CN114755194B - 一种糖化血红蛋白检测器及其信号产生和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种糖化血红蛋白检测器及其信号产生和处理方法。该糖化血红蛋白检测器包括：第一发光模块用于发出第一波长光束，经分光组件分为第一波长第一分光光束和第一波长第二分光光束；第二发光模块用于发出第二波长光束，经分光组件分为第二波长第一分光光束和第二波长第二分光光束；第一波长第一分光光束和第二波长第一分光光束同轴传输形成参考光束；第一波长第二分光光束和第二波长第二分光光束同轴传输形成检测光束；参考光束探测模块，用于接收参考光束；样品流通池能够使待检样品在样品流通池流通；检测光束探测模块，用于接收检测光束；检测控制和分析模块用于确定糖化血红蛋白分析结果。可提高仪器检测精度。

Description

一种糖化血红蛋白检测器及其信号产生和处理方法

技术领域

本发明涉及糖化血红蛋白分析领域，尤其涉及一种糖化血红蛋白检测器及其的信号产生和处理方法。

背景技术

近年来，糖化血红蛋白(HbA1c)的检测日益受到临床的重视，糖化血红蛋白检测器是用于测定HbA1c仪器的核心部件，在临床中得到使用。

糖化血红蛋白检测器的检测原理为液相色谱法，该方法是通过光源照射流经样品流通池的待测样品，然后获取待测样品的吸光度值，从而完成待测样品的检测。

目前检测器光源通常使用的是氘钨灯连续光源。氘钨灯连续光源不但温度漂移大，而且易受外部干扰的，因此难以实现长期稳定性。如果采用两种波长的发光二极管光源，在使用中受到发光二极管光源本身的光发散角较大的限制，收光效率差，这导致糖化血红蛋白检测器的信噪比较低。而电子电路器件的内在温度漂移特性，会导致检测的不准确和漂移，使仪器的测量精度受到很大影响。采用大数值孔径的光学器件(比如球透镜)准直成平行光，可以大大地提高收光效率。采用时分复用，锁相放大和自适应控制，不但可以消除由器件的热漂移造成的性能不稳定，同时降低了产品成本和体积。

发明内容

本发明提供一种糖化血红蛋白检测器及其信号产生和处理方法，目的在于提高糖化血红蛋白检测器的仪器精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种糖化血红蛋白检测器，包括：

第一发光模块，用于发出第一波长光束，经分光组件分为第一波长第一分光光束和第一波长第二分光光束；

第二发光模块，用于发出第二波长光束，经所述分光组件分为第二波长第一分光光束和第二波长第二分光光束；

所述第一波长第一分光光束和所述第二波长第一分光光束同轴传输，形成参考光束；所述第一波长第二分光光束和所述第二波长第二分光光束同轴传输，形成检测光束；

参考光束探测模块，与检测控制和分析模块连接，设置在所述参考光束路径上，用于接收所述参考光束，并将探测到的参考光束信号发送给所述检测控制和分析模块；

样品流通池，设置在所述检测光束路径上，能够使待检样品在所述样品流通池流通；

检测光束探测模块，与所述检测控制和分析模块连接，设置在所述样品流通池之后，用于接收所述检测光束，并将探测到的检测光束信号发送给所述检测控制和分析模块；

所述检测控制和分析模块分别与所述第一发光模块和所述第二发光模块连接，用于控制所述第一发光模块和所述第二发光模块按照预设调制方式发光，根据所述参考光束信号和所述检测光束信号确定糖化血红蛋白分析结果。

第二方面，本发明实施例提供了一种糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法，基于本发明任意实施例提供的糖化血红蛋白检测器，包括：

将待检样品置于样品流通池中；

通过检测控制和分析模块按照预设调制方式控制第一发光模块和第二发光模块发光；

通过参考光束探测模块接收参考光束，通过检测光束探测模块接收检测光束；

通过所述检测控制和分析模块基于所述预设调制方式采用锁相放大方式对接收到的参考光束信号和检测光束信号进行降噪处理，并根据降噪处理后的所述参考光束信号和所述检测光束信号确定糖化血红蛋白分析结果。

