CN111323470A - 一种基于微量血样的抗生素过敏检测装置及方法 - Google Patents

一种基于微量血样的抗生素过敏检测装置及方法 Download PDF

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CN111323470A CN202010276024.5A CN202010276024A CN111323470A CN 111323470 A CN111323470 A CN 111323470A CN 202010276024 A CN202010276024 A CN 202010276024A CN 111323470 A CN111323470 A CN 111323470A
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张梅
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Abstract

本发明公开了一种基于微量血样抗生素过敏检测装置，包括：壳体；血样安装架，其可旋转支撑在所述壳体内，用于固定血液样本；检测架，其可拆卸连接所述壳体，并能够沿所述壳体滑动；抗生素滴架，其设置在所述检测架上，能够将抗生素滴入血液样本中；检测探针，其设置在所述检测架上，能够伸入所述血液样本内，检测血液样本内的血清素电流值，本发明通过检测探针检测血样内的电流值，只需要采集容纳探针的微量血样，即2‑3ml血样，大大降低了血样采集量，可以根据检测到的加入抗生素后的血样电流值变化，快速检测是否存在过敏反应，无需患者干预，准确率高，还公开了一种微量血样测抗生素过敏检测方法。

Description

一种基于微量血样的抗生素过敏检测装置及方法
技术领域
本发明涉及医用检测器械领域，尤其涉及一种基于微量血样的抗生素过敏检测装置和基于微量血样抗生素过敏检测方法。
背景技术
皮试是皮肤敏感试验的简称，某些药物临床使用过程中易发生过敏反应，其中以过敏性休克最为严重，甚至可能导致死亡，为了防止过敏反应的发生，特别是严重过敏反应的发生，一些容易发生过敏反应的药物在使用前需做皮肤敏感试验，目前，主要有三种过敏检测方法，第一种为采用注射器将微量药物注射到皮下，一段时间后观察注射部位是否出现过敏反应，在患者较多时，需要患者自行计算等待时间，看护穿刺部位，避免碰触，结果的判断主要是依靠医务人员的肉眼直接观察，视觉难免产生错觉，在过敏检测过程中引入的不确定外源干扰因素多，准确率低，可能由于这一误差给患者带来无法挽救的恶果。
第二种为通过脉冲或直流信号将药物渗入到皮肤中，一段时间后观察人体的接触反应，该方法采用的仪器体积大，患者需要佩戴仪器半小时以上，患者较多时使用不便，通常用于儿童或老人的过敏性检测，仍存在检测效率低，准确率低的问题。如：申请号为CN1377631A的专利申请文件公开了一种利用直流电信号刺激人体皮肤吸入药物来进行皮试的仪器，虽然缩短了皮试时间，但容易出现极化现象，使得假阳性的结果增多，皮试准确率低。
申请号为201520099726.5的专利申请文件公开了一种药物皮试装置，采用脉冲直流信号进行药物离子导入，提高了准确率，但是这种皮试仪在使用时无法知道皮试电极头是否与人体可靠接触，若出现与人体电阻接触不良的情况，无法及时做出反应，从而造成误诊断；另一方面，医务人员也不能及时得知皮试是否完成。
第三种为抽取病人血样，并将过敏原芯片放置在血样内，检测血样内的过敏原抗体，但通常对血样内的过敏原浓度有要求，需要将过敏原芯片浸泡在血液中，通常需要20-30ml血样，需要采集的病人血样量较多，临床应用不多。
发明内容
本发明通过检测探针检测血样内的电流值，只需要采集容纳探针的微量血样，即2-3ml血样，大大降低了血样采集量，可以根据检测到的加入抗生素后的血样电流值变化，快速检测是否存在过敏反应，无需患者干预，准确率高。
本发明还有一个目的是血样安装架能够放置多个血液样本，且能够相对于检测针旋转，能够。同时实现多个采血样本的检测，缩短检测时间，提高检测安全性。
本发明还提供了基于微量血样抗生素过敏检测方法，通过模糊控制器将过敏度分为四个故障等级，方便医护人员根据过敏等级决定处理方法，简单直观，安全性好。
本发明采用如下技术方案：
一种基于微量血样的抗生素过敏检测装置，包括：
壳体；
血样安装架，其可旋转支撑在所述壳体内，用于固定血液样本采集管；
检测架，其可拆卸连接所述壳体，并能够沿所述壳体滑动；
抗生素滴架，其设置在所述检测架上，能够将抗生素滴入血液样本中；
