CN108318436B - 反应曲线生成方法、装置及光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应曲线生成方法，包括：1)采集透射光信号值，得到初始时序光量数据，并形成初始曲线；2)选定符合初始曲线的函数模型，并根据初始曲线拟合得出拟合曲线；3)比较拟合曲线的判定系数是否不小于目标值，若是，则进入步骤5)；若否，则进入步骤4)；4)计算理论时序光量数据并确定修复数据，重新形成初始曲线，返回步骤2)；5)将拟合曲线作为反应曲线。由于采用本发明所公开的方法形成的反应曲线极大程度的近似还原了反应过程，因此通过该反应曲线所计算出的吸光度值更加准确。本发明还涉及一种反应曲线生成装置及光学检测系统。

Description

反应曲线生成方法、装置及光学检测系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种医疗或化工领域所用到的反应曲线生成方法、装置及光学检测系统。

背景技术

以医学检测领域为例，对凝血项目中的DD、FDP等通常采用透射比浊法进行检测。

透射比浊法的原理为：光源及光纤产生的透射光从一端射向透明反应杯，反应杯的另一端使用光电池接收透射光并将其转化为信号值。当反应持续进行时，反应杯内物质的浊度将增加，因而随着反应时间的延长，透射光的强度以及换算后的信号值将逐步降低，通过一段时间的持续检测，可以获取一条持续下降的信号值曲线，通过对该信号值曲线进行拟合，可以得到采用透射比浊法检测时的反应曲线，通过反应曲线的趋势变化快慢，使用两点法或者速率法可以计算出对应的吸光度值，再通过标定曲线即可将吸光度值换算为反应杯内溶液的浓度值。

然而，由于反应物本身以及其他因素的影响，可能在反应杯内形成团聚物质，团聚物质容易在反应杯内进行随机运动，当其遮挡在透射光路径上时，将造成采集的反应曲线呈现下凹的V型波动，这容易导致最终的计算结果错误；目前针对V型波动的情况，一些拟合方法中采用去除大于阈值的偏差值方式，但经过实践发现，这种拟合方法所拟合出的反应曲线偏差较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种反应曲线生成方法，以便能够使反应曲线更逼近实际，从而获取更为准确的吸光度值。

本发明第二方面在于公开了一种能够实现上述反应曲线生成方法的反应曲线生成装置；

本发明第三方面在于公开了一种采用上述反应曲线生成方法的光学检测系统。

本发明中所公开的反应曲线生成方法，包括：

1)每隔预定时间采集一次透射光信号值，得到多个初始时序光量数据，所述初始时序光量数据在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

2)选定符合所述初始曲线的函数模型，并根据所述初始曲线拟合得出拟合曲线；

3)比较所述拟合曲线的判定系数是否不小于目标值，若是，则进入步骤5)；若否，则进入步骤4)；

4)将所述初始时序光量数据的横坐标代入所述拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取所述初始时序光量数据和所述理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据，所述修复数据在所述二维坐标系内重新形成所述初始曲线，返回步骤2)；

5)将所述拟合曲线作为反应曲线。

优选的，在上述反应曲线生成方法中，所述判定系数的取值为0.95～0.9999。

优选的，在上述反应曲线生成方法中，所述步骤2)中，采用最小二乘法或高斯-牛顿迭代法得到所述拟合曲线。

优选的，在上述反应曲线生成方法中，所述预定时间为0.1s。

本发明所公开的反应曲线生成装置，包括：

数据采集模块，用于每隔预定时间采集一次透射光信号值，得到多个初始时序光量数据；

数据存储模块，用于存储所述初始时序光量数据；

第一初始曲线生成模块，用于根据所述初始光量数据，在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

函数模型存储模块，用于存储多个函数模型；

函数拟合模块，用于选定符合所述初始曲线的函数模型，并根据所述初始曲线拟合得到拟合曲线；

比较模块，用于比较所述拟合曲线的判定系数是否不小于目标值；

数据修复模块，用于在所述判定系数小于所述目标值时，将所述初始时序光量数据的横坐标代入所述拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取所述初始时序光量数据和所述理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据；

第二初始曲线生成模块，用于根据所述修复数据，在所述二维坐标系内重新形成所述初始曲线；

反应曲线选定模块，用于在所述判定系数不小于所述目标值时，选定当前拟合曲线为反应曲线。

优选的，在上述反应曲线生成装置中，所述判定系数的取值为0.95～0.9999。

本发明中所公开的光学检测系统，包括用于对反应杯照射的光源系统、用于接收透过所述反应杯的透射光的接收器以及与所述接收器相连的处理器，在进行检测时，所述处理器执行以下操作：

1)控制所述接收器每隔预定时间采集一次透射光信号值，以得到多个初始时序光量数据；根据所述初始时序光量数据，在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