本发明实施例提供的一种糖化血红蛋白检测器及糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法，第一波长光束和第二波长光束均经分光组件分光，构成参考光束和检测光束，通过对比参考光束和检测光束确定待测样品的吸光度值，从而完成糖化血红蛋白分析。其中可以采用锁相放大来处理参考光束信号和检测光束信号，从而克服温度和外部干扰而导致检测的不准确和漂移的问题，实现提高糖化血红蛋白检测器仪器精度的效果。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的糖化血红蛋白检测器的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种发光二极管发光信号波形示意图；

图4为本发明实施例二提供的另一种发光二极管发光信号波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种糖化血红蛋白检测器的结构示意图，包括：

第一发光模块1，用于发出第一波长光束，经分光组件3分为第一波长第一分光光束和第一波长第二分光光束；

第二发光模块2，用于发出第二波长光束，经分光组件3分为第二波长第一分光光束和第二波长第二分光光束；

第一波长第一分光光束和第二波长第一分光光束同轴传输，形成参考光束；第一波长第二分光光束和第二波长第二分光光束同轴传输，形成检测光束；

参考光束探测模块4，与检测控制和分析模块7连接，设置在参考光束路径上，用于接收参考光束，并将探测到的参考光束信号发送给检测控制和分析模块7；

样品流通池5，设置在检测光束路径上，能够使待检样品在样品流通池流通；

检测光束探测模块6，与检测控制和分析模块7连接，设置在样品流通池5之后，用于接收检测光束，并将探测到的检测光束信号发送给检测控制和分析模块7；

检测控制和分析模块7分别与第一发光模块1和第二发光模块2连接，用于控制第一发光模块1和第二发光模块2按照预设调制方式发光，根据参考光束信号和检测光束信号确定糖化血红蛋白分析结果。

其中，第一发光模块1发出的第一波长光束为平行光，例如第一发光模块1内设置有大数值孔径的光学器件(比如球透镜)用于光束准直。第二发光模块2发出的第二波长光束为平行光，例如第二发光模块2内设置有大数值孔径的光学器件(比如球透镜)用于光束准直。检测控制和分析模块7控制第一发光模块1和第二发光模块2发光，检测前可以对参考光束的强度和检测光束的强度进行校准，使两者大小相同。分光组件将第一波长光束和第二波长光束都分为两束，分光后的第一波长光束和分光后的第二波长光束同轴传输形成参考光束和检测光束。第一波长光束和第二波长光束的波长不同，示例的，第一波长光束可以为紫外光束，第二波长光束可以为可见光束。检测过程中，检测控制和分析模块7控制第一发光模块1和第二发光模块2按照预设调制方式发光，可以是时分复用，对于时分复用是同一时间点第一发光模块1和第二发光模块2两者之一发光，可以通过相应的算法将参考光束和检测光束中的两种波长的光强分离出来。

对参考光束信号和检测光束信号可以采用锁相放大方式进行信号处理，以实现高精度高灵敏度的检测目的，通过对比参考光束信号和检测光束信号，可以得到待测样品的吸光度值，从而确定糖化血红蛋白分析结果。

本实施例提供的一种糖化血红蛋白检测器，第一波长光束和第二波长光束均经分光组件分光，构成参考光束和检测光束，通过对比参考光束和检测光束确定待测样品的吸光度值，从而完成糖化血红蛋白分析。其中可以采用锁相放大来处理参考光束信号和检测光束信号，从而克服温度和外部干扰而导致检测的不准确和漂移的问题，实现提高糖化血红蛋白检测器仪器精度的效果。

如图1所示的糖化血红蛋白检测器，第一发光模块1可以包括：第一发光二极管11、第一准直透镜12、第一滤光片13和第一发光二极管驱动电路14；

第一发光二极管驱动电路14，分别连接检测控制和分析模块7和第一发光二极管11；

第一发光二极管11发出的第一波长光经第一准直透镜12和第一滤光片13入射到分光组件3。其中，第一准直透镜12可以是球透镜，也可以包含非球透镜。第一滤光片13为第一波长带通滤光片。

