CN110455905A - 一种多通道维生素同步检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道维生素同步检测系统及方法，属于医疗检测领域。该系统由中控计算机以及与中控计算机数据通信连接的试剂混匀控制单元、扫描电压输出控制单元以及响应电流强度采集单元构成，以分别实现试剂的混匀、特定模式的扫描电压的输出以及工作电极上发生氧化还原反应时产生的电流信号的采集功能；在维生素检测处理过程中，通过中控计算的综合处理，由从工作电极采集到的电流信号得到与维生素浓度相关的特征参数，进而根据检测模型计算出不同类型的维生素浓度指标，并加以实时显示。本发明具有较高的检测精度，具有较宽的维生素检测范围，提高了维生素检测的灵敏度，提高了实际应用时的维生素检测效率，能够实现不同维生素的有效检测。

Description

一种多通道维生素同步检测系统及方法

技术领域

本发明属于医疗检测领域，涉及一种多通道维生素同步检测系统及方法。

背景技术

维生素的发现和应用至今已有近150年，但维生素的检测，特别是生物样本中维生素的检测主要依赖于实验室检测，且检测程序繁杂，试验周期较长，不可控因素较多，导致检测误差较大，不能满足临床诊断的需要。目前，临床诊断大多依赖于病人的临床症状，市面上能用于快速检测血清样本中维生素的系统较少。

目前用于维生素检测的仪器检测方法主要有高效液相色谱法，高效液相色谱-质谱法，毛细管电泳法，荧光光谱法，酶联、时间分辨荧光、电/化学发光等方法，但在应用于临床人体维生素检测时存在一定局限性，如缺乏专一性、灵敏度低、检测周期长；不同维生素所需色谱条件不同，同一色谱质谱条件测定难以实现多种维生素检测；用于检测维生素的设备或系统价格昂贵、操作复杂、技术要求高，整体检测费用较高，难以在基层医疗机构推广。

工作电极与辅助电极之间的间距对电流效率有一定影响，间距小电化学反应相对容易进行，但需要考虑生成的产物对阴阳极反应的影响，间距过小会导致电极击穿；电极间距过大会导致溶液电阻过大，电流线容易分散在溶液相，有相关研究结果表明电化学氧化效率随着电极间距的增大而出现降低。同时，电极间相对位置的改变会影响电极的浓差极化和间距的欧姆极化。此外，工作电极与辅助电极之间的面积比也会影响物质检测。通常而言，辅助电极与工作电极面积比为3～5。面积比会影响电流密度，电场分布，也会影响辅助电极上的反应速率，以及电化学噪声。较大的辅助电极能够改善工作电极的电场均匀性，降低其边缘化效应。在维生素检测中，确定工作电极与辅助电极之间的面积比、间距和相对位置，对于提高电化学检测的稳定性具有重要意义。而目前用于维生素检测的电极系统的工作电极和辅助电极是分离的，使用过程中无法保证上述影响因素的稳定性，因而不能保证维生素检测结果的一致性。

因此，基于人体维生素检测的特点，急需一种操作简单、灵敏度高、价格适中的多通道维生素同步检测分析系统，以满足各级临床机构的人体维生素临床检测需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多通道维生素同步检测系统及方法，以在保证维生素检测稳定性和一致性的前提下降低不同维生素指标参数的检测成本、提高维生素检测的临床指导价值，解决现有技术中维生素检测成本高、相关设备或系统临床适用性差的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多通道维生素同步检测系统，包括：

中控计算机；

分别与中控计算机数据通信连接的电极子系统升降控制模块、试剂混匀控制模块、扫描电压输出控制模块和响应电流强度采集模块；

所述电极子系统升降控制模块用于控制电极系统准确到达维生素样本溶液的准确位置；

所述试剂混匀控制模块用于实现电极活化及被测维生素样本溶液在电极上的充分富集；

所述扫描电压输出控制模块用于在工作电极上按一定速度施加按一定规律变化的扫描电压，通过调整富集电压、富集时间、扫描电压范围、电压增量和取样间隔时间参数，实现电极活化与清洁、溶出和维生素的检测；

