CN107101932A - 一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，由微流控芯片、光学计量模块及控制模块构成。微流控芯片中制作有流体通道、微阀、定量泵、微柱阵列混合池、细胞计数池、血红蛋白浓度测量池；光学计量模块由CCD成像光学系统、发光二极管、光电转换器组成；控制模块由中央处理器、微流控制电路、数据接口构成。血标本经过玻璃管定量采血器准确定量进入微流控芯片，在微阀和微泵的定量驱动下，分别进入稀释液池与裂解液池、白细胞计数池和血红蛋白浓度测量池。在定量增压泵和定量负压泵的联合作用下，完成混匀和裂解并进入细胞计数池和血红蛋白定量池，光学定量装置与中央处理器协同工作实现细胞的计数和血红蛋白的定量。

Description

一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置

技术领域

本发明涉及一种医学检验设备，更具体地说是一种适用于微量血进行全自动血细胞与血红蛋白计量装置及分析方法。

背景技术

血细胞与血红蛋白计量是临床实验室最常用的检测指标之一，可以帮助医生和患者发现许多全身性尤其是血液系统疾病的早期迹象，对于疾病的诊断、鉴别、疗效评估、预后判断及健康体检都有重要意义。采用血球计数板对经过适当稀释的血细胞悬液中细胞进行显微镜下人工计数，是最为基本的血细胞计数方法。血球计数板是一块特制的厚型载波片，计数区边长为1mm的正方形大方格，划分为16个中方格或25个中方格，盖上盖玻片后计数区的高度为0.1mm，所以每个计数区的体积为0.1mm³。根据国际标准局（NBS）规定，大方格每边长度允许误差为±1%。

随着科技发展及计算机技术的广泛应用，传统的血细胞人工计数已经被集光、机、电、软件分析一体化的血细胞分析仪所替代，血细胞分析仪的细胞计数原理主要有电阻法和光散射法，还有基于2种方法结合的体积电导光散射联合检测法、电阻抗射频联合检测法，具有检测自动化程度高、参数多、精度高、速度快等优势，成为大型医院血常规检查的必备仪器。但是，全自动血细胞分析仪结构复杂、体积庞大、费用昂贵，日常维护频率和成本都很高，限制了在基层医院的普及使用，更是无法进入家用市场，无法满足目前日益增长的广大家庭消费者居家自我检测的需求。

发明内容

本发明是为了避免上述现有技术设备存在的不足，提供一种适用于微量血、全自动进行血细胞计数和血红蛋白计量的装置，成本低廉、体积小巧、操作简便、高度集成的芯片系统一次性使用，适合于基层医院，尤其是广大家庭使用。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置的特点是：所述装置由微流控芯片、光学计量模块及控制模块构成。微流控芯片中制作有流体通道、微阀、定量增压泵、定量负压泵、稀释液池、裂解液池、混合池、微柱阵列、红细胞及血小板计数池、白细胞计数池、血红蛋白浓度测量池；光学计量模块由CCD成像光学系统、发光二极管、光电转换器组成；控制模块由中央处理器、微流控制电路、数据接口构成。血标本经过玻璃管定量采血器准确定量进入微流控芯片，在微阀和微泵的定量驱动下，分别进入稀释液池与裂解液池。在定量增压泵和定量负压泵的联合作用下，稀释液与原血在混合池微柱阵列中充分混匀，然后通过定量负压泵的驱动下流入红细胞及血小板计数池，CCD成像系统实现原血稀释液中红细胞和血小板的显微成像，显微图像数据经数据接口传入中央处理器，数据处理算法完成显微图像的模式识别，计算出特定区域内的红细胞和血小板的数量。同理，定量的原血在混合池中与红细胞裂解液实现充分裂解反应与混匀，在定量负压泵的驱动下分别进入白细胞计数池和血红蛋白浓度测量池，CCD成像光学系统实现裂解液中白细胞的显微成像，图像数据通过数据接口传入中央处理器，数据处理算法完成显微图像的模式识别，获得特定区域内白细胞的分类和计数。发光二极管产生特定波长光照射血红蛋白浓度测量池中的液体，光电转换器实现出射光的光电转换与数字化，数字化后的数据传入中央处理器，获得血红蛋白的浓度。红细胞裂解后的悬液依据红细胞裂解试剂的不同，选择特定波长检测溶液吸光度值；控制单元通过中央控制器启动图像分析系统，获取血细胞数量及白细胞分类结果，对吸光度值进行分析获得血红蛋白浓度结果，通过微流控制电路精准控制芯片中的微阀和微泵的开关、CCD的开关和自动对焦。

