CN105954257A - 一种智能人体结石成分分析仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能人体结石成分分析仪及其使用方法，包括激光器、拉曼光谱仪和样品座，所述激光器与拉曼光谱仪耦合至光纤探头，所述光纤探头与样品座耦合并实现信号采集，拉曼光谱仪连接有智能运算装置，所述智能运算装置连接有输出设备。本发明的有益效果：可以检测微量结石样品，迅速得到结石成分分析特征光谱，得出样品成分，并给出相应的预防建议。整个过程简单，快速，准确，对人员操作，环境要求较低。

Description

一种智能人体结石成分分析仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体来说，涉及一种智能人体结石成分分析仪及其使用方法。

背景技术

人体结石是一种常见的复发率较高的疾病，结石成分分析对于结石治疗和复发的预防有着自关重要的地位。不同结石的形成对于生活习性的纠正有着不同的预防策略，并且，根据结石成分更加精准的选择溶石药物进行治疗，对于结石病人痛苦的减轻是巨大的。因此，对结石成分的分析，不仅能够进行有效的治疗，提供准确的预防建议，更能为探究结石具体成因提供指导及帮助。

现有结石分析仪大多使用红外光谱检测并分析，其明显不足为：（1）结石样品的红外光吸收谱带不够宽，特征性不够强，导致某些结石成分在谱带上特征的缺失，并且结石成分红外光谱的分析需要依靠经验判断，不易解读，存在一定的误差；（2）在结石检测之前需要进行利用溴化钾等化学物质进行繁琐的制片过程，并且对环境湿度，温度要求严苛，过程复杂，人工成本极高。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种智能人体结石成分分析仪及其使用方法 ，用以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种智能人体结石成分分析仪，包括激光器、拉曼光谱仪和样品座，所述激光器与拉曼光谱仪耦合至光纤探头，所述光纤探头与样品座耦合并实现信号采集，拉曼光谱仪连接有智能运算装置，所述智能运算装置连接有打印机。

进一步的，所述激光器为红外窄线宽光纤激光器。

进一步的，所述智能运算装置为计算机。

进一步的，所述样品座为避光样品座。

一种智能人体结石成分分析仪的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将光纤探头连接拉曼光谱仪，并指向样品检测区域，同时将激光器对准样品检测区域；

步骤2、将结石样品直接放置在样品检测区域进行检测；

步骤3、待数据稳定后，读取结石样品的拉曼光谱数据，同时拉曼光谱仪将其所接收到的光信息转换为数字信号，并输入给智能运算装置；

步骤4、智能运算装置将其所接收到的数字信号进行运算和分析，得到结石成分结果；

步骤5、智能运算装置将结石成分结果存储在本机和云端服务器，并将结石成分结果生成分析报告输入至打印机。

进一步的，所述分析报告包括被测结石样品拉曼光谱图、结石成分分析、预防措施以及建议的药物溶石选择方案。

本发明的有益效果：可以检测微量结石样品，迅速得到结石成分分析特征光谱，得出样品成分，并给出相应的预防建议。整个过程简单，快速，准确，对人员操作，环境要求较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的智能人体结石成分分析仪的结构示意图一；

图2是根据本发明实施例所述的智能人体结石成分分析仪使用方法的方框图；

图3是结石样品草酸钙的拉曼光谱图；图中横坐标为拉曼漂移，单位是cm-1，纵坐标为该拉曼漂移位置的对应相对强度；

图4是结石样品草酸钙和尿酸的拉曼光谱图；图中横坐标为拉曼漂移，单位是cm-1，纵坐标为该拉曼漂移位置的对应相对强度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种智能人体结石成分分析仪，包括激光器1、拉曼光谱仪2和样品座4，所述激光器1与拉曼光谱仪2耦合至光纤探头3，采用光纤探头3耦合，以灵活适应多种场景的结石分析应用，所述光纤探头3与样品座4耦合并实现信号采集，拉曼光谱仪2连接有智能运算装置5，所述智能运算装置5连接有打印机6，所述智能运算装置5为计算机，智能运算装置5能自动采收数据，并通过运算得到结石成分的分析结果。

其中，所述激光器2为红外窄线宽光纤激光器；利用红外窄线宽激光激发结石样品，并通过拉曼光谱仪2采集结石样品的拉曼光谱，以此作为结石成分识别的指纹光谱。激光器1和拉曼光谱仪2采用光纤探头3耦合，采用光纤探头3采集拉曼散射信号，可保证与特制放样装置的便捷耦合，实现高光通量的信号采集。

所述样品座4为避光样品座；可灵活升降并限制探测部位的避光样品座，适应各种尺寸的结石样品，采用易清理防腐材料，可在保证实验效率和准确性的前提下，极大提升操作体验。

实施例2

如图1-2所示，一种智能人体结石成分分析仪的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将光纤探头3连接拉曼光谱仪2，并指向样品检测区域，同时将激光器1对准样品检测区域；

步骤2、将结石样品直接放置在样品检测区域（即样品座4）进行检测；

步骤3、待数据稳定后，读取结石样品的拉曼光谱数据，同时拉曼光谱仪2将其所接收到的光信息转换为数字信号，并输入给智能运算装置5； 对所得到的结石样品拉曼数据，进行数据平滑和去基线峰值检测；选取正确峰值数据；峰值聚类分析，确定最终峰值；峰值模式匹配，数据库分析，最终确定结石成分；

