CN110542662A - 检测试样反应中前带效应的方法、装置及光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测试样反应中前带效应的方法，包括：对试样反应期间内采集的时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；在所述吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，计算所述预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；通过比较所述平均曲率K与判定阈值R，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，以及一种光学检测系统。

Description

检测试样反应中前带效应的方法、装置及光学检测系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种检测试样反应中前带效应的方法、装置及光学检测系统。

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。

然而，透射比浊法受高浓度试样剂量限制，浓度过高易出现抗原过量效应，所述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，得到钟形曲线，抗原抗体反应这一独特的现象可以用著名的“海德堡曲线”(图1)来表示。若试样反应中存在前带效应，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中是否存在前带效应显得尤为重要。

现有手段通过计算吸光度变化率时，计算反应结束和反应开始两个时间段内的反应速率的比率值，通过比率值与预定限值的比较来判断试样反应中是否存在前带效应。但这种方法需要确定的参数较多，运算较复杂。

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检测试样反应中前带效应的方法，以便能够简单、有效地检测出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的方法的装置；

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的方法的光学检测系统。

本发明中第一方面所公开的检测试样反应中前带效应的方法，包括以下步骤：

对试样反应期间内采集的时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

在所述吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，计算所述预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

通过比较所述平均曲率K与判定阈值R，判断所述试样反应中是否存在前带效应。

优选的，所述方法还包括步骤：

在所述吸光度变化曲线上选取所述试样反应的起始点A和所述试样反应结束的终点B，将所述起始点A和所述终点B区间内的数据根据预设的函数模型进行拟合，得到函数f(x)，所述函数f(x)用于计算所述吸光度变化曲线的曲率。

优选的，所述预设的预定起点M与所述起始点A为同一点。

优选的，所述平均曲率K为所述预定起点M和预定终点M’之间各个时间点的曲率的平均值。

优选的，所述平均曲率K为所述预定起点M和预定终点M’之间弧的弧平均曲率。

优选的，若所述平均曲率K不低于所述判定阈值R，则判定所述试样反应中存在前带效应。

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：

信号值处理模块，用于对试样反应期间内采集的时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

第一选取模块，用于在所述吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’；

计算模块，用于计算所述预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

判断模块，用于通过比较所述平均曲率K与判定阈值R，判断所述试样反应中是否存在前带效应。

优选的，所述装置还包括：

第二选取模块，用于在所述吸光度变化曲线上选取所述试样反应的起始点A和所述试样反应结束的终点B；

拟合模块，用于将所述起始点A和所述终点B区间内的数据根据预设的函数模型进行拟合，得到函数f(x)，所述函数f(x)用于计算所述吸光度变化曲线的曲率。

优选的，所述判断模块包括：

确定模块，用于当所述平均曲率K不低于所述判定阈值R，则判定所述试样反应中存在前带效应。

本发明第三方面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，在进行试样反应吸光度检测时，所述处理器执行以下操作：

获取试样反应期间内采集的时序信号值，并对所述时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

在所述吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，计算所述预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

通过比较所述平均曲率K与判定阈值R，判断所述试样反应中是否存在前带效应。

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预设区间的平均曲率与判定阈值进行比较，从而判断试样反应中是否存在前带效应；由于反应动力学取决于分析物浓度，低浓度试样可显示吸光度的渐增信号，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缓慢的信号增加，导致设定区间反应曲线的弯曲程度越大，即曲率越大，所以通过计算预设区间的平均曲率与判定阈值进行比较，能够简单、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。

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预定起点M和预定终点M’的选取示意图；

图4为本发明一种实施例所公开的检测试样反应中前带效应的方法的流程示意图；

图5为本发明另一实施例所公开的检测试样反应中前带效应的方法的流程示意图；

图6为使用本发明实施例中所公开的检测试样反应中前带效应的方法实际测得的数据示意图；

图7为本发明实施例中所公开的光学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，即曲率较大，本发明人通过这一特征，通过计算平均曲率与判定阈值的比较来判断试样中是否存在抗原过量。

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、装置及光学检测系统进行详细阐述。

首先参考图4，本发明中所公开的检测试样反应中前带效应的方法，包括以下步骤：

S1：对试样反应期间内采集的时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

S2：在吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，计算预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