本发明一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置的特点也在于：

所述血标本进样口周围的芯片表面具有疏样品属性；

所述血标本由定量微管吸取，或通过定量负压泵吸取；定量负压泵由微流控制电路控制，内设单向阀门，可精确控制血标本量；

所述稀释液池和裂解液池提前预置在芯片内，内装定量试剂，其定向流动由微阀和微泵的开启顺序决定，微阀和微泵由微流控制电路控制。

与已有技术相比，本发明技术效果体现在：

1、本发明采用微管系统，结合微流体控制技术、光学检测、显微摄像、图像分析技术搭建全一种微量自动血细胞与血红蛋白计量装置，费用低、体积小、操作简便；

2、本发明中微量血标本的定量采用定量微管，依据虹吸原理结合进样口的疏样本属性，定量吸取血标本，或通过带有单向阀门的定量微泵，在微流控制电路的控制下精确定量吸取血标本；

3、微量血标本与稀释液/裂解液混合后，在定量负压泵、定量增压泵和微阀的控制下，通过在混匀池内的微柱阵列中往复流动，使微量血标本与稀释液/裂解液混匀更为充分；

4、本装置的微管系统中设置血细胞计数池，细胞悬液充满计数池后，待细胞沉降，通过高分辨CCD对计数池进行显微成像；图像数据通过数据接口传入中央处理器，数据处理算法完成显微图像的模式识别，获得特定区域内红细胞和血小板的数量，以及白细胞的数量和分类信息；高分辨率的图像获取，结合强大的计算机图像识别和分析技术，比基于电阻法和光散射法的细胞计数方法更简单易行、造价低廉。

附图说明

图1本发明中血细胞与血红蛋白计量装置工作流程示意图；

图2 本发明中微流控芯片结构示意图；

图3本发明中显微成像及血红蛋白浓度测量工作模式一示意图；

图4本发明中显微成像及血红蛋白浓度测量工作模式二示意图。

图中标号：1控制模块，2微流控芯片，3光学计量模块，4定量采血管，5a稀释液池，5b裂解液池， 6微流体通道，7a，7b混合池，8a，8b微柱阵列，9a定量增压泵，9b定量负压泵，10a，10b，10c，10d，10e，10f，10g微阀，11a红细胞及血小板计数池，11b白细胞计数池，12血红蛋白浓度检测池，13，13a，13b CCD显微成像光学系统，14发光二极管，15光电转换器，16滑轨，17直线电机，18中央处理器、19微流控制电路、20数据接口。

具体实施方式

参见图1，本实施例中一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置由控制模块1、微流控芯片2及光学计量模块3组成；

参见图2，微量血标本通过定量采血管4引入微流控芯片2中，微流控芯片2中制作有流体通道6、微阀10a，10b，10c，10d，10e，10f，10g、定量增压泵9a、定量负压泵9b、稀释液池5a、裂解液池5b、微柱阵列8a，8b、混合池7 a，7b、红细胞及血小板计数池11a、白细胞计数池11b、血红蛋白浓度测量池12；光学计量模块3由CCD显微成像光学系统13a，13b、发光二极管14、光电转换器15组成；控制模块1由中央处理器18、微流控制电路19、数据接口20构成。

