CN110542660A - 检测试样反应中前带效应的方法、装置以及检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测试样反应中前带效应的方法，包括：对试样反应期间内的时序数据点进行拟合，得到吸光度变化曲线；在吸光度变化曲线上选取预设的预设起点M和预设终点M’，计算预设起点和预设终点之间在吸光度变化曲线上的曲线段与预设起点和预设终点的两点直线所围成的面积为判定参考值，通过比较判定参照值I与判定阈值Icutoff，判断所述试样反应中是否存在前带效应。该检测方法能够有效的识别试样反应中是否存在前带效应，提高分析结果的可靠性。本发明还公开了一种检测试样反应中前带效应的装置，以及一种检测系统。

Description

检测试样反应中前带效应的方法、装置以及检测系统
技术领域
本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种检测试样反应中前带效应的方法、装置以及检测系统。
背景技术
在医学检测领域，对凝血项目中的DD、FDP等项目通常采用透射比浊法进行检测。
透射比浊法的检测原理为：将待测试样，例如血浆，加入到反应杯中与反应试剂进行抗原-抗体反应，在反应杯的一端用光源产生的光照射，反应杯的另一端使用接收器接收透射光并将其转化为信号值。在检测过程中，随着血浆中的被检测物质(抗原)与相应抗体结合，形成抗原-抗体复合物，接收到的透射光的光强度会发生一定的变化，然后根据透射光强计算单位时间内吸光度的变化量，再根据标准曲线推算出待检物质的含量。
大多数化学反应可随浓度的增加而增大。然而，试样浓度过高时，易出现抗原过量效应，抗原过量效应又称为前带效应。前带效应表现为在恒定剂量的抗体溶液中加入不同浓度抗原时，吸光度随试样浓度的增加而增加，当达到峰值后，吸光度随试样浓度的增加反而减少，得到类似钟形的曲线，抗原抗体反应这一独特的现象可以用著名的“海德堡曲线”(参见图1)来表示。若试样浓度过高，则会出现前带效应，此效应会对试样分析结果有较大的影响，得到的结果会与实际试样量有较大的误差，所以如何有效的检测出试样是否为具有前带效应的高浓度试样显得尤为重要。
现有手段通过计算前后两个时间段内的反应速率的比率值R与预定限值的比较来判断样本中是否存在抗原过量(试样浓度过高)。然而，这种方法直接利用两点直接求该时间段内的斜率，如果原始曲线滤波效果不佳则极有可能某点上的信号误差较大，会导致产生的反应速率误差也很大，从而偏离实际反应速率。当滤波效果不佳时，仍可能会出现V型波动，如果求斜率的时间点正好落在波动点上时，会导致计算出的反应速率误差极大，根据这两点求得的反应速率值偏离了实际反应速率的真值。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了检测试样反应中是否存在前带效应，从而提高分析结果的可靠性。
本发明第二方面在于公开了一种能够实现上述检测试样反应中前带效应装置。
本发明第三方面在于公开了一种采用上述检测试样反应中前带效应系统。
本发明中第一方面所公开的检测试样反应中前带效应方法，包括以下步骤：
对试样的原始信号反应数据进行处理，得到吸光度变化曲线；
根据第一预设时间确定所述吸光度曲线上的预设起点，根据第二预设时间确定所述吸光度曲线上的预设终点；
计算判定参考值，所述判定参考值为所述吸光度变化曲线上的预设起点与预设终点之间的曲线段和所述预设起点与预设终点之间的线段所围成封闭区域的面积；
通过比较所述判定参考值与判定阈值，判断所述试样反应中是否存在前带效应。
进一步的是，所述第一预设时间和第二预设时间分别为所述试样反应最为剧烈的时间段的起点和终点。
进一步的是，还包括步骤：
根据所述吸光度变化曲线确定所述试样的稳定反应起点和所述试样的稳定反应终点；
采用预定的函数模型，对所述稳定反应起点与所述稳定反应终点之间的数据进行拟合，得到所述吸光度曲线表达函数。
进一步的是，在所述吸光度变化曲线上，所述预设起点和预设终点在所述稳定反应起点和稳定反应终点之间。
