1、 辐照损伤检测中信号采集处理及传输软件设计第 1 章绪论1.1 课题背景自然界中的一切物体都会源源不断地向外传送能量，这种传送能量的方式称为辖射。辐射分为两类，一类是非电离辖射，例如可见光、紫外线、声福射、热辖射和低能电磁辐射。另一类是电离福射，是指 a、P. Y、X 和中子等射线。这些射线能够直接或者间接地使物质电离（即原子或分子获得或失去电子而成为离子）。通常也将电离辖射称为辖射照射，简称福照2。作用于生物体的辐射分为天然福射和人工辐射两大类3。天然福射是无处不在的，房屋、食品、天空、植物乃至人体内部都存在着辐射照射。除了天然的放射性之外，人们还会常常使用或者接触一些其他放射源，其中包括放
2、射性诊断和治疗辐射源、放射性药物、以及核反应堆和加速器产生的辐照源等。但是，少量的辐射照射不会危及人类的健康，只有过量的放射性射线的照射，才会对人体产生伤害。福射照射的剂量越大，危害性就越大。辐射损伤是指由放射性照射引起的机体组织的损害。一般来说，是由放射性照射或放射性物质通过空气和水进入人体而引起的。它能破坏人体组织里的分子和原子之间的化学键，进而会使人产生身体不适，严重的可造成人体器官和系统的损伤，导致各种疾病的发生。如表 1.1 所示是放射线福射对健康的影响，当辐射剂量达到 7000-10000mSv 时，就会全员死亡，可见辐射的危险性。.1.2 本文福射损伤检测原理1.2.1 细胞损伤
3、评价标志物参数Y-H2AX 是一种特异性抗体，当细胞受到辐照后，细胞会产生这种特异性抗体，目前 Y-H2AX 是公认的可以反映辖射损伤生物标志物，是检测辐射损伤修复的最敏感指标17。Y-H2AX 的免疫荧光值可反映每个细胞核内的染色体 DNA 的损伤程度，流式细胞仪或者激光共聚焦显微镜均能定量地检测出 Y-H2AX 的免疫焚光值，从而反映 DNA 损伤程度1819。因而本文通过检测经特异性焚光染料染色后的人体血液淋巴细胞的光强来评估辐射造成损伤的程度，其评估参数包括辐照强度与辐照浓度。本课题组幵发了一种基于微流控芯片的便携式福照损伤检测仪，检测仪主要包括如下子系统：主控系统、微流控芯片子系统、
4、片内细胞操控子系统、光电检测子系统、信号采集处理与传输子系统等。检测系统组成框图如图 1.1 所示，其中微流控芯片平台用于承载细胞样品，通过压力驱动方法操控细胞运动，使细胞在微通道内能够逐个经过检测区域，利用阻抗脉冲检测法和 LED 诱导焚光检测法对通道内的细胞进行检测，将两路检测信号进行放大滤波后同基底信号一起釆集到 ARM 开发板内进行信号的存储与处理，并将已处理过的信号与检测结果实时显示在液晶屏上。.第 2 章基于 Qt 的信号采集与存储模块2.1 Qt 简介Qt 是一种跨平台的 C+用户图形界面应用程序开发框架。它包含一个功能丰富的 C+类库以及一套简便易用的集成开发工具。Qt所支持的
5、平台不但包括 Linux、Windows 以及 Mac OS X 等主流桌面桌面操作系统，还包括诸如 Symbian、Maemo 以及 MeeGo 这样的嵌入式操作系统22。使用 Qt 编写的 C+程序具有良好的跨平台性，程序员几乎无须更改源代码，所编写的应用程序即可以运行在各种操作系统中，这大幅度的缩短了开发周期、降低了开发成本。这也是本文釆用这种编程环境的主要原因。基本上，Qt 同 XWindow 上的 Motif，Openwin, GTK 等图形界面库和 Windows 平台上的 MFC, OWL, VCL 是同类型的东西23。本文釆用 Qt 环境编写了所有上层软件并将程序移植到具有 L
