您的支持是我前进的最大动力，谢谢！急性心肌梗死是一种致死率极高的急性病症，其在全球范围内的病死率逐年上升。患者若在“黄金一小时”内进行治疗可大大降低病死率，因此，对急性心肌梗死的快速诊断具有重要意义。
免疫比浊法因检测时间短、稳定性好、操作简便等优点被广泛应用于急性心梗生物标志物的检测，但目前以免疫比浊法为检测原理的仪器均为特定蛋白分析仪等大型仪器，普遍存在价格昂贵，需专业人员操作等问题。
智能手机因其内部包含有多种传感器，并且具有多元化、开放式的应用程序以及强大的数据处理能力，所以被应用于众多的医学检测仪器设备的开发中；嵌入式系统则是实现仪器小型化、集成化和自动化的关键组成部分。
随着当前快节奏的生活，人们或多或少养成了一些不良的生活习惯，这为人们的身体健康埋下了隐患，在严重的情况下可能会造成诸多疾病，而心血管疾病就是其一。
《中国心血管健康与疾病报告2020》指出，目前，我国心血管疾病的死亡率早已高于其他疾病（如癌症、肿瘤等），成为我国城乡居民死亡的首要原因。其中，急性心肌梗死（AcuteMyocardialInfarction，AMI）是目前心血管疾病中致死率极高，抢救效率极低，最为常见的病症之一。从2005年开始，我国AMI的死亡率总体呈明显的上升态势，如图所示[1]。每年约有100万的AMI新增患者，预计到2030年，AMI患者将达到2260万。
胶乳颗粒增强免疫比浊法胶乳颗粒增强比浊法是一种升级的免疫比浊检测方法，其基本原理为：在高分子胶乳颗粒的表面交联单克隆抗体或抗原，当其与待测抗原或抗体结合后，短时间内会迅速凝聚，导致光线衰减，从而改变了反应液的散光性能或透光性能，这样的改变与待测抗原或抗体的浓度有很强的相关性，在一定范围内可以反映待测抗原或抗体的浓度，其原理示意图如图所示。
因为传统的免疫比浊法普遍存在：抗原含量极少就无法被检测出来；生成的免疫复合物分子尺寸太小就难以从液相析出；待测抗原分子的大小不一致就会影响测定结果的准确性等问题。而胶乳颗粒增强免疫比浊法，由于胶乳纳米微球的凝聚作用，在反应过程中不但能起到增强信号的作用，还可以促进免疫复合物的从溶液中析出，进一步提高检测结果的准确性，很好的解决了上述问题，所以本文选择胶乳颗粒增强型的免疫比浊法，作为本研究的检测方法。智能手机环境光传感器的工作原理为实现基于智能手机环境光传感器的检测方案，本文对智能手机环境光传感器的工作原理进行探究。早在2002年的诺基亚7650开始，环境光传感器就已经出现在了手机中。在当时，环境光传感器就可以根据手机所在环境中的光线，来调节其TFT彩色屏幕的亮度和手机键盘灯的亮度。目前，环境光传感器已经是所有智能手机必不可少的传感器之一。
其功能是：通过检测手机所处环境的光线强度，从而调节屏幕适应环境需求。例如，在光线充足的地方，调节手机屏幕保持亮度最高；在光线较暗的环境下，调节手机屏幕同步变暗。这样既可以让使用者不论处于光线良好与否的位置，都能看到柔和的手机画面，缓解用户的视觉疲劳，让用户拥有良好的使用体验，又能进一步节省手机的电量。
光源的选择与光路的设计本研究所采用的检测原理为胶乳颗粒增强免疫比浊法，研究使用透射免疫比浊法实现对光束的采集，原理如图所示，使用光源照射待测样品后，采集穿过液体样品的透射光的强度。
一般情况下智能手机环境光传感器所采集到的光强值范围为0~300000Lux，而影响发光二极管发光强度最主要的因素就是其功率大小。一般功率越大，LED的发光强度越高；功率越小，其发光强度越低。为寻找到功率合适且能够稳定输出的发光二极管，来实现其产生的光线可被智能手机的环境光传感器稳定采集。
本文设计了不同功率LED的光强稳定性实验。研究先使用3D打印技术设计LED灯罩，如图所示，其不但可以固定在智能手机上，而且可以使实验LED统一位置（都固定于环境光传感器正上方1cm处）。这样的设计可以使LED输出的光线完整的被环境光传感器所采集。
为进一步分析其稳定性，分别计算这三种不同功率LED在开启12分钟内光强值的噪音水平，如图所示。噪音水平用12分钟内光强值标准偏差的两倍来表示（样本量为3）。由图可看出，0.06WLED的噪音水平最低，说明其输出的光强是最稳定的。
本研究所需要的光源，最先追求的就是其稳定性，而且在仪器中0.06WLED输出的光强值已经高达20000Lux，完全可以满足仪器检测光强大于15000Lux，而且功耗最低的要求。所以本研究选择使用0.06W的LED作为仪器的光源。
嵌入式硬件系统框图本研究开发的基于智能手机免疫比浊仪的嵌入式硬件框图如图所示。仪器使用220V交流电供电，使用电源适配器后输出12V，施加在电源电路上为STM32F103ZET6微控制器和A4988步进电机驱动器供电。
