CN108088816A - 小型特定蛋白分析仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种小型特定蛋白分析仪，包括光学检测系统，所述光学检测系统包括反射模块、第一测试架、光源模块、第二测试架和检测模块；所述反射模块具有入射端和出射端，用于改变检测光束的传播方向；所述第一测试架具有呈相对设置的两端，且其中一端连接所述反射模块的入射端，另一端安装有光源模块；所述第二测试架具有呈相对设置的两端，且其中一端连接反射模块的出射端，另一端安装检测模块；所述第一测试架内设有自所述光源模块向所述反射模块延伸的第一光路；所述第二测试架内设有自所述反射模块向所述检测模块延伸的第二光路；所述第二测试架设有供测试卡插入的测试位。本发明技术方案可以提高小型特定蛋白分析仪的检测精度和稳定性。

Description

小型特定蛋白分析仪
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别涉及一种小型特定蛋白分析仪。
背景技术
特定蛋白分析仪是一种用于检测样本中特定蛋白含量的仪器，多用于临床应用。通常，大型特定蛋白分析仪的检测准确的可以满足临床应用的需求，但是大型特定蛋白分析仪的成本高昂，使用不便，多用于大型医院进行集中检测，检测周期长。特定蛋白分析仪的小型化，特别是用于床旁检测，是近些年临床诊断的需求，尤其是在床旁诊断的需求，日益突出。但是小型化之后的特定蛋白分析仪的检测准确度较低，严重制约着小型特定蛋白分析仪的临床应用。在检测精度能够满足临床应用需求的前提下，小型特定蛋白分析仪的体积仍然较大，不适合用于床旁诊断。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种小型特定蛋白分析仪，旨在解决小型特定蛋白分析仪检测精度较低，稳定性较差的问题。
为实现上述目的，本发明提出的小型特定蛋白分析仪包括光学检测系统，所述光学检测系统包括反射模块、第一测试架、光源模块、第二测试架和检测模块；所述反射模块具有入射端和出射端，用于改变检测光束的传播方向；所述第一测试架具有呈相对设置的两端，且其中一端连接所述反射模块的入射端，另一端安装有光源模块；所述第二测试架具有呈相对设置的两端，且其中一端连接反射模块的出射端，另一端安装检测模块；所述第一测试架内设有自所述光源模块向所述反射模块延伸的第一光路；所述第二测试架内设有自所述反射模块向所述检测模块延伸的第二光路；所述第二测试架设有供测试卡插入的测试位。
优选地，所述第一光路的长度和所述第二光路的长度之和L∈[170mm，220mm]。
优选地，所述第一光路中还设有滤光模块。
优选地，所述滤光模块包括第一光阑和第二光阑。
优选地，所述第一光阑和所述第二光阑表面设有防反射层。
优选地，所述光源模块为线性偏振光光源模块，所述滤光模块还包括第一偏振镜，所述第一偏振镜的偏振方向与所述光源模块的偏振方向相同。
优选地，所述滤光模块还包括设于所述第一偏振镜出射方向的旋光镜和设于所述旋光镜出射方向的第二偏振镜。
优选地，所述反射模块包括平面反射镜，所述平面反射镜与所述第一光路的夹角等于所述平面反射镜与所述第二光路的夹角。
优选地，所述反射模块包括反射棱镜，以将经所述第一光路接收到的所述光源模块发出的光线反射至所述第二光路。
优选地，所述反射棱镜为三棱镜，所述三棱镜具有垂直于所述第一光路的第一平面、垂直于所述第二光路的第二平面和连接所述第一平面和所述第二平面的第三平面，所述第三平面外涂有折射率低于所述第三棱镜折射率的保护层。
本发明技术方案通过采用不在同一方向上的第一光路和第二光路，利用反射组件将检测光束从第一光路的方向改变到第二光路的方向，本方案在不增加小型特定蛋白分析仪体积的前提下，延长了有效光程，提高了小型特定蛋白分析仪的检测精度和稳定性。
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，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明小型特定蛋白分析仪整体示意图；
图2为现有技术光学检测组件结构示意图；
图3为本发明小型特定蛋白分析仪的光学检测组件的结构示意图；
图4为图1中剖面示意图；
图5为本发明主小型特定蛋白分析仪一实施例中的反射组件光路示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 光源模块 401 三棱镜
200 检测模块 402 保护层
300 第一测试架 500 第二测试架
301 第一光路 501 第二光路
302 第一光阑 502 测试位
303 第二光阑 600 测试卡
400 反射模块 601 试剂杯
