CN104407127A - 一种干式体液分析仪及其分析方法 - Google Patents

一种干式体液分析仪及其分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种干式体液分析仪，包括至少两个检测通道模块、中央控制模块、电源模块及显示模块，所述中央控制模块分别与电源模块及显示模块连接；所述检测通道模块包括试纸托槽、用于提供检测样品所需光源的光源、用于控制光源的光源驱动电路、用于对样品进行检测的光电检测单元；所述光电检测单元包括用于接收由待测体液样品反射的光信号的光电接收器，用于将光信号转变成电信号的转换电路及与转换电路连接的放大滤波电路；所述光源驱动电路与所述光源连接，所述放大滤波电路与中央控制模块连接。本发明还公开了该干式体液分析仪的分析方法。该干式体液分析仪不仅结构简单、且易于操作和携带、造价低，同时具备高通量多通道快速采集检测特点。

Description

一种干式体液分析仪及其分析方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及了一种干式体液分析仪及其分析方法。
背景技术
生化分析是临床诊断常用的重要手段之一。通过对血液或其他体液的分析来测定各种生化指标，结合其他临床资料进行综合分析，可帮助诊断疾病，对器官功能做出评价，并可鉴别并发因子及决定以后治疗的基准等等。当前临床使用的各类型血细胞或体液分析仪主要有湿式分析技术和干式分析技术。基于湿式分析技术的分析仪器技术成熟，结果准确，目前广泛应用于各大医院及实验室，但此类仪器不仅体积庞大，而且内部结构复杂，试剂耗材消耗量较大，且抗震性能较差，检测成本及仪器的维护成本较高，不方便携带不适合在野战和灾害医学救援等特殊情况下使用。
干式分析技术采用多层薄膜的固相试剂技术，只要把液体样品直接加到已固化于特殊结构的试剂载体，即干式化的试剂中，以样品中的水为溶剂，将固化在载体上的试剂溶解后，再与样品中的待测成分进行化学反应，从而进行分析测定。干式分析仪最大的优点就是方便、快捷，对试剂浪费损耗小，特别适用在医疗急救、抢救方面的适用。
在相关疾病研究（例如代谢类疾病高血脂、糖尿病等）和药物研发过程中，需要采集大量样本（动物或临床）数据，同时可以快速上传至电脑或移动存储器进行保存分析。在一些课题组由于经费或实验室环境条件的限制（例如无菌），不会采购大型昂贵的分析仪器，而更愿意采用小型满足精度要求的的便捷的分析仪器。例如在研究糖尿病的动物模型中，越来越多的高校或研究所课题组采用便携式血糖仪来作为其采集分析设备。
在医院急诊科的疾病诊断过程中，为了争分夺秒抢救病人，需要快速准确的设备得到患者的体液（血脂、血糖、尿酸、糖化血红蛋白等）各项指标情况，以帮助医生诊断患者病情。医院常用的生化分析仪采集样本繁琐、分析时间较长，可能会延误患者的最佳治疗时机，同时在很多乡镇医院或社康，都没有配备复杂昂贵的生化分析仪，如果通过转诊患者，同样可能会延误患者治疗。光源是采用光化学测量原理的干式分析仪的核心部件，但目前不管是采用多个光源还是单个光源的干式分析仪，整个过程对光源的节能控制不理想，同时开启状态时间过长，不仅造成电能的损耗而且加速缩短光源的使用寿命。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种干式体液分析仪的分析方法，可根据检测目的选择独立运行或联合运行模式，同时多通道的检测通道根据检测时间的长短控制光源的开关，降低能耗且延长光源的使用寿命。本发明还提供了一种干式体液分析仪，该干式体液分析仪不仅结构简单、且易于操作和携带、造价低，同时具备高通量快速采集检测特点。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种干式体液分析仪，包括至少两个检测通道模块、中央控制模块、电源模块及显示模块，所述中央控制模块分别与电源模块及显示模块连接； 
所述检测通道模块包括试纸托槽、用于提供检测样品所需光源的光源、用于控制光源的光源驱动电路、用于对样品进行检测的光电检测单元；所述光电检测单元包括用于接收由待测体液样品反射的光信号的光电接收器，用于将光信号转变成电信号的转换电路及与转换电路连接的放大滤波电路；所述光源驱动电路与所述光源连接，所述放大滤波电路与中央控制模块连接；
