CN102483401A - 用于尿分析的便携式数字读出器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对包括多个化验区域的分析目标芯片读数的便携式数字读出器。该便携式数字读出器包括光发射部分、整体式光学分束器、光接收部分以及测量部分，该光发射部分具有用于发射光的光发射元件，该积分光学分束器将来自该光发射部分的光均匀地分配到分析目标芯片的每个化验区域，该光接收部分接收从每个化验区域反射的光以将所接收的光转换为电信号，该测量部分基于从该光接收部分获得的电信号来测量浓度。因此，通过在根据化验条中化验项目的数量控制分支部的数量的情况下装配光学分束器的分支部，可以避免产生光学分配故障引起的信号测量误差。

Description

用于尿分析的便携式数字读出器
技术领域
本发明涉及一种用于尿分析的数字读出器，尤其涉及一种照射多个化验部分以检测反应的用于尿分析的便携式数字读出器。
背景技术
一般而言，尿分析条形芯片具有各种独立的化验项目。具体而言，这些化验项目包括潜隐血、胆红素、尿后胆色素原、酮体、蛋白质、亚硝酸盐、葡萄糖、pH、比重、白血球、维生素C等等。采用化验纸的尿分析是初步筛查各种身体疾病的半定量化验，并且能够对身体中的在其早期阶段的异常进行化验。利用这种化验，易于对尿采样，不会给化验患者带来负担，并且可立即确定其结果，所以这种化验得到高度利用。尿分析条形芯片将化验结果展示给化验患者，从而能够以肉眼检查上述相关项目的异常。
发明内容
【技术问题】
由于条形芯片自然要使用贴附到塑料膜的用于各个化验项目的化验部分，因此条形芯片可能具有色彩区域，其中难以通过肉眼来辨认作为化验结果显示的色彩变化。因此，条形芯片的缺点在于，在对同一色彩图案的辨认依赖于个体(例如色盲的个体)而改变的情况下，化验准确度可能降低。
因此，读出器用于从这些条形芯片读出信息。目前市场上有的且在医院中使用的读出器体积大并且价格贵。因此，急切需要开发出新概念的诊断读出器，其能够在任何地方任何时间普遍地测试和监控公众的健康。为此，提出了采用光发射元件和光接收元件的读出器。
然而，这些读出器采用一个光源作为光发射元件，因此光不能均匀且稳定地分配到一个条形芯片的多个化验部分。
【技术方案】
本发明涉及一种用于尿分析的便携式数字读出器，其能够采用单个光源将光均匀且稳定地分配至多个化验部分。
本发明的一个方面提供一种用于尿分析的便携式数字读出器，其中旨在用于分析并且具有多个化验区域的芯片被读数。该便携式数字读出器包括：光发射器，包括光发射元件并且发射光；集成的光分配器，将来自该光发射器的光均匀地分配到该芯片的每个化验区域；光接收器，接收从每个化验区域反射的光并且将所接收的光转换为电信号；以及测量部分，基于从该光接收器接收的电信号来测量浓度。
在示例性实施例中，该光分配器可包括柄部和多个分支部，该柄部从该光发射器朝着光的行进方向延伸，而该多个分支部从该柄部朝着向下的方向延伸。
在示例性实施例中，该光分配器可进一步包括用于帮助在其柄部的上表面上实现全反射的有机或者无机材料。
在示例性实施例中，该光分配器可构造为使得其柄部的上表面具有预定曲率，以将入射到该柄部的光朝向该分支部全反射。
在示例性实施例中，该分支部的数量可等于或大于该化验区域的数量。
在示例性实施例中，该光分配器可由聚合物形成，该聚合物的折射率高于空气的折射率。
在示例性实施例中，该聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)以及环烯烃共聚物(COC)中的一种。
在示例性实施例中，该光发射器可包括三色发光二极管。
在示例性实施例中，该测量部分包括控制器，该控制器在该芯片被安装时将该光发射器控制为以切换模式被驱动，该测量部分接收和存储来自该光接收器的该电信号，并且执行数据分析。
在示例性实施例中，该光接收器包括多个光电二极管。
在示例性实施例中，该多个光电二极管通过侧壁而彼此分隔。
