CN101013100A

CN101013100A - 一种精液测量装置

Info

Publication number: CN101013100A
Application number: CN 200610121133
Authority: CN
Inventors: 成嘉; 庄斌; 蔡芳生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2007-08-08

Abstract

本发明有关一种精液测量装置，用以解决现有技术中精液测量时成本过高，操作不便及结果不精确的问题，其包括采集器及测量主机，其中采集器包括两探针电极及设置于两探针电极之间的定量管，测量主机包括振荡电路，与上述振荡电路相连的恒压源，该恒压源与所述一个探针电极相连，及与另一探针电极相连的信号放大电路，该信号放大电路并顺次电性连接于数模信号转换器、中央处理器及显示器。通过上述设置可以方便精确测量精液质量并且成本低廉，方便直观。

Description

一种精液测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其是涉及一种可以操作方便，成本低廉且结果精确的精液测量装置。

背景技术

精子的信息是诊断男性生育能力的依据，绝大多数精子检测都在医院中完成，检测的项目包括精子密度、活性、畸形率等。医院中采用的主要检测方法有显微镜目测法、电子探头人工软件分析法、计算机视觉智能分析系统，但这些技术都是需要专业人员和昂贵的医疗设备才能实现。根据世界卫生组织WHO的标准，在精子的检测项目中密度和活性是两项重要的生育指标参数，特别是精子密度在早期的诊断排查中有重要的临床意义，所以一些海外科技公司相继开发了测量精子密度的快速检测仪器，用于人类用家庭诊断和动物用畜牧养殖诊断。

美国专利号4,880,732描述了一种使用荧光染色的方法快速的测量精液的浓度。通过检测被荧光染色的精子的密度得到精子的数量。但是由于此种方法的的装置非常昂贵(特别是光电倍增管等光学测量元器件)以及测量的复杂过程，使得这种装置不能被广泛使用。

美国专利号5,402,240描述了一种装置应用Beer-Lambert定理，发射电磁波(光线)穿过精液找到吸收率与浓度的关系，从而得出精子的密度，也就是比色法。但是同样的问题，设备的成本也很高。以上两种设备都主要用于畜牧养殖诊断。

美国专利号5,055,411和5,068,089描述了使用化学染色剂的一种方法。染色剂变化的范围(比色显示)被认为是精子的受孕能力。这种测量方法是可以在家中使用，但是它的局限性在于，这种复杂的方法被要求必须高于室内温度时才可以使用，而且结果仅仅显示精子的浓度是否每毫升高于两千万精虫这唯一的结果，并且只能靠肉眼对比色条来判断。

美国专利号5,895,749和5,935,800描述了GpX抗体于每一个在精液内的精子发生作用后，测量抗体的浓度从而得到精子的浓度。这方法要求添加一些反应物，需要复杂的过程才能完成。并且这种方法得出来的结果与美国专利号No.5,055,411和5,068,089结果一样只能通过肉眼进行颜色比对来大致判断其精子浓度是否超过每毫升两千万数量。

因此，如何提供一种可以同时操作方式，成本低廉并且能够提供直观、精确的结果的精液测量装置成为业界需要解决的一个问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是解决现有技术的不足，提供一种操作方式，成本低廉并且能够提供直观、精确的结果的精液测量装置。

为解决上述问题，本发明提供一种精液测量装置，其包括采集器及测量主机，其中采集器包括两探针电极及设置于两探针电极之间的定量管，测量主机包括振荡电路，与上述振荡电路相连的恒压源，该恒压源与所述一个探针电极相连，及与另一探针电极相连的信号放大电路，该信号放大电路并顺次电性连接于数模信号转换器、中央处理器及显示器。

本发明还具有以下技术特征，所述探针电极为不锈钢材质，所述恒压源为电池，且所述电池电压为12伏，另外在所述信号放大电路与数模信号转换器之间进一步设置有检波电路。

通过本发明的装置，可以精确地完成精液质量的测量，而且成本低廉，结果直观准确，对于使用者来讲，只要简单地操作采样器，然后放入主机指定位置，即可在显示器上清楚地看到最终的结果。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1为模拟的精液导纳特性的示意图；

其中Rec表示精子外部精液的导纳，Ric表示精子内部所有细胞器以及胞浆的导纳，Cm表示细胞膜的电容特性。

图2是探针电极接触精液时，模拟的精液导纳特性的示意图；

图示为两边分别为两个探针电极，中间部分为被测量精液构成的导纳等效测量系统，其中CE表示探针电极的电容，RE代表探针电极的阻性，RS，RI和RO对应代表精液、精子内部胞浆以及精子细胞器内部胞浆的阻性特征，而CPM和CO分别代表代表精子细胞膜和精子细胞器的膜的电容性特征。