所述中央控制模块包括由微处理器及至少两个与所述检测通道相对应的模数转换单元，所述微处理器与所述模数转换单元连接，所述微处理器用于预设检测各种生化指标对应的检测程序，并与相应的指标类型进行绑定及调用所述检测程序，所述模数转换单元读取所述放大滤波电路输入的电信号数据，所述微处理器对读取的电信号数据进行处理、分析；
所述显示模块用于显示分析结果及实现对检测分析过程的自动控制。
优选地，所述光源为单色LED。
优选地，还包括与所述中央控制模块连接的通信转换模块，所述通信转换模块用于转换分析结果并传输至外部存储器或上位机。
优选地，所述通信转换模块为FT232芯片或PL2303芯片或CH376芯片或CH375芯片。 
优选地，所述电源模块为聚合物锂电池。
优选地，所述体液分析仪为血脂分析仪或血糖分析仪。
一种干式体液分析仪的分析方法，所述干式体液分析仪包括至少两个检测通道，该分析方法包括以下步骤：
S1、预设检测各种生化指标对应的检测程序，并与相应的指标类型进行绑定；
S2、设置检测指标类型及选择检测通道数量；
S3、制作至少两个与所述检测通道数量对应的带体液样品的试纸；
S4、选择分析仪的运行模式，所述分析仪的运行模式包括独立运行模式和联合运行模式；
所述独立运行模式：微处理器根据指标类型调用预设的检测程序；将步骤S3制作的带体液样品的试纸置于检测通道的试纸托槽上，启动相应的光源，将反射过带体液样品的光信号经转换电路转换成电信号，模数转换电路根据检测程序读取对应的放大滤波后的电信号，并由微处理器对读取的电信号进行处理分析及显示检测结果，且自动关闭光源；
所述联合运行模式：微处理器根据指标类型调用预设的检测程序；设置往复循环检测时相邻检测通道的光源开关时间；将步骤S3制作的带体液样品的试纸置于对应的检测通道的试纸托槽上，通过光源驱动电路控制相邻检测通道的光源开关时间，将反射过带体液样品的光信号经转换电路转换成电信号，模数转换电路根据检测程序读取对应的放大滤波后的电信号，并由微处理器对读取的电信号进行处理分析及显示检测结果，且自动停止光源的开关。
优选地，步骤S4还包括将检测结果传输至外部存储器。
优选地，步骤S4还包括将检测结果传输至上位机，所述上位机显示检测结果或显示实时检测数据曲线。（实时数据显示对于独立运行和联合运行应该是都可以的，所以放到从权保护。）
更优选地，步骤S2与步骤S3之间还包括步骤S20：通过检测通道测定标定样品，判断标定样品的检测结果是否符合预设范围，若是，进入步骤S3，若否则空闲或更换该检测通道。
本发明具有如下有益效果：
（1）              现有的生化分析仪或酶标分析仪等高通量分析仪，都是基于控制机械结构的运动来实现单通道情况下高通量测量，要采用多通道实现高通量测量则其结构更加复杂，造价更加昂贵；而本发明所提供的干式体液分析仪不仅能够实现多通道的高通量测量，而且其结构简单，造价成本低；
（2）              该干式体液分析仪具有两种运行模式，可以根据实际需要选择独立运行或联合运行模式；可同时对同一样品或不同样品进行检测；
（3）              通过通信转换模块可将检测数据实时传送至上位机，并显示检测结果或实时数据曲线，可广泛用于试纸条的研制或科研或药物研制等等需要实时监测检测过程的领域；
（4）              该干式体液分析仪通过独立的检测通道关闭已结束检测的光源，使得多样品测试总时间缩短且避免光源的长时间开启，损耗能量和缩短光源寿命，长时间开启光源，光源的色度会发散影响检测精度；由于该干式体液分析仪能耗低，可采用锂电池进行供电，省去了电源线的困难和增加了其便携性能；
（5）              采用I2C总线的方式寻址光源驱动电路芯片和模数转换芯片，而I2C总线从设备最多可以挂载128个芯片，使得多通道数目得到增加同时减少了结构设计的复杂度。
附图说明
图1为本发明的一实施例的原理框架图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明具体实施的分析方法和分析仪做进一步说明。
