能，（2）人工拆洗，（3）高压灼烧法。31血球仪自动反冲法利用血球仪的反冲功能排除堵孔故障是目前主要的手段。当血球仪测定完一个很高值的标本时，需要用空白液清洗，以防止对下一个标本的测量造成交叉污染。因此现在的许多血球仪都配有自动清洗功能，在完成一个标本的检测后，会自动对计数的宝石孔以及管道、取样器、稀释器、取样针内外进行冲洗，以减少交叉污染的机会。许多血球仪在开机和关机时也会自动执行清洗
19、程序或按事先设定的清洗程序进行定时清洗，以预防仪器堵孔。于此类似，提高冲洗的水流速度。可以在发现宝石孔堵塞时手动或是按预先编好的检测控制程序自动执行反冲程序，来达到疏通宝石孔的目的。但该方法对于只轻微堵孔有一定效果，严重堵孔很难起效。32人工拆洗法人工拆洗，该方法比较困难，对于一部分血球仪，特别的宝石孔没有内置的仪器（现在已经很少）可以比较容易的拆卸，并通过人工浸泡或是用毛刷清洗。而大部分的血球仪宝石孔内置，给拆洗带来了一定的难度，而且对于不同型号的血球仪人工拆洗的方法也不同，要长时间使用之后才能掌握其清洗方法。一般的通用的方法有浓缩浸泡，次氯酸钠溶液清洗等。9严重堵孔时则更加难以以清洗，如M
20、ICROS607甚至需要浓硫酸浸泡宝石孔片才能清洗，SYSMEXSF30008则需要卸下检测器，用超声波振荡器处理。但人工拆洗很容易损坏仪器。而且需要清洗剂，这不但增加了成本，而且如果未将清洗剂冲洗干净，残留的清洗剂极易造成宝石孔的再度堵塞，同时清洗剂也会腐蚀仪器。32高压灼烧法利用高压灼烧法疏通堵孔，该技术目前处于研究阶段，还不够成熟，没有广泛的应用，只有极少一部分仪器配备。高压灼烧利用高频放电原理9，在宝石孔两侧的电极上加上一高频计数电压。正常计数时，计数电压是持续提供的直流电压。当宝石孔堵塞进行高压灼烧疏孔时，就会设计成时间间隔很短的通电、断电，这样只要设计参数合理，就可以形成高频。在通
21、断电的瞬间，两个电极之间就会产生拉弧放电，利用产生的电火花就能轻易的将小孔周围的蛋白、细胞碎片、棉絮等杂物灼烧后经清洗液冲洗干净。同时也有的仪器设计成单独是的交流供电，在电极线的前端通过可控硅或者继电器来控制。4、结束语目前，各大厂商也在不停的研究新的功能，不仅是血球仪测量参数的增加，从以往的三分类10到五分类11，测量参数有原本的几项变为几十项。同时也在改进方案，使得仪器更加便于操作和维护，特别是对于宝石孔堵塞，这一时常发生的故障。从没有监测堵孔故障到独立电压监测功能；从血球仪的反冲装置设计，清洗剂的改进，一直到现在的高压灼烧电路的研究应用，血球仪正在不断的朝着便捷，高效，易于操作维护的方向
22、发展。宝石孔堵塞的解决方案也在不停更进。主要参考文献1肖倩TH7762血液分析仪的研究进展和临床应用J齐齐哈尔医学院学报2004,25145462JOACHIMLEHNER,BURKHARDGREVE,UWECASSENS,AUTOMATIONINHEMATOLOGYJTRANSFUSMEDHEMOTHER2007343283393李复银TH776COULTER血液分析仪的测试原理及分类的实现J压疗设备信息2007,22716174WARRENGRONERANDROBERTKANTEROPTICALTECHNOLOGYINBLOODCELLCOUNTINGJSYSMEXJOURNALINTER
23、NATIONALVOL9NO119995于彦,徐增高,杨涛TH776浅谈血细胞分析仪的检测原理J医疗装备,2001,14810116血液分析仪堵孔分析与处理10HTTP/WWWCLINLABCOM/HTML/XUEQIU/NIHONKOHDEN/NIHONKOHDENXEFBD98/200902/113988HTML7赖玉姝血液分析仪红细胞计数孔堵塞故障及解决方法R基层医学论坛2009,165418李效银,任吉霞TH776SYSMEXSF3000五分类血液分析仪堵孔故障的处理J医疗卫生装备2008,2921129彭燕昌,严萍,舒立张,适昌TM832介质阻挡放电用大功率高频高压电源的研究J高电压