所述响应电流强度采集模块用于采集与扫描电压不同电位相对应的电流变化值；

所述中控计算机中预设有扫描电压输出控制模型、响应电流强度曲线特征提取算法以及不同维生素浓度量化模型；

所述扫描电压输出控制模型用于根据不同维生素的检测要求在工作电极上施加对应的不同速度及不同规律变化的扫描电压；

所述响应电流强度曲线特征提取算法用于提取在工作电极上采集到的对应扫描电压的电流变化信号的特征点，得到与被检测维生素浓度相关的特征参数；

所述不同维生素浓度量化模型用于根据从不同响应电流强度曲线中提取到的特征点和特征参数，对被测样本的维生素浓度进行量化，并给出维生素浓度结果。

可选的，所述中控计算机通过电极升降控制模块和试剂混匀控制模块对样本维生素浓度的检测进行预处理；

通过扫描电压输出控制模块对电极系统施加扫描电压；

通过响应电流强度采集模块同步采集工作电极中对应电流变化信号，并对由此得到的与样本维生素浓度相关的电压-电流变化曲线进行特征提取，进而将得到的特征参数作为维生素浓度量化模型的输入，从而得到被检测样本的维生素浓度值，并实时显示和保存。

可选的，所述电极子系统升降控制模块包括电极系统，采用聚四氟乙烯为外套管基体材料；

所述电极系统包括工作电极、辅助电极I和辅助电极II；

所述工作电极、辅助电极I和辅助电极II固定在同一基底上，所述工作电极、辅助电极I和辅助电极II分别设置有中空管路和通孔；

可选的，所述工作电极为圆柱状玻碳电极，辅助电极I和辅助电极II为长方体银块。

可选的，所述电极子系统升降控制模块包括电机I、丝杆滑块、电极固定座、位置传感器和控制电路。

可选的，所述试剂混匀控制模块包括电机II、样品固定座和控制电路。

可选的，所述扫描电压输出控制模块包括单片机、DAC芯片、信号放大电路和电压跟随电路，通过工作电极、辅助电极I和辅助电极II实现扫描电压的输出。

可选的，所述响应电流强度信号采集模块包括电流转电压电路、信号调理和放大电路、ADC芯片及单片机，通过工作电极采集样品反应中的微弱电流变化。

一种多通道维生素同步检测方法，包括以下步骤：

S1：在中控计算机中预先设置有电压-电流曲线特征提取算法和维生素浓度量化模型，所述电压-电流曲线特征提取算法用于确定维生素种类，提取与维生素浓度有关的特征点信息，进而作为维生素浓度量化模型，即电流-浓度曲线的输入参数，同步得到不同样本的维生素浓度的量化值；

S2：通过与中控计算机数据通信连接的电极子系统升降控制模型、试剂混匀模式控制模型、扫描电压输出控制模型、响应电流强度采集模块得到与维生素浓度有关的电压-电流变化信号；所述电极子系统升降控制模型用于对电极子系统进行升降控制；所述试剂混匀模式控制模型用于对样本溶液实现混匀，使之在电极上充分富集；所述扫描电压输出控制模型用于对电极子系统施加按一定速度和一定规律变化的扫描电压；所述响应电流强度采集模块用于采集与扫描电压相对应的电极子系统中工作电极的电流强度变化并传输至中控计算机；

S3：中控计算机将同步采集的不同通道的与维生素浓度相关的电压-电流变化信号分别作为不同通道维生素量化模型的输入，从而同步得到不同通道被检测样本的维生素浓度的量化指标，并实时显示。

可选的，在所述步骤S1中，在中控计算机中还预先设置有与不同维生素种类相关的通道补偿函数模型，所述补偿函数模型用于根据不同维生素类型，通过扫描电压输出控制模型选择不同的电压扫描模式，对电压-电流曲线特征点进行校正补偿，修正不同种类维生素浓度量化模型的映射关系；

在所述步骤S3中，中控计算机解析得到不同维生素检测通道电极子系统的电压-电流变化信号及其特征点后，还将根据维生素浓度的个体和人群差异确定的被检测通道维生素类型；作为与不同维生素种类相关的通道补偿函数的输入而得到对应维生素浓度指标的补偿值，利用所述补偿值分别对不同通道的被测样本的维生素浓度量化模型进行补偿修正，得到修正的被检测通道样本的维生素浓度指标，并实时显示；

带校正和补偿特性的维生素浓度量化模型：Y＝A*B*X+C+D；

其中：Y’＝A*X+C为维生素浓度量化标准模型；B和D是由电压-电流曲线确定的与维生素种类有关的校正系数。

本发明的有益效果在于：

1、设备进一步优化了维生素检测步骤，简单易用，系统工作稳定，智能化程度较高；

2、检测维生素的线性较好，检测灵敏度较高，抗干扰能力较强；

3、多通道维生素检测，能快速同步检测出血清样本中的多种维生素含量，且检测时间可控制在5分钟以内。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明多通道维生素同步检测系统的单通道结构框图；