进一步的是，所述预设起点与稳定反应起点重合。
进一步的是，通过所述预设起点的坐标和预设终点的坐标得到所述预设起点与预设终点之间的弦表达函数。
进一步的是，对所述吸光度曲线表达函数和所述弦表达函数所围成的封闭区域求积分面积，所述积分面积为所述判定参考值。
进一步的是，若所述判定参考值大于所述判定阈值，则判定试样中存在前带效应。
本发明第二方面所公开的检测试样反应中前带效应的装置，包括：
数据处理模块，对试样的原始信号反应数据进行处理，得到吸光度变化曲线；
第一选择模块，用于根据第一预设时间确定所述吸光度曲线上的预设起点，根据第二预设时间确定所述吸光度曲线上的预设终点；
第一计算模块，用于计算判定参考值，所述判定参考值为所述吸光度变化曲线上的预设起点与预设终点之间的曲线段和所述预设起点与预设终点之间的线段所围成封闭区域的面积；比较判断模块，用于通过比较所述判断参考值与判定阈值，判断所述试样反应中是否存在前带效应。
进一步的是，所述第一预设时间和第二预设时间分别为所述试样反应最为剧烈的时间段的起点和终点。
进一步的是，还包括第二选择模块，用于根据所述吸光度变化曲线确定所述试样的稳定反应起点和所述试样的稳定反应终点，所述预设起点和预设终点在所述稳定反应起点和稳定反应终点之间；第二计算模块，用于采用预定的函数模型，对所述稳定反应起点与所述稳定反应终点之间的数据进行拟合，得到所述吸光度曲线表达函数。
进一步的是，所述第二计算模块还用于通过所述预设起点的坐标和预设终点的坐标得到所述预设起点与预设终点之间的弦表达函数；所述第一计算模块通过对所述吸光度曲线表达函数和所述弦表达函数所围成的封闭区域求积分面积，得到所述判定参考值。
进一步的是，所述比较判断模块在判定所述判定参考值大于所述判定阈值时，输出试样中存在前带效应信息。
本发明第三方面所公开的检测系统，包括上所述的检测试样反应中前带效应的装置，还包括用于对反应杯照射的光源子系统、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。
本发明中第三方面所公开的一种检测系统，还包括用于对反应杯照射的光源子系统、用于接收透过反应杯的透射光的接收器以及与接收器相连的处理器。
相比于现有技术而言，本发明所公开的一个方面通过计算吸光度变化曲线上的两个时间点上曲线段和线段所围成封闭区域的面积，该面积作为判定参考值与预设的判定阈值进行比较，从而判断试样是否存在前带效应，阈值的比较可以消除部分波动较大的异常点的影响，使前带效应的识别结果更加准确。由于反应动力学取决于分析物浓度，低浓度试样吸光度逐渐增强且速度均匀，而高浓度试样在反应开始时吸光度信号增强较快，在反应后期，吸光度信号增强速度缓慢，导致不同设定区间反应强烈度不同，从而导致该区间内的积分面积有差异，所以通过计算不同预设区间的积分面积，并将与判定阈值进行比较，能够准确、有效的识别试样是否为高浓度试样，是否存在前带效应，从而避免检测出现假阳性或假阴性的结果，从而提高分析结果的可靠性。
附图说明
图1为海德堡曲线示意图；
图2为本发明所公开的一种实施例的吸光度变化曲线的示意图；
图3为本发明所公开的一种实施例中前带效应识别方法的流程示意图；
图4为本发明所公开的一种实施例中预设起点和预设终点选择示意图；
图5为本发明一种实施例所公开的前带效应识别方法的流程示意图；
图6为使用本发明实施例中所公开的前带效应识别方法计算出的判断阈值数据示意图；
图7为本发明实施例所公开的检测系统的结构示意图。
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
鉴于现有技术存在的问题，本发明人采用反应动力学方法通过分析试样测量过程中获得的动力学数据来验证抗原过量(即前带效应)的存在。在大多数情况下，反应动力学取决于分析物浓度：低浓度样品可显示渐增信号，而高浓度样品可显示在反应开始时的更快速信号增加和在反应结束时的低得多的信号增加，对于高浓度试样，在试样与试剂开始反应的初期，会出现剧烈的反应，这会导致在这个时段的反应曲线的弯曲程度较大，本发明人通过这一特征，利用预设区间，计算该区间内的积分面积获得判定参考值，并比较这一参考值与判定阈值的大小，来判断试样是否存在前带效应。