24、技术2002,28120354110孙黎明TH733三分类血液分析仪测量原理及实现过程技术要点分析J医疗装备2007,203131611王峰R44611血细胞分析仪五分类检测技术及原理J中华医学研究杂志2005,5987187111本科毕业设计（20届）血球仪堵孔检测与高压灼烧研究12【摘要】针对目前血球仪堵孔故障时常发生，却没有有效的故障检测与故障排除方案的现状。本文提出了几种堵孔检测和高压灼烧法排除故障的方案，并设计了一个完整的堵孔检测和高压灼烧排除故障的系统。该系统以C8051F330单片机为控制核心，包括堵孔检测电路，高压灼烧电路，键盘和显示模块。经测试该系统安全，可靠，对血球仪影响较
25、小。可嵌入到血球仪中，作为血球仪堵孔故障的解决方案。具有一定的实用性和推广价值。【关键词】血球仪；堵孔检测；高压灼烧。13【ABSTRACT】NOWADAYS,ITOFTENOCCURSTHATHEMOTOLOGYANALYZERPLUGSUP,BUTTHEREISNOEFFECTUALMETHODTOSOLVETHEFAULTDETECTIONANDFAULTEXCLUDINGTHISPAPERPROPOSESSEVERALMETHODSTOSOLVETHEFAULTDETECTIONANDFAULTEXCLUDING,ANDDESIGNSAFAULTDETECTIONANDFAULTEXC
26、LUDINGSYSTEMWHICHISBASEDONC8051F330ANDCONSISTSOFDETECTIONOFHEMOTOLOGYANALYZERPLUGGINGUP,HIGHVOLTAGESBURNINGCIRCUIT,KEYBOARDANDDISPLAYUNITTHESYSTEMPROVEDTOBESAFE,RELIABLE,ANDHAVELITTLEEFFECTTOTHEHEMOTOLOGYANALYZERTHISPROGRAMADOPTEDINTHESYSTEMAREPRACTICALANDCANBEEXTENSIVELYUSED【KEYWORDS】HEMOTOLOGYANAL
27、YZER；THEDETECTIONOFPLUGGINGUP；HIGHVOLTAGESBURNING。14目录1引言152血球仪简介及其堵孔故障分析1721血球仪简介1722血球仪堵孔故障分析18221电阻抗法原理介绍18222堵孔原因分析19223堵孔故障检测20224堵孔故障排除203系统硬件设计2231系统总体设计原理2232血球仪堵孔检测模块22321堵孔检测实现方案一电阻分压取样法23322堵孔检测实现方案二三极管分流取样法24323堵孔检测实现方案比较2533血球仪堵孔高压灼烧模块26331血球仪堵孔高压灼烧实现方案一26332血球仪堵孔高压灼烧实现方案二27333血球仪堵孔高压灼烧
28、实现方案三28334血球仪堵孔高压灼烧实现方案比较2934堵孔检测和高压灼烧总体最优方案294系统软件设计3141KEIL软件简介3142核心处理器选择3143系统软件设计原理3144系统各功能模块软件设计33441系统时钟配置33442端口配置34443ADC软件设计37444显示与按键控制软件设计385系统调试及数据分析4051硬件调试40511血球仪堵孔检测模块调试及分析40512血球仪高压灼烧模块调试及分析4152软件调试436结束语46参考文献47致谢错误未定义书签。附录48主要程序481控制程序482按键程序513ZLG7289相关程序54151引言血液是人体的重要组织之一，它在心