图1为本发明提供的干式体液分析仪的原理框图，所述干式体液分析仪包括至少两个检测通道模块2、中央控制模块1、电源模块4、存储模块5及显示模块3，所述中央控制模块1分别与电源模块4、存储模块5及显示模块3连接； 
所述检测通道模块2为独立的微型检测装置，不同检测通道的进程不影响其他检测通道的工作。所述检测通道模块2包括试纸托槽、用于提供检测样品所需光源的光源21、用于控制光源21的光源驱动电路22及用于对样品进行检测的光电检测单元；所述光电检测单元包括用于接收从待测血液样品反射回的光信号的光电接收器23、用于将光信号转变成电信号的转换电路24及与转换电路24连接的放大滤波电路25；所述光源驱动电路22与所述光源21连接，所述转换电路24与光电接收器23连接，所述放大滤波电路25与中央控制模块1连接；其中，所述光源21优选为单色LED，但不局限于此。
所述中央控制模块1包括由微处理器11及至少两个与所述检测通道相对应的模数转换单元12，所述微处理器11通过I2C通信接口与所述模数转换单元12连接，所述微处理器11用于预设检测各种生化指标对应的检测程序，并与相应的指标类型进行绑定及调用所述检测程序，所述模数转换单元12读取所述放大滤波电路25输入的电信号数据，所述微处理器11对读取的电信号数据进行处理、分析，和/或储存检测结果至存储模块5中。所述微处理器11可以是单片机或ARM处理器等等。所述模数转换单元12优选为24位8路I2C接口的高速数模转换器，对于多个模数转换单元12情况下，I2C通过每个模数转换单元12的物理地址来读写数据。
所述显示模块3用于显示分析结果及实现对检测分析过程的自动控制。所述显示模块3优选为触摸屏，但不局限于此。
做进一步改进，还包括与所述中央控制模块1连接的通信转换模块6，所述通信转换模块6用于转换分析结果并传输至外部存储器或上位机。通过通信转换模块6实现所述干式体液分析仪到电脑等上位机或U盘等外部存储器的数据传输。所述通信转换模块6可以由FT232或PL2303芯片构成的USB转串口，这样上位机软件就可以通过读PC串口的方式接收保存所述干式体液分析仪所提供的数据。所述通信转换模块6还可以是CH376或CH375芯片。所述通信转换模块6和干式体液分析仪之间可以通过I2C、SPI或UART方式通信，而所述通信转换模块6另一端可以和U盘或电脑USB等相连，U盘可以以文件形式保存结果数据，电脑上位机通过高速usb协议接收所述干式体液分析仪所提供的数据。具体实现时，还可以通过通信转换模块6快速上传至上位机显示实时监测的检测数据，优选以曲线图显示。
当所述干式体液分析仪移动测量时可采用3.7V聚合物锂电池供电，方便其移动便携使用。当连接电脑等上位机时，电源可以取自电脑USB 5V供电，而不需要连接市电电源。
干式体液分析仪的工作过程是：将带有体液样品的试纸置于试纸托槽上，通过微处理器控制光源驱动电路，从而控制光源LED的开启，光源LED所发出的光经过带体液样品的试纸，从带体液样品反射后所产生的强弱不同的光信号被光电接收器接收，经转换电路转换成电信号，通过放大滤波电路输入至模数转换单元且转换为数字信号，微处理器将读入的模数转换单元所转换的数字信号进行处理分析并储存，可在自带显示屏上显示检测结果或通过通信转换模块将检测结果或实时的检测数据曲线显示在电脑等上位机显示屏上。
本实施例还提供了一种所述干式体液分析仪的分析方法，所述干式体液分析仪包括至少两个检测通道，该分析方法包括以下步骤：
S11、在微处理器预设检测各种生化指标对应的检测程序，并与相应的指标类型进行绑定；
所述的检测程序是根据不同的生化指标且基于光化学分析技术的比色法进行设置的，判断终点有时间法或斜率法，并将预设的检测程序与对应的指标类型进行绑定，如检测血脂的检测程序与血脂指标类型对应绑定。
S12、通过上位机或显示屏输入界面设置检测指标类型及选择检测通道数量；
