LED光源在尿液有形成分分析儀上的應用

張振榮，王強

河北艾馳生物科技有限公司 （河北遷安 727309）

尿常規是醫院實驗室的常規檢查項目。尿常規檢查分為兩種：（1）用試紙做尿蛋白、潛血、糖等項目的檢查；（2）對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，對臨床診斷、治療監測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準，隨著影像與圖像處理技術的發展，全自動尿液有形成分分析儀得到了廣泛應用，其具有回顧功能，使臨床檢驗具有再識別能力，可避免誤診及漏診，增加了臨床診斷的可信度，且在進行大規模檢驗篩選時節省了人員及時間成本[3]。除圖像識別軟件的優劣外，主要影響有形成分識別準確性的還有拍攝的清晰度，而清晰度不僅取決于相機的性能，還與光源有著密切的聯系。本研究介紹了LED光源在尿液有形成分分析儀上的應用。

1 LED光源及發光原理

LED光源即發光二極管，最初多作為指示燈，隨著白光LED的出現，其作用被推廣，因其具有節能、環保、壽命長、體積小等優點，現已被應用于多個領域，如信號燈、車用燈具、補光燈（電子警察）、液晶屏背光源等，現被稱為第4代照明光源或綠色光源[4]。

LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，兩者之間有一個過渡層稱為PN結；P型半導體中空穴占主導地位，N型半導體中主要是電子。當向PN結正向偏壓時，電流通過導線作用于晶片，電子被推向P區，在P區內電子與空穴復合，并以光子的形式發出能量，即為LED發光的原理。光的波長決定光的顏色，而波長由PN結材料決定，當兩者形成的禁帶寬度越大，輻射出的能量越大，對應的光子波長較短；反之，禁帶寬度越小，輻射出的能量越小，對應的光子波長較長。

2 LED光源在尿液有形成分分析儀上的應用及控制原理

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式影像型，成像原理見圖1。待測試樣本經過流動池時，在兩側鞘液的作用下，形成適合測試的樣本層；光源通過透鏡照射在樣本層上，此時CCD照相機通過透鏡將此時經過的樣本照射下來；圖片傳至計算機內供圖像處理軟件進行處理。

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，由于拍攝的是動態物體，需要頻閃照射，光源的頻閃頻率與照相頻率相對應。光源的作用是將拍攝區的細胞清晰地顯現出來，這就需要一個匹配的頻率及照射灰度值，傳統的此類光源多采用脈沖氙燈來控制，為達到均勻、理想的拍攝效果，其灰度值應控制在200～230，均值應控制在±5之間，如此拍攝的圖像效果利于進行識別及分割[5]。我們采用LED光源經過實驗研究的LED光源控制流程見圖2，驅動電壓與灰度值的關系見圖3，LED光源灰度均勻度見圖4。

圖2 LED光源的控制流程

圖3 驅動電壓與灰度值的關系

圖4 LED光源的灰度均勻度

由圖3可以看出，驅動電壓為2.3～2.7 V時，我們可以調整理想的光照灰度；由圖4可以看出，最大灰度為224，最小灰度為217，符合設定標準灰度要求的（220±5）的均勻度要求（上述指標為參照國外機器性能指標制定）；說明我們在所需的面積范圍內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。

本實驗我們采用的是CREE公司8 W，白光LED；另外，我們根據公司的分割軟件對標準粒子進行了圖像處理，使用本公司的軟件對使用脈沖氙燈和LED光源進行處理后，結果相似。

3 LED光源的優點

與目前其他公司的光源（脈沖氙燈等）比較，經本實驗研究的LED光源具有以下優點：（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光源發光效率高，耗電量小；（3）目前，LED光源的發展速度較快，成本低于脈沖氙燈，兩者使用壽命相似，實驗室內可達105 h；（4）LED光源發光方向性強，對本套光學系統來講光能量損失小，效率高；（5）LED光源具有無污染、便于處理、不易破碎、穩定性高等優點。

4 小結

本研究介紹了LED光源在尿液有形成分分析儀上的應用，經性能角度分析，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于其他光源，同時成本較低，穩定性較高。