参见图2和图3，微流控芯片2中的微阀10a，10b，10c，10d，10e，10f，10g处于常闭状态，定量的微量血样本引入微流控芯片2后，打开微阀10b后，开启定量负压泵9b，使定量的原血流入稀释液池5a，然后关闭微阀10b，关闭定量负压泵9b；打开微阀10e，开启定量负压泵9b，使定量的原血流入裂解液池5b，然后关闭微阀10e，关闭定量负压泵9b；流入稀释液池5a的原血与5a中的稀释液汇聚，依次开启微阀10b和定量负压泵9b，使原血与稀释液的混合液流入混合池7a，经过微柱阵列8a，直至混合池7a的最左侧，然后依次关闭微阀10b和定量负压泵9b；依次开启微阀10a和定量增压泵9a，使原血与稀释液的混合液经过微柱阵列8a，直至混合池7a的最右侧，然后依次关闭微阀10a和定量增压泵9a；重复上述两个步骤，直至原血与稀释液充分混匀；依次开启微阀10c和定量负压泵9b，使原血与稀释液混合溶液充满红细胞及血小板计数池11a，开启CCD显微成像光学系统13a，获得混合溶液中的红细胞及血小板图像数据，将红细胞及血小板图像数据通过数据接口20传入中央处理器18，中央处理器18运行数据处理算法，识别图像中的红细胞和血小板并计算数量，完成红细胞和血小板的计数。

流入裂解液池5b的原血与5b中的裂解液汇聚，依次开启微阀10e和定量负压泵9b，使原血与裂解液的混合液流入混合池7b，经过微柱阵列8b，直至混合池7b的最右侧，然后依次关闭微阀10e和定量负压泵9b；依次开启微阀10d和定量增压泵9a，使原血与裂解液的混合液经过微柱阵列8b，直至混合池7b的最左侧，然后依次关闭微阀10d和定量增压泵9a；重复上述两个步骤，直至原血与裂解液充分混匀；依次开启微阀10f和定量负压泵9b，使原血与裂解液的混匀液充满白细胞计数池11b，开启CCD显微成像光学系统13b，获得混匀液中的白细胞图像数据，将白细胞图像数据通过数据接口20传入中央处理器18，中央处理器18运行数据处理算法，识别白细胞的类型并计算数量，完成白细胞的分类和计数。

依次开启微阀10g和定量负压泵9b，使原血裂解后溶液流入血红蛋白检测池12，开启发光二极管14，开启光电转换器15，获得特定波长光的强度来表征原血裂解后溶液中血红蛋白的浓度，将光电二极管输出数据通过数据接口20传入中央处理器18，完成血红蛋白的浓度定量。

具体实施中，相应的结构设置包括：

如图2所示，定量采血管4周围的芯片表面具有疏样品属性，血标本通过虹吸作用进入定量采血管4，多余血标本即被定量采血管4底部的滤纸或海绵吸走，避免在定量微管的管口残留，保证定量准确；定量的稀释液和裂解液分别预置在稀释液池5a和裂解液池5b中。

检测过程中，中央处理器18通过微流控制电路19中的定量控制单元、混匀控制单元、流动控制单元来精准控制微阀和微泵，实现流体准确的定量、混匀和流动。

如图4所示CCD显微成像光学系统13可设为单个，通过直线电机17控制CCD显微成像光学系统13在导轨16上移动，实现红细胞及血小板计数池11a和白细胞计数池11b的显微成像切换。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，其特征是所述装置由控制模块（1）、微流控芯片（2）及光学计量模块（3）组成。

2.根据权利要求1所述的一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，其特征是：微流控芯片（2）中制作有流体通道（6）、微阀（10a，10b，10c，10d，10e，10f，10g）、定量增压泵（9a）、定量负压泵（9b）、稀释液池（5a）、裂解液池（5b）、微柱阵列（8a，8b）、混合池（7 a，7b）、红细胞及血小板计数池（11a）、白细胞计数池（11b）、血红蛋白浓度测量池（12）；光学计量模块（3）由CCD显微成像光学系统（13a，13b）、发光二极管（14）、光电转换器（15）组成；控制模块（1）由中央处理器（18）、微流控制电路（19）、数据接口（20）构成。

