AT89C51單片機(jī)在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用實(shí)踐探究

汕尾市第二人民醫(yī)院（汕尾逸揮基金醫(yī)院） 劉利君 何啟帆

?

AT89C51單片機(jī)在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用實(shí)踐探究

汕尾市第二人民醫(yī)院（汕尾逸揮基金醫(yī)院） 劉利君 何啟帆

【摘要】本文對(duì)以AT89C5為核心的試條測(cè)試儀進(jìn)行了描述，主要是功能、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)理念和重要技術(shù)指標(biāo)這些方面。在臨床應(yīng)用和測(cè)試中，絨毛膜促性腺素試條足以證明該儀器是可以用于對(duì)金標(biāo)試條進(jìn)行定量檢測(cè)。

【關(guān)鍵詞】AT89C51單片機(jī)；試條測(cè)試；實(shí)踐；顯示器

近年來，醫(yī)療事業(yè)得到不斷發(fā)展，在不斷發(fā)展過程中，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)管理已經(jīng)被現(xiàn)代化的醫(yī)院所廣泛應(yīng)用，為醫(yī)療各個(gè)方面的需求提供了多元化、信息化以及個(gè)性化的服務(wù)。現(xiàn)代科技的進(jìn)步和發(fā)展，為醫(yī)學(xué)技術(shù)提供了創(chuàng)新條件和新的發(fā)展空間。醫(yī)療事業(yè)的技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)院、病人、家庭和人身健康的各方面所提出的各種要求。因此，在本文當(dāng)中著重介紹AT89C51單片機(jī)在醫(yī)療儀器當(dāng)中的運(yùn)用，具有迫切的市場(chǎng)需求和廣闊的市場(chǎng)前景。

1　前言

由于免疫金標(biāo)試紙同時(shí)具備速度快、簡(jiǎn)單操作、價(jià)格相對(duì)低廉的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面的臨床診斷當(dāng)中。它將抗原抗體特異性規(guī)律和膠體金顯色原理相結(jié)合。取血液、唾液等試液滴入試條時(shí)，在毛細(xì)作用下的膠條就會(huì)在帶有抗體的試線上進(jìn)行膠體金的作用，在這個(gè)過程中的抗原和抗體就會(huì)產(chǎn)生特異性結(jié)合，如果膠呈現(xiàn)出特別的顏色，也就是紅色或者是紫紅色，就是陽性；反之產(chǎn)生非特異性結(jié)合即為陰性，膠體金則不顯色。目前還不能完全靠測(cè)定性判斷。如果抗原、抗體、膠體金這些材料做成大面積顯色區(qū)，將會(huì)耗費(fèi)太多資金費(fèi)用，畢竟這些材料價(jià)格要比化學(xué)試劑貴很多；同時(shí)滲透中參雜著這些血、水、膠體金會(huì)滲透不均勻，且這些物質(zhì)顯色沒有終止反應(yīng)。因此要用到比傳統(tǒng)比色儀更特殊，更易分辨的光學(xué)儀器、這樣才能解決以上問題。

2　傳感器構(gòu)造設(shè)計(jì)

2.1QD反射型光纖傳感器

由入射光纖和接收光纖兩個(gè)部分共同組成的的傳感器就可以稱之為反射型光纖傳感器，兩者之間的關(guān)系圖如圖1所示。在圖1中可以看出這兩根光纖的狀態(tài)是階躍型分布情況下,兩根光纖之間的間距用d來進(jìn)行表示，兩根光纖的當(dāng)中的光纖直徑則為2a,數(shù)值孔徑用NA來進(jìn)行表示，d為光纖與被測(cè)金標(biāo)試條的距離。如果想要光通量達(dá)到最大值的狀態(tài)，也就需要廣德耦合程度達(dá)到最強(qiáng)的狀態(tài)之下，可以得出：

圖1　光纖耦合原理圖

在這個(gè)時(shí)候，入射角θ應(yīng)滿足 Sinθ

根據(jù)計(jì)算可以得出：

在這個(gè)時(shí)候設(shè)計(jì)光纖芯徑2a =160μm，數(shù)值孔徑NA =0 .5，之間的間距d為=100μm ，則根據(jù)上式可以得出：

根據(jù)上面計(jì)算得出的結(jié)果，在b=250μm的情況下，在進(jìn)行掃描的時(shí)候就可以使得光纖傳感器與金標(biāo)試條不會(huì)進(jìn)行發(fā)生碰撞的情況。

在測(cè)試時(shí)首先要對(duì)試條進(jìn)行固定,之后對(duì)其進(jìn)行掃描利用單片機(jī)電腦控制機(jī)械，在這種情況下可以使得光纖傳感器從背景逐漸向測(cè)試線進(jìn)行掃描。這個(gè)時(shí)候光源所發(fā)射出的光就會(huì)對(duì)測(cè)試物體的表面進(jìn)行反射，在物體的表面形成反射光。對(duì)于這些所反射出的光，接收光纖就可以進(jìn)行相關(guān)收集，最后在經(jīng)過傳送之后形成電信號(hào)來進(jìn)行。在這種情況下，光纖傳感器的輸出信號(hào)可表示為：VS=EV(R2-R1)Sζ

在上式當(dāng)中，EV表示的是需要檢測(cè)的光照度；R2為需要測(cè)試的表面反射率；R1表示的是需要測(cè)試線表面的反射率；S為光纖傳感器有效視場(chǎng)內(nèi)測(cè)試線所占面積；ζ為光電變換系數(shù)。