S3：通过比较平均曲率K与判定阈值R，判断所述试样反应中是否存在前带效应。

本公开的实施例相比于现有技术而言，上述实施例中通过计算吸光度变化曲线上的预设区间的平均曲率与判定阈值进行比较，从而判断试样反应中是否存在前带效应；由于反应动力学取决于分析物浓度，低浓度试样可显示吸光度的渐增信号，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缓慢的信号增加，导致设定区间反应曲线的弯曲程度越大，即曲率越大，所以通过计算预设区间的平均曲率与判定阈值进行比较，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。

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，检测试样中前带效应的方法包括以下步骤：

S11：以固定频率采集信号数据点，形成原始反应数据。

本步骤具体是在信号值-时间坐标系(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：

请参考图7，图7为一种光学检测系统，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，就可以在信号值-时间坐标系中形成多个数据点(即时序数据点)，形成原始反应数据。

S12：根据原始数据得到吸光度反应曲线。

本步骤具体是将上述步骤得到的时序数据点根据朗伯-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，I_t代表t时刻的出射光强，A代表吸光度。从而可以对每个采集时刻的吸光度进行拟合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。

S13：使用函数模型对试样反应的起始点A和结束终点B区间的数据点进行拟合，得到函数y＝f(x)。

如图3所示，本步骤具体为首先在吸光度变化曲线上选取试样反应的稳定反应期的起始点A和反应结束的终点B为拟合区间，稳定反应期的起始点为经验所得，然后使用预存的函数模型对拟合区间的数据进行拟合，得到函数y＝f(x)，函数y＝f(x)用于计算吸光度变化曲线的曲率。可以理解的是，使用的函数模型是预存的函数模型中最能反应吸光度变化曲线的函数模型，另外，本领域技术人员可以理解的是，若需获取吸光度变化曲线的曲率，则需要保证使用的函数模型具有二阶导数，以便于后续步骤中的曲率计算。

S14：选取预定起点M和预定终点M’,根据曲率计算公式计算MM’区间内各个时间点的平均曲率K或计算弧MM’的弧平均曲率K。

本步骤具体为在吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，然后根据曲率公式计算MM’区间的平均曲率K，用平均曲率来表示所选取的预定MM’区间曲线的弯曲程度。优选的，一种计算平均曲率K的方式为，根据曲率计算公式对选取的MM’区间内的各个时间点依次计算相应的曲率，然后将MM’区间各个时间点的曲率求和除以时间点个数，得到平均曲率K；可以理解的是，还可以通过计算弧的弧平均曲率K来表示曲线的弯曲程度，其具体的计算方式为：根据公式f′(x₀)＝tanα，计算出点M、M’切线的倾角，得到Δα，再根据公式计算弧间的弧长，最后根据公式得到弧的平均曲率。可以理解的是，计算曲率的时间间距并不固定，时间间距越小，计算得到的平均曲率误差越小，但运算量越大；反之，时间间距越大，计算得到的平均曲率误差越大，但运算越快；根据实际情况确定合理的时间间距即可，本实施例对时间间距的选取不做具体的限制。

可以理解的是，本步骤中预定起点M和预定终点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，预定起点M的选取与稳定反应期的起始点A为同一点，即在稳定反应开始时刻选取预定起点M和起始点A。

S15：比较平均曲率K与判定阈值R，判断平均曲率K是否不低于判定阈值R。

本步骤具体表示通过比较平均曲率K与判定阈值R，判断试验反应中是否存在前带效应。可以理解的是，判定阈值R为预存数据，主要由与试样反应的试剂的线性范围上限及选取的预定起点M和预定终点M’确定，可以理解为一个经验值。

由于反应动力学取决于分析物浓度，低浓度试样可显示吸光度的渐增信号，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缓慢的信号增加，导致设定区间反应曲线的弯曲程度越大，即曲率越大。本步骤通过判断选取预设区间MM’的平均曲率K与预存的判定阈值R的大小，判断试样反应中是否存在前带效应；

若K≥R，则表示试样反应中的抗原过量，即存在前带效应，对该检测试样进行抗原过量的标记，若K＜R，则表示试样反应中不存在抗原过量，即不存在前带效应，可正常分析检测结果。

参考图6所示，表示使用上述实施例所公开的检测试样反应中是否存在前带效应的方法进行实际检测的结果，显示在不同浓度的情况下，所得到的平均曲率分布情况，通过设定合理的判定阈值R，可有效的识别出抗原过量区域，即当平均曲率不低于判定阈值R时，则为抗原过量区域，当平均曲率小于判定阈值R时，则属于抗原不过量区域。