所述干式体液分析仪可以对体液各种生化指标进行检测，体液如血液或尿液，所述血液生化指标包括血糖、血总胆固醇、血甘油三脂、血HDL、血LDL等具体生化指标。根据需要检测的生化指标，选择血糖或血脂等指标类型，该实施例以血脂为例，则设置为检测血脂指标类型。所述干式体液分析仪具有多通道检测功能，可根据实际需要进行设置需要的检测通道数量。
S13、制作至少两个与所述检测通道数量对应的带体液样品的试纸；
血液可通过患者或护士以针扎刺患者皮肤获取，或通过消毒针抽取适量的血液样品，再将微量血液样品滴在试纸上，得带有血液样品的试纸。如果需要进行多次的血脂检测分析，可将抽取的血液置于冷藏室冷藏，需要检测时在取出制作带有血液样品的试纸。还可以同时制作不同的试纸，进行不同生化指标的检测。
S14、选择分析仪的独立运行模式。所述独立运行模式主要是用于测同一指标类型的重复性试验。
体液分析仪带有多个检测通道，每个检测通道可以独立使用，不受其他检测通道检测进程的影响。每个检测通道是个微型分析仪，具有独立的光源、对应的光源驱动电路及光电检测单元。其中，光源优选为单色LED。
当选择独立运行模式时，将制作好的多个带有血液样品的试纸置于多个检测通道上的试纸托槽上，该多个检测通道可同时进行不同的生化指标检测，也可以同时对同一生化指标进行检测；通过光源驱动电路启动多个检测通道的光源LED，光源LED所发出的光照射到待测试纸上的血液样品，光电接收器接收光从待测样品反射后产生不同强弱的光信号，经转换电路将光信号转换成电信号，并经放大滤波电路将电信号进行放大滤波后输入至中央控制模块，单片机根据指标类型调用预先设置好的对应的血脂检测程序，控制中央控制模块的模数转换器读取对应的放大滤波后的电信号，单片机通过I2C通信接口读入模数转换器转换后的数字信号并根据检测程序进行处理分析，可将检测结果显示在显示屏上，则该检测通道检测结束，关闭光源LED。由于高血脂患者的血脂浓度反应时间要比正常人的时间长，而反应时间快的较早结束检测并关闭对应的光源LED，使得该分析仪的多血液样品检测总时间缩短，还能够减少光源LED的启动时间和延长其使用寿命。
其中，所述检测通道的检测结束是通过时间终点法或斜率法进行判断，所述时间终点法是将固定反应时间点的数据带入曲线方程得出结果，斜率法是将反应过程中的固定时间段数据差值（也就是斜率）小于设定的阈值，从而认为反应结束，带入截止点数据到方程计算结果。
以测血糖为例，干式体液分析仪的分析方法包括如下步骤：
S21、在微处理器预设检测各种生化指标对应的检测程序，并与相应的指标类型进行绑定；
S22、通过上位机或显示屏输入界面设置检测指标类型及选择检测通道数量；
S23、制作至少两个与所述检测通道数量对应的带体液样品的试纸；与步骤S13相同。
S24、选择分析仪的联合运行模式。
当选择分析仪的联合运行模式时，预先根据待测血液样品数量选择检测通道，并设置所用到的检测通道的往复循环时相邻检测通道的光源LED开关时间。
将制作好的多个带有血液样品的试纸置于多个检测通道上的试纸托槽上；根据预先设置的光源LED开关时间，通过光源驱动电路启动多个检测通道的光源LED，使得光源LED轮流往复闪烁（从左往右，在从右往左）；当光源LED亮起所发出的光照射到相应检测通道的待测试纸上的血液样品，光电接收器接收光从待测样品反射后产生不同强弱的光信号，经转换电路将光信号转换成电信号，并经放大滤波电路将电信号进行放大滤波后输入至中央控制模块，中央控制模块的模数转换器读取放大滤波后的电信号，ARM处理器通过I2C通信接口读入模数转换器转换后的数字信号并进行处理分析，并储存检测结果，还可以通过通信转换模块将实时的检测曲线显示在上位机上，当最后反应结束的检测通道结束时则检测结束，停止所用到的光源LED的往复循环开关。
通过控制光源LED轮流往复循环开关（或闪烁），可在检测通道空闲时关闭对应的光源LED，检测通道工作时启动对应的光源LED，使得该分析仪的多血液样品检测时所用到的光源LED的开启总时间缩短，能够减少光源LED的启动时间和延长其使用寿命，还可以消除重复性实验中可能存在的反应时间差造成的误差。
在具体实现时，还可以在制作带血液样品的试纸前（即步骤S20）进行检测通道异常判断。可以通过测定一个稳定的标定样品（光化学法利用的是比色原理，可以用固定深浅的某一种颜色的试纸条来作为标定样品），来判定测量通道是否异常。当检测结果不符合预先存储的标定样品的生化指标值范围，则中央控制模块提示该检测通道处于异常状态，可以立即更换该单通道的部件，或者忽略该通道的使用。