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种检测精度高的小型特定蛋白分析仪，可以用于床旁检测。目前，市面上的小型特定蛋白分析仪的检测精度较低，测试的稳定性较差，在实际的临床应用中，容易因较大的检测误差而导致误诊。特定蛋白分析仪的核心部件是光学检测系统，影响其检测精度的因素多种多样，理论上，导致小型特定蛋白分析仪检测精度不高的主要原因集中在检测模块、测试卡和测试位置的温度干扰等方面，这也是业内投入研究最多的几个提高小型特定蛋白分析仪检测精度和稳定性的方向。但是投入与产出不成正比，小型特定蛋白分析仪的检测精度和稳定性仍然比较低。本发明从其他方面进行改进，即对小型特定蛋白分析仪的光路进行调整。
请参照图1，本发明提出的小型特定蛋白分析仪整体上结构紧凑，测试卡600从机体的前面板直接插入，方便实际中的操作。图2所示为现有技术小型特定蛋白分析仪的光学检测组件，一端为光源模块100，另一端为检测模块，光学检测组件靠近检测模块的一端设置有用于插入测试卡600的测试位。
在本发明实施例中，请参照图3和图4，该小型特定蛋白分析仪包括光学检测系统，所述光学检测系统包括用于提供检测光束的光源模块100、用于接收透射光和散射光的检测模块200、用于安装所述光源模块100且提供第一光路301的第一测试架300、具有入射端和出射端且用于改变检测光束传播方向的反射模块400、用于安装所述检测模块200且提供第二光路501的第二测试架500；其中，所述第一测试架300和所述第二测试架500均具有呈相对设置的两端；所述第一测试架300的两端分别连接所述反射模块400的入射端和光源模块100，所述第二测试架500的两端分别连接所述反射模块400的出射端和检测模块200；所述第一光路301设于所述第一测试架300内且自所述光源模块100向所述反射模块400延伸；所述第二光路501设于所述第二测试架500内且自所述反射模块400向所述检测模块200延伸；所述第二测试架500上设有供测试卡600安装的测试位502。
其中，第一测试架300可以与反射模块400一体化设置，也可以与反射模块400通过可拆卸的方式连接，例如可以设置卡扣件或者螺栓等；同样的，反射模块400也可以与第二测试架500一体化设置。
小型特定蛋白分析仪检测的核心部件是光学检测系统，本发明的光学检测系统包括了不在同一个方向上的第一光路301和第二光路501；第一测试架300的一端和第二测试架500的一端分别连接在反射模块400的入射端和出射端，第一测试架300的另一端安装光源模块100，第二测试架500的另一端安装检测模块200。光源模块100产生用于检测待测样本的光束，光束进入第一测试架300中的第一光路301后，沿第一光路301传播进入反射模块400；光束经反射模块400反射以改变传播方向，使光束进入第二测试架500中的第二光路501并沿第二光路501传播。待测样本放置在透明的试剂杯601中，测试位502设于第二测试架500上，当测试卡600插入测试位502时，试剂杯601处于第二光路501上，光束进入第二光路501后，照射到试剂杯601上，产生透射光和散射光，检测模块200采集透射光和反射光的数据信号后，进行处理，得出检测结果。
检测模块200最终处理接收到的透射光和散射光的信号得出检测结果，检测模块200自身的性能对检测结果影响较大，而检测光束依赖光源，光源的技术又早已是很成熟的且医疗设备行业无法控制的技术，因此业内多在研究如何提高小型化的特定蛋白分析仪的检测模块200的性能和如何维持检测温度的稳定性方面，忽略了检测模块200接收到的信号可能存在的问题。小型特定蛋白分析仪体积要尽可能的小，故其内部空间较小，各部件设置紧凑。光学测试系统的体积也受限于整个蛋白分析仪的体积，光程较短。
光束本身在传播过程中并不会发生太大的变化，但小型蛋白分析仪并非密封系统，测试架内的光路也并不能完全与外界隔离，外界光源的光可能会经缝隙传播到光路内，而若因光路问题导致检测模块200接收到的透射光和散射光并非完全直接来源于检测光源，检测结果就必然会受到影响。为验证光路是否会对检测结果造成影响，特进行了一系列对比试验，其中一组实验是改变光路长度，进行对比，发现其中光路长度的不同对检测结果的稳定性影响较大。该组对比试验具体如下：第一组：光程L1＝150mm；第二组：光程L2＝100mm；第三组：光程L3＝200mm；
三组测试的样本均为20NTU(NTU为散射浊度的单位)的福尔马肼标准液，每间隔5s取光电AD值，每组取值20组，分别计算平均值(AV)，标准差(SD)和变异系数(CV)。
具体数据如下：
序号 第一组 第二组 第三组
1 2691 2667 2776
2 2730 2800 2760
3 2839 2956 2766
4 2771 2867 2786
5 2700 2644 2713
6 2647 2598 2739
7 2733 2630 2768