在示例性实施例中，该便携式数字读出器可进一步包括通信单元，该通信单元设置为将该控制器分析的结果发送到远程终端。
在示例性实施例中，该便携式数字读出器可进一步包括用于显示该控制器分析的结果的显示部分。
【有益效果】
根据本发明的示例性实施例，通过根据条形芯片中化验项目的数量调整分支部分的数量来装配光分配器，使得可以避免在测量信号时由光的不良分布引起的错误。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的以上和其它特征和优点对本领域的技术人员将变得更为清楚，在附图中：
图1为示出根据本发明的示例性实施例的用于尿分析的便携式数字读出器的方框图；
图2示出用于解释根据本发明的示例性实施例的用于尿分析的便携式数字读出器结构的构造；
图3为示出解释根据本发明的示例性实施例的用于尿分析的便携式数字读出器中的光分布的构造图；以及
图4示出用于图3的光分布的光分配器的示例。
具体实施方式
下面将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出本发明的示例性实施例。然而，本发明可以通过不同的形式实施，并且不应构建为限定于这里阐述的实施例。为了保持本发明的以下说明清楚且简明，可省略已知功能和已知部件的详细说明。当本发明的任一元件在一个以上的附图中出现时，该元件在每个附图中由相同的参考标号表示。
应该理解的是，在本说明书的全文中，除非明确阐明相反的情况，术语“包括”应该解释为包括任何所述的元件，但是不一定排除其它元件。此外，这里使用的术语“部分”、“装置”以及“模块”是指可实施为硬件、软件或者其组合的单元，用于处理至少一个功能和执行一个操作。
图1为示出根据本发明的示例性实施例的用于尿分析的便携式数字读出器的方框图。
图2示出用于解释根据本发明的示例性实施例的用于尿分析的便携式数字读出器的结构的构造。
参照图1，用于尿分析的便携式数字读出器包括光发射器130、光分配器150、光接收器140以及测量部分120，其中光发射器130具有三色光源，光分配器150将来自光发射器130的光均匀地发送到条形芯片的每个区域，光接收区140接收从光发射器130发送且从条形芯片反射的光，以执行转换为电信号的光电转换，测量部分120基于从光接收器140接收的电信号来测量浓度。
此外，此数字读出器进一步包括通信单元182以及显示器185。
测量部分120包括放大器160、模数转换器(ADC)170、微控制单元(MCU)180和存储器190。
放大器160放大从光接收器140接收的电信号，并且将其发送到ADC170。ADC 170将放大信号转换为数字信号，并且将其发送到MCU 180。
MCU 180分析来自ADC 170的数字信号。这里，MCU 180读出数字信号的色度坐标，以检测反应。
同时，MCU 180以切换模式控制光发射器130。
存储器190存储由MCU 180驱动的程序，并且临时存储由MCU 180计算的数据。显示器185显示由MCU 180计算的数据，并且包括液晶显示器等等。
通信单元182将MCU 180读出的结果发送到远程门诊部，例如医院或者公共健康中心，并且通信单元182可包括作为通信模块的射频识别系统(RFID)。在这种情况下，MCU 180将结果记录在RFID芯片上。当使用者想要将结果发送到远程门诊部时，使用者采用其上安装有RFID读出器的有线或者无线终端从RFID芯片读出结果，并且将该结果发送到远程终端。
此外，该读出器可包括流体控制模块(未示出)，该流体控制模块配置以使微流体移动、停止和混合，从而在生物芯片或者条形芯片中做出有效的分析。
流体控制模块包括：能够使相关溶液移动、混合以及停止以便于分析生物样品的沟道、存储流体的存储槽、转移流体的泵、控制流体转移的阀以及用于流体控制的混合器。为了使流体移动、停止和混合，可采用各种现有驱动装置，例如静电式电动机(electrostatic motor)、压电泵、水压或气压、超声波等。
