1引言
生化分析仪(bioehemiealanalyzer)是临床检验中经常使用的重要分析仪器之士尾百示寸血液或其他体液的分析来测定各种生化指标，如:转氨酶、血红蛋白、白蛋白、总蛋白、胆固醇、肌肝、葡萄糖、无机磷、淀粉酶、钙等〔1一4〕。结合其他临床资料，进行综合分析，可以帮助诊断疾病，对器官功能做出评价，鉴别并发因子，决定治疗的基准等。
生化分析仪有全自动和半自动2种类型，全自动型实现了化验流程全自动化，但其价格昂贵、维护复杂、使用成本高，样品数量少时反而不方便;半自动型除加血样和试剂需要人工外，其他过程也实现了自动化，具有价廉和方便灵活的特点，特别适用于中小型医疗机构和要求多样化的急诊、门诊等特殊场合。
传统的半自动生化仪采用运算能力较弱的单板机或单片机做中央处理器，人机交互能力差，数据处理性能低阁;或采用PC与接口卡相结合的处理方案，体积庞大，组态软件比较复杂阁。本文采用功能强大的PC104工控机作为仪器控制和数据处理中心，以单片机作为前端处理单元，采用模块化的处理方法，开发出的智能型半自动生化仪，可以大大提高整机性能。
2系统设计
生化分析仪属于光学式分析仪器，它基于物质对光的选择性吸收，即分光光度法。根据达朗一比尔定律(吸收定律)[4]:一种物质的吸光度与其浓度成正比，只要测出某种溶液的吸光度，就可以算出该溶液的浓度值。
半自动生化分析仪就是通过检测样品对某种单色光的吸收程度，以及反应过程中吸光度的变化来计算样品中待测成份的含量，其结构框图如图1所示。系统采用上下位机结构模式，下位机始终处于监听状态，其所有任务受上位机指派，完成比色池的温度控制与采集、光电信号的采集与程控放大、滤光盘的定位、蠕动泵的控制、光源的控制及数据的传送等;上位机主要完成测试项目的编辑、测试数据的传送、测试数据的处理与结果计算、生化测试报告的生成及历史数据库查询、系统状态的检测与维护等。
2，1光路系统
本仪器采用卤素灯(6V/10W)作为光源，它在部分紫外区和整个可见光范围内可产生较强的连续光谱，噪声低、漂移小。
2.1.1光路原理
AC380生化分析仪的光路系统如图2所示，本系统采用滤光片分光方式获得理想的单色光。在圆形的滤光盘上分别放置10种不同的分光镜，通过透镜A将光束投射到滤光盘上，可以获得340nm、405nm、492nm、51onm、545nm、578nm、63onm的7路单色光束。其中NO表示没有分光镜(不透光)，用于系统的暗电流检测，提高仪器的测试精度。另外考虑系统的扩展及用户在使用中可能存在不同的需求，FS、Fg分光镜留给用户自动扩展用。该7路光束再由透镜B将光能聚集在32拜L的流动比色池的石英通光窗处，由透镜C聚焦，信号由硅光二极管PD接收，并进行光电转换，送到检测系统。
2.1.2光强控制
光强的稳定与否，直接影响到仪器的检测效果。影响光强稳定的因素主要有2方面:一是有高光学性能的光源，二是光源能量的供给方式。前者主要由系统的元件决定，而后者则是系统的设计技巧，传统的设计方法大都采用恒压源或恒流源给卤素灯供电。这种方式实际上只是控制对光源的电输人，而不是控制实际的光强度输出。
事实上，随着光源工作时间的增加，光源温度升高，阻值变化，光谱漂移，最终导致光强发生变化。本文提出一种光源间歇式控制方式，即:仪器处于待测状态时，光源加半量电压或电流，以维持光源恒温，仪器处于测定状态时，光源加额定电压或电流，实际电路如图3所示。
通过控制开关电源LM2575的工作方式[5]，进而控制光源的电压大小。即:由反馈电压端FB控制VSW端输出为高阻或+12V。具体如下:
(l)当P12为低电平时，三极管P1饱和导通，三极管Pl的饱和压降约为0.3V。由于LM2575的FB反馈端的电压UFB=2.2V，所以此时U0≈2.5V，光源半开。