29、脏的推动下不断的在人体内循环流动。它想人体的各器官提供养分，并调节其正常工作。因此血液对人体具有极其重要的意义。它在临床医学诊断上也非常的重要。血液是否正常，人体颊囊的重要标志之一。很多疾病会导致血液中的各成分或其性质发生变化，通过对血液的诊断，及时了解血液成分的变化情况，可以为医生的医疗诊断与疾病的治疗提供重要依据。所以如何快速、准确的检测血液特性成为了医学研究的重要课题。1590年人类发明了显微镜，1658年显微镜首次应用到了红细胞的观察。伴随着显微镜技术的不发展，显微镜技术也越来越广泛的应用到了血液检测当中。然而在之后的很长一段时间内，应用显微镜进行血细胞技术由于其操作困难，精度较差而发
30、展的十分艰难。直至1948年，COULTER发现当微小粒子通过小孔时，会引起小孔两端电阻的变化，根据这种电阻变化的特点，COULTER将其应用到了微小粒子的测量上。这就是著名的库尔特原理1（COULTERPRINCIPLE）。之后COULTER将这个原理进一步应用到了血液细胞计数上。后来他又和他的兄弟约瑟夫（JOSEPH）创办了公司，并成功的研制出了计数血液细胞的专用仪器，也就是后来的血液分析仪，又名血球仪。近几十年来，随着电子技术在血细胞计数仪中的广泛应用，使得血细胞计数仪得到迅猛发展，如今库尔特血细胞计数仪已由当初只能计数红细胞、白细胞，发展到在一台仪器上只需花上几分钟就能检测出红细胞、白
31、细胞、血红蛋白、血小板等多个参数。现今的血细胞计数仪已经发展成为了血球仪。从三分类血球仪到五分类血球仪，血球仪得到了快速的发展，也使得它广泛应用到了临床医学检测。血液常规检验正逐步被各种自动化多参数的血球仪所替代，如血常规分析，骨髓分析，网织红细胞计数，末梢血干细胞含量测定2等，它相较于以往的人工检查分类法更加的高效，快捷，可靠。在众多血球仪设计实现方法中，电阻抗法（COULTER原理）因其结构简单，工作可靠，成本低等优点而被广泛采用，或者作为部分参数测定方法与其他测定方式联合应用。然而应用电阻抗法测量原理设计实现的血球仪虽然在设计实现上较为便捷，且在血细胞检测上也有一定的优势，但是该方法也存
32、在一些的弊端。COULTER原理是指微小粒子通过特殊的小孔时会引起的电阻变化，并根据这种电阻变化的特点进行微小粒子的粒度测量和计数，然而在实际应用中该血球仪的计数小孔极易发生堵孔或者半堵孔故障。从而影响仪器的正常工作，也16给仪器维护带来了困难。对于这一时常发生的故障。目前，血球仪上配置的功能在堵孔故障问题上还主要停留在预防上，故障的解决还没有比较有效的解决方案，因此亟需一种检测堵孔故障并排除故障的方法。血球仪堵孔故障检测以及故障排除方法的研究有很大的意义。本文将对血球仪堵孔故障检测以及故障排除进行多方面的研究测试，设计一种能够真正应用到血球仪上的堵孔故障检测以及故障排除系统。172血球仪简介
33、及其堵孔故障分析21血球仪简介传统的血液检测是利用显微镜进行人工检测。因此血细胞计数、白细胞分类的准确性和可靠性受到了一定程度的影响，而且该方法对检测人员的操作要求也很高。1947年美国科学家库尔特（COULTER）发明了电阻抗法计数微小粒子的专利。1956年他将电阻抗法应用到了血细胞计数上。其基本原理是根据血细胞的非导电性，当血液标本中血细胞通过小孔时会引起的小孔两端电阻的变化，进而引起小孔两端电压的变化，通过监测这个电压，从而实现了对血细胞的计数及其他参数的测定，这种方法称为电阻抗法或库尔特原理。这就是血球仪工作的基本原理。近几十年来，随着电子技术在血细胞计数仪中的应用，使得血细胞计数仪得
34、到迅猛发展，血细胞分析仪除了可进行血细胞计数外，又增加了HBG血红蛋白浓度的测定，血小板计数，红细胞指数等。到了90年代，又开发出了五分类血球仪。同时又将激光、化学染色计数、射频3应用到了对细胞检测使得血细胞检测功能更加完善。现今的血细胞计数仪已经发展成为了血球仪。从三分类血球仪到五分类血球仪，血球仪得到了快速的发展，也使得它广泛应用到了临床医学检测。血液常规检验正逐步被各种自动化多参数的血球仪所替代，如血常规分析，骨髓分析，网织红细胞计数，末梢血干细胞含量测定等，它相较于以往的人工检查分类法更加的高效，快捷，可靠。由于血球仪应用十分广泛，市场需求很大，对于血球仪的设计方法也在不断研发中。目前