其中，峰值聚类检测分析方法即在所得到的峰值之中，利用改进的K-means算法进行峰值聚类，得到最终的检测结石样品峰值；峰值模式匹配为利用改进的高斯混合模型进行模式识别，最终确定结石样品成分；

步骤4、智能运算装置5将其所接收到的数字信号进行运算和分析，得到结石成分结果。

步骤5、智能运算装置5将结石成分结果存储在本机和/或云端服务器，并将结石成分结果生成分析报告输出至打印机。

输出报告包含：1.被测结石样品拉曼光谱图。2.结石成分分析。3.预防措施以及建议的药物溶石选择方案。

本发明的原理主要为：特定波长的激光射到结石样品上产生的散射光谱中，频率相对于入射光发生偏移的光谱即为拉曼光谱，由于其所的反映的结石样品中物质分子和晶格的特有振动特性，可以被用来作为结石物质成分识别的指纹光谱。

实施例3

如图2所示，取待测结石样本，放置样品检测区域，开启激光器，对准照射至样品中心；光谱仪得到待测结石样品数据，传输至计算机进行自动遍历寻找图谱峰值，模式识别进行峰值归类，自动匹配进行结石样本的归类，得到最终的结石样本成分分析。如图3所示，是草酸钙的图谱，草酸钙在拉曼光谱中是相对来说较容易区分的结石种类，光谱中，最明显特征值的强度在1459至1469之间，其原因是在于草酸钙中对称的COO-双峰的频率相对于入射光发生偏移较强。对比于数据库中单峰识别的结石种类，单峰值落在这个区域的结石种类为草酸钙；确定结石种类，打印报告，备份云端服务器。

实施例4

如图2所示，取待测结石样本，放置样品检测区域，开启激光器，对准照射至样品中心；光谱仪得到待测结石样品数据，传输至计算机进行自动遍历寻找图谱峰值，模式识别进行峰值归类，自动匹配进行结石样本的归类，得到待测结石样本数据。如图4所示是草酸钙和尿酸的图谱，尿酸的图谱峰值检测分布相对较分散，但是一般的特定的呈现在固定的几个位置组合模式中，所测得到峰值分别为611，865，1016，1217，1632；对比与数据库，可以鉴别尿酸的存在；同时的，在1459至1469之间存在的尖峰以及整体峰值强度的体现，也充分证实草酸钙的存在。相同的，打印报告，上传至服务器端。

本发明的工作原理是通过计算机的智能算法来解析结石的拉曼光谱。其主要的优点为：

1.通过拉曼光谱分析结石种类，无需对结石样本进行前述的复杂繁琐的样本前制作，可接受远比红外结石分析仪所需的微量的结石样本作为测试样本，并且无需压片，溴化钾溶解等复杂的前处理，保持测试样品的完整性，使得样品可重复利用；只需要放置样本至监测区域内进行检测即可，整个过程操作简单，快捷;

2.样品检测在低波数的测定范围扩宽，分辨率更高，测量区域小，通过拉曼光谱进行结石分析，得到更宽的吸收谱带，从而能够更加精确的确定结石样本的特征峰值，为结石成分的确定提供更准确的依据;

3.通过自动寻峰，模式识别，统计分类等智能算法对现有常见结石的结石种类的定性分析，包括单一结石和混合结石的种类确定;

4.提供的结石成分分析报告给出了结石种类，并且相对应的在一种或者多种结石种类上的预防和溶石建议上给予建议；

5.整个操作流程简单化，智能化，从放置样品到得到分析样品结果，通常只需要数秒，大幅提升检测分析效率，改善操作体验，并采用智能分析策略实现快速高效分析；简洁化智能化人体结石成分分析仪能够极大地节省了相关技术人员的培训成本和时间成本；方便了临床医生在手术后可以直接检查结石样品从而提高患者护理质量；更进一步的令结石成分分析在临床上的治疗和预防更具有推广性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能人体结石成分分析仪，包括激光器、拉曼光谱仪和样品座，其特征在于：所述激光器与拉曼光谱仪耦合至光纤探头，所述光纤探头与样品座耦合并实现信号采集，拉曼光谱仪连接有智能运算装置，所述智能运算装置连接有打印机。

2.根据权利要求 1 所述的智能人体结石成分分析仪，其特征在于：所述激光器为红外窄线宽光纤激光器。

3.根据权利要求 1 所述的智能人体结石成分分析仪，其特征在于：所述智能运算装置为计算机。

4.根据权利要求 1 所述的智能人体结石成分分析仪，其特征在于：所述样品座为避光样品座。

5.根据权利要求 1 所述的智能人体结石成分分析仪的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将光纤探头连接拉曼光谱仪，并指向样品检测区域，同时将激光器对准样品检测区域；

步骤2、将结石样品直接放置在样品检测区域进行检测；

步骤3、待数据稳定后，读取结石样品的拉曼光谱数据，同时拉曼光谱仪将其所接收到的光信息转换为数字信号，并输入给智能运算装置；

步骤4、智能运算装置将其所接收到的数字信号进行运算和分析，得到结石成分结果。

6.根据权利要求5所述的智能人体结石成分分析仪的使用方法，其特征在于：进一步包括：

步骤5、智能运算装置将结石成分结果存储在本机和云端服务器，并将结石成分结果生成分析报告输入至打印机。

7.根据权利要求6所述的智能人体结石成分分析仪的使用方法，其特征在于：所述分析报告包括被测结石样品拉曼光谱图、结石成分分析、预防措施以及建议的药物溶石选择方案。