(2)当P12为高电平时，三极管Pl截止，所以U0端输出电压由电位器R的分压决定，为+6V，光源全开。光源采用这种间歇式供电方式，不仅减少了由于光源持续加额定电压后，光源持续高温引起的光谱漂移、光强变化，而且延长光源的使用寿命;同时，还可以减少由于持续高强度光照射引起光电接收器件的疲劳。
2.2温控系统
各类生化反应(尤其是酶类)对温度波动非常敏感，只有在恒定的温度下，才能取得可靠、准确的结果。由于反应液与比色池有迅速的温度交换，实际上通过控制比色池的温度就可达到控制反应液温度的目的。其控制电路如图4所示。
温控元件选用半导体加热致冷元件Peltier(帕尔贴)。其特点是正向通电流时，帕尔贴会立即加热，反向通电流时，它立即致冷。驱动元件选用场效应管IRF3205[6]，其中1、4配对构成正向控制电路;3、2配对构成反向控制电路。此外为使系统调试，维护方便，用2个发光管指示帕尔贴的工作方式:红灯表示正在加热;蓝灯表示正在致冷;而2个灯都不亮，表示系统不控温。
(1)Dl一1，场效应管全部截止，不控温;
(2)Dl一O，DZ=O，场效应管1、4导通，3、2截至，帕尔贴为加热状态;
(3)Dl=o，DZ=1，场效应管3、2导通，1、4截至，帕尔贴为致冷状态。
工作中，选择反应温度(系统有4个控制温度:常温、25℃、30℃和37℃)后，通过温度传感器得到与实际温度相对应的电压信号作为反馈信号，根据控制算法计算出控制量，当控制量为正时，令DZ一。(加热状态)，当控制量为负时，令D2一l(致冷状态)，控制量的绝对值调整PWM的占空比。PWM的占空比越大加热或致冷的速度越快。
2.3液路系统
仪器液路系统由比色池、蠕动泵、废液池及若干管道组成。其核心部件是蠕动泵，直接关系到进液量的精确与否。本系统采用步进电机带动蠕动泵，结构图如图5所示。步进电机的转动由大功率驱动管CC1413驱动。
单片机通过1/0定时发出高低电平信号控制步进电机的转动和停止。
2.4系统软件设计
系统软件结构如图6所示。生化分析仪软件系统主要有3个功能:(1)协调整机硬件的操作和运行，实现进样、控温、测试和清洗等操作的自动化;(2)各种数据的采集、分析处理、管理保存和打印显示;(3)提供方便的人机对话界面，使用户可通过键盘、鼠标和显示屏，控制监视或调整仪器的运行状态，得到正确的分析结果。
本系统采用模块化的设计方法，将功能分散化、单一化。下位机仅完成吸液、控温、数据采集、通讯等操作;而所有测试项目的参数设置、检测数据的计算与处理、测试结果编辑、病例报告的输出、历史数据的浏览都由上位机来完成。整机以菜单的导引方式工作。下位机由MCS51汇编语言编写，而上位机软件采用VisualBasic6.0语言开发。
2.4.1项目参数编辑模块
该模块是要完成各个测试项目的参数编制，主要是对比色池温度、测试波长、反应时间、延迟时间、读数时间、样本量、参考范围、参考标准等参数进行设置，该设备可以预先编制肝功、肾功、离子、血脂、蛋白、尿项目、心功、急诊、其他共9个大类270个测定项目的方法参数和2。个计算项目，用户可直接选用预定的项目名，也可自定义项目名，设定内容可修改和永久保存。可选择终点法、动态法、两点法、双波长法、吸光度法及多标准法、计算法等多种测试方法。空白自动调零、有因数、一点标准等定标方式。
计算项目参数设置主要是设置一种计算公式，根据已经测得量对其进行计算，得到一个新的项目结果。
2.4.2检测与处理模块
针对病员的需求，选择不同的测试项目，并对该样本进行检测，这是仪器最常用的软件模块。该模块可以实时显示样本的反应曲线，以便于了解样本测试的详细资料，并及时给出检测结果。如仪器标准样本的测试，标准曲线的绘制，质控样本的检测等。在实际临床检测中，有些项目的含量与吸光度成正比，有些则与吸光度成非线性关系(在一定的范围一一对应)，本仪器采用如下3种计算模式[7]:
