2016年第6期
仅表技术与传赢器 InstrumentTechniqueandSensor
小样本微量移液压力控制区间预测方法研究
王海军，郭阳宽，祝连庆，孟晓辰
（北京信息科技大学，光电测试技术北京市重点实验室，生物医学检测技术及仪器北京实验室，北京100192）
2016 No.6
摘要：为了实现对生物医学仪器中移液过程的精确检测，提高仪器的测试精度，提出了一种在小样本下利用灰自助法获取微量移液过程压力控制区间的方法。首先，针对小样本问题，将灰色预测模型和自助再独样方法相结合建立微量吸液灰自助法模型(CBM(1,1))；然后，利用模型在小样本信息下获取压力控制区间；最后，通过搭建微量移液系统对该方法进行验证。实验结果表明，灰自助法用10条压力曲线能准确获取正常压力控制区间，并对正常吸液过程以及气泡、堵针、样本量不足等异常吸液过程进行准确检测及报警。
关键词：压力检测；小样本；微量吸液；灰自助法；压力控制区间
中图分类号：TH773
文献标识码：A
文章编号：10021841(2016)06-007704
PredictionMethodtoGetMicropipettePressureControlRangeonSmallSample
WANG Hai-jun,GUO Yang-kuan,ZHU Lian-qing,MENG Xiao-chen
(Beijing Information Science & Technology University, Beijing Key Laboratory for Optoelectronic Measurement Technology
Beijing Laboratory for Biomedical Detection Technology and Instrument, Beijing 100192,China)
Abstract: In order to achieve accurate detection of biomedical instruments pipetting process, improve the instrument's meas-urement accuracy, a new acquisition method micropipette process pressure control range in a small sample of the use of Gray Boot strap was put forward. Firstly, for small sample problem, combining with gray prediction model and bootstrap method, a micropi-pette gray Bootstrap model (GBM (1,1)) was established. Secondly, pressure control range in a small sample of information by gray Bootstrap was goten. Finally, the method was verified by building a micropipette system. The results of the experiments show that the pressure with 10 gray bootstrap pressure curve obtained can be a good assessment of the range of normal pipetting and bub-bles, blocking needle, inadequate sample size and other abnormal shift fluid process.
Key words: pressure detection ; small sample; micropipetting ; Grey Bootstrap method; pressure control range
0引言
微量吸液在生命科学、医疗仪器、分析化学等领域有着广泛的应用1)。吸液过程中可能遇到各种问题（如：样本液不足、样本表面有气泡、血液凝块或样本本身杂质造成的堵针等），从而造成吸液精度降低基至导致检测结果的错误[2-3]。因此对微量吸液过程进行实时检测，快速、准确地判断吸液过程中遇到问题，并及时报警和处理具有重要意义。
国内外学者针对吸液过程的检测间题进行了大量研究，提出了很多方法。现代最常用的方法是压力监控法，是指对加样尖内部的气压进行监控并与正常吸液压力控制区间进行比较，从而实现对吸液过程的检测(4]。MichaelKaplit[5]利用实际压力曲线背离理想压力曲线的程度判断吸液是否正常，这种方法可对某一类吸液问题进行判定，但对吸液过程的问题判别不够全面。J.L.Camenisch[}使用了压力控制区间的概念对吸液过程进行检测。这个方法较MichaelKaplit的方法有了重大改进，实现了对吸液过程的全面检测。
但J.L.Camenisch在获取压力控制区间时采用的是统计方
基金项目：北京市自然科学基金项目（KZ201010772032）；教育部长江学者与创新团队"发展计划项目（IRT1212)；北京市教委科研计划项目
(KM201511232006) 收稿日期：2015-10-18
法，需要进行大量的实验才能获取可信的压力控制区间。这对于不同实验（样本液的密度、吸液量、种类等略有不同时）都必须分别进行大量实验，对价格昂贵的生物试剂也造成了浪费。基于此，本文提出了利用较少的实验次数（即小样本），获取压力控制区间的方法。该方法在不降低吸液检测准确性的情况
下，既减少了实验的劳动强度，又降低了实验费用。 1利用小样本获取压力控制区间的原理
小样本最大的间题是会带来认知的不确定性，降低压力控制区间的准确性7)。灰色预报理论模型GM(1,1)预报机制很完善，利用预报扩展数据，可以解决认知不确定性问题[8-9)。但该模型的缺点是难以有效预报压力区间。自助法（Bootstrap Method)提供了种抽样方法，可以为灰色预报理论模型的预报提供再抽样，用于估计压力区间。但自助法因缺乏有效的预报机制面使压力区闻变小，准确性降低和误差增大。因此利用两者的优点构建灰自助法，可以在小样本下建立微量吸液灰自助模型(GBM(1,1)），获取准确的压力控制区间，实现对微量吸液过程进行检测。
1.1微量吸液压力控制区间分析
如图1所示(纵坐标的电压值正比于加样尖内压力值)曲线A、B及其之间的区域构成压力控制区间，正常的吸液压力曲线落在该区间内。它分成4个部分：0~t，为加样尖还未接触液