35、主流血球仪的实现方法主要有（1）电阻抗法（库尔特原理），（2）容量、电导、光散射法3（VCS法），（3）阻抗与射频技术联合法（4）光散射与细胞化学技术4（5）多角度偏振光散射技术5（MAPSS技术）等。电阻抗法（库尔特原理）血细胞通过小孔时会引起小孔两端电阻的变化，产生脉冲信号，对这个脉冲信号进行计数、分析，即可得到血细胞的相关参数。容量、电导、光散射法（VCS法）VCS法集合了三种测定方法，能同时对一个细胞进行多参数测定。V代表体积测量，采用的是电阻抗法测量；C代表高频电导性，可辨别细胞体积相同但内部性质不同的血液细胞。18S代表激光散射技术，可探测细胞内核分叶状况和颗粒分布情况。通过综合测
36、定这三个参数，可以对血细胞的各种特性进行全面综合分析。阻抗、激光散射和荧光染色技术电阻抗法是用于测量细胞体积大小最简易的方法。同时激光散射产生的前向散射光和侧向散射光可用于测量白细胞体积、细胞内含物。采用这多项技术进行综合的测量，最终可以得到血细胞相关数据。激光散射和细胞化学染色技术采用该技术的仪器在白细胞分类上使用了白细胞过氧化酶，根据细胞化学染色的特征进行白细胞分类。多角度偏振光散射法（MAPSS技术）MAPSS技术的基本原理是使用水动力聚焦系统，令血液标本在其作用下进入检测系统，然后在激光束的照射下，使细胞的多个角度产生散射。仪器设置了四个角度来收集这些散射光的信号。根据血球仪内部的四个
37、检测器接收散射光的角度和位置，并由交由仪器内部的微处理器进行分析处理。随着各种技术的不断进步以及实验室工作对仪器设备需求的不断增加，血球仪的实现方案以及各项用途也在不断发展着。22血球仪堵孔故障分析血球仪堵孔故障的产生，主要是针对采用电阻抗法实现的血球仪，或者是有部分测量模块应用电阻抗法的仪器。此类血球仪中使用到的宝石孔孔径很小，只有60100UM，极易发生堵孔故障。因此对于这方面的研究是有很大意义的。221电阻抗法原理介绍电阻抗法测量原理，如图21所示，激光成型的宝石孔两侧各有一个铂电极，因为稀释液具有导电性，当在两电极之间加上一个定电压时，微孔之间有产生一定的电阻。而细胞具有非导电性，当有
38、细胞进入小孔时，就会改变小孔间的电阻，从而在计数电路中产生一个脉冲信号，将脉冲信号济宁滤波、放大、再由AD采集，传送至PC机。PC机对脉冲的个数以及脉冲幅度等特性进行处理。就能测出血液中各类细胞的个数、大小等参数并进行分类统计。19液压、气压系统注射器及电磁阀状态及控制信号恒流源信号滤波及放大AD信号采集PC计算机内电极外电极宝石孔检验池电压时间脉冲血液细胞流图21电阻抗法测量原理电阻抗法因其原理简单，实现较为容易，广泛应用于血球仪的设计、制造。222堵孔原因分析电阻抗法的广泛采用，也更加突显了堵孔故障的严重性。由于电阻抗法仪器的小孔管在白细胞检测上使用直径为100UM的宝石孔，在红细胞和血小
39、板检测上使用直径为6080UM的宝石孔。这样小的孔在血液标本中含有大颗粒杂质时，极易发生堵孔故障。从而影响仪器的正常工作，也给仪器维护带来了困难。其主要原因有以下几个（1）操作人员的采血手法不当。血液标本中会携带大量的棉絮纤维和上皮细胞组织等杂物，很容易造成堵孔。（2）抗凝问题。抗凝比例不对或者放置时间过短。（3）凝血和混匀问题。血液凝固，没有混匀，抗凝剂使用不正确。（4）负压不足。在血球仪上，负压不足导致细胞流速度太慢，使得杂物附着在了小孔上。（5）清洗剂问题。清洗剂残留会影响血细胞计数，而且会腐蚀血球仪内的相关部件。（6）其他原因。堵孔原因各异，堵孔故障发生的频率也很高。因此亟需一种堵孔检