图3是本发明的一种精液测量装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

男性的一个精子，在理论上我们可以这样认为细胞膜包裹的一些细胞器和胞浆液体形成了精子。在外部一定频率电压的作用下，精子能够表现出一定的导纳特性，就是精子可以被认为是由电容，电阻和电感所构成。由此基本理论，主要由大量精子和液体组成的精液，可以用宏观的电路来模拟它的导纳特性。

请参阅图1所示，其用以模拟一个精液的导纳特性，在本图中Rec表示精子外部精液的导纳，Ric表示精子内部所有细胞器以及胞浆的导纳，Cm表示精子细胞膜的电容特性。

如果考虑精子内部的众多的细胞器，也是由细胞膜与其内部胞浆所构成，则如图2所示，Co表示细胞器的细胞膜电容，电阻Ro代表细胞器胞浆的阻性。考虑到需要使用探针电极接触精液作测量，则探针电极表现出的导纳特性由图2表示。电极与液体接触时探针电极表面会有电容效应，又被称为半电池效应，图2中电容用C_E表示。R_E代表探针电极的阻性。

图2中所示为两边分别为两个探针电极，中间部分为被测量精液构成的导纳等效测量系统。R_s，R_I和R_o代表精液、精子内部胞浆以及精子细胞器内部胞浆的阻性特征，而C_PM和C_o代表精子细胞膜和精子细胞器的膜的电容性特征。

阻抗在数值上相当于通过电流强度为1单位时刻物体两端的电势差，此电势差愈大，表明阻抗愈大；阻抗是电阻和电抗的矢量和，即

Z = \sqrt{R^{2} + X^{2}};

式中Z代表阻抗，R代表电阻，X代表电抗。

因此，由电极的等效电路得出电极的等效阻抗Z_E为：

| Z_{E} | = \frac{1}{\sqrt{\frac{1}{{R_{E}}^{2}} + {(2 πf C_{E})}^{2}}}

，其中C_E表示电容，R_E代表电极的阻性，而f表示通电频率，均可知，则此时电极阻抗ZE可知。实验证明在通电频率大到300KHz时，电极的电容效应消失，电极表现为阻性。这样采用频率大于300KHz的电信号便可以排除电极电容效应对测量的干扰。

当有电流时，电阻是生热元件，称为有功阻抗。电抗是不生热元件，称为无功阻抗；电抗分为容抗Xc和感抗X₁。对于精液来说，感抗是可忽略X₁～＝0。因为精液含有不同电容的各种物质，处处存在不可忽视的电容，所以容抗却不可忽略。而Xc有与通电频率有关，即

Xc = \frac{1}{ωC} = \frac{1}{2 πfc}

(式中ω代表元频率，ω和通电频率f之间的关系为ω＝2πf，C代表电容)。

精液的电容性和精子细胞的电容性非常小。已知红细胞的膜电容为0.87～0.95μF/cm²(R.Schmukler/1988)，按精子细胞头部的直径3μm计算，可以得出一个精子细胞表面细胞膜的电容为0.5×10^-8pF。当外部电场的频率达到足够大时，Xc～＝0(正常选用1～100MHZ之间，单纯从减弱膜电容效应的角度，大于一定的频率都是合适的，但频率如果太高，容易使测量液体产生较多的热量；而频率如果太低，容易产生刺激和激化作用，不利于提高电流强度，以增加信哑比。所以1～100MHZ的频率范围是比较适合的检测范围。)。这就是说，当通电频率相当高时，精子细胞膜和内部细胞器的膜的膜电容分别被电子击穿。对于人体

Z = \sqrt{R^{2} + 0} = R

，即可以把体内物质的阻抗看成只是由纯电阻构成的，电容被击穿，容抗可以忽略不计。

另外，在化学试剂处理下可选择性地增加精子细胞的细胞膜和内部细胞器的膜的通透性，使得膜电容被化学击穿。这两种击穿效应都可导至精液等效电路(图2)上电容分路的导通，从而增加了精液的电导率。这种在高频电信号作用下特殊化学试剂处理的精液电导率(导纳)的增加与其中的精子数量成线性关系。

根据以上原理，综合两种电容击穿效应，适当频率和强度(1～100MHZ，0.5-4mA)的恒定电流通过被测组织(精液)，可把精液作为电阻，拾取精液的电阻变化信号，即可代表该精液内精子的阻抗变化。这样可以用精液阻抗表示其电抗的变化，从而反映精液内精子数量的变化。

根据物理学定义，导纳(Y)是阻抗(Z)的倒数，即：

Y＝1/Z；(1)

如果不考虑电容和电抗的存在，假设导纳只是由电导(G)形成的，则：

Y＝G＝1/R；(2)