图2为本发明多通道维生素同步检测方法的流程框图；

图3为本发明检测维生素的线性曲线示例。

附图标记：1-工作电极，2-辅助电极I，3-辅助电极II，4-电极系统，5-电机I，6-丝杆滑块，7-电极固定座，8-位置传感器，9-电机II，10-样品固定座。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明所述多通道维生素同步检测系统的其中一个通道的结构图，中控计算机控制控制电路中的单片机工作，单片机控制电极子系统升降到系统设定的位置，由位置传感器8反馈位置信息进行控制。

当电极子系统在多通道维生素同步检测系统的升降控制模块控制下下降到设定的位置后，启动试剂混匀控制模块工作，实现试剂混匀机构按照一定的转速和方向转动设定的时间。

混匀完成后，如图2所示，中控计算机控制各维生素检测通道的单片机输出扫描电压，并通过工作电极采集电流变化，通过数据传输接口上传到中控计算机；中控计算机接收到与被测维生素浓度相关的电流变化信号后，对信号进行消噪处理提高信号的信噪比，通过显示屏实时显示提纯后的电流变化曲线；中控计算机利用内置的信号特征提取方法提取峰值电流Ip值，作为根据图3所示Ip值与维生素浓度的关系曲线所得到的维生素浓度量化模型的特征输入，计算维生素浓度，并通过显示器实时显示。

一种多通道维生素同步检测系统，包括：

中控计算机；

分别与中控计算机数据通信连接的电极子系统升降控制模块、试剂混匀控制模块、扫描电压输出控制模块和响应电流强度采集模块；

所述电极子系统升降控制模块用于控制电极系统4准确到达维生素样本溶液的准确位置；

所述试剂混匀控制模块用于实现电极活化及被测维生素样本溶液在电极上的充分富集；

所述扫描电压输出控制模块用于在工作电极1上按一定速度施加按一定规律变化的扫描电压，通过调整富集电压、富集时间、扫描电压范围、电压增量和取样间隔时间参数，实现电极活化与清洁、溶出和维生素的检测；

所述响应电流强度采集模块用于采集与扫描电压不同电位相对应的电流变化值；

所述中控计算机中预设有扫描电压输出控制模型、响应电流强度曲线特征提取算法以及不同维生素浓度量化模型；

所述扫描电压输出控制模型用于根据不同维生素的检测要求在工作电极1上施加对应的不同速度及不同规律变化的扫描电压；

所述响应电流强度曲线特征提取算法用于提取在工作电极1上采集到的对应扫描电压的电流变化信号的特征点，得到与被检测维生素浓度相关的特征参数；

所述不同维生素浓度量化模型用于根据从不同响应电流强度曲线中提取到的特征点和特征参数，对被测样本的维生素浓度进行量化，并给出维生素浓度结果。

所述中控计算机通过电极升降控制模块和试剂混匀控制模块对样本维生素浓度的检测进行预处理；

通过扫描电压输出控制模块对电极系统4施加扫描电压；

通过响应电流强度采集模块同步采集工作电极1中对应电流变化信号，并对由此得到的与样本维生素浓度相关的电压-电流变化曲线进行特征提取，进而将得到的特征参数作为维生素浓度量化模型的输入，从而得到被检测样本的维生素浓度值，并实时显示和保存。

所述电极子系统升降控制模块包括电极系统4，采用聚四氟乙烯为外套管基体材料；

所述电极系统包括工作电极1、辅助电极I 2和辅助电极II 3；

电极系统4为一体化集成电极，采用聚四氟乙烯为外套管基体材料，通过精密加工形成工作电极、对辅助电极I 2，辅助电极II 3所需装配通孔，以及引线所需内部中空管路结构。工作电极为圆柱状玻碳电极，辅助电极I和辅助电极II为长方体银块。工作电极1，对辅助电极I和辅助电极II分别与各自导线形成电气连接后，经聚四氟乙烯外套管内中空管路与航空接头对应连接点形成导通。圆柱状玻碳工作电极1，银质对辅助电极I和辅助电极II与聚四氟乙烯外套管装配后，需打磨与聚四氟乙烯外部面齐平，以利于后期清洁。

