LED光源在尿液有形成分分析仪上的应用

2020-05-28张振荣王强

医疗装备 2020年9期

张振荣，王强

河北艾驰生物科技有限公司（河北迁安 727309）

尿常规是医院实验室的常规检查项目。尿常规检查分为两种：（1）用试纸做尿蛋白、潜血、糖等项目的检查；（2）对尿液中有形成分的检查，又称为尿沉渣检查[1]。尿液有形成分检查是尿液分析中不可缺少的检查手段，对临床诊断、治疗监测及健康普查具有重要的临床意义[2]。目前，人工镜检是尿液有形成分检查的金标准，随着影像与图像处理技术的发展，全自动尿液有形成分分析仪得到了广泛应用，其具有回顾功能，使临床检验具有再识别能力，可避免误诊及漏诊，增加了临床诊断的可信度，且在进行大规模检验筛选时节省了人员及时间成本[3]。除图像识别软件的优劣外，主要影响有形成分识别准确性的还有拍摄的清晰度，而清晰度不仅取决于相机的性能，还与光源有着密切的联系。本研究介绍了LED光源在尿液有形成分分析仪上的应用。

1 LED光源及发光原理

LED光源即发光二极管，最初多作为指示灯，随着白光LED的出现，其作用被推广，因其具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，现已被应用于多个领域，如信号灯、车用灯具、补光灯（电子警察）、液晶屏背光源等，现被称为第4代照明光源或绿色光源[4]。

LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，两者之间有一个过渡层称为PN结；P型半导体中空穴占主导地位，N型半导体中主要是电子。当向PN结正向偏压时，电流通过导线作用于晶片，电子被推向P区，在P区内电子与空穴复合，并以光子的形式发出能量，即为LED发光的原理。光的波长决定光的颜色，而波长由PN结材料决定，当两者形成的禁带宽度越大，辐射出的能量越大，对应的光子波长较短；反之，禁带宽度越小，辐射出的能量越小，对应的光子波长较长。

2 LED光源在尿液有形成分分析仪上的应用及控制原理

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仪属于流动式影像型，成像原理见图1。待测试样本经过流动池时，在两侧鞘液的作用下，形成适合测试的样本层；光源通过透镜照射在样本层上，此时CCD照相机通过透镜将此时经过的样本照射下来；图片传至计算机内供图像处理软件进行处理。

图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与交通违章抓拍的形式相似，由于拍摄的是动态物体，需要频闪照射，光源的频闪频率与照相频率相对应。光源的作用是将拍摄区的细胞清晰地显现出来，这就需要一个匹配的频率及照射灰度值，传统的此类光源多采用脉冲氙灯来控制，为达到均匀、理想的拍摄效果，其灰度值应控制在200～230，均值应控制在±5之间，如此拍摄的图像效果利于进行识别及分割[5]。我们采用LED光源经过实验研究的LED光源控制流程见图2，驱动电压与灰度值的关系见图3，LED光源灰度均匀度见图4。

图2 LED光源的控制流程

图3 驱动电压与灰度值的关系

图4 LED光源的灰度均匀度

由图3可以看出，驱动电压为2.3～2.7 V时，我们可以调整理想的光照灰度；由图4可以看出，最大灰度为224，最小灰度为217，符合设定标准灰度要求的（220±5）的均匀度要求（上述指标为参照国外机器性能指标制定）；说明我们在所需的面积范围内光源照明的灰度值值域及均匀度均符合尿液有形成分成像所需光源的要求。

本实验我们采用的是CREE公司8 W，白光LED；另外，我们根据公司的分割软件对标准粒子进行了图像处理，使用本公司的软件对使用脉冲氙灯和LED光源进行处理后，结果相似。

3 LED光源的优点

与目前其他公司的光源（脉冲氙灯等）比较，经本实验研究的LED光源具有以下优点：（1）脉冲氙灯的电压一般在220 V，而LED光源是低压（＜5 V），安全性能好；（2）同其他光源（脉冲氙灯、卤钨灯等）比较，LED光源发光效率高，耗电量小；（3）目前，LED光源的发展速度较快，成本低于脉冲氙灯，两者使用寿命相似，实验室内可达105 h；（4）LED光源发光方向性强，对本套光学系统来讲光能量损失小，效率高；（5）LED光源具有无污染、便于处理、不易破碎、稳定性高等优点。