检测探针，其设置在所述检测架上，能够伸入所述血液样本内，检测血液样本内的血清素电流值；
其中，所述样本采集量管容量为2ml-3ml。
优选的是，所述壳体包括：
第一壳体，其为柱形或方形壳体；
第二壳体，其与所述第一壳体铰接，能够与所述第一壳体扣合，所述第二壳体内具有滑轨。
优选的是，所述血样安装架包括：
安装转轴，其一端支撑在所述壳体上；
安装架，其支撑在所述安装转轴另一端，所述安装架上具有多个阵列分布的血液样本放置孔；
驱动盘，其套设在所述安装架上，能够驱动所述安装架旋转，所述驱动盘边缘具有齿牙；
驱动电机，其输出轴与所述驱动盘啮合，能够驱动所述驱动盘旋转。
优选的是，所述检测架包括：
架体，其表面具有多个阵列分布的安装孔，所述抗生素滴架与所述检测探针间隔设置在所述安装孔内；
推杆，其一端连接所述架体，另一端能够沿所述第二壳体内的滑动。
优选的是，所述抗生素滴架包括：
滴管，其为锥形毛细管；
套接胶片，其套设在所述滴管上，能够封闭所述血样采集管。
优选的是，还包括：
储液罐，其连通所述滴管；
活塞，其设置在所述储液罐内，能够沿所述储液罐滑动。
优选的是，所述检测探针包括：
工作电极，其能够引发血清素氧化反应；
基准电极，其能够对所述血液样本施加电压。
一种基于微量血样抗生素过敏检测方法，包括：
步骤一、读取检测探针检测道德状态数据，所述状态数据包括：基准电极电压Ui(t)、检测温度Ti(t)，工作电极放电电流Ii(t)；
步骤二、将检测时段t分隔为n个时间单元，并计算每个时间单元内的状态数据均值；
步骤三、根据所述状态数据均值计算电流时变系数；
步骤四、根据所述状态数据均值计算电流突变系数；
步骤五、将包括所述电流时变系数、电流突变系数输入模糊控制器，获得表示过敏等级的向量群；以及
所述表示过敏等级的向量群作为诊断答案输出。
优选的是，所述电流时变系数计算公式为：
Figure BDA0002444819950000041
其中，
Figure BDA0002444819950000042
Fi为电流时变系数，
Figure BDA0002444819950000043
为第j个时段的电流时变系数，
Figure BDA0002444819950000044
为第j个时段的基准电极电压均值，
Figure BDA0002444819950000045
基准电极的内阻，
Figure BDA0002444819950000046
为j个时段的工作电极放电电流，
Figure BDA0002444819950000047
为第j个时段的基准电极放电量均值；Γ为伽玛函数，K为比例系数。
所述电流突变系数计算公式为：
Figure BDA0002444819950000048
Figure BDA0002444819950000051
其中，Gi为电流突变系数，
Figure BDA0002444819950000052
为j个时段的蓄电池的电流突变系数，Ln为拉盖尔多项式，n为时间单元个数。
优选的是，所述模糊控制器包括：
将电流时变系数与预设点电流时变系数比较得到电流时变系数偏差信号，将电流突变系数与预设电流突变系数比较得到电流突变系数偏差信号；
将电流时变系数偏差信号经过微分计算得到电流时变系数变化率信号，电流突变系数偏差信号经过微分计算得到电流突变系数变化率信号；
将电流时变系数变化率信号和电流突变系数变化率信号共同经过放大后输入模糊控制器，输出为过敏等级；
所述过敏的模糊集为{D0，D1，D2，D3}，D0为零级，表明无药物过敏，D1为一级，表示轻度过敏，D2为二级，表示中度过敏，D3为三级，表示重度过敏。
有益效果
本发明通过在微量血样种放置检测探针，以检测血样内的电流值，可以根据检测到的加入抗生素后的血样电流值变化，快速检测是否存在过敏反应。
本发明还有一个目的是血样安装架能够放置多个血液样本，且能够相对于检测针旋转，能够同时实现多个采血样本的检测，缩短检测时间，提高检测安全性。
附图说明
图1为本发明所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置的结构示意图。
图2为本发明所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置的剖视图。
图3为本发明所述的壳体的结构示意图。
图4为本发明所述的血样安装架的结构示意图。
图5为本发明所述的检测架的结构示意图。
图6为本发明所述的抗生素滴架的结构示意图。