2)选定符合所述初始曲线的函数模型，并根据所述初始曲线拟合得出拟合曲线；

3)比较所述拟合曲线的判定系数是否不小于目标值，若是，则将所述拟合曲线作为反应曲线；

若否，则将所述初始时序光量数据的横坐标代入所述拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取所述初始时序光量数据和所述理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据，所述修复数据在所述二维坐标系内重新形成所述初始曲线，返回所述步骤2)。

优选的，在上述光学检测系统中，所述光源系统包括依次设置的光源、透镜、滤光片以及光纤，由光纤射出的光线照射在所述反应杯上。

优选的，在上述光学检测系统中，所述判定系数的取值为0.95～0.9999。

优选的，在上述光学检测系统中，所述步骤2)中，采用最小二乘法或高斯-牛顿迭代法得到所述拟合曲线。

本发明中所公开的反应曲线生成方法，根据初始时序光量数据所形成的初始曲线，先拟合得到拟合曲线，若该拟合曲线的判定系数不小于目标值，表明该拟合曲线与实际反应过程拟合度很高，可以作为反应曲线来进行应用；而当拟合曲线的判定系数小于目标值时，表明该拟合曲线与实际反应过程的拟合度不高，该种情况出现的原因很可能是反应杯内所形成的团聚物遮挡了透射光路径。

反应杯内所形成的团聚物进行随机运动时，一旦遮挡在透射光路径上时，就会导致透射光信号值低于实际值，本发明中所公开的曲线生成方法中，将所述时序光量数据的横坐标代入所述拟合曲线，求得理论时序光量数据，然后，每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取所述初始时序光量数据和所述理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据，这就有效消除了因团聚物导致的透射光信号值较低的因素对检测结果所造成的影响，修复数据更加接近反应过程中的真实值，修复数据在二维坐标系内重新形成初始曲线，然后重新进行拟合得到新的拟合曲线，直至拟合曲线的判定系数不小于目标值后，将当前的拟合曲线作为反应曲线应用，由于该反应曲线极大程度的近似还原了反应过程，因此通过该反应曲线所计算出的吸光度值更加准确。

附图说明

图1为本发明一种实施例所公开的反应曲线生成方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所公开的光学检测系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例中提供的初始曲线走势示意图；

图4为采用现有去除数据点方式拟合出的反应曲线的走势示意图；

图5为采用本发明的方法所生成的反应曲线的走势示意图；

图6为单独示出的反应曲线的走势示意图。

其中1为光源，2为透镜，3为滤光片，4为光纤，5为反应杯，6为接收器。

具体实施方式

本发明中所公开的反应曲线生成方法可应用于医学检测领域或者化工检测领域中。

以医学检测领域为例，事实上，在进行本发明之前，针对凝血项目中的DD、FDP等反应曲线呈V型波动的情况，本领域技术人员做过修复尝试，较为通用的修复方法是对波动较大的数据点进行去除，然而经过实践验证，发明人发现去除数据点的方法所拟合出的曲线偏差值较大，测试结果不够准确。

本实施例中的反应曲线生成方法，主要适用于透射比浊法，以下结合具体实施方式和附图对本发明技术方案进行详细阐述。

给出一具体应用场景，当然，该应用场景不应当构成对反应曲线生成方法的限制，请参考图2，由光源1、透镜2、滤光片3以及光纤4所构成的光源系统位于反应杯的一侧，光源系统所发出的光照射在反应杯5上，反应杯5内放置有正在进行反应的待检样本，透过反应杯之后的光照射在接收器6上，接收器6内的信号采集电路将接收到的光量转换为电信号。

本发明实施例所公开的反应曲线生成方法，包括如下步骤：

S1)采集透射光量信号，得到初始时序光量数据并形成初始曲线；

具体的，在一定的采集时间(如300s)内，每隔预定时间(如0.1s)采集一次透射光(即透过反应杯的光)信号值，从而得到多个初始时序光量数据，初始时序光量数据在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

需要进行说明的是，所谓时序光量数据具体是指该数据通过时间、光量两个要素来进行表征，一个时序光量数据可以通过一对时间和透射光信号值所构成的坐标进行表示。

S2)选定函数模型，进行函数拟合，得到拟合曲线以及判定系数；

根据初始曲线的形状，可以根据经验人工进行函数模型的匹配，也可以通过计算机自动进行函数模型匹配，完成函数模型(如一元三次方程y＝a*x³+b*x²+cx+d)匹配之后，通过初始曲线中的数据进行拟合，最终得出函数模型中的常数(a、b、c、d)，确定拟合曲线的函数方程。