如果需要再光纖傳感器當(dāng)中滿足輸出電壓信號(hào)VS僅與R1和S有關(guān)的條件，就需要對(duì)EV、R 2、ζ的值設(shè)定為定值[1]，在這種情況下想要推斷VS的值，就可以對(duì)測(cè)試線條的顏色深淺程度和面積大小進(jìn)行推測(cè)。

2.2濾色片波長(zhǎng)選擇

在對(duì)濾色片波長(zhǎng)進(jìn)行選擇的時(shí)候，金標(biāo)試條會(huì)呈現(xiàn)出粉紅、紅、紫紅到紫色范圍，進(jìn)行選擇的時(shí)候需要根據(jù)金子顆粒直徑大小不同而進(jìn)行不同的選擇,可呈現(xiàn)的顏色在，因此，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)應(yīng)該在600～700nm和400～450nm的范圍之間，對(duì)于綠色片的選擇應(yīng)該根據(jù)互補(bǔ)光原理來進(jìn)行相關(guān)選擇[1]。

3　儀器總體結(jié)構(gòu)和硬件配置

圖2　單片機(jī)結(jié)構(gòu)性組圖

圖2所示為AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)組圖，單片機(jī)是ATMEL公司推出的一款高檔、增強(qiáng)型的產(chǎn)品，屬于一種低功耗、高性能的微控制器，在片內(nèi)含有通用的8位中央處理器和ISP的存儲(chǔ)單元。ISP可以反復(fù)對(duì)1000次的只讀程序存儲(chǔ)器進(jìn)行擦寫。片上的程序存儲(chǔ)器可以在系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行編程，也可以適用于常規(guī)的編程器[2]。

4　儀器軟件的設(shè)計(jì)和部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在整個(gè)儀器的軟件設(shè)計(jì)部分，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是由三個(gè)子程序模塊和一個(gè)主控程序模塊構(gòu)成的。主模塊為核心模塊，對(duì)其他的三個(gè)子模塊進(jìn)行管理，這四個(gè)模塊都是實(shí)模塊[3]。

圖3　測(cè)試結(jié)果曲線圖

表1　HCG試條不同反應(yīng)時(shí)間的測(cè)定數(shù)據(jù)

首先要對(duì)測(cè)定的時(shí)間進(jìn)行選擇，利用用上海伊華公司的HCG試條（表1）來進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)產(chǎn)品的按說明書中的規(guī)定需要將試驗(yàn)液體稀釋成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)試液，即為500，250，125，62.5，31.5(ng/ml)，之后在精度測(cè)量原量的基礎(chǔ)上對(duì)試液進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，之后的試條讀數(shù)儀分別在2.5、5、7.5、10分鐘，之后就可以對(duì)吸光度(Abs值)進(jìn)行測(cè)定，所測(cè)定的數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示，根據(jù)測(cè)定的結(jié)果繪制出的曲線圖如圖3所示，從曲線中可以看出：在達(dá)到5分鐘的時(shí)候便進(jìn)行立即測(cè)試是最為合適的。如果將測(cè)試的條件進(jìn)行改變，比如廠家、批號(hào)等進(jìn)行不同的選擇，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)測(cè)定的的最佳時(shí)間也會(huì)隨著發(fā)生改變。在這種情況下，為了保證測(cè)試的精準(zhǔn)度，需要采用外置的IC卡編制軟件。

在對(duì)相關(guān)物質(zhì)定量進(jìn)行相關(guān)測(cè)定的時(shí)候需要利用到吸收光譜儀器來進(jìn)行相關(guān)測(cè)定，并且需要進(jìn)行一定規(guī)律的遵守。

如果攝入的波長(zhǎng)以及被測(cè)液體的種類和溫度形成單值函數(shù)的情況下的時(shí)候，三者之間的值就會(huì)達(dá)到一定，三者之間的關(guān)系可以表示為：

C=b0 +b1(Abs)+b2(Abs)2+b3(Abs)3

在上個(gè)式子當(dāng)中b0、b1、b2、b3都為偏回歸系數(shù)。根據(jù)前文所得結(jié)果，將進(jìn)行測(cè)定的時(shí)間設(shè)定為5分鐘左右，在經(jīng)過試驗(yàn)時(shí)候，對(duì)得出的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，如表2所示。

表2　HCG試條Abs=f(C)數(shù)據(jù)

之后就需要將數(shù)學(xué)模型輸入到電腦當(dāng)中，在每次測(cè)試的時(shí)候，電腦就會(huì)根據(jù)所輸入的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換成為濃度進(jìn)行顯示，在轉(zhuǎn)換過程中利用電腦進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

5　結(jié)語

綜上所述，對(duì)免疫層析試條定量動(dòng)態(tài)測(cè)試的概念進(jìn)行了嶄新的提出，現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展要求相應(yīng)配套的醫(yī)療設(shè)備和服務(wù)來進(jìn)行提供，因此，將其先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)應(yīng)用到我國的醫(yī)療事業(yè)當(dāng)中，更好的服務(wù)于人民，促進(jìn)我國的醫(yī)療事業(yè)的大力發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]劉征宇.AT89 C51單片機(jī)在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用[J].福建電腦,2005,01:73-74.

[2]向科.CAN總線在智能儀表系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[D].貴州大學(xué),2007.

[3]王可寧.基于單片機(jī)的烘爐溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].東北林業(yè)大學(xué),2004.