智能手机发出信息，当蓝牙模块接受到信息后，反馈到STM32F103ZET6微控制器中，微控制器执行相应程序，控制A4988步进电机驱动器发出脉冲，从而实现对步进电机的控制。嵌入式硬件系统通过STM32F103ZET6微控制器直接控制LED恒流驱动模块，来实现仪器光源的开启，以及直接控制按键驱动模块，来实现仪器的按键交互。
蓝牙模块蓝牙技术是一种无线通信技术，其因低功耗低和良好的抗干扰能力被广泛应用于电子产品中。它的工作频段使用全球通用的2.4~2.485GHz的ISM波段，最大传输速率可以达到3Mbps，这使其在在短距离传输数据时相比其他技术更加优越。
为实现智能手机对免疫比浊仪的智能控制，只需要操作智能手机就可以完成检测，本研究采用蓝牙技术，使用ATK-HC05蓝牙串口模块来实现。其为蓝牙2.0协议，可与任何支持蓝牙的产品兼容通讯，使用灵活、方便，十分适合用于嵌入式系统来实现蓝牙通讯。该模块参数如表所示。
虽然短距离无线数据通信技术还有ZigBee和WiFi等，但是他们所需的成本较高，通信协议和实现技术相对蓝牙技术来说更复杂。而本文使用的ATK-HC05蓝牙串口模块，因其相关的蓝牙协议已经被厂家封装，可以直接将蓝牙当作通信串口。
这使得嵌入式系统的蓝牙开发更为简单、成本也更低。本文使用的ATK-HC05蓝牙模块通过TXD引脚和RXD引脚传输数据，用于蓝牙模块与单片机系统的即时通信，其与单片机系统至少连接以上4根引脚，才可完成基础的通信功能。ATK-HC05蓝牙串口模块的原理图如图所示。
步进电机及其驱动器步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或者线位移的执行机构。在不超载的情况下，步进电机的转速、步进电机中心轴停止的位置只取决于脉冲信号的频率和数量，所以只需控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序就可以实现对步进电机的控制。
因步进电机可以很好的从源头控制信号的输出，所以其十分适用于需要精准控制速度、位移和一些对精度控制要求非常高的场合，如今步进电机已经被广泛应用于工业、农业、制造业等领域。混合式步进电机拥有动态性能好、输出力矩大、输出精度高等优点。因此，本研究选择混合式步进电机39HS2004A4来实现仪器的精准控制，其实物图和拆解图如图所示。
Android应用程序的性能分析本研究设置智能手机环境光传感器在自动检测时，对每个样品采集6次光强值，并求取6个数值的均值作为测量值来减少误差。但是经过分析这6次光强值，发现其在前两次的数值异常低于后四次的光强值，如图所示。
其是因为在开启环境光传感器的瞬时，采集信号会存在不稳定的情况，这样均值后的结果将远低于准确的结果，为实现采集数据的准确可靠，研究去掉前两个值后，对后四次采集到的光强值进行求取均值来当作最终采集到的光强值。
如图所示，经优化过后Android应用程序所采集到的光强值波动范围在10Lux之内，光强值的误差远小于优化前。说明其采集到的光强值稳定可靠，可作为“基于智能手机的免疫比浊仪”应用程序的最终采集结果。
总结本文通过对免疫比浊法的检测原理、环境光传感器的工作原理进行分析，为智能手机免疫比浊技术的开发奠定基础。此项技术基于胶乳颗粒增强免疫比浊法，通过将待测物质的特异性抗体交联在胶乳微球上，若样品中含有待测物质，其会发生免疫反应，使微球聚集形成抗原抗体复合物，导致检测液产生浊度，之后通过环境光传感器检测溶液的透射光或散射光的变化，即可量化样品中待测物质的浓度。
之后，开发了一种基于智能手机的免疫比浊检测技术，其包括两部分：免疫比浊仪检测装置和“智能手机免疫比浊仪”APP，这两部分相互配合，共同完成疾病标志物的测定。根据免疫比浊法的检测原理设计检测光路，并通过3D打印技术设计免疫比浊仪检测装置。
为实现仪器的小型化、自动化和智能化，通过嵌入式技术开发嵌入式系统，嵌入式硬件以STM32F103微控制器为核心，蓝牙模块、步进电机及其驱动器、LED横流模块、按键模块以及电源模块为外围电路。设计蓝牙模块实现检测装置与智能手机的互联，让用户通过手机即可实现对装置的智能控制。
设计步进电机模块实现快速自动化检测；LED恒流驱动模块为检测光路提供稳定光源；按键模块提高了仪器的交互特性；电源模块为整个仪器提供稳定电源输入。嵌入式软件使用KEIL作为集成开发环境，开发了蓝牙驱动及串口通信程序、步进电机驱动及控制程序以及按键输入控制程序。
通过AndroidStudio开发“基于智能手机的免疫比浊仪”应用程序，包含有首页、蓝牙、测量、绘图、记录五大功能，可实现智能手机控制、检测、数据处理与存储一体化。经验证，本文开发的智能手机免疫比浊技术拥有良好的准确性和可靠性。
本文来自投稿，不代表展天博客立场，如若转载，请注明出处：https://www.me900.com/323717.html