以下结合具体实施方式和附图对本发明所公开的检测试样反应中前带效应的方法、装置、检测系统进行详细阐述。
首先参考图3，本发明中所公开的高浓度试样识别方法，包括以下步骤：
S1：对试样的原始信号反应数据进行处理，得到吸光度变化曲线；
S2：根据第一预设时间确定所述吸光度曲线上的预设起点(如图4中的M点)和根据第二预设时间确定所述吸光度曲线上的预设终点(如图4中的M’点)，计算M和M’之间的吸光度变化曲线段，和M与M’之间的线段所围成封闭区域的面积，计算结果为判定参考值；
S3：通过比较所述判定参考值与判定阈值R，判断所述试样是否存在前带效应。
本公开的实施例相比于现有技术而言，能够判断出前带效应从而避免检测出现假阳性或假阴性的结果，从而提高分析结果的可靠性。
以下通过具体的实施方式对本发明所公开的一个方面的检测试样反应中前带效应的方法进行详细的描述。
具体请参考图5，在本实施例中，检测试样反应中前带效应的方法包括以下步骤：
以固定频率采集信号数据点，形成原始信号反应数据。
本步骤具体是在时间-信号值坐标系(也可称为二维坐标系)中进行的，表示光透过反应杯后采集到的信号值，横坐标为时间，纵坐标为信号值，即透射光强数据，获取透射光强数据的手段为常规手段，以下对透射光强数据的获取方式做简要说明：
参考图7，一种光学检测系统，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试样，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透射光强；在实际检测过程中，相邻两个采集时刻的时间间隔为t(例如0.1s)，经过一段时间(如140s)的采集，就可以在时间-信号值坐标系中形成多个数据点(即时序数据点)，形成原始信号反应数据。
利用朗伯比尔定律对原始信号反应数据进行处理，将原始信号反应数据转化为吸光度变化曲线。
本步骤具体是将上述步骤得到的原始信号反应数据根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：计算出每一个采集时刻的吸光度，式中I0代表入射光强，It代表t时刻的出射光强，A代表吸光度。从而可以得到吸光度变化曲线，如图2所示，吸光度变化曲线横坐标表示时间，纵坐标表示吸光度。
根据所述吸光度变化曲线，确定所述试样的稳定反应起始点A和所述试样的稳定反应终点B。
在实际的反应过程中，并不是当试剂和样品刚混合就立即发生完全反应，可以适用于后期数据获取和运算的有价值的反应点则是在混合后一段时间内开始，这个时间就是吸光度变化曲线上试样的稳定反应起点A。对于一个完整的反应，在反应的后期，其随着时间的增加，其吸光度的变化越来越趋于平滑，如图4所示，吸光度变化曲线在B点之后就趋于平缓，所以将B点设为稳定反应终点，使用AB点之间的数据进行拟合得到的函数f(x)，才能反映出真实的反应情况。
采用预定的函数模型，对A点与B点之间的数据进行拟合，得到新的吸光度变化曲线f(x)。
上述步骤中首先在吸光度变化曲线上选取试样反应的稳定反应期的稳定反应起点A和稳定反应终点B之间的曲线为为拟合区间，稳定反应起点A和稳定反应终点B为经验所得。然后使用预存的函数模型对拟合区间的数据进行拟合，得到能表达吸光度变化曲线的函数f(x)。可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际情况对拟合得到的函数f(x)进行滤波处理，滤除异常点，使分析结果更准确；并且使用的函数模型是预存的函数模型中最能反映吸光度变化曲线的函数模型。
再通过M点和M’点之间的线段，采用最小二乘法拟合求MM’弦函数，形成吸光度曲线表达函数g(x)。
