模糊控制理论在PSA金免疫层析系统基值自动调零中的应用
【关键词】 定量测试。
【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。
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。
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。