同时，参照图2，具有图1所示的方框的数字读出器包括本体200和支撑件210。
在图2中，从侧面观察根据本发明的数字读出器。本体200形成为C形，并且支撑件210被置入或移出本体200的相对的上表面与下表面之间的空间。
支撑件210具有安装在其上的生物芯片215，并且移入到本体200中。本体200在其上部装配有照射生物芯片215的每个化验区域的光发射器130、光接收器140、侧壁260、光分配器150以及测量部分120(未示出)。此外，本体200可包括显示化验结果的显示器185。
光发射器130构造为组合三色发光二极管(LED)，即，红LED、蓝LED、绿LED。
可以切换模式间断地控制光发射器130的三色光源元件。例如，红LED可工作预定时间，并且可暂时存储响应于红LED的光的光电二极管的信号值R。接下来，绿LED可工作预定时间，并且可暂时存储响应于绿LED的光的光电二极管的信号值G。最后，蓝LED可工作预定时间，并且可暂时存储响应于蓝LED的光的光电二极管的信号值B。通过利用这些存储的R值、G值和B值，通过色调值来测量目标样品的浓度，并且可通过强度值来检查是否安装芯片或者读出器是否正常。
光接收器140可采用硅传感器，例如硅光电二极管或者光电三极管。这些传感器可配置成阵列，使得能够确保生物芯片的易于安装以及灵敏度。
侧壁260设置在光发射器130和光接收器140之间，从而有效地区分光，尤其是区分光接收器140的光接收元件之间的光。
下面，将详细地描述光分配器150。
同时，条形芯片或者生物芯片215插入到支撑件210中，支撑件210具有安装在读出器上的弹性构件，随后在到达指定位置时，条形芯片或者生物芯片215固定到凹槽中，凹槽形成在杆中。
这里，生物芯片215在其上设置有与安装在读出器上的弹簧相连接的芯片固定结构或者具有弹性的聚合物层。同样，芯片固定结构帮助在进行尿分析时保持芯片与光分配器之间的间隔不变，并且允许进行生物芯片215的测量而不管外部碰撞或者波动。
现在将描述具有这种构造的读出器的操作。
当生物芯片215插入到读出器中时，开关打开，从而告知插入生物芯片215的信号被施加到MCU 180。在施加生物芯片215的插入信号时，MCU 180确定生物芯片215插入到读出器中，从而对三色LED构成的光发射器130供电。
这里，MCU 180供电以使得三色LED间断地切换导通。
由此，光发射器130发射光。发射的光穿过光分配器150、从生物芯片215的每个化验区域反射，并且由光接收器140接收。
首先，每当读出器接通电源时，通过读出光接收器140接收的信号相对于三色LED中的每种LED的初始光源信号强度的值，对光源进行信号补偿。对此补偿，在读出器中可进一步安装用于白色或者黑色的补偿器，白色或者黑色用作单独的标准色。由此，能够获得测量信号的精确性和再现性。
光接收器140将所接收的光信号转换为电信号。由MCU 180对由光接收器140转换的电信号进行信号处理和分析。分析结果通过显示器185显示。此外，MCU 180将读出结果记录到RFID芯片上，或者使得使用者能够通过移动通信调制解调器将结果发送到所需的远程终端。
下面，将参照图3和图4描述数字读出器的光分配器。
图3为解释根据本发明的示例性实施例的用于尿分析的便携式数字读出器中的光分布的构造。图4示出用于图3的光分布的光分配器的示例。
光分配器150包括在光发射器130与光接收器140之间分配光的集成模块。
一个生物芯片或者条形芯片215可根据想要检测的目标材料而包括多个化验区域216。
如图3所示，光接收器140包括对应于各个化验区域216的多个光电元件241。
光电元件241通过各个侧壁261分隔。
光分配器150设置在三色光发射器130与化验区域216之间，接收来自光发射器130的光，并且反射光而使得光可均匀地分配到化验区域216。
详细来说，如图4所示，光分配器150包括一个柄部和多个分支部，柄部从光发射器130朝着光的行进方向延伸，多个分支部从柄部朝着向下的方向延伸。
分支部在其自由端与各个化验区域216相对。