通过最佳的函数拟合方法，可以准确拟合出函数模型中的常数，并且拟合完成之后，可通过计算得出体现拟合曲线与初始曲线接近程度的判定系数。函数拟合方法包括但不限于最小二乘法、高斯-牛顿迭代法等。由于函数模型选定、函数拟合方法以及判定系数的计算均为目前公知且常用的数学方法，因此本发明中对函数选型以及函数拟合不再展开详述。

S3)比较拟合曲线的判定系数是否大于目标值，若是，则进入步骤S5)，否则，则进入步骤S4)；

为了更为清楚具体的说明，本实施例中将步骤S4)分为步骤S41)和步骤S42)来进行说明。

S41)计算理论时序光量数据；

具体的，将初始光量数据的横坐标(时间值)代入到步骤S2)中的拟合曲线中，求得理论时序光量数据；

S42)确定修复数据，并重新形成初始曲线；

在每个初始时序光量数据的横坐标位置，均选取初始时序光量数据和理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据(与初始时序光量数据的个数相同)，利用这些修复数据，在上述二维坐标系内重新形成初始曲线，然后返回步骤2)。

S5)将当前拟合曲线作为反应曲线。

由以上技术方案可以看出，本发明中所公开的反应曲线生成方法，根据初始时序光量数据所形成的初始曲线，先拟合得到拟合曲线，若该拟合曲线的判定系数不小于目标值，表明该拟合曲线与实际反应过程拟合度很高，可以作为反应曲线来进行应用；而当拟合曲线的判定系数小于目标值时，表明该拟合曲线与实际反应过程的拟合度不高，该种情况出现的原因很大可能是反应杯内所形成的团聚物遮挡了透射光路径。

反应杯内所形成的团聚物进行随机运动时，一旦遮挡在透射光路径上时，就会导致透射光信号值低于实际值，上述实施例中的曲线生成方法中，在每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取初始时序光量数据和理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据，这就有效消除了因团聚物导致的透射光信号值较低的因素对检测结果所造成的影响，修复数据更加接近反应过程中的真实值，修复数据在二维坐标系内重新形成初始曲线，并重新进行拟合得到新的拟合曲线，直至拟合曲线的判定系数不小于目标值后，将当前的拟合曲线作为反应曲线应用。

由于该反应曲线极大程度的近似还原了反应过程，因此通过该反应曲线所计算出的吸光度值更加准确。

判定系数越接近1，表明拟合曲线与原始曲线中的数据的误差越小，拟合曲线越为理想，为了保证拟合曲线的准确度，本发明实施例中的判定系数的取值范围为0.95～0.9999，当然，根据检测精确度的要求，判定系数的取值范围还可以进行调整。

通过附图可以直观看出采用本发明所公开的方法与现有方法拟合后的曲线走势的区别，图3至图6中的横坐标代表时间，纵坐标代表光量值信号，请参考图3，图3为一实施例中的初始时序光量数据所形成的初始曲线，图4为采用现有去除数据点的方式拟合出的反应曲线的走势图，可以明显看出，图4中的反应曲线的尾部V型波动位置拟合不够准确，存在失真现象，对比图5中采用本发明方法所生成的反应曲线的走势示意图可以发现明显不同，采用本发明所公开的方法生成的反应曲线的尾部被修复，反应曲线的走势更逼近真实反应情况，通过展示在图6中的反应曲线所计算出的吸光度值将更加准确可靠。

除此之外，本发明实施例中还公开了一种反应曲线生成装置，包括：

数据采集模块，用于每隔预定时间采集一次透射光信号值，得到多个初始时序光量数据；

数据存储模块，用于存储初始时序光量数据；

第一初始曲线生成模块，用于根据初始光量数据，在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

函数模型存储模块，用于存储多个函数模型；

函数拟合模块，用于选定符合初始曲线的函数模型，并根据初始曲线拟合得到拟合曲线；

比较模块，用于比较拟合曲线的判定系数是否不小于目标值；

数据修复模块，用于在判定系数小于目标值时，将初始时序光量数据的横坐标代入拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个初始时序光量数据的横坐标位置，均选取初始时序光量数据和理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据；

第二初始曲线生成模块，用于根据修复数据，在二维坐标系内重新形成初始曲线；

反应曲线选定模块，用于在判定系数不小于所述目标值时，选定当前拟合曲线为反应曲线。

为了保证拟合曲线的准确度，判定系数的取值为0.95～0.9999，进行曲线拟合时，可采用最小二乘法或高斯-牛顿迭代法等。

需要进行说明的是，上述实施例中的第一曲线生成模块和第二曲线生成模块可以为同一个曲线生成模块。

结合上述反应曲线生成方法可知，本发明实施例中所公开的反应曲线生成装置同样可以有效消除了因团聚物导致的透射光信号值较低的因素对检测结果所造成的影响，该反应曲线生成装置处理形成的反应曲线极大程度的近似还原了反应过程，通过该反应曲线所计算出的光量值(或吸光度值)更加准确。