图7为本发明所述的检测探针的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-2所示，本发明提供的基于微量血样的抗生素过敏检测装置包括：壳体110、血样安装架120、检测架130、抗生素滴架140和检测探针150。
其中，血样安装架120其可旋转支撑在壳体110内，用于固定血液样本管；检测架130可拆卸连接壳体110，并能够沿壳体110滑动；抗生素滴架140设置在检测架130上，能够将抗生素滴入血液样本中；检测探针150设置在检测架130上，能够伸入血液样本内，检测血液样本内的血清素电流值。作为一种优选，所述血液样本管容量为2ml-3ml。
如图3所示，壳体110包括：第一壳体111和第二壳体112。第一壳体111为柱形或方形壳体；第二壳体112与第一壳体111铰接，能够与第一壳体111扣合，作为一种优选，第二壳体112内具有滑轨111a，壳体110罩设在抗生素过敏检测装置上，能够检测隔离空气中杂质对血样的污染。
如图4所示，血样安装架120包括：安装转轴121、安装架122、驱动盘123和驱动电机124。
安装转轴121一端支撑在壳体110上；安装架122支撑在安装转轴121另一端，安装架上具有多个阵列分布的血液样本放置孔122a；驱动盘123套设在安装架122上，能够驱动安装架122旋转，驱动盘123边缘具有齿牙；驱动电机124的输出轴与驱动盘123啮合，能够驱动驱动盘123旋转。
在另一实施例中，血液样本放置孔122a的数量为六个，驱动盘123为分度盘，驱动电机124每次驱动驱动盘123带动血样安装架120转动60°或120°。
如图5所示，检测架130包括：架体131和推杆132。架体131表面具有多个阵列分布的安装孔131a，抗生素滴架140与检测探针150间隔设置在所述安装孔131a内；推杆132一端连接架体131，另一端能够沿第二壳体120内的滑轨滑动。
如图6所示，抗生素滴架140包括：滴管141和套接胶片142，滴管141为锥形毛细管；套接胶片142套设在滴管141上，能够封闭血样采集管。
如图1-2所示，还包括：储液罐160连通滴管141；活塞设置在储液罐内，能够沿储液罐滑动，其中，储液罐160内储存抗生素药液，通过调整活塞的运动速度和运动位置调整抗生素的流速和流速。
如图7所示，检测探针150包括：能够引发血清素氧化反应的工作电极151和能够对血清样本施加电压的基准电极152，作为一种优选，还包括电化学传感器153能够连接工作电极151和基准电极152。基准电极152施加的电压为0.2～0.4V。
实施以基于微量血样的抗生素过敏检测装置的工作过程为例，做进一步说明
收集待检测人体的血液、血球、血清或血浆样本，并放置在血样安装架120上，检测架130带动抗生素滴架140和检测探针150沿第一壳体111向下移动，储液罐160内储存抗生素药液，通过调整活塞的运动速度和运动位置调整抗生素的流速和流速使抗生素检测样本滴入样本内，血液和抗生素在样品架内产生反应，控制检测架130抗生素滴架140和检测探针150沿第一壳体111向上移动，同时转动血样安装架120，使血样与检测探针150相对，再次使检测架130带动抗生素滴架140和检测探针150沿第一壳体111向下移动，通电后检测血液和抗生素在样品架内产生反应液的电流值，并通过电化学传感器153显示的电流值判断血液样本是否对抗生素样本过敏。
本发明提供的基于微量血样抗生素过敏检测方法，包括：
步骤一、读取检测探针检测状态数据，所述状态数据包括：基准电极电压Ui(t)、检测温度Ti(t)，工作电极放电电流Ii(t)；
步骤二、将检测时段t分隔为n个时间单元，并计算每个时间单元内的状态数据均值；
步骤三、根据状态数据均值计算电流时变系数；
所述电流时变系数计算公式为：
Figure BDA0002444819950000081
其中，
Figure BDA0002444819950000082
Fi为电流时变系数，
Figure BDA0002444819950000083
为第j个时段的电流时变系数，
Figure BDA0002444819950000084
为第j个时段的基准电极电压均值，
Figure BDA0002444819950000085
基准电极的内阻，
Figure BDA0002444819950000086
为j个时段的工作电极放电电流，
Figure BDA0002444819950000087
为第j个时段的基准电极放电量均值；Γ为伽玛函数，K为比例系数。
步骤四、根据所述状态数据均值计算电流突变系数；
所述电流突变系数计算公式为：
Figure BDA0002444819950000088
