CN108489936A - 一种家用型胱抑素c浓度快速测定仪及其测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪及其测定方法，测定仪沿光路方向主要由激光器、试剂盒、光学系统、光电探测器和信号处理系统构成；所述试剂盒用于盛装待测样品；所述光学系统由两片透镜组成，第一片透镜为负透镜，第二片透镜为正透镜。透过试剂盒的光通过负透镜发散进入正透镜，将光会聚到光电探测器接收转化为电信号，通过电信号的不同来标定被测样品浓度。本发明胱抑素C测定仪是专门针对胱抑素c的测定而设计的，具有轻便、小型、性能良好、性价比高、成本低且操作简单的优势，适合家用，市场前景广阔。本发明测定仪可以用来指导诊断糖尿病、高血压、儿科疾病等疾病，健康人也可以随时注意到身体有无肾脏疾病。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，涉及一种医用光学仪器，特别涉及一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪及其测定方法。
背景技术
胱抑素C是一种低分子量蛋白质，可由机体所有有核细胞产生，产生率恒定，影响因素极少。循环中的胱抑素C仅经肾小球滤过而被清除，是一种反映肾小球滤过率变化的理想的内源性标志物。而肾小球滤过率是监测肾功能的一个重要指标，尤其对肾移植病人，快速准确的掌握肾小球滤过率的变化是十分重要的。
目前，国内对于胱抑素C的测定还停留在研究制作胱抑素C测定试剂的层面上，使用的方法为免疫比浊法，具体为：当抗原与抗体在特稀释系统中反应而且比例合适时，形成的可溶性免疫复合物在稀释系统中促聚剂的作用下，自液相析出，形成微粒，使反应液出现浊度；当抗体浓度固定时，形成的免疫复合物的量随着检样中抗原量的增加而增加，反应液的浊度也随之增加。通过测定反应液的浊度与一系列标准品对照，即可计算出检样中抗原的含量。至今为止，国内医院和医疗机构所用的胱抑素C的测定仪器全部为国外进口的大型仪器，其测定原理为免疫比浊法。但是，这种方法所用试剂造价昂贵，设备巨大，不适合家用。而且，胱抑素C也只是其测量众多指标中的一种，用该仪器专门测量胱抑素C性价比非常低。因此，该大型仪器无法满足患者足不出户即可定期专门测量胱抑素C防止病情恶化的需求。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪，其为小型家用型设备，只针对胱抑素c的测量，性价比高且价格低廉，普通家庭亦可承受。还提供了胱抑素C浓度的快速测定方法，采用光电比浊法实现患者定期胱抑素C的测量标定。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪，包括沿光轴方向依次排列的激光器1、用于盛装待测样品的试剂盒2、光学系统3、光电探测器4以及通过导线与光电探测器4连接用于处理电信号的信号处理系统5；
所述光学系统3安装在涂黑植绒镜筒中，由两片透镜组成，第一片透镜为负透镜01，第二片透镜为正透镜02，负透镜01将透过试剂盒2的激光发散进入正透镜02；
所述激光器1发出的光经试剂盒2发生折射，再经光学系统3发散后，由光电探测器4将光会聚并转化为电信号后与信号处理系统5连接，信号处理系统5还与上位机相连。
所述激光器1与试剂盒2之间距离为15mm，试剂盒2与光学系统3之间距离为10mm，光学系统3与光电探测器之间4距离为22.2mm，负透镜01与正透镜02之间的距离为20mm。
所述激光器1的波长为560nm，被测样品对此波长的激光吸收少，光强损耗少，光电探测器4靶面接收到的光强多。
所述正透镜02为环形透镜，中间用橡胶填充，当试剂盒2中不放入被测样品时，无光线通过；放入不同浓度的被测样品，折射率不同，光线偏折的角度发生不同，通过的光强不同。
