血液分析系統對采樣模塊有哪些新要求

發布時間：2009-4-30 14:12 發布者：賈延安

血液分析方式有幾種，采用的技術包括阻抗測量以及流式細胞計數。雖然這兩種設計都有特殊的要求和困難，但它們都依賴精確、可靠和可重復的數據采集進行分析。想要了解設計過程中的注意事項和器件選擇技巧嗎？請看本文。血液分析方式有幾種，采用的技術包括阻抗測量以及流式細胞計數。雖然這兩種設計都有特殊的要求和困難，但它們都依賴精確、可靠和可重復的數據采集進行分析。此外，高速和寬帶寬也至關重要。流式細胞儀和阻抗測量系統設計通常由激勵發生器、數據采集系統、應用處理器以及滿足這些功能單元所需的各種器件組成。
阻抗測量系統

頻率信號加載到血液樣品中，以測量其響應及將其數字化。

阻抗測量系統可對液體或樣品的組成提供準確和快速的分析。首先對待測樣品施加用戶可選擇的頻率激勵信號，以產生阻抗變化，然后根據樣品引發的阻抗變化進行分析。檢查產生的阻抗信號預示著正在進行什么樣的分析。例如，在血液樣品中添加已知菌株的病毒時，就發生抗原反應，產生化學物質，改變血液阻抗。通過在不同的頻率范圍進行這種試驗，就可能檢測出病毒的具體菌株。
AD5933是一款靈活的單芯片阻抗數字轉換器，能夠產生不同的激勵頻率并且分析阻抗頻譜。它具有100Ω～10MΩ阻抗測量范圍、高達100kHz(0.1Hz分辨率)的可編程激勵信號以及包含實部和虛部的數據輸出，允許計算每個頻率點上阻抗的相位和幅度。AD5934的特性與AD5933相同，但AD5934的阻抗測量范圍是0.1Ω～500 kΩ，頻率范圍高達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據采集片上系統(SoC)，它包含ARM7TDMI微控制器(MCU)內核和12位、1MSPS ADC。內置精密數模轉換器、模數轉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胞儀的系統設計以及可采用的器件。
流式細胞儀
在流式細胞儀系統中，細微粒子懸浮在流動液體中，每個細胞都要同時進行物理和化學特性檢測。當待測的染色細胞流過試樣管并且經過光源的前端時，對細胞中或附加到細胞上的熒光化學物質進行分析。使用光電二極管測量每個細胞發出的光強，通過分析光強的變化，就可以確定每個細胞物理和化學結構的不同類型信息。
為了實現與光電檢測器輸出兼容，要求放大級能提供寬帶寬、低偏置電流和低輸入電容，以保證精密的信號檢測；同時，為了確保有限的失真和系統速度，放大級還要求快速建立時間。AD8616非常適合用于光電二極管傳感器的反饋環路。它是一款20MHz、CMOS、軌對軌雙運算放大器，具有65μV低失調電壓、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運算放大器AD8067也是一個不錯的選擇，其輸入偏置電流為0.6pA，穩定增益>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路出來的數據首先通過ADC轉換，然后進入數字信號處理器(DSP)進行處理。在選擇ADC時，高速與保持信噪比是非常重要的性能指標。AD9248是一款高性能、65MSPS模數轉換器(ADC)，內置兩個采樣保持放大器和一個基準源，奈奎斯特頻率的信噪比(SNR)= 71.6dBc。它采用6?引腳LQFP封裝。DSP的任務包括接收FPGA散射，轉換為浮點格式，補償濾波器重疊，比較期望的細胞類型。ADSP21160系列浮點DSP提供豐富、功能強大的指令集、浮點精度以及高速運行。

利用細胞分類的流式細胞儀。

通過高壓細胞分類方法控制細胞(期望或非期望的)是一種特殊類型的流式細胞儀，它使用一套偏轉板將細胞分類到不同的收集容器。這些偏轉板保持某一高壓電位，不帶電的細胞垂直掉下，而帶電荷的細胞被吸引到特定的偏轉板上，從而有效地將待測細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上可逐個地給每個細胞帶電。AD5445是一款12bit、寬帶、電流輸出乘法型數模轉換器(DAC)。它能夠將脈沖轉變為光束使每個細胞帶電。它可對不同寬度的脈沖倍頻，以適應細胞速度(500kHz～2 MHz)，并且具有一個高速并行接口。AD5445采用20引腳LFCSP封裝和TSSOP封裝。

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