(l)含量与吸光度成正比(线性浓度法)
(2)含量与吸光度的变化率成正比(动力学法)
(3)含量与吸光度成非线性关系(非线性浓度法)
2.4.3生化报告模块
测试样本所对应的病员信息录人，并将已经检测的样本结果综合，以病例报告的形式反馈给送检医师与病人。
2.4.4系统维护模块
该模块方便了计量工作的鉴定和维护工程师对仪器的各个部件进行测试，如:重复性测量、吸液泵进液量的标定、各个波长的校验 等。
3仪器的性能
AC880半自动生化分析仪(2台)经江苏省技术监督医疗器械产品质量监测站检测，其安全指标和性能指标均符合行业标准YY0014一1990《生化分析仪》。其中各项性能指标如下:
(l)杂光:波长为340nm时，用N。Nq标准溶液，吸光度为2.80一2Abs;
(2)吸光度正确度:吸光度值为0.5Abs时，偏差≤士0.025;吸光度值为1.0Abs时，其偏差≤士0.07;
(3)线性误差:吸光度在0.1~0.3、0.3~0.5、0.5一1.0时，线性误差分别为士8%、士5%、士6%;
(4)重复性:波长为340nm，吸光度0.5Abs时，5次测量最大值与最小值之差为0.001Abs;
(5)零点漂移:0.0045Abs/h;
(6)交叉污染率:3个由低浓度到高浓度的交叉污染率为:0.79%、0.64%、0.84%，3个由高浓度到低浓度的交叉污染率为:1.05%、0.93%、1.26%;
(7)吸光度分辨率:显示。.oolAbs，内部计算0.0001Abs;
(8)波长正确度:波长范围在340一700nm时，中心波长正确度≤5nm。
4结束语
经过长时间的研制开发，解决了工艺中的许多问题，研制出AC冶80智能半自动生化分析仪，经过性能测试，结果表明各项性能指标均达到行业标准。
该仪器采用模块化组合设计的思想，由上下位机依据自己的特点，分别承担不同的任务，大大提高了仪器的自动化程度。高稳定性能的光源电路设计与间歇式的工作方式，不仅确保了检测过程中光强稳定，减少了仪器的漂移，同时延长光源的使用寿命。依据VisualBasi。高级开发工具，以ACESS数据库为基础，完成生化分析仪的上位机应用软件设计，提高了数据处理效率，减轻了单片机的任务，界面友好，带智能化提示操作，使用与维护方便，具有广阔的应用前景和较高的实际价值。
参考文献
[1]鲍峰，胡菊芳，朱世根.自动生化分析仪的发展[J〕.中国纺织大学学报，2000，26(4):203一106.
[2]刘虎，朱建平，秦青，等.CA-1680型生化分析仪的研制〔J].中国医疗器械杂志，1997，2一(s):191一194.
[3]朱昊，章恩耀，赵子英.半自动生化分析仪的智能化改型设计研究[J」.光学仪器，2004，26(3):27一32.
[4]王炜.全自动生化分析仪原理与相关技术分析[J〕.世界医疗器械，2003，97(9):41一43.
[5]NationalSemi，conduetor.SeriessimplesWiteherIAstep-downvoltageregulator[Z].1999，5.
〔6]xnternationalxRRectifier[Z].IRF32os一997，5.
[7]罗玉峰，唐永刚，宁建国.基于生化数据处理模型的测控软件开发策略〔J〕.黑龙江八一农垦大学学报，2005，17(l):79一83.
作者简介
盛占石，男，1958年出生，博士，副教授，主要研究方向为信号检测及光电测量仪器研制。Drnail:thpan@ujs.edu.en