8 2721 2700 2721
9 2771 2766 2764
10 2758 2912 2766
11 2800 2870 2707
12 2830 2579 2760
13 2750 2680 2730
14 2746 2697 2740
15 2780 2850 2722
16 2746 2747 2723
17 2625 2789 2693
18 2732 2711 2727
19 2691 2699 2739
20 2835 2744 2762
AV 2744.80 2745.30 2743.10
SD 57.55 105.09 25.64
CV 2.10％ 3.83％ 0.93％
其中，CV值可以直接反应出测试的稳定性，这三组对比试验可以直接得出在光程L3＝200mm时，测试稳定性明显高于光程长度为100mm和150mm时的稳定性。
根据现在的最低要求，临床医学检测仪器的日间CV值的最高值应低于CLIA'88(美国临床实验室改进法案修正案)的1/3。本组对比试验是单次CV值的对比，可以直接反应出单次连续检测的稳定性。同时，进行日间CV值对比试验，三组试验的结果与单次CV值的结果一致，都是在光程L3＝200mm时，CV值最低，并且光程L3＝200mm时的CV值低于CLIA'88(美国临床实验室改进法案修正案)最低标准的的1/4，而另外两组的日均CV值则不能满足该要求。通过日间CV值和单次CV值两批次的对比试验，可以得出延长光程可以提高小型特定蛋白分析仪的检测精确度和稳定性的结论，并且在光程L0＜150mm时，日间CV值高于CLIA'88标准的1/3，不能满足临床应用的要求。
针对最佳光程试验的具体过程参照上述对比试验的方式，具体过程也不在此具体列明。而延长光程之后，测试架内在光路方向的长度也必然一并延长，这会导致整个小型特定蛋白分析仪体积的增大，不符合小型化的要求，也就无法兼顾检测精度和体积。在兼顾检测精度和稳定性的同时，在总的光路长度设置在155mm到250mm之间的范围内可以达到较佳的平衡，其中，在第一光路301和第二光路501长度之和L∈[170mm，220mm]时，检测精度和小型化兼顾的效果更好，并且，本批次实验在L＝195mm时综合效果最佳，既可以实现高精确度和稳定性，又可以满足小型化的要求。
为此，本发明技术方案通过改变现有技术中的直线光路，设置内部具有第一光路301的第一测试架300和内部具有第二光路501的第二测试架500，且第一光路301和第二光路501呈一定夹角；在第一测试架300和第二测试架500之间设置反射组件以将沿第一光路301传播的光束反射到沿第二光路501的方向传播，在增加光程的同时避免增加测试架的直线长度，实现在有限的空间内增加光程，以解决小型特定蛋白分析仪检测精度较低的问题。
仍请参照图3和图4，本发明提出的另一实施例。本实施例在第一光路301中设置滤光模块，用以过滤非检测光，减少对检测模块200接收到的光信号的干扰。本实施例中滤光模块具体可以选用间隔设置的第一光阑302和第二光阑303，且第一光阑302和第二光阑303上涂有防反射层，以吸收照射到光阑上的除光阑中心孔之外的其他光线。其中，第一光阑302靠近光源模块100，光源模块100在发光时，除了产生检测所需的直线光束之外，还会在边缘产生少量球面光波，球面光波在光路中反射形成无序的噪声光，噪声光波会通过光路传播到检测模块200，造成干扰。表面涂有防反射层的第一光阑302可以过滤大部分的球面光波，防止过多的噪声光通过第一光阑302。光束在通过第一光阑302后，噪声光已大幅减少，但仍有一部分噪声光通过了第一光阑302，表面涂有防反射层的第二光阑303可以进一步的过滤噪声光，使得穿过第二光阑303的光束中混杂的噪声光得到进一步的清除。
此外，在本实施例中，光源可以选用线形偏振光光源，滤光模块可以采用第一偏振镜，光源产生的光束的偏振方向与第一偏振镜的偏振方向相同。检测光可以顺利通过偏振镜，而噪声光不具有单一的偏振方向，因此第一偏振镜可以过滤大部分的噪声光；为进一步消除噪声光的干扰，还可以在第一偏振镜后设置旋光镜和第二偏振镜。经第一偏振镜的线偏光经过旋光镜后偏振方向发生变化，第二偏振镜的偏振方向与变化后的线偏光的偏振方向相同，保证检测光顺利通过第二偏振镜。噪声光的波长和偏振性与检测光不同，经旋光镜之后其偏转角度也不同，因此，即使有部分噪声光通过了第一偏振镜，也会在经过旋光镜后被第二偏振镜过滤掉，以尽可能减少传播到测试位502的噪声光。
本发明技术方案通过采用在第一光路301中设置滤光模块的技术方案，过滤混杂在检测光束中的噪声光，以保证照射到试剂杯601的光束的单一性，从而避免噪声光对检测的干扰。通过涂有防反射层的第一光阑302和第二光阑303的两次限束和吸收，可以清除掉大部分的噪声光；通过第一偏振镜、旋光镜和第二偏振镜的组合使用，提供了另一种清除噪声光的方案；这两种方案都可以过滤清除掉光路中的噪声光，保证检测模块200尽可能的不受噪声光干扰，以提高检测精度和稳定性。
