计算机辅助设计CADCAE软件在成像仪设计中的使用
计算机辅助设计 CAD/CAE 软件在成像仪设计中的使用
自 20 世纪 80 年代初杂交测序(sequencing byhybridization，SBH)概念的提出，到 20 世
纪 90 年代初各种生物芯片的研制，芯片技术得以迅速发展，并呈现发展高峰，国外多家机构
均对此投以可观的财力。采用计算机控制的电荷耦合器件(chargecouple device，CCD)摄像
原理可获得结合于芯片上目的基因的荧光信号，其特点是扫描时间短，灵敏度和分辨率较高，
较适合用于临床诊断。
本研究基于生物芯片检测技术研发设计的化学发光成像仪具有简便易行、稳定性高及不污
染环境等优点。尤其是在短时间内可得到实验结果，深受检验医学和临床医师的青睐。目前，
国内所使用的仪器多为欧美厂商的产品，其系统复杂，价格昂贵，不适于在中小型医院普及推
广。因此，开发出适合国内需求、应用方便以及与国产生物芯片配套的化学发光成像仪具有重
要意义。
1 化学发光成像仪
化学发光分析广泛应用于环境科学、临床医学、药学、生命科学及材料科学等领域。化学
发光成像仪的研制，可改变国外同类设备产品在我国医疗机构的垄断，对分析方法发展和仪器
制造水平的提高具有现实意义。化学发光成像仪的设计改进了传统的产品设计方法，充分借助
计算机辅助设计(computeraided design，CAD)及计算机辅助工程(computeraided
engineering，CAE)技术实现产品的设计验证和缺陷修改。
1.1 化学发光成像仪设计思路
在具体结构上借助三维 CAD 系统，以实际工作情况为基础进行整体结构设计。借助 CAE
系统进行关键部件强度和热-应力耦合分析，及时发现设计缺陷，实现优化设计。在实现创新
的同时提高设计质量，降低研发成本，缩短研发周期。
1.2 CAD/CAE 技术的应用
现代工业技术的发展表明，现代产品的创新是基于知识和信息的创新设计。由于传统的解
析计算方法无法完成精确而全面的计算和分析，因此必须采用现代设计方法加以解决。随着现
代设计技术不断发展，CAD/CAE 技术的内涵和外延向更深、更广的方向发展。原有的学科更
加工程实用化，学科方向不断拓展，且与相关技术日益结合，朝集成化、一体化的方向发展。
这一发展为化学发光成像仪的快速设计和定型生产奠定了基础。基于 CAD/CAE 技术、用于化
学发光成像仪分析的三维模型如图 1 所示。
【图 1】
现代设计方法表明，产品设计虽然只占产品整个成本的 5％，但却影响产品整个成本的
70％。潜在的问题越早得到解决，设计的成本与周期的降低效果越明显。因此，必须大幅度消
减产品设计、制造成本。在实际制造前利用三维数字模型进行仿真分析已成为现代工业设计工
程中的重要方向和课题。
2 化学发光检测仪热耦合分析计算
由于荧光及化学发光本身较弱，在做化学发光检测时需要曝光的时间比较长，这将导致
CCD 产生较多的暗电流，对图像的质量影响非常大。通常 CCD 产生的暗电流随着温度下降而
减少，因此，通过降低 CCD 的温度最大限度地减少暗电流对成像的影响。CCD 芯片曝光＞5
～10 s 则会发热，未散热的芯片其“热”或“白”的像素点则会遮盖图像，图像布满雪花。通
过改善结构、优化方法能够减少噪音的产生。因此，结构散热是设计工作考虑的重点。
2.1 结构散热效果评价方法
目前，评价机械结构散热系统工作效果的方法有 3种：①实物试验；②进行全系统的模拟
实验室试验；③冷却系统的计算机仿真分析。
(1)实物试验是最直接、最简单的方法，但是周期会比较长，耗资也大，获得全面的数据也
有些困难，在某一种工况下试验的可重复性差。
(2)进行全系统的模拟实验室试验是近些年发展起来的新技术，采用这样的方法评价起来比
较全面，量化程度高，准确可靠，但对试验设备的要求苛刻。该方法与实物试验方法的共同点
是整个试验均建立在散热系统的实物基础之上。
摘要：
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计算机辅助设计CAD/CAE软件在成像仪设计中的使用 自20世纪80年代初杂交测序(sequencingbyhybridization，SBH)概念的提出，到20世纪90年代初各种生物芯片的研制，芯片技术得以迅速发展，并呈现发展高峰，国外多家机构均对此投以可观的财力。采用计算机控制的电荷耦合器件(chargecoupledevice，CCD)摄像原理可获得结合于芯片上目的基因的荧光信号，其特点是扫描时间短，灵敏度和分辨率较高，较适合用于临床诊断。 本研究基于生物芯片检测技术研发设计的化学发光成像仪具有简便易行、稳定性高及不污染环境等优点。尤其是在短时间内可得到实验结果，深受检验医学和临床医师...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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时间：2023-03-03