所述工作电极、辅助电极I和辅助电极II固定在同一基底上，所述工作电极、辅助电极I和辅助电极II分别设置有中空管路和通孔；

所述工作电极为圆柱状玻碳电极，辅助电极I和辅助电极II为长方体银块。

所述电极子系统升降控制模块包括电机I 5、丝杆滑块6、电极固定座7、位置传感器8和控制电路。

所述试剂混匀控制模块包括电机II 9、样品固定座10和控制电路。

所述扫描电压输出控制模块包括单片机、DAC芯片、信号放大电路和电压跟随电路，通过工作电极、辅助电极I和辅助电极II实现扫描电压的输出。

所述响应电流强度信号采集模块包括电流转电压电路、信号调理和放大电路、ADC芯片及单片机，通过工作电极采集样品反应中的微弱电流变化。

一种多通道维生素同步检测方法，包括以下步骤：

S1：在中控计算机中预先设置有电压-电流曲线特征提取算法和维生素浓度量化模型，所述电压-电流曲线特征提取算法用于确定维生素种类，提取与维生素浓度有关的特征点信息，进而作为维生素浓度量化模型，即电流-浓度曲线的输入参数，同步得到不同样本的维生素浓度的量化值；

S2：通过与中控计算机数据通信连接的电极子系统升降控制模型、试剂混匀模式控制模型、扫描电压输出控制模型、响应电流强度采集模块得到与维生素浓度有关的电压-电流变化信号；所述电极子系统升降控制模型用于对电极子系统进行升降控制；所述试剂混匀模式控制模型用于对样本溶液实现混匀，使之在电极上充分富集；所述扫描电压输出控制模型用于对电极子系统施加按一定速度和一定规律变化的扫描电压；所述响应电流强度采集模块用于采集与扫描电压相对应的电极子系统中工作电极的电流强度变化并传输至中控计算机；

S3：中控计算机将同步采集的不同通道的与维生素浓度相关的电压-电流变化信号分别作为不同通道维生素量化模型的输入，从而同步得到不同通道被检测样本的维生素浓度的量化指标，并实时显示。

在所述步骤S1中，在中控计算机中还预先设置有与不同维生素种类相关的通道补偿函数模型，所述补偿函数模型用于根据不同维生素类型，通过扫描电压输出控制模型选择不同的电压扫描模式，对电压-电流曲线特征点进行校正补偿，修正不同种类维生素浓度量化模型的映射关系；

在所述步骤S3中，中控计算机解析得到不同维生素检测通道电极子系统的电压-电流变化信号及其特征点后，还将根据维生素浓度的个体(年龄、性别)和人群差异(新生儿和婴幼儿、孕妇、老年患者、术后及创伤等消耗性疾病患者、重症疾病患者等)确定的被检测通道维生素类型；作为与不同维生素种类相关的通道补偿函数的输入而得到对应维生素浓度指标的补偿值，利用所述补偿值分别对不同通道的被测样本的维生素浓度量化模型进行补偿修正，得到修正的被检测通道样本的维生素浓度指标，并实时显示；

带校正和补偿特性的维生素浓度量化模型：Y＝A*B*X+C+D；

其中：Y’＝A*X+C为维生素浓度量化标准模型；B和D是由电压-电流曲线确定的与维生素种类有关的校正系数。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：包括：

中控计算机；

分别与中控计算机数据通信连接的电极子系统升降控制模块、试剂混匀控制模块、扫描电压输出控制模块和响应电流强度采集模块；

所述电极子系统升降控制模块用于控制电极系统准确到达维生素样本溶液的准确位置；

所述试剂混匀控制模块用于实现电极活化及被测维生素样本溶液在电极上的充分富集；

所述扫描电压输出控制模块用于在工作电极上按一定速度施加按一定规律变化的扫描电压，通过调整富集电压、富集时间、扫描电压范围、电压增量和取样间隔时间参数，实现电极活化与清洁、溶出和维生素的检测；

所述响应电流强度采集模块用于采集与扫描电压不同电位相对应的电流变化值；

所述中控计算机中预设有扫描电压输出控制模型、响应电流强度曲线特征提取算法以及不同维生素浓度量化模型；

所述扫描电压输出控制模型用于根据不同维生素的检测要求在工作电极上施加对应的不同速度及不同规律变化的扫描电压；

所述响应电流强度曲线特征提取算法用于提取在工作电极上采集到的对应扫描电压的电流变化信号的特征点，得到与被检测维生素浓度相关的特征参数；

所述不同维生素浓度量化模型用于根据从不同响应电流强度曲线中提取到的特征点和特征参数，对被测样本的维生素浓度进行量化，并给出维生素浓度结果。

2.根据权利要求1所述的一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：所述中控计算机通过电极升降控制模块和试剂混匀控制模块对样本维生素浓度的检测进行预处理；

