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【摘要】 目的 研究基于金免疫层析法的PSA测定系统。方法 将模糊控制理论应用于PSA金免疫层析系统的基值自动调零部分。结果 基值自动调零在金免疫层析PSA测定系统的实现，提高了仪器的精密度。结论 金免疫层析PSA测定系统检测的数据是科学的、可信的，具有较高的临床应用价值。
【关键词】 前列腺特异性抗原；定量测试；模糊控制
【Abstract】 Objective To study a quantitative prostate specific antigen (PSA) detection system based on gold immunochromotographic assay (GICA).Methods Fuzzy control theory was applied to automatic zero setting of the PSA quantitative detection system.Results The automatic zero setting increased the precision of the PSA quantitative detection system.Conclusion The data of the quantitative detection system is objective,credible,and the system has clinical practical value.
【Key words】 prostate sepcific antigen;quantitative detection;fuzzy control
在我国，前列腺潜伏癌发病率之高在恶性肿瘤中是独一无二的，已成为影响公众健康的问题。前列腺特异性抗原（prostate specific antigen,PSA)由前列腺上皮细胞产生，在前列腺腺体的腺泡和腺管上皮细胞内合成，是一种唯一由前列腺上皮产生的蛋白，其特异性较高［1］。目前，PSA被认为是前列腺肿瘤学上最有效的肿瘤标志，对PSA进行定量检测并分析，对前列腺癌早期诊断、鉴别诊断及预测复发具有可行性。金免疫层析法（GICA）是根据抗原抗体的特异性免疫标记技术和紫外—可见光谱在定量方面的优势结合起来的一种高灵敏度的生物分析法，采用金免疫层析法测定前列腺抗原PSA具有操作方便、快速、简便、灵敏的优点。
1 基值自动调零电路的设计
由于金免疫层析试条测试线的色谱信号与待测样本PSA浓度呈正相关，在金免疫层析定量测试系统中，对样品中PSA浓度进行定量分析通常采用的是标准工作曲线的方法［2］，即根据被测试条的吸光度来确定样品浓度。但实际上，由于测试条件，如光源波动及各种干扰因素的影响，仅根据试条测试线吸光度绝对值来进行定量分析不能得到准确的结果。所以在实际分析中笔者采用内标法来消除工作条件变化对测定结果的影响。PSA金免疫测定系统根据内标法测试时，必须对背景进行调零，作为测定系统的基值。调零是通过合理设置光电转换部分的光电三极管静态工作点，以使光电三极管工作在线性放大状态，仪器获得较好的CV值，提高精确度。在PSA测定系统的自动调零部分中，本文利用C8051F020单片机的ADC和DAC来实现。
由于C8051F020输出的最大电压值为3.3V，为了给光电三极管提供足够的工作电压，数模转换后采用一级线性放大，使电压提高到5V，基值自动调零部分电路如图1所示。
2 模糊控制在测定系统基值自动调零的应用
模糊控制（fuzzy control）是一种对系统控制的宏观方法，模糊控制的最大特征是将专家的控制经验、知识表示成语言控制规则，然后用这些规则去控制系统。因此模糊控制特别适用于模拟专家对数学模型未知的、复杂的、非线性系统的控制中。模糊控制的核心部分为模糊控制器。
基值自动调零的模糊控制系统采用二维模糊控制器，输入为光电三极管两端的电压量E和其电压的变化量EC，输出为C8051F020单片机的D/A输出变量U。输入变量的隶属函数采用高斯型隶属度函数，输出变量的隶属函数采用三角型隶属度函数［3］。
C8051F020单片机将光电检测传感器，片内A/D检测到的信息进行模糊化，再根据模糊规则进行推理，最后根据模糊规则决定片内D/A数模转化模块的输出量，以调整试条背景基值。
基值自动调零部分的C8051F020单片机模糊控制仿真模型如图2，在实际基值调零中，笔者根据经验最适当的基值为1V，在仿真模型中，希望当系统初始输入在［-1，2］的范围内，模糊控制系统能将输出稳定在1。
在MATLAB模糊控制系统仿真中，在初始输出U为2、1.5和0.5的情况下，得到模糊控制系统仿真结果如图3中黑实线、虚线和灰实线分别为初始输入为2、1.5、和0.5的系统的仿真情况。由MATLAB仿真结果可见，模糊控制在本系统基值自动调零中的应用获得了很好的效果。
3 单片机模糊控制的软件设计
利用单片机实现基值自动调零的模糊控制系统，在软件设计上采用计算与查表相结合的方法。具体做法为：先将模糊控制查询表置入内存供实时查表使用，在控制时，单片机首先把输入量量化到输入量的语言变量论域中，再根据量化的结果查表求出控制量。这样可大大提高模糊控制的实时效果，节省内存空间。本系统的模糊控制查询表是一个二维的矩阵。由于单片机的内存是按一维空间顺序依次排列的。可将二维矩阵按行展开使之成为一维数组，并按先后顺序依次存放在ROM中。实现查表的思想是先获得“行信息”，再获得“列信息”可实现顺序查表。其软件流程如图4所示。
基值自动调零在金免疫层析PSA测定系统的实现，简化了仪器的操作过程，同时减少了人为误差，提高了仪器的精密度。
4 PSA测定系统的临床检测报告
用金免疫层析试条PSA测定仪在上海市第七人民医院进行临床试验。同时平行用Beckman发光检测仪（Beckman Access immunoassay system）做对照测定，采用同人同指标，对上述正常随机样本组①及临床怀疑有前列腺疾病组②样本进行对照，做对比相关性检测。根据以上临床方法和对照组设置，对检测结果进行相关性计算。相关系数γ计算公式：γ=（Xi-X)(Yi-Y) (Xi-X)2(Yi-Y)2(1-1)
为计算方便，上式可转化为γ=XiYi-NXY (Xi2-NX2)(Yi2-NY2)(1-2)
公式（1-2）中，N为样本数；Xi为金免疫层析试条PSA测定仪测定的结果，Yi为Beckman Access immunoassay system做出的对比结果；X为Xi平均值；Y为Yi平均值。按显著性水平α=0.05查相关系数界值表进行检验，若γ＞γ0.05为线性相关，否则为不相关。
临床检测结论：根据对比试验结果，对于同一样本，在金标PSA测定仪与Beckman发光仪进行对比实验，相关系数比界值高许多，说明线性相关性显著。其中第②组Beckman发光仪的平均值Y=7.8163，金免疫层析试条PSA测定仪的平均值X=7.4333，X/Y=0.9510。根据平均值趋向真值的原理，说明两台仪器很接近。因此金标PSA测定仪检测的数据是科学的、可信的，有较高的临床应用价值，可用来初筛或作为临床医生诊断的参考。金标PSA测定系统适用于中等综合性医院或社区基层医院，有利于对患者进行及时诊断。
【参考文献】
1 周绪华，刘启芳，邹杰，等.PSA在前列腺癌诊断中的意义.中国综合临床,1999,15(4):394.
2 杜民.基于光电检测与信息处理技术的纳米金免疫层析试条定量测试的研究［博士学位论文］.福州:福州大学,2005.
3 孙增圻,张再兴,邓志东.智能控制理论与技术.北京:清华大学出版社,1997,52-60.
作者单位： 350002 福建福州，福州大学电气工程与自动化学院
(编辑：杜文燕)