第一预设时间对应在吸光度曲线上的点为预设起点，第二预设时间对应在吸光度曲线上的点为预设终点，预设起点M和预设终点M’在吸光度变化曲线上的曲线段用函数f(x)表示，预设起点M和预设终点M’之间的线段用函数g(x)表示，对函数f(x)和函数g(x)所围成的封闭区域求积分得到判定参考值I，判定参考值的计算方法为：在另一实施例的情况下，判定参考值I还可以通过M(x1,y1)、M’(x2,y2)与X轴形成的梯形面积得到，即：
如图6所示，通过将上述步骤中计算出的判定参考值I，与判定阈值Icutoff进行比较，如果I≥Icutoff，则可判定存在前带效应，从而可判定该待测样本抗原或抗体过量，如果I＜Icutoff，则可判定不存在前带效应，从而可判定该待测样本抗原或抗体不过量。
如图4所示，第一预设时间点上对应着预设起点M，第二预设时间点上对应着预设终点M’，对于第一预设时间和第二预设时间的确定，经过多次的实验选择出试样反应最为剧烈的时间段，即对应到吸光度变化曲线上为MM’段，在整个吸光度变化曲线上，这段平均斜率最大，并且呈弧形状弯曲，所以在MM’这段曲线段上，其面积的值也相对较大，在后期判断上可以减小由于数值差异带来的误差。在本方案中的优选实施例中，预设起点M和预设终点M’的选取是在稳定反应起点A点和稳定反应终点B点之间选取；若超出这个范围，则计算出的值不能完全反应实际的反应情况；在一些实施例中，预设起点M可以和稳定反应起点A重合，这个与检测项目的不同存在关联。
可以理解的是，本步骤中预设起点M和预设终点M’为预存在系统中的时间段的起点和终点在吸光度变化曲线上对应的数据点，其选取方式主要由经验值确定，表示试样反应最剧烈的时间段，即吸光度变化曲线弯曲程度最大的区间段。一种实施方式，预设起点M的选取与稳定反应起点A为同一点，即在稳定反应开始时刻选取预设起点M和稳定反应起点A。
在本发明的一个实施例中，还包括一种检测试样反应中前带效应的装置，该装置包括数据处理模块，数据处理模块用于对试剂和样品反应过程中的时间和吸光度变化进行记录，并对数据进行处理，获得横坐标为时间，纵坐标为吸光度的吸光度变化曲线，在本实施例中，第一选择模块针对于不同项目的试剂，针对于配套的仪器预设设定值，预设值为预设起点M和预设终点M’，更具体的，预设起点M和预设终点M’为试样反应过程中最为剧烈的两个端点，第一计算模块，对预设起点M和预设终点M’的两点在曲线段为函数f(x)和直线函数g(x)上的积分面积，然后再通过积分面积(即判断参考值)与预设的判定阈值Icutoff进行比较，从判断是否存在前带效应。第二选择模块，通过在吸光低变化曲线中选择稳定反应起点A和稳定反应终点B，再通过第二计算模块，形成吸光度曲线表达函数，供第一选择模块在其函数上选择预设起点M和预设终点M’，对于稳定反应起点A并不一定是反应的刚开始时间，由于试剂和样品需要充分混合后才会进入稳定反应区间，A点和B点的选择才会使得吸光度曲线表达函数更符合实际的反应情况。
本步骤具体表示通过比较判定阈值Icutoff，判断试样是否存在前带效应。可以理解的是，判定阈值Icutoff为预存数据，主要由与检测项目、试剂的线性范围上限及选取的预设起点M和预设终点M’确定，可以理解为一个经验值。
本发明还包括一种检测系统，如图7中所示，包括光源1、透镜2、滤光片3以及光纤4所构成的光源系统，光源系统位于反应杯5的一侧，光源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试样，反应杯5相对光源系统的另一侧设置有接收器6，接收器6用于接收透过反应杯5的透射光，接收器6内的信号采集电路将接收到的透射光量转换为透射光强，以及与接收器6相连的处理器。
以上对本发明所公开的高浓度试样识别方法、装置、检测系统及时间点确定方法进行了详细介绍。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 (14)

1.一种检测试样反应中前带效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对试样的原始信号反应数据进行处理，得到吸光度变化曲线；
根据第一预设时间确定所述吸光度曲线上的预设起点，根据第二预设时间确定所述吸光度曲线上的预设终点；