所述正透镜02中心遮拦比为3:10(中心遮光口径与透镜口径之比)，当试剂盒中没放入液体时光线被正透镜中间的填充物完全遮挡。
上述胱抑素C浓度快速测定仪的测定方法，包括以下步骤：
A、将已知浓度的标定组样品与固定浓度的抗体试剂按不同比例混合配制多组浓度不同的标定组试样，再选取一组标定组试样装于试剂盒2；
B、打开波长为560nm的激光器1，激光器1发出的光经试剂盒2发生偏折，透过试剂盒2的光再通过负透镜01发散进入正透镜02后将光会聚到光电探测器4上；
C、光电探测器4将透过光学系统3的光通量信息转化为电信号输出给信号处理系统5；
D、重复步骤A-步骤C，因待测试样浓度不同，待测试样的折射率不同，光偏折的角度不同，使光电探测器4接收的光通量信息也不同，信号处理系统5收到多组光通量信息数据，并发送给上位机，上位机根据光通量信息数据计算出相对光强，得到标定组试样浓度与光电探测器4所接收光强的关系，进而得到胱抑素c浓度与光电探测器4所接收光强的数学关系并储存；
E、将待测试样与固定浓度的抗体试剂混合装于试剂盒2，重复步骤B-C；
F、信号处理系统5将接收的光通量信息数据发送给上位机；
G、上位机根据步骤D所得出的胱抑素c浓度与光电探测器4所接收光强的数学关系，标定待测试样浓度，从而得到胱抑素c浓度并由显示器显示。
步骤D，所述相对光强是通过以下步骤得出的：
所述激光器发出的光在负透镜01前的物方孔径角为U，经正透镜02的像方孔径角为U′，轴上物点的光照度为E＝πLsin2U，轴上像点光照度为当光学系统满足正弦条件时，
由于本系统中环形透镜有中心遮拦，光到达遮拦时被遮拦的比例为γ，所以像方光照度为式中即相对光强为式中L为物面光亮度，τ为光学系统的光透射比，n’为像方折射率，n为物方折射率，β为垂轴放大率；
由于试剂盒2中被测样品的折射率不同，光线到达环形透镜时的遮拦比γ不同，物方孔径角U，像方孔径角U′也不同(即垂轴放大率β不同)，光学系统的光透射比τ，像方折射率n’，物方折射率n，在固定光学系统中为常量，从而可以计算出相对光强。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明旨在提供一款轻便、小型、性价比高，适合家用的胱抑素C测定仪。目前，医院的大型仪器设备价格在百万左右，而胱抑素c有需要定期的需求，患者需要频繁的监测，防止病情恶化，很多患者受到检测价格的原因而耽误病情，所以，小型家用的胱抑素c测定仪的产生会给患者带来方便及良好的监控病情。本发明胱抑素C测定仪是专门针对胱抑素c的测定而设计的，性能良好，可对胱抑素c的浓度准确的测定，成本低，操作简单。由于肾病患者及预防肾病的人很多，所以市场前景广阔。本发明测定仪可以用来指导诊断糖尿病、高血压、儿科疾病等疾病，健康人也可以随时注意到身体有无肾脏疾病。
附图说明
图1为本发明胱抑素C浓度测定仪的原理结构图；
图2为被测样品折射率、相对光强曲线图；
图3为胱抑素C测定仪光学系统图；
图4为没放入试剂时光强分布图；
图5为放入水时光强分布图；
图6为试剂折射率为1.51时光强分布图；
图7为试剂折射率为1.62时光强分布图；
图8为试剂折射率为1.74时光强分布图。
图中，1.激光器2.试剂盒3.光学系统4.光电探测器5.信号处理系统01.负透镜02.正透镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪，它由激光器1、用于装待测样品的试剂盒2、光学系统3、光电探测器4、信号处理系统5构成。所述光学系统3安装在涂黑植绒镜筒中，防止杂光干扰，其由两片透镜组成，第一片为负透镜01，第二片为正透镜02，负透镜作用是将透过试剂盒1的光发散进入第二片正透镜02，将光会聚到光电探测器4上。