6、inux 操作系统的 ARM 开发板上来实现辐照细胞检测上层的功能。Qt 中拥有完善的 C+图形库，还继承了数据库、多媒体库、网络库、脚本库、OpenGL 库、XML 库、WebKit 库等，其核心库也加入了进程间通信、多线程等模块。这些加入的模块极大地丰富了 Qt 幵发大规模跨平台应用程序的能力，也实现 了 其研发宗旨 Code Less Great More Deploy Anywhere 。Qt 库的不断完善，实现了不同的功能。其中主要分为以下几类：基础的实现、与用户界面设计有关的部分、Qt 中与其他技术相结合连接的部分。基础部分主要包括：Qt 的对象模型(the Qt Object m
7、odel)、事件系统 (event .system)、线程(threading)、国际化针对于特定平台的开发(platform specific)。2.2 信号采集模块信号采集的功能主要是通过调用底层驱动模块将外部信号通过AD 芯片采集到上层，信号采集流程如图 2.4 所示：(1)开始，在开始信号发出后会进行信号采样。(2)数据初始化，开始信号发出后，立即对所有数据进行初始化处理，以便采集过程中对各个变量进行正确的处理。(3)打开底层驱动，驱动是底层与上层的通道，在未开启底层驱动时，10 口不会向 ARM 上层传送有效数据。反之当打开底层驱动后，就可以从 10 口采集到外部信号数据，有了信号数
8、据作为基础才可以进行后续的处理。(4)定时器，底层驱动会以 500Hz 的频率向上层传送数据，通过对定时器的设定，可以根据所需频率进行设定，本文有效采样率最低为 30Hz。(5)将数据读出并存到 buf 存储器，定时器开启后，将底层数据按照定时频率读出并存到 buf 存储器，作为一个中转存储。第 3 章信号处理与显示模块.183.1 信号处理模块.183.2 信号显示模块.213.2.1 界面总体布局.223.2.2 曲线实时绘制.243.3 数据统计分析.293.4 本章小结.30第 4 章数据文件传输模块.314.1 数据传输模块整体设计.314.1.1 TCP 与 UDP 简介.314.
9、1.2 整体设计思路.314.2 客户端设计.324.2.1 软件设计思路.324.2.2 软件编译结果.354.3 服务器端设计.364.4 数据传输测试.384.5 本章小结.43第 5 章系统软件调试.445.1 软件移植方法.445.2 便携式辐照损伤检测软件部分功能说明.455.3 实物实验结果及说明.455.4 本章小结.46第 5 章系统软件调试5.1 软件移植方法本章主要介绍了软件移植与功能说明。首先说明了软件开发的过程，程序编译仿真方法以及如何移植到 Linux 系统的幵发板中运行。并介绍了整个软件系统的功能。通过与同组同学硬件部分结合实测辐照细胞实验，说明本系统软件设计能够
10、准确的测量辐照损伤程度。无线传输利用了 OK6410 开发板的扩展模块 SDIO 接口 WIFI 模块，其芯片型号为 WM-G-MR-09 (Marvell8686),将芯片模块插入到OK6410 的 SD 接口上就.可以利用芯片搜索无线网络并连接到无线网络上。本文利用的是海事大学校园无线网络 DLMUnet 进行无线传输测试的。.总结本文主要设计了辖照损伤检测系统中信号釆集处理与传输子系统的软件。其主要实现的功能有：(1)信号采集与存储。通过调用外置 AD 驱动将两路检测信号釆集到上层 ARM 幵发板中；运用文件类与数据流类，将信号转换成相应精度的数据形式存储到 ARM 开发板的存储器中；并可调用存储生成的文件进行数据回放。(2)信号处理与显示。利用信号与数字滤波器卷积，最小二乘法得到渐近线等方法进行信号的处理，使脉冲信号清晰明确的同时利于阈值法计算脉冲个数；同时利用窗口布局方法设计了界面，实现了信号的绘制并模拟了信号的实时釆集过程；通过调用已存储数据可以进行总体分析，最终得出辐照细胞的辐照强度与辐照浓度。(3)数据文件传输。选择 TCP 协议作为数据文件传输的通信协议，运用 QTcpScket 类设计的从客户端发送文件到服务器端的方案，通过有线和无线两种方式分别实现了从 ARM 开发板到 PC 机文件传输的功能,这种远程传输功能利于文件的永久有效存储。