计算判定参考值，所述判定参考值为所述吸光度变化曲线上的预设起点与预设终点之间的曲线段和所述预设起点与预设终点之前的线段所围成封闭区域的面积；
通过比较所述判定参考值与判定阈值，判断所述试样反应中是否存在前带效应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一预设时间和第二预设时间分别为所述试样反应最为剧烈的时间段的预设起点和预设终点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
根据所述吸光度变化曲线确定所述试样的稳定反应起点和所述试样的稳定反应终点；
采用预定的函数模型，对所述稳定反应起点与所述稳定反应终点之间的数据进行拟合，得到所述吸光度曲线的表达函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述吸光度变化曲线上，所述预设起点和预设终点在所述稳定反应起点和稳定反应终点之间。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述预设起点与稳定反应起点重合。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：通过所述预设起点的坐标和预设终点的坐标得到所述预设起点与预设终点之间的弦表达函数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：对所述吸光度曲线表达函数和所述弦表达函数所围成的封闭区域求积分面积，所述积分面积为所述判定参考值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：若所述判定参考值大于所述判定阈值，则判定试样中存在前带效应。
9.一种检测试样反应中前带效应的装置，其特征在于，包括：
数据处理模块，对试样的原始信号反应数据进行处理，得到吸光度变化曲线；
第一选择模块，用于根据第一预设时间确定所述吸光度曲线上的预设起点，根据第二预设时间确定所述吸光度曲线上的预设终点；
第一计算模块，用于计算判定参考值，所述判定参考值为所述吸光度变化曲线上的预设起点与预设终点之间的曲线段和所述预设起点与预设终点之间的线段所围成封闭区域的面积；
比较判断模块，用于通过比较所述判断参考值与判定阈值，判断所述试样反应中是否存在前带效应。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一预设时间和第二预设时间分别为所述试样反应最为剧烈的时间段的预设起点和预设终点。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括，
第二选择模块，用于根据所述吸光度变化曲线确定所述试样的稳定反应起点和所述试样的稳定反应终点，所述预设起点和预设终点在所述稳定反应起点和稳定反应终点之间；
第二计算模块，用于采用预定的函数模型，对所述稳定反应起点与所述稳定反应终点之间的数据进行拟合，得到所述吸光度曲线表达函数。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
所述第二计算模块还用于通过所述预设起点的坐标和预设终点的坐标得到所述预设起点与预设终点之间的弦表达函数；
所述第一计算模块通过对所述吸光度曲线表达函数和所述弦表达函数所围成的封闭区域求积分面积，得到所述判定参考值。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述比较判断模块在判定所述判定参考值大于所述判定阈值时，输出试样中存在前带效应信息。
14.一种检测系统，包括权利要求9-13中任一权利要求所述的检测试样反应中前带效应的装置，还包括用于对反应杯照射的光源子系统、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。
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