通过扫描电压输出控制模块对电极系统施加扫描电压；

通过响应电流强度采集模块同步采集工作电极中对应电流变化信号，并对由此得到的与样本维生素浓度相关的电压-电流变化曲线进行特征提取，进而将得到的特征参数作为维生素浓度量化模型的输入，从而得到被检测样本的维生素浓度值，并实时显示和保存。

3.根据权利要求1所述的一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：所述电极子系统升降控制模块包括电极系统，采用聚四氟乙烯为外套管基体材料；

所述电极系统包括工作电极、辅助电极I和辅助电极II；

所述工作电极、辅助电极I和辅助电极II固定在同一基底上，所述工作电极、辅助电极I和辅助电极II分别设置有中空管路和通孔。

4.根据权利要求1所述的一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：所述工作电极为圆柱状玻碳电极，辅助电极I和辅助电极II为长方体银块。

5.根据权利要求1所述的一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：所述电极子系统升降控制模块包括电机I、丝杆滑块、电极固定座、位置传感器和控制电路。

6.根据权利要求1所述的一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：所述试剂混匀控制模块包括电机II、样品固定座和控制电路。

7.根据权利要求1所述的一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：所述扫描电压输出控制模块包括单片机、DAC芯片、信号放大电路和电压跟随电路，通过工作电极、辅助电极I和辅助电极II实现扫描电压的输出。

8.根据权利要求1所述的一种多通道维生素同步检测系统，其特征在于：所述响应电流强度信号采集模块包括电流转电压电路、信号调理和放大电路、ADC芯片及单片机，通过工作电极采集样品反应中的微弱电流变化。

9.一种多通道维生素同步检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在中控计算机中预先设置有电压-电流曲线特征提取算法和维生素浓度量化模型，所述电压-电流曲线特征提取算法用于确定维生素种类，提取与维生素浓度有关的特征点信息，进而作为维生素浓度量化模型，即电流-浓度曲线的输入参数，同步得到不同样本的维生素浓度的量化值；

S2：通过与中控计算机数据通信连接的电极子系统升降控制模型、试剂混匀模式控制模型、扫描电压输出控制模型、响应电流强度采集模块得到与维生素浓度有关的电压-电流变化信号；所述电极子系统升降控制模型用于对电极子系统进行升降控制；所述试剂混匀模式控制模型用于对样本溶液实现混匀，使之在电极上充分富集；所述扫描电压输出控制模型用于对电极子系统施加按一定速度和一定规律变化的扫描电压；所述响应电流强度采集模块用于采集与扫描电压相对应的电极子系统中工作电极的电流强度变化并传输至中控计算机；

S3：中控计算机将同步采集的不同通道的与维生素浓度相关的电压-电流变化信号分别作为不同通道维生素量化模型的输入，从而同步得到不同通道被检测样本的维生素浓度的量化指标，并实时显示。

10.根据权利要求9所述的一种多通道维生素同步检测方法，其特征在于：

在所述步骤S1中，在中控计算机中还预先设置有与不同维生素种类相关的通道补偿函数模型，所述补偿函数模型用于根据不同维生素类型，通过扫描电压输出控制模型选择不同的电压扫描模式，对电压-电流曲线特征点进行校正补偿，修正不同种类维生素浓度量化模型的映射关系；

在所述步骤S3中，中控计算机解析得到不同维生素检测通道电极子系统的电压-电流变化信号及其特征点后，还将根据维生素浓度的个体和人群差异确定的被检测通道维生素类型；作为与不同维生素种类相关的通道补偿函数的输入而得到对应维生素浓度指标的补偿值，利用所述补偿值分别对不同通道的被测样本的维生素浓度量化模型进行补偿修正，得到修正的被检测通道样本的维生素浓度指标，并实时显示；

带校正和补偿特性的维生素浓度量化模型：Y＝A*B*X+C+D；

其中：Y’＝A*X+C为维生素浓度量化标准模型；B和D是由电压-电流曲线确定的与维生素种类有关的校正系数。