3.根据权利要求2所述的一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，其特征在于微流控芯片（2）中的微阀（10a，10b，10c，10d，10e，10f，10g）处于常闭状态，定量的微量血样本引入微流控芯片（2）后，打开微阀（10b），随即开启定量负压泵（9b），使定量的原血流入稀释液池（5a），然后关闭微阀（10b），关闭定量负压泵（9b）；打开微阀（10e），随即开启定量负压泵（9b），使定量的原血流入裂解液池（5b），然后关闭微阀（10e），关闭定量负压泵（9b）；流入稀释液池（5a）的原血与（5a）中的稀释液汇聚，依次开启微阀（10b）和定量负压泵（9b），使原血与稀释液的混合液流入混合池（7a），经过微柱阵列（8a），直至混合池（7a）的最左侧，然后依次关闭微阀（10b）和定量负压泵（9b）；依次开启微阀（10a）和定量增压泵（9a），使原血与稀释液的混合液经过微柱阵列(8a)，直至混合池(7a)的最右侧，然后依次关闭微阀(10a)和定量增压泵(9a)；重复上述两个步骤，直至原血与稀释液充分混匀；依次开启微阀(10c)和定量负压泵（9b），使原血与稀释液的混合液充满红细胞及血小板计数池（11a）后，关闭微阀(10c)和定量负压泵（9b），开启CCD显微成像光学系统（13a），获得混合液中的红细胞及血小板图像数据，将红细胞及血小板图像数据通过数据接口（20）传入中央处理器（18），中央处理器（18）运行数据处理算法，识别图像中的红细胞和血小板并计算数量，完成红细胞和血小板的计数。

4.根据权利要求2、3所述的一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，其特征在于流入裂解液池（5b）的原血与（5b）中的裂解液汇聚，依次开启微阀（10e）和定量负压泵（9b），使原血与裂解液的混合液流入混合池（7b），经过微柱阵列（8b），直至混合池（7b）的最右侧，然后依次关闭微阀（10e）和定量负压泵（9b）；依次开启微阀（10d）和定量增压泵（9a），使原血与裂解液的混合液经过微柱阵列（8b），直至混合池（7b）的最左侧，然后依次关闭微阀（10d）和定量增压泵（9a）；重复上述两个步骤，直至原血与裂解液充分混匀；依次开启微阀（10f）和定量负压泵（9b），使原血与裂解液的混匀液充满白细胞计数池（11b）后，关闭微阀（10f）和定量负压泵（9b），开启CCD显微成像光学系统（13b），获得混匀液中的白细胞图像数据，将白细胞图像数据通过数据接口（20）传入中央处理器（18），中央处理器（18）运行数据处理算法，识别白细胞的类型并计算数量，完成白细胞的分类和计数。

5.根据权利要求2、3、4所述的一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，其特征在于依次开启微阀（10g）和定量负压泵（9b），使原血裂解后的溶液流入血红蛋白检测池（12），开启发光二极管（14），开启光电转换器（15），获得特定波长光的强度来表征原血裂解后的溶液中血红蛋白的浓度，将光电二极管输出数据通过数据接口（20）传入中央处理器（18），完成血红蛋白的浓度定量。

6.根据权利要求2、3、4、5所述的一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，其特征在于定量采血管（4）周围的芯片表面具有疏样品属性，血标本通过虹吸作用进入定量采血管（4），多余血标本即被定量采血管（4）底部的滤纸或海绵吸走，避免在定量微管的管口残留，保证定量准确；定量的稀释液和裂解液分别预置在稀释液池（5a）和裂解液池（5b）中；检测过程中，中央控制器（18）通过微流控制电路（19）中的定量控制单元、混匀控制单元、流动控制单元来精准控制微阀和微泵，实现流体准确的定量、混匀和流动。

7.根据权利要求2、3、4、5所述的一种微量全自动血细胞与血红蛋白计量装置，其特征在于CCD显微成像光学系统（13）可设为单个，通过直线电机（17）控制CCD显微成像光学系统（13）在导轨（16）上移动，实现红细胞及血小板计数池（11a）和白细胞计数池（11b）的显微成像切换。