Figure BDA0002444819950000091
其中，Gi为电流突变系数，
Figure BDA0002444819950000092
为j个时段的蓄电池的电流突变系数，Ln为拉盖尔多项式，n为时间单元个数
步骤五、将电流时变系数Fi电流突变系数Gi输入模糊控制器。
其中，Fi、Gi的实际变化范围分别为[10,30]，[20,60]，Fi、Gi的离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}
则比例因子k1＝6/20k2＝6/40；
定义模糊子集及隶属度函数
把电流时变系数Fi分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出电流时变系数Fi的隶属度函数表，如表1所示。
表1电流时变系数Fi的隶属度函数表
F<sub>i</sub> -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
PM 0 0 0 0 0.2 0.4 0 0 0.2 0 0 0 0
PS 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0 0 0.4 0.2 0 0 0
0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.6 0.4 0.4 0 0
NB 0.2 0.4 0.4 0.8 0.8 0 0 0 0.8 0.8 0.8 0.2 0.4
NM 0.6 0.8 0.8 0 0 0 0 0 0 0 1.0 0.6 0.8
NS 0.8 1.0 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.8 1.0
把电流突变系数Gi分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出电流突变系数Gi的隶属度函数表，如表2所示。
表2电流突变系数Gi的隶属度函数表
G<sub>i</sub> -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
PM 0 0 0 0 0.2 0.4 0 0 0.2 0 0 0 0
PS 0 0 0 0.2 0.6 0.6 0 0 0.4 0.2 0 0 0
0 0 0 0.2 0.6 0.6 0.8 1.0 0 0.6 0.4 0.4 0 0
NB 0.2 0.4 0.4 0.8 0.8 0 0 0 0.8 0.8 0.8 0.2 0.4
NM 0.6 0.8 0.8 0 0 0 0 0 0 0 1.0 0.6 0.8
NS 0.8 1.0 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.8 1.0
获得模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用二输入单输出的方式，通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到故障等级Γ，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，得出过敏等级Z控制规则见表3。
表3为模糊控制规则表
Figure BDA0002444819950000101
Figure BDA0002444819950000111
过敏的模糊集为{D0，D1，D2，D3}，D0为零级，表明无药物过敏，D1为一级，表示轻度过敏，D2为二级，表示中度过敏，D3为三级，表示重度过敏。
本发明通过在微量血样种放置检测探针，检测血样内的电流值，可以根据检测到的加入抗生素后的血样电流值变化，快速检测是否存在过敏反应。
本发明还有一个目的是血样安装架能够放置多个血液样本，且能够相对于检测针旋转，能够同时实现多个采血样本的检测，缩短检测时间，提高检测安全性。
本发明还提供了基于微量血样抗生素过敏检测方法，通过模糊控制器将过敏度分为四个故障等级，方便医护人员根据过敏等级决定处理方法，简单直观，安全性好。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，包括：
壳体；
血样安装架，其可旋转支撑在所述壳体内，用于固定血液样本采集管；
检测架，其可拆卸连接所述壳体，并能够沿所述壳体滑动；
抗生素滴架，其设置在所述检测架上，能够将抗生素滴入血液样本中；
检测探针，其设置在所述检测架上，能够伸入所述血液样本内，检测血液样本内的血清素电流值；