如图3所示，所述正透镜02为环形透镜，中间用橡胶填充。激光器1发出的光经试剂盒2之后发生偏折，当试剂盒2中不放入被测样品时，无光线通过。放入不同浓度的被测样品，折射率不同，光线偏折的角度发生不同，通过的光强不同。透过试剂盒1的光通过负透镜01发散进入正透镜02，将光会聚到光电探测器4接收转化为电信号，通过电信号的不同来标定被测样品浓度。
本发明家用型胱抑素C浓度快速测定仪还包括外壳、电源开光、充电器、电池、固定架、显示器和电路板。所述激光器1、用于装待测样品的试剂盒2、光学系统3和光电探测器4在光轴上按一定距离依次排开，并固定在外壳内的固定架上，保证激光器1发出的光经过试剂盒2，光学系统3后投射在光电探测器4上。光电探测器4通过导线与信号处理系统5连接，信号处理系统5再通过导线与上位机的显示器连接。显示器在外壳上露出，方便读取结果。所述开光、充电器之间电池，以及光电探测器4、信号处理系统5和显示器之间均通过电路板连接，用于信号收集处理以及供电。
所述激光器1与试剂盒2之间距离为15mm，试剂盒2与光学系统3之间距离为10mm，光学系统3与光电探测器之间距离为22.2mm，负透镜01与正透镜02之间的距离为20mm。
本发明光学系统3光强的变化是由于试剂盒2中试剂浓度不同，导致正透镜02的遮拦比不同，导致到达光电探测器4上的光强不同。正透镜02中心遮拦比为3:10(中心遮光口径与透镜口径之比)，当试剂盒2中没放入液体时光线被正透镜02中间的填充物完全遮挡。
实验发现，520nm-600nm波段的光试剂吸收的较少，所以本发明采用波长560nm的激光器，被测样品对此波长的激光吸收少，光强损耗少，光电探测器靶面接收到的光强多。
测定相对光强(即光电探测器4接收光强与激光器发1射光强之比)与折射率之间的理论关系如图2，给出相对光强与折射率的具体关系，再经过大量的实验后修正。
实验中不同浓度的胱抑素C对应着不同的折射率，按照其对应关系进行标定，从而得出胱抑素C浓度与相对光强的对应关系。
本发明测定方法的原理是：由激光器1发出的激光通过带有待测试剂的试剂盒2后，光线发生偏折，经过光学系统3后将光会聚到光电探测器4，光电探测器4将接收的光通量信息输出给信号处理系统5后，由信号处理系统5发送给上位机。不同浓度的待测试样导致被测样品的折射率不同，由于光线的折转及光学系统中环形光阑的遮挡，到达光电探测器4上的光强不同，对应的电信号也不同。可由上位机预先建立胱抑素c浓度与光电探测器4所接收光强的数学关系。测定时，就可以通过这一数学关系，由光强信息得到待标定试剂的浓度，从而计算出胱抑素c的浓度。
其中，激光器1发出的光在负透镜前的物方孔径角为U，经正透镜的像方孔径角为U′，轴上物点的光照度为E＝πLsin2U，轴上像点光照度为当光学系统满足正弦条件时，由于本系统中环形透镜有中心遮拦，光到达遮拦时被遮拦的比例为γ，所以像方光照度为式中即相对光强为式中L为物面光亮度，τ为光学系统的光透射比，n’为像方折射率，n为物方折射率，β为垂轴放大率。由于试剂2中被测样品的折射率不同，光线到达环形透镜时的遮拦比γ不同，物方孔径角U，像方孔径角U′也不同(即垂轴放大率β不同)，其他参量，光学系统的光透射比τ，像方折射率n’，物方折射率n，在固定光学系统中为常量，从而可以计算出相对光强。
如图4-8所示，不放试剂时(图4)，光线被中心橡胶填充物完全遮拦，无光线通过，所以此时相对光强为0；在试剂盒中加入水(图5)之后，光线发生偏折，部分光线通过正光组到达光电探测器上，可以得到水对应的相对光强是0.38；加入折射率为1.51(图6)的试剂时，得到的相对光强为0.5，依次得出图7，图8的相对光强，实验中不同浓度的胱抑素C对应着不同的折射率，按照其对应关系进行标定，从而得出胱抑素C浓度与光强的对应关系。
Claims (6)
1.一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪，其特征在于：包括沿光轴方向依次排列的激光器(1)、用于盛装待测样品的试剂盒(2)、光学系统(3)、光电探测器(4)以及通过导线与光电探测器(4)连接用于处理电信号的信号处理系统(5)；