更具体地，分支部在数量上与化验区域216相等。当光分配器进一步包括用于补偿白色或者黑色的补偿器410时，如图4所示，光分配器150可包括分支部，该分支部的数量比化验区域216的数量多一个。
此时，柄部的上壁以预定曲率倾斜。由于此曲率，光发射器130的光沿着柄部笔直地行进，在柄部的上壁的不同部分全反射，并且入射到分支部上。
这里，柄部的上壁可进一步包括有机或无机材料，用以帮助实现全反射。
此外，用于分配和聚光的曲率由分支部之间的距离(即，用于检测的化验区域216之间的距离)确定。
此光分配器150是用于反射或者聚光的集成结构并且由聚合物形成，该聚合物材料的折射率高于空气的折射率。
此高折射率聚合物可包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)等等。
可采用诸如注模、热压印、铸造或软光刻的现有聚合物显微机械加工技术或者类似于CNC(计算数字控制)处理的传统机械技术来形成光分配器150的集成模块。
光分配器150可设计为用于一个化验条至十个或更多个化验条。即使当化验条中的化验项目的数量增加时，光分配器150可仅仅通过调整其分支部的数量来装配，使得可以避免在测量信号时由光的分配引起的错误。
本发明的上述示例性实施例也可以实施为计算机程序，或者记录计算机程序的记录介质。从本发明的上述示例性实施例的公开，本领域的技术人员可容易地实施。
尽管参照本发明的特定示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，其中可以做出形式上和细节上的各种改变。

Claims (13)

1.一种用于尿分析的便携式数字读出器，其中旨在用于分析并且具有多个化验区域的芯片被读数，所述便携式数字读出器包括：
光发射器，包括光发射元件并且发射光；
集成的光分配器，将来自所述光发射器的光均匀地分配到所述芯片的每个化验区域；
光接收器，接收从每个化验区域反射的光并且将所接收的光转换为电信号；以及
测量部分，基于从所述光接收器接收的所述电信号来测量浓度。
2.根据权利要求1所述的便携式数字读出器，其中所述光分配器包括柄部和多个分支部，所述柄部从所述光发射器朝着所述光的行进方向延伸，而所述多个分支部从所述柄部朝着向下的方向延伸。
3.根据权利要求2所述的便携式数字读出器，其中所述光分配器还包括用于帮助在其柄部的上表面上实现全反射的有机或者无机材料。
4.根据权利要求2所述的便携式数字读出器，其中所述光分配器构造为使得其柄部的上表面具有预定曲率，以将入射到所述柄部的光朝向所述分支部全反射。
5.根据权利要求4所述的便携式数字读出器，其中所述分支部的数量等于或大于所述化验区域的数量。
6.根据权利要求4所述的便携式数字读出器，其中所述光分配器由聚合物形成，所述聚合物的折射率高于空气的折射率。
7.根据权利要求6所述的便携式数字读出器，其中所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)中的一种。
8.根据权利要求1所述的便携式数字读出器，其中所述光发射器包括三色发光二极管。
9.根据权利要求1所述的便携式数字读出器，其中所述测量部分包括控制器，所述控制器在所述芯片被安装时将所述光发射器控制为以切换模式被驱动，所述测量部分接收和存储来自所述光接收器的所述电信号，以及执行数据分析。
10.根据权利要求1所述的便携式数字读出器，其中所述光接收器包括多个光电二极管。
11.根据权利要求10所述的便携式数字读出器，其中所述多个光电二极管通过侧壁而彼此分隔。
12.根据权利要求9所述的便携式数字读出器，还包括通信单元，所述通信单元设置为将由所述控制器分析的结果发送到远程终端。
13.根据权利要求9所述的便携式数字读出器，还包括显示部分，所述显示部分用于显示由所述控制器分析的结果。
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