具体实现时，所述体液可以是血液，还可以是尿液等。体液生化指标包括：血糖、血总胆固醇、血甘油三脂、血HDL、血LDL、糖化血红蛋白，尿酸，血钾，血肌酐、血酮体、尿蛋白、尿糖、尿胆红素、尿胆原、尿白细胞、尿亚硝酸盐、尿血、尿酮体、尿比重、尿PH、尿维生素C 等等生理指标的测定。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种干式体液分析仪，其特征在于，包括至少两个检测通道模块、中央控制模块、电源模块及显示模块，所述中央控制模块分别与电源模块及显示模块连接； 
所述检测通道模块包括试纸托槽、用于提供检测样品所需光源的光源、用于控制光源的光源驱动电路、用于对样品进行检测的光电检测单元；所述光电检测单元包括用于接收由待测体液样品反射的光信号的光电接收器，用于将光信号转变成电信号的转换电路及与转换电路连接的放大滤波电路；所述光源驱动电路与所述光源连接，所述放大滤波电路与中央控制模块连接；
所述中央控制模块包括由微处理器及至少两个与所述检测通道相对应的模数转换单元，所述微处理器与所述模数转换单元连接，所述微处理器用于预设检测各种生化指标对应的检测程序，并与相应的指标类型进行绑定及调用所述检测程序，所述模数转换单元读取所述放大滤波电路输入的电信号数据，所述微处理器对读取的电信号数据进行处理、分析；
所述显示模块用于显示分析结果及实现对检测分析过程的自动控制。
2.根据权利要求1所述的干式体液分析仪，其特征在于，所述光源为单色LED。
3.根据权利要求1所述的干式体液分析仪，其特征在于，还包括与所述中央控制模块连接的通信转换模块，所述通信转换模块用于转换分析结果并传输至外部存储器或上位机。
4.根据权利要求3所述的干式体液分析仪，其特征在于，所述通信转换模块为FT232芯片或PL2303芯片或CH376芯片或CH375芯片。
5.根据权利要求1所述的干式体液分析仪，其特征在于，所述电源模块为聚合物锂电池。
6.根据权利要求1所述的干式体液分析仪，其特征在于，所述体液分析仪为血脂分析仪或血糖分析仪。
7.一种干式体液分析仪的分析方法，其特征在于，所述干式体液分析仪包括至少两个检测通道，该分析方法包括以下步骤：
S1、预设检测各种生化指标对应的检测程序，并与相应的指标类型进行绑定；
S2、设置检测指标类型及选择检测通道数量；
S3、制作至少两个与所述检测通道数量对应的带体液样品的试纸；
S4、选择分析仪的运行模式，所述分析仪的运行模式包括独立运行模式和联合运行模式；
所述独立运行模式：微处理器根据指标类型调用预设的检测程序；将步骤S3制作的带体液样品的试纸置于检测通道的试纸托槽上，启动相应的光源，将反射过带体液样品的光信号经转换电路转换成电信号，模数转换电路根据检测程序读取对应的放大滤波后的电信号，并由微处理器对读取的电信号进行处理分析及显示检测结果，且自动关闭光源；
所述联合运行模式：微处理器根据指标类型调用预设的检测程序；设置往复循环检测时相邻检测通道的光源开关时间；将步骤S3制作的带体液样品的试纸置于对应的检测通道的试纸托槽上，通过光源驱动电路控制相邻检测通道的光源开关时间，将反射过带体液样品的光信号经转换电路转换成电信号，模数转换电路根据检测程序读取对应的放大滤波后的电信号，并由微处理器对读取的电信号进行处理分析及显示检测结果，且自动停止光源的开关。
8.根据权利要求7的分析方法，其特征在于，步骤S4还包括将检测结果传输至外部存储器。
9.根据权利要求7的分析方法，其特征在于，步骤S4还包括将检测结果传输至上位机，所述上位机显示检测结果或显示实时检测数据曲线。
10.根据权利要求7的分析方法，其特征在于，步骤S2与步骤S3之间还包括步骤S20：通过检测通道测定标定样品，判断标定样品的检测结果是否符合预设范围，若是，进入步骤S3，若否则空闲或更换该检测通道。
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