基于嵌入式Linux的荧光定量检测仪的研发

摘要

在以高效快节奏为主旋律的当代社会中，医学发展模式有了极大的改观:由单纯的治疗朝着预防保健方向转变。在此革命性的转变中，即时检验(Point ofCare Testing，以下缩写为POCT)在临床医学中占据越来越重要的地位，在临床应用中的影响也越来越大。
　　免疫定量检测仪以时间分辨荧光免疫分析技术作为生物检测原理，通过合理选择硬件（Cortex-A8为内核处理器，嵌入式Linux系统，CUN66A1B为激发光源，步进电机等），并设计光通路结构，使得出射光为“线型”。线光斑照射在与其等宽的荧光纸条上，经照射的荧光颗粒能被激发出波长为580nm的荧光，通过高灵敏度光电二极管（光信号强弱可改变其输出电压）接收荧光，再由AD7707模数转换器将其转换成离散数据点，最后通过对数据进行平滑、求导并根据斜率寻找波峰起始点，求得检测线面积和控制线面积，面积之比(AT/AC)之间乘幂关系较好。使用该仪器对我们研发的纸条进行大量生物实验，分析其灵敏度并建立“AT/AC～检测物浓度”量化数学模型，结果表明抽样稀释倍数和检测关系数为0.9943，这也为量化其他待检测试剂浓度提供了依据。
　　荧光免疫定量检测仪硬件基于ARM和单片机。单片机负责步进电机、光电二极管、AD7707模数转换器等器件的协调工作，包括采集荧光信号，并将荧光信号转换成数字信息。通过串口将数字信息传递给ARM，ARM负责处理数据和UI的加载。除引入单片机之外，自主设计光路模块也是本设计的亮点，发射光源和出射孔之间呈45°夹角，中间有线状狭缝和滤光片，使得出射光呈线状，这种设计方案原理简单，但可使光在传播过程中光衰减达到最小，经测试满足技术要求。
　　对荧光定量检测仪进行不同方面测试，测试结果显示仪器检测结果线性关系较好，重复性也满足临床需求等。这些特性，使得荧光定量检测仪可广泛应用于现场定量检测，也可满足临床检测、医学发展研究的需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 荧光免疫检测技术

1．2．1 荧光免疫分析技术

1．2．2 时间分辨荧光免疫分析技术

1．3 荧光定量检测仪介绍

1．3．1 荧光仪纸条检测原理

1．3．2 本文具体研究内容

1．3．3 荧光仪研发创新点

1．4 本文主要工作

第二章 荧光定量检测仪硬件设计

2．1 嵌入式系统介绍

2．1．1 嵌入式Linux系统发展历程

2．1．2 嵌入式ARM发展

2．1．3 计算机两大体系结构

2．2 荧光定量检测仪版本介绍

2．2．1 MINI2440核心板介绍

2．2．2 第一代荧光仪介绍

2．3 荧光定量检测仪模数转换模块介绍

2．3．1 模数转换器(AD7707)

2．3．2 AD7707与S3C2440通信

2．4 刷卡模块介绍

2．4．1 IC卡的选择

2．4．2 IC卡读写器选择

2．4．3 IC卡读写器与ARM的连接

2．4．4 IC卡读写器操作指令介绍

2．4．5 读写器控制类-QtSerialPort的介绍

2．5 步进电机、光耦模块

2．5．1 单片机对步进电机的操控

2．5．2 单片机对光电耦合器的操控

2．6 MINI2440的缺点

2．7 新版本荧光仪简介

2．7．1 M3350开发板介绍

2．7．2 STC12C5A60S2介绍

2．7．3 单片机和AD7707通信以及单片机和M3352通信

第三章 荧光定量检测仪光学平台设计

3．1 第一代光学模块

3．1．1 第一代光学结构设计

3．1．2 第一代光学模块性能

3．2 第二代光学模块

3．2．1 第一代光学结构缺点

3．2．2 第二代光学结构设计

第四章 荧光定量检测仪数据处理算法

4．1 荧光仪数据处理原理

4．1．1 离散数据求波峰原理

4．1．2 算法检测波峰结果

4．1．3 数据处理算法改进

4．2 6条带HBv基因分型

4．2．1 HBV分型简介

4．2．2 6条带HBV基因分型规则

4．2．3 荧光定量检测仪6条带检测灵敏度分析

第五章 荧光定量检测仪综合测试

5．1 荧光定量检测仪线形关系测试

5．2 荧光定量检测仪准确性检测

5．3 荧光定量检测仪重复性检测

第六章 分析总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