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全自动血凝仪定标算法研究

2018.8.06

　　引言
　　血凝仪是对血栓和止血进行实验室检查的仪器。止血与血栓分子标志物的检测指标与临床各种疾患有着密切联系，如心脑血管疾病、糖尿病、动静脉血栓形成等。目前，国内的全自动血凝仪主要依靠进口，只在大中型医院使用而且价格都很昂贵，小型医院还是使用半自动血凝仪。由此可知，研制出产品化的全自动血凝仪，可以打破进口全自动血凝仪在国内的垄断地位，而且在国内有很广阔的市场。
　　对于FIB、D-二聚体等检测项目，需要把凝血时间或光强度变化量和标准试样的定标曲线对照，得出检定项目的浓度、百分比活度等通用单位，以此来判断患者的此项指标是否在正常范围内。
　　以FIB定标为例，首先将定标血浆按一定步骤配比出4种不同浓度的标准血浆；然后把这4种标准血浆按FIB项目进行检测，得到凝血时间；最后把凝血时间作为X轴，浓度作为Y轴，得到血浆浓度与凝血时间的关系曲线，这就是FIB的定标曲线。
　　本文所用的全自动血凝仪在硬件设计上，用磁珠法测试FIB，下位机传给上位机的是时间s，FIB的检测单位是g/L。用光学法测试D-二聚体，下位机传给上位机的是吸光度变化量，D-二聚体的检测单位是ng/mL。
　　1FIB定标算法
　　根据试剂化学反应特性，得到的FIB定标曲线应该是一条直线，设为y=kx+b。理论上至少需要3个定标点，也就是说标准血浆至少要按3种不同的比例稀释。
　　2D-二聚体定标算法
　　通过相关文献的查询，以及用Origin拟合检测的数据可知，D-二聚体定标曲线拟合成三次项曲线效果最好。
　　多项式拟合中，当拟合多项式的次数较高时，可能出现正规方程组的病态。方程组系数矩阵阶数越高，病态越严重。对高次多项式作不同的分段低次拟合，可有效解决正规方程组的病态。由于定标算法中多项式的次数并不是很高，所以没分段拟合。
　　线性方程组的数值解法可分为直接法和迭代法两大类。直接法程序结构较复杂，只要原方程组有解，就一定能求出解。求解方法本身没有误差，但实际计算过程可能产生舍入误差，求解的运算量与方程组的阶数直接相关。迭代法常用于求解高阶稀疏矩阵。具体来说有Gauss消元法，LU分解法，雅可比迭代法，高斯-赛德尔迭代法等。
　　本文采用列主元高斯消元法求解线性方程组，比起顺序高斯消元法，列主元高斯消元法可以避免零主元或小主元出现，提高解的精度。列主元高斯消元法的运算量为O（n3）。列主元高斯消元法的算法如表1所示。
　　3实验结果跟Origin对比及效果图
　　先将标准血浆配比成5.10g/L、2.55g/L、1.27g/L、0.85g/L，浓度依次减半，再将配比好的血浆按FIB项目进行检测，得到反应时间。结果如表2所示。
　　对于D-二聚体也是类似的，先将标准血浆配比成4.00μg/mL、3.00μg/mL、2.00μg/mL、1.00μg/mL、0.50μg/mL、0.01μg/mL，再将配比好的血浆按D-二聚体项目进行检测，得到反应时间。结果如表3所示。
　　本文所用的开发工具是VC++6.0，用自己写的算法所求的定标曲线方程如表4所示。用Origin软件所求的定标曲线方程如表5所示。
　　通过比较可知，用Origin拟合同样的数据，所求的定标曲线方程结果是一样的，只是保留小数点的位数不一样，这是开发工具决定的。
　　效果图如图1和图2所示。
　　4结语
　　本文采用最小二乘法对全自动血凝仪需要定标的检测项目进行定标。以磁珠法检测的FIB和光学法检测的D-二聚体为例，提出具体的算法。FIB的直线拟合可按公式求解。D-二聚体的多项式拟合可先化为正规方程组，再采用列主元高斯消元法求解。通过实验验证，此模块的算法可移植到磁珠法的血凝仪和光学法的血凝仪中。

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周锦帆