所述光学系统(3)安装在涂黑植绒镜筒中，由两片透镜组成，第一片透镜为负透镜(01)，第二片透镜为正透镜(02)，负透镜(01)将透过试剂盒(2)的激光发散进入正透镜(02)；
所述激光器(1)发出的光经试剂盒(2)发生折射，再经光学系统(3)发散后，由光电探测器(4)将光会聚并转化为电信号后与信号处理系统(5)连接，信号处理系统(5)还与上位机相连；
其中，所述激光器(1)与试剂盒(2)之间距离为15mm，试剂盒(2)与光学系统(3)之间距离为10mm，光学系统(3)与光电探测器(4)之间距离为22.2mm，负透镜(01)与正透镜(02)之间的距离为20mm。
2.根据权利要求1所述的一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪，其特征在于：所述激光器(1)的波长为560nm。
3.根据权利要求1所述的一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪，其特征在于：所述正透镜(02)为环形透镜，中间用橡胶填充。
4.根据权利要求3所述的一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪，其特征在于：所述正透镜(02)中心遮拦比为3:10。
5.如权利要求1所述的一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将已知浓度的标定组样品与固定浓度的抗体试剂按不同比例混合配制多组浓度不同的标定组试样，再选取一组标定组试样装于试剂盒(2)；
B、打开波长为560nm的激光器(1)，激光器(1)发出的光经试剂盒(2)发生偏折，透过试剂盒(2)的光再通过负透镜(01)发散进入正透镜(02)后将光会聚到光电探测器(4)上；
C、光电探测器(4)将透过光学系统(3)的光通量信息转化为电信号输出给信号处理系统(5)；
D、重复步骤A-步骤C，因待测试样浓度不同，待测试样的折射率不同，光偏折的角度不同，使光电探测器(4)接收的光通量信息也不同，信号处理系统(5)收到多组光通量信息数据，并发送给上位机，上位机根据光通量信息数据计算出相对光强，得到标定组试样浓度与光电探测器(4)所接收光强的关系，进而得到胱抑素c浓度与光电探测器(4)所接收光强的数学关系并储存；
E、将待测试样与固定浓度的抗体试剂混合装于试剂盒(2)，重复步骤B-C；
F、信号处理系统(5)将接收的光通量信息数据发送给上位机；
G、上位机根据步骤D所得出的胱抑素c浓度与光电探测器(4)所接收光强的数学关系，标定待测试样浓度，从而得到胱抑素c浓度并由显示器显示。
6.根据权利要求5所述的一种家用型胱抑素C浓度快速测定仪的测定方法，其特征在于：步骤D，所述相对光强是通过以下计算得出的：
所述激光器发出的光在负透镜(01)前的物方孔径角为U，经正透镜(02)的像方孔径角为U′，轴上物点的光照度为E＝πLsin2U，轴上像点光照度为当光学系统满足正弦条件时，
由于本系统中环形透镜有中心遮拦，光到达遮拦时被遮拦的比例为γ，所以像方光照度为式中即相对光强为式中L为物面光亮度，τ为光学系统的光透射比，n′为像方折射率，n为物方折射率，β为垂轴放大率；
由于试剂盒(2)中被测样品的折射率不同，光线到达环形透镜时的遮拦比γ不同，物方孔径角U，像方孔径角U′也不同(即垂轴放大率β不同)，光学系统的光透射比τ，像方折射率n＇，物方折射率n，在固定光学系统中为常量，从而可以计算出相对光强。
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|---|---|
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