CN107340286A - 一种激光代谢评估仪及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光代谢评估仪，包括激光诱导光谱仪，激光诱导光谱仪检测人体血液和尿液中与结石病因相关的成分，并且激光诱导光谱仪包括激光头、聚焦透镜、收集透镜、输入光纤和光谱仪。一种激光代谢评估仪的检测方法，包括以下步骤：(1)确定结石相关成分；(2)得到结石相关成分的激光谱图；(3)通过激光诱导光谱仪对被测人体血液和尿液标本进行检测，得到被人体血液和尿液标本中的结石相关成分含量。本发明的有益效果为：1、拓展了泌尿系结石自动化代谢评估的测量范围；2、提高了检测效率和精度；3、对尿液中大分子结石相关因子、胱氨酸、磷元素等指标的测量由不可能变为可能，而这些指标对于搞清楚结石病因并改进预防方案尤为重要。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗器械，尤其是涉及一种利用激光进行代谢评估的仪器及其检测方法。
背景技术
泌尿系结石是一种复杂的、多病因的疾病，是环境和遗传因素共同作用的结果。高复发率是该疾病的最大特点。多数草酸钙结石患者均可以通过代谢评估找到病因，其结果对患者的进一步治疗和预防有着重要意义。国内外专家已达成共识，对泌尿系结石病患者应进行代谢评估。但由于传统的代谢评估技术效率低下，操作繁琐，所以在实践中，国内外除少数研究机构外，临床上很少对结石病患者进行代谢评估。
在前期的研究中，我们设计了一款基于离子色谱仪的代谢评估装置，可以自动化测量尿液中主要的成石因子和结石抑制因子的浓度(草酸、尿酸、枸橼酸、钙离子和镁离子)，并给予初步的诊断。但是，泌尿系结石病毕竟是一种多病因疾病，对其完整的病因诊断需要测量更多的尿液甚至血液指标，上述五种离子的测量结果不能涵盖所有的结石病因，只能对最常见的草酸钙结石的病因进行初步的诊断(遇到复杂的病例，仍需结合其他指标的测量)。而目前自动化程度最高的离子色谱仪或者生化分析仪无法完成尿液、血液中所有结石相关的有机小分子甚至大分子的测定。部分尿液中结石相关成分(如T-M骨桥蛋白、葡胺聚糖等)的测量方法仅停留在实验室应用，因其测量效率低下，而无法应用于临床。而尿液中磷元素的测定，目前也存在困难。以离子色谱法来测量，因磷元素在水中的分子形态受PH值的影响会出现变化，而离子色谱仪在测量的过程中，从进样到洗脱过程，液体PH值一直会发生变化，因此无法准确测量尿液中磷元素的浓度。而采用比色法测量的生化分析仪，虽然实现了自动化，但测量精度有限，临床结果仅供参考。尿液中胱氨酸、黄嘌呤的物质的检测，目前也仅仅停留在实验室阶段，无法大面积实际应用于临床。而且，收到技术的限制，传统的结石病代谢评估法仅仅能用于代谢原因引起的结石，对于遗传性结石如胱氨酸结石以及药物性结石，如头孢曲松结石需要做特殊的检验、甚至结合患者病史推断才能找到病因。无法为临床高效、便捷的提供准确而全面的实验室依据。
现有的草酸、枸橼酸的测定方法——离子色谱法也存在固有的缺陷。从原理上讲，离子色谱法是一种20年前的技术，通过检测器检测液体中离子交换所产生的电信号，实现液体中物质浓度的测定。由于液体中电信号检测固有的缺陷，离子色谱法虽然理论上精度很高，但实际操作过程中存在信号不稳定，测量结果误差大等缺陷，实际过程中有时候测量误差可以达到30％以上。特别是对于阳离子的测定，由于阳离子峰值小，峰值下面积也相对较小，很多时候阳离子峰与其它峰处于融合状态，需要通过图形处理将其分离出来，无疑加大了阳离子测量的误差。而使用比色法，第一，因误差较大，无法有效测量有机小分子；第二，阳离子测量结果虽然能满足临床需求，但仍存在误差较大甚至导致误诊的风险。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中代谢评估所存在的缺陷，提供一种利用激光进行代谢评估的仪器来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种激光代谢评估仪，包括激光诱导光谱仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体血液和尿液中与结石病因相关的成分，并且所述激光诱导光谱仪包括可调整入射光的光波长和光强度的激光头、聚焦透镜、收集透镜、输入光纤和光谱仪，所述激光头输出激光至聚焦透镜上，收集透镜收集反射回来的激光，并且通过输入光纤传输至光谱仪。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，还包括拉曼光谱仪和中央控制计算机，所述拉曼光谱仪检测结石中与结石病因相关的成分。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，还包括荧光检测器，所述荧光检测器检测结石中与结石病因相关的成分。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体全血标本，所述光谱仪为下列其中之一：光电检测器、广谱光谱仪和CCD检测器。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体至少24小时以上的尿液中与结石病因相关的成分。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体单次尿液中与结石病因相关的成分。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪还包括自动进样装置。