请参照图4和图5，本发明提出又一实施例，本实施例的反射模块400包括平面反射镜，所述平面反射镜与所述第一光路301的夹角等于所述平面反射镜与所述第二光路501的夹角，以将自第一光路301射入的光束反射至第二光路501。平面反射镜作为反射模块400的核心组件，其结构简单，可用材料广泛，成本低廉，便于加工和组装。在本实施例中，反射模块400的反射组件也可以采用棱镜，最简单的棱镜为三棱镜401，在光线仅需要改变一次方向时，三棱镜401是可以实现改变光线传播方向的优选棱镜。其中，最佳方案是采用三棱镜401，三棱镜401的三条棱所对应的三个平面分别为垂直于第一光路301的第一平面、垂直于第二光路501的第二平面和连接所述第一平面和第二平面的第三平面，其中，第三平面与第一光路301的夹角和与第二光路501的夹角相同。利用棱镜折射率高于空气折射率而使光线在垂直第一平面入射到棱镜中后，在棱镜中传播到第三平面时发生全反射，再经第二平面出射到第二光路501中。三棱镜401的选用需要与第一光路301和第二光路501的夹角配合，使得光线在棱镜中传播到第三平面时，入射角大于其对应的全反射的临界角。为避免因第三平面与外界接触而产生对棱镜内光线全反射的干扰，可以在第三平面外涂一层透明且折射率低的保护层402，确保第三平面外侧是相对棱镜来说的光疏介质。
本发明技术方案通过采用平面镜实现光线的反射，结构和原理上简单易实现，可以选用多种材料，成本低廉。采用棱镜，利用光的全反射原理实现光线方向的改变，因常用棱镜的材料如二氧化硅晶体等的光吸收率很低并且很稳定，可以减小在改变光的传播方向时产生的对光线的干扰和长期使用后因反射组件的问题而需要对设备频繁进行零点的校准。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种小型特定蛋白分析仪，包括光学检测系统，其特征在于，所述光学检测系统包括：
反射模块，用于改变检测光束的传播方向，具有入射端和出射端；
第一测试架，具有呈相对设置的两端，且其中一端连接所述反射模块的入射端；
光源模块，安装于所述第一测试架的一端；
第二测试架，具有呈相对设置的两端，且其中一端连接所述反射模块的出射端；
检测模块，安装于所述第二测试架的一端；
其中，所述第一测试架内设有自所述光源模块向所述反射模块延伸的第一光路；所述第二测试架内设有自所述反射模块向所述检测模块延伸的第二光路；所述第二测试架设有供测试卡插入的测试位。
2.如权利要求1所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述第一光路的长度和所述第二光路的长度之和L∈[170mm，220mm]。
3.如权利要求1所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述第一光路中还设有滤光模块。
4.如权利要求3所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述滤光模块包括第一光阑和第二光阑。
5.如权利要求4所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述第一光阑和所述第二光阑表面设有防反射层。
6.如权利要求3所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述光源模块为线性偏振光光源模块，所述滤光模块还包括第一偏振镜，所述第一偏振镜的偏振方向与所述光源模块的偏振方向相同。
7.如权利要求6所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述滤光模块还包括设于所述第一偏振镜出射方向的旋光镜和设于所述旋光镜出射方向的第二偏振镜。
8.如权利要求1所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述反射模块包括平面反射镜，所述平面反射镜与所述第一光路的夹角等于所述平面反射镜与所述第二光路的夹角。
9.如权利要求1所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述反射模块包括反射棱镜，以将经所述第一光路接收到的所述光源模块发出的光线反射至所述第二光路。
10.如权利要求9所述的小型特定蛋白分析仪，其特征在于，所述反射棱镜为三棱镜，所述三棱镜具有垂直于所述第一光路的第一平面、垂直于所述第二光路的第二平面和连接所述第一平面和所述第二平面的第三平面，所述第三平面外涂有折射率低于所述第三棱镜折射率的保护层。
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