40、测和故障排除的方案来解决这一问题。20223堵孔故障检测目前大部分的血球仪不具备独立的堵孔检测功能部件，一般采用定时或者测量一定数量标本后，利用仪器自带的自动清洗功能进行清洗，以预防宝石孔堵塞。至于检测，则只能通过血球仪在工作时，测量数据的情况来间接反应仪器是否有堵孔现象。该方法是基于血球仪的软件程序或是通过人工观测来实现的。虽然也能达到基本的效果，但是必须在仪器工作时才能检查故障，浪费了血液标本。且不能确定是否为宝石孔堵塞，往往还需要其他检测才能确定，因此用测量数据来判定堵孔故障的方法不够准确、及时，也不够稳定。随后一部分的血球仪中开始使用设计独立硬件电路来检测，监测堵孔电平6。该方法通过监
41、测宝石孔两侧铂电极间的电压差得到宝石孔是否发生堵孔或者半堵孔故障。假设计数电压为100V，加上稀释液以后宝石孔两侧的电压为36V，当发生堵孔故障时，这个电压会就可能会升高到4050V。通过监测该电压就能判断出是否发生堵孔故障，然后进行堵孔故障的排除。224堵孔故障排除目前，大部分的血球仪不具备独立的堵孔检测功能部件，一般利用仪器自带的自动清洗功能进行清洗，以预防宝石孔堵塞。检测则只能通过血球仪在工作时，测量数据的情况来间接反应仪器是否有堵孔现象。该方法必须在仪器工作时才能检查故障，浪费了血液标本。且不能确定是否为宝石孔堵塞，往往还需要其他检测才能确定，因此用测量数据来判定堵孔故障的方法不够准确
42、，及时，也不够稳定。硬件的检测方法。监测堵孔电平法，该方法通过监测宝石孔两侧铂电极间的电压差得到宝石孔是否发生堵孔或者半堵孔故障。堵孔检测故障排除的方法主要有以下几种。（1）利用血球仪的自动冲洗功能，（2）人工拆洗，（3）高压灼烧法。1血球仪自动反冲法利用血球仪的反冲功能排除堵孔故障是目前主要的手段。当血球仪测定完一个很高值的标本时，需要用空白液清洗，以防止对下一个标本的测量造成交叉污染。因此现在的许多血球仪都配有自动清洗功能，在完成一个标本的检测后，会自动对计数的宝石孔以及管道、取样器、稀释器、取样针内外进行冲洗，以减少交叉污染的机会。许多血球仪在开机和关机时也会自动执行清洗程序或按事先设定
43、的清洗程序进行定时清洗，以预防仪器堵孔。于此类似，提高冲洗的水流速度。可以在发现宝石孔堵塞时手动或是按预先编好的检测控制程序自动执21行反冲程序，来达到疏通宝石孔的目的。但该方法对于只轻微堵孔有一定效果，严重堵孔很难起效。2人工拆洗法人工拆洗，该方法比较困难，对于一部分血球仪，特别的宝石孔没有内置的仪器（现在已经很少）可以比较容易的拆卸，并通过人工浸泡或是用毛刷清洗。而大部分的血球仪宝石孔内置，给拆洗带来了一定的难度，而且对于不同型号的血球仪人工拆洗的方法也不同，要长时间使用之后才能掌握其清洗方法。一般的通用的方法有浓缩浸泡，次氯酸钠溶液清洗等。严重堵孔时则更加难以以清洗，如MICROS607
44、甚至需要浓硫酸浸泡宝石孔片才能清洗，SYSMEXSF30008则需要卸下检测器，用超声波振荡器处理。但人工拆洗很容易损坏仪器。而且需要清洗剂，这不但增加了成本，而且如果未将清洗剂冲洗干净，残留的清洗剂极易造成宝石孔的再度堵塞，同时清洗剂也会腐蚀仪器。3高压灼烧法利用高压灼烧法疏通堵孔，该技术目前处于研究阶段，还不够成熟，没有广泛的应用，只有极少一部分仪器配备。高压灼烧利用高频放电原理9，在宝石孔两侧的电极上加上一高频计数电压。正常计数时，计数电压是持续提供的直流电压。当宝石孔堵塞进行高压灼烧疏孔时，就会设计成时间间隔很短的通电、断电，这样只要设计参数合理，就可以形成高频。在通断电的瞬间，两个电