一种激光代谢评估仪的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定目前已知的所有结石相关成分；
(2)通过调整激光诱导光谱仪的激光头的光波长与光强度，得到目前已知的所有结石相关成分的激光谱图；
(3)通过激光诱导光谱仪对被测人体血液和尿液标本进行检测，得到被人体血液和尿液标本中的结石相关成分含量。
上述的一种激光代谢评估仪的检测方法，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体全血标本。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体至少24小时以上的尿液中与结石病因相关的成分。
上述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体单次尿液中与结石病因相关的成分。
本发明的有益效果为：1、拓展了泌尿系结石自动化代谢评估的测量范围；2、提高了检测效率和精度；3、对尿液中大分子结石相关因子、胱氨酸、磷元素等指标的测量由不可能变为可能，而这些指标对于搞清楚结石病因并改进预防方案尤为重要；4、将结石成分分析和结石代谢评估作为一个系统结合起来为临床病因诊断提供参考。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为激光诱导光谱仪的结构示意图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
参看图1和图2，一种激光代谢评估仪，包括激光诱导光谱仪100、拉曼光谱仪200和中央控制计算机300，激光诱导光谱仪100检测人体血液和尿液中与结石病因相关的成分，拉曼光谱仪200或荧光检测器检测结石中与结石病因相关的成分。由于拉曼光谱用于检测人体液样本时信号弱，在检测液体样本时需加入特异性表面增强剂，不仅增加了操作的复杂程度，易导致测量误差存在，也增加的测量成本，降低检测效率，因此在本发明中不用于拉曼光谱仪200或荧光检测器检测人体液样本。而激光诱导光谱虽然有光子进入液体时溅射效应较强，干扰测量的问题，但可以通过调节光波长来改善这一问题，因此采用激光诱导光谱仪100来检测人体液样本。拉曼光谱测量固体，无需表面增强剂，不仅可以测量固体成分，还可测量固体结构，因而在结石成分分析领域具有一定的优势，因而采用拉曼光谱仪200或荧光检测器检测结石中与结石病因相关的成分。
激光诱导光谱仪100包括可调整入射光的光波长和光强度的激光头110、聚焦透镜120、收集透镜130、输入光纤140和光谱仪150，激光头110输出激光至聚焦透镜120上，然后再聚焦到被测标本上，而收集透镜130收集反射回来的激光，并且通过输入光纤140传输至光谱仪150，光谱仪为光电检测器、广谱光谱仪或CCD检测器。而对于激光头110，其光波长调整范围覆盖300-1000nm，其光强度通过调整激光功率实现，功率覆盖10W-300W，通过调整光强度和光波长，使得针对不同指标的测量，背景噪音均可以降到最低，被检测物质的光谱图最为明显，测量精度最高。
在本发明中，激光诱导光谱仪100检测人体全血标本，而在以往的现有技术中，在检测人体血液中各元素成分含量时，需要对血液进行离心，离心过程中，红细胞破裂，大量的草酸释放入血浆，从而导致血草酸浓度无法准确测定。
而同时，激光诱导光谱仪100检测人体至少24小时以上的尿液中与结石病因相关的成分或者单次尿液中与结石病因相关的成分。在进行结石病因分析代谢评估时，一般需要收集病人24小时尿液进行酸化或碱化后再进行成分检测，而对于感染性结石、单次测量尿液中尿素分解酶的含量即可确诊，避免了结石成分分析需要结石标本、尿液细菌培养干扰较大，易漏诊和误诊。对于药物性结石，如头孢曲松结石，单次尿液中药物浓度更具有诊断意义。
为了便于进样，本发明的激光诱导光谱仪100还包括自动进样装置400，自动进样装置400能够自动进样，提高了本发明的自动化程度。
一种激光代谢评估仪的检测方法，包括以下步骤：
(1)确定目前已知的所有结石相关成分；
(2)通过调整激光诱导光谱仪的激光头的光波长与光强度，得到目前已知的所有结石相关成分的激光谱图；
(3)通过激光诱导光谱仪对被测人体血液和尿液标本进行检测，得到被人体血液和尿液标本中的结石相关成分含量。
在本发明中，激光诱导光谱仪100检测人体全血标本，而在以往的现有技术中，在检测人体血液中各元素成分含量时，需要对血液进行离心，离心过程中，红细胞破裂，大量的草酸释放入血浆，从而导致血草酸浓度无法准确测定。
而同时，激光诱导光谱仪100检测人体至少24小时以上的尿液中与结石病因相关的成分或者单次尿液中与结石病因相关的成分。在进行结石病因分析代谢评估时，一般需要收集病人24小时尿液进行酸化或碱化后再进行成分检测，而对于感染性结石、单次测量尿液中尿素分解酶的含量即可确诊，避免了结石成分分析需要结石标本、尿液细菌培养干扰较大，易漏诊和误诊。对于药物性结石，如头孢曲松结石，单次尿液中药物浓度更具有诊断意义。
