LED光源在尿液有形成分分析儀上的應(yīng)用

張振榮，王強(qiáng)

河北艾馳生物科技有限公司 （河北遷安 727309）

尿常規(guī)是醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)檢查項(xiàng)目。尿常規(guī)檢查分為兩種：（1）用試紙做尿蛋白、潛血、糖等項(xiàng)目的檢查；（2）對(duì)尿液中有形成分的檢查，又稱為尿沉渣檢查[1]。尿液有形成分檢查是尿液分析中不可缺少的檢查手段，對(duì)臨床診斷、治療監(jiān)測(cè)及健康普查具有重要的臨床意義[2]。目前，人工鏡檢是尿液有形成分檢查的金標(biāo)準(zhǔn)，隨著影像與圖像處理技術(shù)的發(fā)展，全自動(dòng)尿液有形成分分析儀得到了廣泛應(yīng)用，其具有回顧功能，使臨床檢驗(yàn)具有再識(shí)別能力，可避免誤診及漏診，增加了臨床診斷的可信度，且在進(jìn)行大規(guī)模檢驗(yàn)篩選時(shí)節(jié)省了人員及時(shí)間成本[3]。除圖像識(shí)別軟件的優(yōu)劣外，主要影響有形成分識(shí)別準(zhǔn)確性的還有拍攝的清晰度，而清晰度不僅取決于相機(jī)的性能，還與光源有著密切的聯(lián)系。本研究介紹了LED光源在尿液有形成分分析儀上的應(yīng)用。

1 LED光源及發(fā)光原理

LED光源即發(fā)光二極管，最初多作為指示燈，隨著白光LED的出現(xiàn)，其作用被推廣，因其具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如信號(hào)燈、車用燈具、補(bǔ)光燈（電子警察）、液晶屏背光源等，現(xiàn)被稱為第4代照明光源或綠色光源[4]。

LED的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，兩者之間有一個(gè)過(guò)渡層稱為PN結(jié)；P型半導(dǎo)體中空穴占主導(dǎo)地位，N型半導(dǎo)體中主要是電子。當(dāng)向PN結(jié)正向偏壓時(shí)，電流通過(guò)導(dǎo)線作用于晶片，電子被推向P區(qū)，在P區(qū)內(nèi)電子與空穴復(fù)合，并以光子的形式發(fā)出能量，即為L(zhǎng)ED發(fā)光的原理。光的波長(zhǎng)決定光的顏色，而波長(zhǎng)由PN結(jié)材料決定，當(dāng)兩者形成的禁帶寬度越大，輻射出的能量越大，對(duì)應(yīng)的光子波長(zhǎng)較短；反之，禁帶寬度越小，輻射出的能量越小，對(duì)應(yīng)的光子波長(zhǎng)較長(zhǎng)。

2 LED光源在尿液有形成分分析儀上的應(yīng)用及控制原理

2.1 尿液有形成分的成像原理

本公司研制的尿液有形成分分析儀屬于流動(dòng)式影像型，成像原理見(jiàn)圖1。待測(cè)試樣本經(jīng)過(guò)流動(dòng)池時(shí)，在兩側(cè)鞘液的作用下，形成適合測(cè)試的樣本層；光源通過(guò)透鏡照射在樣本層上，此時(shí)CCD照相機(jī)通過(guò)透鏡將此時(shí)經(jīng)過(guò)的樣本照射下來(lái)；圖片傳至計(jì)算機(jī)內(nèi)供圖像處理軟件進(jìn)行處理。

圖1 尿液有形成分的成像原理

2.2 LED光源的控制原理

尿液有形成分的成像原理與交通違章抓拍的形式相似，由于拍攝的是動(dòng)態(tài)物體，需要頻閃照射，光源的頻閃頻率與照相頻率相對(duì)應(yīng)。光源的作用是將拍攝區(qū)的細(xì)胞清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，這就需要一個(gè)匹配的頻率及照射灰度值，傳統(tǒng)的此類光源多采用脈沖氙燈來(lái)控制，為達(dá)到均勻、理想的拍攝效果，其灰度值應(yīng)控制在200～230，均值應(yīng)控制在±5之間，如此拍攝的圖像效果利于進(jìn)行識(shí)別及分割[5]。我們采用LED光源經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的LED光源控制流程見(jiàn)圖2，驅(qū)動(dòng)電壓與灰度值的關(guān)系見(jiàn)圖3，LED光源灰度均勻度見(jiàn)圖4。

圖2 LED光源的控制流程

圖3 驅(qū)動(dòng)電壓與灰度值的關(guān)系

圖4 LED光源的灰度均勻度

由圖3可以看出，驅(qū)動(dòng)電壓為2.3～2.7 V時(shí)，我們可以調(diào)整理想的光照灰度；由圖4可以看出，最大灰度為224，最小灰度為217，符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)灰度要求的（220±5）的均勻度要求（上述指標(biāo)為參照國(guó)外機(jī)器性能指標(biāo)制定）；說(shuō)明我們?cè)谒璧拿娣e范圍內(nèi)光源照明的灰度值值域及均勻度均符合尿液有形成分成像所需光源的要求。

本實(shí)驗(yàn)我們采用的是CREE公司8 W，白光LED；另外，我們根據(jù)公司的分割軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子進(jìn)行了圖像處理，使用本公司的軟件對(duì)使用脈沖氙燈和LED光源進(jìn)行處理后，結(jié)果相似。

3 LED光源的優(yōu)點(diǎn)

與目前其他公司的光源（脈沖氙燈等）比較，經(jīng)本實(shí)驗(yàn)研究的LED光源具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）脈沖氙燈的電壓一般在220 V，而LED光源是低壓（＜5 V），安全性能好；（2）同其他光源（脈沖氙燈、鹵鎢燈等）比較，LED光源發(fā)光效率高，耗電量??；（3）目前，LED光源的發(fā)展速度較快，成本低于脈沖氙燈，兩者使用壽命相似，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可達(dá)105 h；（4）LED光源發(fā)光方向性強(qiáng)，對(duì)本套光學(xué)系統(tǒng)來(lái)講光能量損失小，效率高；（5）LED光源具有無(wú)污染、便于處理、不易破碎、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

4 小結(jié)

本研究介紹了LED光源在尿液有形成分分析儀上的應(yīng)用，經(jīng)性能角度分析，其與非LED光源可起到同等的作用，且在光效、壽命和污染等方面優(yōu)于其他光源，同時(shí)成本較低，穩(wěn)定性較高。