其中，所述样本采集量管容量为2ml-3ml。
2.根据权利要求1所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，所述壳体包括：
第一壳体，其为柱形或方形壳体；
第二壳体，其与所述第一壳体铰接，能够与所述第一壳体扣合，所述第二壳体内具有滑轨。
3.根据权利要求2所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，所述血样安装架包括：
安装转轴，其一端支撑在所述壳体上；
安装架，其支撑在所述安装转轴另一端，所述安装架上具有多个阵列分布的血液样本放置孔；
驱动盘，其套设在所述安装架上，能够驱动所述安装架旋转，所述驱动盘边缘具有齿牙；
驱动电机，其输出轴与所述驱动盘啮合，能够驱动所述驱动盘旋转。
4.根据权利要求3所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，所述检测架包括：
架体，其表面具有多个阵列分布的安装孔，所述抗生素滴架与所述检测探针间隔设置在所述安装孔内；
推杆，其一端连接所述架体，另一端能够沿所述第二壳体内的滑动。
5.根据权利要求4所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，所述抗生素滴架包括：
滴管，其为锥形毛细管；
套接胶片，其套设在所述滴管上，能够封闭所述血样采集管。
6.根据权利要求5所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，还包括：
储液罐，其连通所述滴管；
活塞，其设置在所述储液罐内，能够沿所述储液罐滑动。
7.根据权利要求5或6所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，所述检测探针包括：
工作电极，其能够引发血清素氧化反应；
基准电极，其能够对所述血液样本施加电压。
8.一种基于微量血样抗生素过敏检测方法，其特征在于，包括：
步骤一、读取检测探针检测道德状态数据，所述状态数据包括：基准电极电压Ui(t)、检测温度Ti(t)，工作电极放电电流Ii(t)；
步骤二、将检测时段t分隔为n个时间单元，并计算每个时间单元内的状态数据均值；
步骤三、根据所述状态数据均值计算电流时变系数；
步骤四、根据所述状态数据均值计算电流突变系数；
步骤五、将包括所述电流时变系数、电流突变系数输入模糊控制器，获得表示过敏等级的向量群；以及
所述表示过敏等级的向量群作为诊断答案输出。
9.根据权利要求8所述的基于微量血样的抗生素过敏检测装置，其特征在于，所述电流时变系数计算公式为：
Figure FDA0002444819940000031
其中，
Figure FDA0002444819940000032
Fi为电流时变系数，fi j为第j个时段的电流时变系数，
Figure FDA0002444819940000033
为第j个时段的基准电极电压均值，
Figure FDA0002444819940000034
基准电极的内阻，
Figure FDA0002444819940000035
为j个时段的工作电极放电电流，
Figure FDA0002444819940000036
为第j个时段的基准电极放电量均值；Γ为伽玛函数，K为比例系数。
所述电流突变系数计算公式为：
Figure FDA0002444819940000037
Figure FDA0002444819940000038
其中，Gi为电流突变系数，
Figure FDA0002444819940000039
为j个时段的蓄电池的电流突变系数，Ln为拉盖尔多项式，n为时间单元个数。
10.根据权利要求9所述的基于微量血样抗生素过敏检测方法，其特征在于，所述模糊控制器包括：
将电流时变系数与预设点电流时变系数比较得到电流时变系数偏差信号，将电流突变系数与预设电流突变系数比较得到电流突变系数偏差信号；
将电流时变系数偏差信号经过微分计算得到电流时变系数变化率信号，电流突变系数偏差信号经过微分计算得到电流突变系数变化率信号；
将电流时变系数变化率信号和电流突变系数变化率信号共同经过放大后输入模糊控制器，输出为过敏等级；
所述过敏的模糊集为{D0，D1，D2，D3}，D0为零级，表明无药物过敏，D1为一级，表示轻度过敏，D2为二级，表示中度过敏，D3为三级，表示重度过敏。
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