式1和式2中的阻抗和电抗的单位皆取欧姆(Ω)，而导纳和电导的单位为西门子(S)。

在上述电容击穿的情况下，精液导纳只与该精液的精子数量有关Y_J＝y*N。当精液的体积一定时，N为精液内精子的数量；y为单个精子的导纳。

精液采集测量系统测得的样本总导纳包括定量管和探针电极的导纳信号总和：Y＝Y_J+Y_E＝y*N+Y_E＝I/V，所以只要得到Y_E值(1/Z_E)，Y值以及单个精子的导纳y，便可以得到精液中精子的数量。将此数量结果除以定量管中液体的体积，便也得出所测样本的精子密度。

在完成一个样本的测量后，可以在另一个样本定量管(活性定量管)中，通过试剂作用，选择性地适当增加部分细胞膜的通透性。通过与此定量管相连的探针电极，在主机上检测出这部分精液样本的导纳，其主要反应精液样本中活性较差或以死亡的精子的密度。

综合以上来自两个定量管的数据，主机可以通过预设的算法，计算分析出测量样本精液的精子密度和活性指标。

在本发明装置中，根据产品系列的不同，还可继续增加更多定量管，通过每个定量管中特定的试剂与精子细胞膜的特定的成分反应，使这部分成分脱离原先的细胞膜，既而选择性地增加膜的通透性。然后根据相同的阻抗分析法，在主机上通过预设的算法，计算分析出测量样本精液的精子的特定成分含量参数。在最高系列的产品中，综合各个定量管测量通道得出的参数，系统全面地分析样本精液的精子特性，以得出样本的生育力综合指标。

请参阅图3所示，本发明的一种精液测量装置，包括采集器1及测量主机2，其中采集器1包括两电极11、12及设置于两电极11、12之间的定量管13。通过负压作用，采样器将样本液从样本源容器中吸入定量管。完成吸样之后定量管与样本源分离，由此在定量管内得到隔离的固定容量的样本液。样本液进入定量管中后便与管中的试剂发生反应。反应完成后，通过在定量管上的探针电极，测量主机可以获取这部分隔离定量样本的电信号。测量主机2包括振荡电路21，与上述振荡电路21相连的恒压源22，该恒压源22与所述一个电极11相连，及与另一电极12相连的信号放大电路23，该信号放大电路23并顺次电性连接于数模信号转换器24、中央处理器25及显示器26。所述探针电极21、22为不锈钢材质，所述恒压22为电压12伏的电池，另外，所述信号放大电路23与数模信号转换器24之间进一步设置有检波电路27。

在使用中，由振荡电路21及恒压源22提供电源，通过电极11及12的作用，使电源通过定量管13，由于精液的导纳特性的存在，所以电流通过采集器13后会产生变化，由此测量出电路中的电流I，测量的数据经信号放大电路23放大，再经检波电路27及数模信号转换器24的作用，将信号转换为数字信号。从而电路中的电路已经，且电源的电压V已知，经过中央处理器25的计算，并通过Y＝Y_J+Y_E＝y*N+Y_E＝I/V，已知Y_E值(1/Z_E)和单个精子的导纳y，则通过测量Y值可得精子数量N。定量管13为定量采集器，所以根据精子的总的数量N，可知单位体积内的精子的数量，即精子密度。精子的密度可以最终显示在显示器26上。

其它定量管的操作原理相同。通过活性定量管通道得到样本的精子活性参数，并显示在显示器26上。通过特定成分定量管通道得到样本的精子的特定成分含量参数，并显示在显示器26上。

综合上述，本发明完成了发明的发明目的，采用本发明的精液测量装置可以精确地完成精液质量的测量，并通过分析得出样本精液提供者当前的生育力指标。本发明装置成本低廉，结果直观准确，对于使用者来讲，只要简单地操作采样器，然后放入主机指定位置，即可在显示器上清楚地看到最终的结果。

Claims

1、一种精液测量装置，其特征在于：包括采集器及测量主机，其中采集器包括两探针电极及设置于两探针电极之间的定量管，测量主机包括振荡电路，与上述振荡电路相连的恒压源，该恒压源与所述一个探针电极相连，及与另一探针电极相连的信号放大电路，该信号放大电路并顺次电性连接于数模信号转换器、中央处理器及显示器。

2、如权利要求1所述的精液测量装置，其特征在于：所述探针电极为不锈钢材质。

3、如权利要求1所述的精液测量装置，其特征在于：所述恒压源为电池。

4、如权利要求1所述的精液测量装置，其特征在于：所述电池电压为12伏。

5、如权利要求1所述的精液测量装置，其特征在于：在所述信号放大电路与数模信号转换器之间进一步设置有检波电路。

6、如权利要求1所述的精液测量装置，其特征在于：所述探针电极之间具有1-100MHz的恒定电流。