本发明中还公开了一种光学检测系统，包括用于对反应杯照射的光源系统、用于接收透过反应杯的透射光的接收器6以及与接收器6相连的处理器，在进行检测时，处理器执行以下操作：

1)控制接收器每隔预定时间采集一次透射光信号值，以得到多个初始时序光量数据；根据初始时序光量数据，在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

2)选定符合初始曲线的函数模型，并根据初始曲线拟合得出拟合曲线；

3)比较拟合曲线的判定系数是否不小于目标值，若是，则将拟合曲线作为反应曲线；

若否，则将初始时序光量数据的横坐标代入拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个初始时序光量数据的横坐标位置，均选取初始时序光量数据和理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据，修复数据在二维坐标系内重新形成初始曲线，返回步骤2)。

由于该光学检测系统中的处理器执行了上述实施例中所公开的反应曲线生成方法，因此该光学检测系统兼具上述反应曲线生成方法相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。

以上对本发明所公开的反应曲线生成方法、装置及光学检测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种反应曲线生成方法，其特征在于，包括：

1)每隔预定时间采集一次透射光信号值，得到多个初始时序光量数据，所述初始时序光量数据在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

2)选定符合所述初始曲线的函数模型，并根据所述初始曲线拟合得出拟合曲线；

3)比较所述拟合曲线的判定系数是否不小于目标值，若是，则进入步骤5)；若否，则进入步骤4)；

4)将所述初始时序光量数据的横坐标代入所述拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取所述初始时序光量数据和所述理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据，所述修复数据在所述二维坐标系内重新形成所述初始曲线，返回步骤2)；

5)将所述拟合曲线作为反应曲线。

2.根据权利要求1所述的反应曲线生成方法，其特征在于，所述判定系数的取值为0.95～0.9999。

3.根据权利要求1所述的反应曲线生成方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用最小二乘法或高斯-牛顿迭代法得到所述拟合曲线。

4.根据权利要求1所述的反应曲线生成方法，其特征在于，所述预定时间为0.1s。

5.一种反应曲线生成装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于每隔预定时间采集一次透射光信号值，得到多个初始时序光量数据；

数据存储模块，用于存储所述初始时序光量数据；

第一初始曲线生成模块，用于根据所述初始时序光量数据，在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

函数模型存储模块，用于存储多个函数模型；

函数拟合模块，用于选定符合所述初始曲线的函数模型，并根据所述初始曲线拟合得到拟合曲线；

比较模块，用于比较所述拟合曲线的判定系数是否不小于目标值；

数据修复模块，用于在所述判定系数小于所述目标值时，将所述初始时序光量数据的横坐标代入所述拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取所述初始时序光量数据和所述理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据；

第二初始曲线生成模块，用于根据所述修复数据，在所述二维坐标系内重新形成所述初始曲线；

反应曲线选定模块，用于在所述判定系数不小于所述目标值时，选定当前拟合曲线为反应曲线。

6.根据权利要求5所述的反应曲线生成装置，其特征在于，所述判定系数的取值为0.95～0.9999。

7.一种光学检测系统，包括用于对反应杯照射的光源系统、用于接收透过所述反应杯的透射光的接收器以及与所述接收器相连的处理器，其特征在于，在进行检测时，所述处理器执行以下操作：

1)控制所述接收器每隔预定时间采集一次透射光信号值，以得到多个初始时序光量数据；根据所述初始时序光量数据，在以时间为横坐标，透射光信号值为纵坐标的二维坐标系内形成初始曲线；

2)选定符合所述初始曲线的函数模型，并根据所述初始曲线拟合得出拟合曲线；

3)比较所述拟合曲线的判定系数是否不小于目标值，若是，则将所述拟合曲线作为反应曲线；

若否，则将所述初始时序光量数据的横坐标代入所述拟合曲线，求得理论时序光量数据，在每个所述初始时序光量数据的横坐标位置，均选取所述初始时序光量数据和所述理论时序光量数据中纵坐标较大的一者作为修复数据，所述修复数据在所述二维坐标系内重新形成所述初始曲线，返回所述步骤2)。

8.根据权利要求7所述的光学检测系统，其特征在于，所述光源系统包括依次设置的光源、透镜、滤光片以及光纤，由光纤射出的光线照射在所述反应杯上。

9.根据权利要求7所述的光学检测系统，其特征在于，所述判定系数的取值为0.95～0.9999。

10.根据权利要求7所述的光学检测系统，其特征在于，所述步骤2)中，采用最小二乘法或高斯-牛顿迭代法得到所述拟合曲线。

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