比较上一代的自动化代谢评估仪而言，新型代谢评估仪基于光谱设计，有如下创新点：
老一代代谢评估仪以离子色谱仪和液相色谱仪为硬件基础，通过改进设计实现样品检测的自动化，但基于液相色谱/离子色谱法的检测方法应用于尿液中，其检验精度仅能达到ppm级别，勉强达到测量精度的下限，因此，实际应用中测量的稳定性较差，往往需要多次测量校对。
老一代代谢评估仪以草酸钙结石患者为主要检测/评估对象，对于少见的遗传性结石——如胱氨酸结石/黄嘌呤结石以及药物性结石——如头孢曲松结石等却无能为力。对于这一部分结石患者而言，如结石已经较大，尚可通过外科手术、进而取出结石进行成分分析的方式确定其病因。但当结石较小时，临床医生没有办法利用老一代代谢评估仪筛选出其病因，也无法通过外科手术的方式获得标本。因此临床医生所能采用的方法有限，或者选择观察等待，坐视结石长大；或者通过询问病史及家族史的方法粗略的估计结石的病因，这会带来预防方案上的偏差；或者通过其他实验室的检查手段来筛查病因——如检测尿液中胱氨酸或黄嘌呤的排泄。但问题是，一来不是所有的医院都能够有这种检测能力的配置，因为尿液中胱氨酸或黄嘌呤等物质的排泄量检测目前多停留在科研院所或教学医院的实验室，无法大面积应用于临床——特别是基层医院的临床检测。这样，患者就会像没头苍蝇一样的游走于各个实验室之间，甚至部分指标的检测方法仅仅停留于实验室级别(如尿液中的GAGs、TF蛋白等，仅能通过蛋白质谱等方法检测，检测费用高昂)，无法应用于临床，对于这些少见结石的患者，能否查出病因只能依赖时间和运气了，患者往往花费很多时间，等找到了病因，结石也长大了。激光诱导光谱测量物质的种类覆盖面大，应用于临床可以对少见结石病患者进行筛选，从而实现对少见结石患者的早期精准预防。
传统的代谢评估方法存在一个诊断及测量的盲区——血液中草酸浓度的测定。论文中所谓的血草酸浓度测定其实是不准确的，因为传统测量方法需要进行血液的离心，离心过程中，红细胞破裂，大量的草酸释放入血浆，从而导致血草酸浓度无法准确测定。但激光诱导光谱/拉曼光谱可以实现无痕/痕量检测，激光照射过程中甚至可以不损伤红细胞，这样就避免了红细胞破裂释放草酸，从而实现了血草酸浓度的精准测定。
本发明的有益效果为：1、拓展了泌尿系结石自动化代谢评估的测量范围；2、提高了检测效率和精度；3、对尿液中大分子结石相关因子、胱氨酸、磷元素等指标的测量由不可能变为可能，而这些指标对于搞清楚结石病因并改进预防方案尤为重要；4、将结石成分分析和结石代谢评估作为一个系统结合起来为临床病因诊断提供参考。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种激光代谢评估仪，包括激光诱导光谱仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体血液和尿液中与结石病因相关的成分，并且所述激光诱导光谱仪包括可调整入射光的光波长和光强度的激光头、聚焦透镜、收集透镜、输入光纤和光谱仪，所述激光头输出激光至聚焦透镜上，收集透镜收集反射回来的激光，并且通过输入光纤传输至光谱仪。
2.根据权利要求1所述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，还包括拉曼光谱仪和中央控制计算机，所述拉曼光谱仪检测结石中与结石病因相关的成分。
3.根据权利要求1所述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，还包括荧光检测器，所述荧光检测器检测结石中与结石病因相关的成分。
4.根据权利要求2或3所述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体全血标本，所述光谱仪为下列其中之一：光电检测器、广谱光谱仪和CCD检测器，所述激光诱导光谱仪还包括自动进样装置。
5.根据权利要求4所述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体至少24小时以上的尿液中与结石病因相关的成分。
6.根据权利要求4所述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体单次尿液中与结石病因相关的成分。
7.一种激光代谢评估仪的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定目前已知的所有结石相关成分；
(2)通过调整激光诱导光谱仪的激光头的光波长与光强度，得到目前已知的所有结石相关成分的激光谱图；
(3)通过激光诱导光谱仪对被测人体血液和尿液标本进行检测，得到被人体血液和尿液标本中的结石相关成分含量。
8.根据权利要求7所述的一种激光代谢评估仪的检测方法，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体全血标本。
9.根据权利要求8所述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体至少24小时以上的尿液中与结石病因相关的成分。
10.根据权利要求8所述的一种激光代谢评估仪，其特征在于，所述激光诱导光谱仪检测人体单次尿液中与结石病因相关的成分。
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