45、极之间就会产生拉弧放电，利用产生的电火花就能轻易的将小孔周围的蛋白、细胞碎片、棉絮等杂物灼烧后经清洗液冲洗干净。同时也有的仪器设计成单独是的交流供电，在电极线的前端通过可控硅或者继电器来控制。以上几种故障排除的方法，各有优劣，其中高压灼烧法，对于操作人员的要求很低，且具有很强的故障排除的能力。本文将对高压灼烧法进行重点的研究。223系统硬件设计31系统总体设计原理系统包括C8051F330控制核心，键盘，显示和报警模块，AD转换，堵孔监测电路和高压灼烧单元。其总体原理图如下图31所示。高压灼烧单元显示、报警堵孔检监测电路C8051F330控制核心血球仪计数电路键盘ADC图31系统原理图32血球
46、仪堵孔检测模块目前大部分的血球仪一般采用定时或者测量一定数量标本后，利用仪器自带的自动清洗功能进行清洗，以预防宝石孔堵塞。至于检测，则只能通过血球仪在工作时，测量数据的情况来间接反应仪器是否有堵孔现象。该方法是基于血球仪的软件程序或是通过人工观测来实现的。虽然也能达到基本的效果，但是必须在仪器工作时才能检查故障，浪费了血液标本。且不能确定是否为宝石孔堵塞，往往还需要其他检测才能确定，因此用测量数据来判定堵孔故障的方法不够准确，及时，也不够稳定。另一些血球仪中使用了独立硬件电路来检测，监测堵孔电平。该方法通过监测宝石孔两侧铂电极间的电压差得到宝石孔是否发生堵孔或者半堵孔故障。如图32，计数电压为
47、100V，加上稀释液以后宝石孔两侧的电压为36V（A点），当发生堵孔故障时，这个电压会就会升高到4050V。通过监测该电压就能判断出是否发生堵孔故障，然后进行堵孔故障的排除。23恒流源信号处理与分析内电极外电极宝石孔检验池电压监测点A堵孔检监测电路PC控制端图32堵孔检测原理图堵孔检测电路的原理相对比较简单，关键是由于血球仪对血细胞计数的精度要求极高，堵孔监测电路的引入必然影响到原来设计的血细胞计数部分的电路，如何设计一个合理的电路，以使得其对原有电路的影响最小化，同时又保证检测的精度，即是本课题探讨的问题之一。本文采用了两种方案来进行测试和系统的实现，电阻分压取样法和三极管分流取样法。321
48、堵孔检测实现方案一电阻分压取样法电阻分压取样法实现简单易行，其原理如图33（包括血球仪部分血细胞检测电路）。D端为控制输入端，接至单片机控制端口，用来控制血球仪计数功能使能。T1，T2，T3，R5，R6，R8构成的恒流源电路，即图32中所示的恒流源。C接至血球仪的传感器，B端为电压检测点（接至单片机控制核心的ADC输入端），它通过R3，R4构成的电阻分压，来检测此时电极两端的电压，R4R3R5C1BCR8T1T2T5R10R9DR6T3AG24图33电阻分压取样法该方式只需要接入两个电阻进行分压取样，实现方案比较简单，关键在于电阻阻值的选取，电阻太小，则R3，R4从血球仪计数电路分流的电流较大
49、，影响血球仪计数电路的计数精度，电阻太大，分流电流较小，又使得取样精度收到一定的影响，外界微小的干扰就可能引起很大的取样误差。因此该电阻的选择必须合理，不仅要保证取样的精度，同时要减小其对血细胞计数电路的影响。被测点最大电压阈值电压ADCRRR433式31血球仪中R547K，本文选用R351M，R4330K，保证分流比例在100倍以上，即分流电流为计数电路电流的百分之一以下，以减少对其影响，由于G处电压最高可能为50V，为了保证基准电压为33V的ADC能够有效采集到检测电压，R3，R4的比例由式31可得为161。本文对当被检测点的电压为10V，20V，20V，40V，50V时，电流的分流情况进行了软件测试，具体数据如表31所示表31电阻分压取样法测试数据（R351M，R4330K）被测G点电压（V）流经R3、R4的电流（UA）流经R5的电流（UA）B点电压（V）101842130608203684261223055263818240737851243509211060304由于R5的阻值为47K，为了保证分流较小，R3、R4的电阻取值很大，导致的结果是R3、R4上的电流很小，只有几UA，这样小电流的在实际电路中极易受到外界干扰信号的影响，同时，51M，330K，这样的大电阻本身存在的误差也很大，而且阻值易受到温度影响