本领域技术人员能够理解，上述实施例中所公开的检测方法中，当样本浓度较低时，相应的吸光度变化曲线的整体曲率较小，出现前带效应的概率较低；而在样本浓度较高时，相应的吸光度变化曲线的整体曲率较大，出现前带效应的概率相对较高；本实施例所公开的检测试样反应中前带效应的方法，通过计算吸光度变化曲线上的预设区间的平均曲率与判定阈值进行比较，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。

除此之外，为了实现上述检测方法，本发明实施例中还公开了一种检测试样反应中前带效应的装置，其包括：

信号值处理模块，用于对试样反应期间内采集的时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

第一选取模块，用于在吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’；

计算模块，用于计算预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

判断模块，用于通过比较平均曲率K与判定阈值R，判断试样反应中是否存在前带效应。

上述检测试样反应中前带效应的装置中，通过计算吸光度变化曲线上的预设区间的平均曲率与判定阈值进行比较，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。

进一步的，在上述检测试样反应中前带效应的装置基础上，本实施例所公开的检测装置还包括：

第二选取模块，用于在吸光度变化曲线上选取试样反应的起始点A和试样反应结束的终点B；

拟合模块，用于将所述起始点A和所述终点B区间内的数据根据预设的函数模型进行拟合，得到函数f(x)，函数f(x)用于计算所述吸光度变化曲线的曲率。

进一步的，为了确定试样反应中是否存在前带效应，判断模块还包括：

确定模块，用于当平均曲率K大于所述判定阈值R，则判定试样反应中存在前带效应。当确定试样反应中存在前带效应，则对该检测试样进行抗原过量的标记。

本发明实施例中还公开了一种光学检测系统，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，在进行检测时，该处理器执行以下操作：

获取试样反应期间内采集的时序信号值，并对所述时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

在吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，计算预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

通过比较平均曲率K与判定阈值R，判断试样反应中是否存在前带效应。

上述光学检测系统在接收器6接收到透射光信号后，通过处理器执行上述检测试样反应中是否存在前带效应的方法，因此，本实施例所公开的光学检测系统具有上述检测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检测试样反应中前带效应的方法、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：

对试样反应期间内采集的的时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

在所述吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，计算所述预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

通过比较所述平均曲率K与判定阈值R，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，还包括步骤：

在所述吸光度变化曲线上选取所述试样反应的起始点A和所述试样反应结束的终点B，将所述起始点A和所述终点B区间内的数据根据预设的函数模型进行拟合，得到函数f(x)，所述函数f(x)用于计算所述吸光度变化曲线的曲率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预设的预定起点M与所述起始点A为同一点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述平均曲率K为所述预定起点M和预定终点M’之间各个时间点的曲率的平均值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述平均曲率K为所述预定起点M和预定终点M’之间弧的弧平均曲率。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于：若所述平均曲率K不低于所述判定阈值R，则判定所述试样反应中存在前带效应。

7.一种检测试样反应中前带效应的装置，其特征在于，包括：

信号值处理模块，用于对试样反应期间内采集的的时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

第一选取模块，用于在所述吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’；

计算模块，用于计算所述预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

判断模块，用于通过比较所述平均曲率K与判定阈值R，判断所述试样反应中是否存在前带效应。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

第二选取模块，用于在所述吸光度变化曲线上选取所述试样反应的起始点A和所述试样反应结束的终点B；

拟合模块，用于将所述起始点A和所述终点B区间内的数据根据预设的函数模型进行拟合，得到函数f(x)，所述函数f(x)用于计算所述吸光度变化曲线的曲率。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断模块包括：

确定模块，用于当所述平均曲率K不低于所述判定阈值R，则判定所述试样反应中存在前带效应。

10.一种光学检测系统，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，在进行试样反应吸光度检测时，所述处理器执行以下操作：

获取试样反应期间内采集的时序信号值，并对所述时序信号值进行处理，得到吸光度变化曲线；

在所述吸光度变化曲线上选取预设的预定起点M和预定终点M’，计算所述预定起点M和预定终点M’之间的平均曲率K；

通过比较所述平均曲率K与判定阈值R，判断所述试样反应中是否存在前带效应。