血液分析系統(tǒng)對(duì)采樣模塊有哪些新要求

發(fā)布時(shí)間：2009-4-30 14:12 發(fā)布者：賈延安

關(guān)鍵詞：采樣 , 模塊 , 血液分析

血液分析方式有幾種，采用的技術(shù)包括阻抗測(cè)量以及流式細(xì)胞計(jì)數(shù)。雖然這兩種設(shè)計(jì)都有特殊的要求和困難，但它們都依賴精確、可靠和可重復(fù)的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分析。想要了解設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)和器件選擇技巧嗎？請(qǐng)看本文。血液分析方式有幾種，采用的技術(shù)包括阻抗測(cè)量以及流式細(xì)胞計(jì)數(shù)。雖然這兩種設(shè)計(jì)都有特殊的要求和困難，但它們都依賴精確、可靠和可重復(fù)的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分析。此外，高速和寬帶寬也至關(guān)重要。流式細(xì)胞儀和阻抗測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常由激勵(lì)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、應(yīng)用處理器以及滿足這些功能單元所需的各種器件組成。
阻抗測(cè)量系統(tǒng)

頻率信號(hào)加載到血液樣品中，以測(cè)量其響應(yīng)及將其數(shù)字化。

阻抗測(cè)量系統(tǒng)可對(duì)液體或樣品的組成提供準(zhǔn)確和快速的分析。首先對(duì)待測(cè)樣品施加用戶可選擇的頻率激勵(lì)信號(hào)，以產(chǎn)生阻抗變化，然后根據(jù)樣品引發(fā)的阻抗變化進(jìn)行分析。檢查產(chǎn)生的阻抗信號(hào)預(yù)示著正在進(jìn)行什么樣的分析。例如，在血液樣品中添加已知菌株的病毒時(shí)，就發(fā)生抗原反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，改變血液阻抗。通過在不同的頻率范圍進(jìn)行這種試驗(yàn)，就可能檢測(cè)出病毒的具體菌株。
AD5933是一款靈活的單芯片阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能夠產(chǎn)生不同的激勵(lì)頻率并且分析阻抗頻譜。它具有100Ω～10MΩ阻抗測(cè)量范圍、高達(dá)100kHz(0.1Hz分辨率)的可編程激勵(lì)信號(hào)以及包含實(shí)部和虛部的數(shù)據(jù)輸出，允許計(jì)算每個(gè)頻率點(diǎn)上阻抗的相位和幅度。AD5934的特性與AD5933相同，但AD5934的阻抗測(cè)量范圍是0.1Ω～500 kΩ，頻率范圍高達(dá)200kHz。AD5933和AD5934 都采用16引腳SSOP封裝。
ADuC7021精密模擬微控制器是一款完整集成的數(shù)據(jù)采集片上系統(tǒng)(SoC)，它包含ARM7TDMI微控制器(MCU)內(nèi)核和12位、1MSPS ADC。內(nèi)置精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及閃存微控制器。ADuC7021采用40引腳LFCSP封裝。

不同頻率下樣品的光譜分布圖。

本文下一部分將介紹流式細(xì)胞儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及可采用的器件。
流式細(xì)胞儀
在流式細(xì)胞儀系統(tǒng)中，細(xì)微粒子懸浮在流動(dòng)液體中，每個(gè)細(xì)胞都要同時(shí)進(jìn)行物理和化學(xué)特性檢測(cè)。當(dāng)待測(cè)的染色細(xì)胞流過試樣管并且經(jīng)過光源的前端時(shí)，對(duì)細(xì)胞中或附加到細(xì)胞上的熒光化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分析。使用光電二極管測(cè)量每個(gè)細(xì)胞發(fā)出的光強(qiáng)，通過分析光強(qiáng)的變化，就可以確定每個(gè)細(xì)胞物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同類型信息。
為了實(shí)現(xiàn)與光電檢測(cè)器輸出兼容，要求放大級(jí)能提供寬帶寬、低偏置電流和低輸入電容，以保證精密的信號(hào)檢測(cè)；同時(shí)，為了確保有限的失真和系統(tǒng)速度，放大級(jí)還要求快速建立時(shí)間。AD8616非常適合用于光電二極管傳感器的反饋環(huán)路。它是一款20MHz、CMOS、軌對(duì)軌雙運(yùn)算放大器，具有65μV低失調(diào)電壓、僅8nV/√Hz的噪聲、1pA的輸入偏置電流和0.002%的總諧波失真(THD)。高增益帶寬精密FastFET運(yùn)算放大器AD8067也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，其輸入偏置電流為0.6pA，穩(wěn)定增益>8，54 MHz的–3dB帶寬，壓擺率6?0V/μs，噪聲6.6nV/√Hz/0.6 fA/√Hz。
從光電二極管傳感器反饋環(huán)路出來的數(shù)據(jù)首先通過ADC轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行處理。在選擇ADC時(shí)，高速與保持信噪比是非常重要的性能指標(biāo)。AD9248是一款高性能、65MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，內(nèi)置兩個(gè)采樣保持放大器和一個(gè)基準(zhǔn)源，奈奎斯特頻率的信噪比(SNR)= 71.6dBc。它采用6?引腳LQFP封裝。DSP的任務(wù)包括接收FPGA散射，轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)格式，補(bǔ)償濾波器重疊，比較期望的細(xì)胞類型。ADSP21160系列浮點(diǎn)DSP提供豐富、功能強(qiáng)大的指令集、浮點(diǎn)精度以及高速運(yùn)行。

利用細(xì)胞分類的流式細(xì)胞儀。

通過高壓細(xì)胞分類方法控制細(xì)胞(期望或非期望的)是一種特殊類型的流式細(xì)胞儀，它使用一套偏轉(zhuǎn)板將細(xì)胞分類到不同的收集容器。這些偏轉(zhuǎn)板保持某一高壓電位，不帶電的細(xì)胞垂直掉下，而帶電荷的細(xì)胞被吸引到特定的偏轉(zhuǎn)板上，從而有效地將待測(cè)細(xì)胞分配到不同的收集容器。通過將脈沖電壓施加到圖中所示的充電環(huán)上可逐個(gè)地給每個(gè)細(xì)胞帶電。AD5445是一款12bit、寬帶、電流輸出乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。它能夠?qū)⒚}沖轉(zhuǎn)變?yōu)楣馐姑總€(gè)細(xì)胞帶電。它可對(duì)不同寬度的脈沖倍頻，以適應(yīng)細(xì)胞速度(500kHz～2 MHz)，并且具有一個(gè)高速并行接口。AD5445采用20引腳LFCSP封裝和TSSOP封裝。

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