第二发光模块2可以包括：第二发光二极管21、第二准直透镜22、第二滤光片23和第二发光二极管驱动电路24；

第二发光二极管驱动电路24，分别连接检测控制和分析模块7和第二发光二极管21；

第二发光二极管21发出的第二波长光经第二准直透镜22和第二滤光片23入射到分光组件3。其中，第二准直透镜22可以是球透镜，也可以包含非球透镜。第二滤光片23为第二波长带通滤光片。

分光组件3可以为分光镜或二向色镜，可以将一条光束分为两条光束，例如将一条光束分为两条强度相同的光束，当然分光后的两条光束的光照强度也可以是其他比例。如图1中所示，第一发光模块1和第二发光模块2相互垂直，分光镜与第一发光模块1和第二发光模块2均呈45°角。第一发光模块1发出的第一波长光束入射到分光镜的第一面，例如，50％反射另50％透射，第二发光模块2发出的第二波长光束入射到分光镜的第二面，例如，50％反射另50％透射。第一波长光束反射的部分光束与第二波长光束透射的部分光束形成参考光束，第一波长光束透射的部分光束与第二波长光束反射的部分光束形成检测光束。可以理解的是，如果为了糖化血红蛋白检测器结构更为紧凑，可以采用棱镜等光学元件对第一波长光束和第二波长光束的传输方向进行转向来控制光学部分占用的空间。

可选的，参考光束探测模块4包括：

第一光电传感器41，用于接收参考光束，输出与参考光束信号对应的第一模拟电压信号；

第一信号处理转换电路42，与第一光电传感器41连接，用于对第一模拟电压信号进行放大和滤波处理，并将放大和滤波后的第一模拟电压信号转换为对应的第一数字电压信号发送至检测控制和分析模块7。

可选的，糖化血红蛋白检测器还包括：

自适应反馈控制模块8，连接在第一信号处理转换电路42和检测控制和分析模块7之间，用于根据检测控制和分析模块7提供的参考光束信号的强度和检测光束信号的强度，调整第一信号处理转换电路42的增益以使参考光束信号的强度和检测光束信号的强度相同。其中，在第一波长光和第二波长光吸收检测中，参考光束的大小和稳定性对吸收率的测试是非常重要的，因此我们采用了自适应方法来最大化地实现参考光束的稳定性。具体实现可以如下，在每一个样品测试之前，我们都进行一次参考光束的校准。这个校准过程是这样的，在样品流通池没有样品的时候，参考光束和检测光束的光强大小应该是一样的。如果不一样，检测控制和分析模块7会实时调整参考光束的第一信号处理转换电路42的增益使得参考光束和检测光束的数值是一样，或者在未配置自适应反馈控制模块8的情况下，可以直接在算法里计算出一个增益系数来使得参考光束和检测光束的数据是一样的。

可选的，检测光束探测模块6包括：

第二光电传感器61，用于接收经过样品流通池5的检测光束，输出与检测光束信号对应的第二模拟电压信号；

第二信号处理转换电路62，与第二光电传感器61连接，用于对第二模拟电压信号进行放大和滤波处理，并将放大和滤波后的第二模拟电压信号转换为对应的第二数字电压信号发送至检测控制和分析模块7。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法的流程图，该方法可以由实施例一中提供的任意糖化血红蛋白检测器来执行，该方法具体包括：

步骤110、将待检样品置于样品流通池中；

步骤120、通过检测控制和分析模块按照预设调制方式控制第一发光模块和第二发光模块发光；

步骤130、通过参考光束探测模块接收参考光束，通过检测光束探测模块接收检测光束；

步骤140、通过检测控制和分析模块基于预设调制方式采用锁相放大方式对接收到的参考光束信号和检测光束信号进行降噪处理，并根据降噪处理后的参考光束信号和检测光束信号确定糖化血红蛋白分析结果。

可选的，通过检测控制和分析模块按照预设调制方式控制第一发光模块和第二发光模块发光，包括：

控制第一发光模块和第二发光模块分别按照预设光强交替发光，以达到第一波长光束和第二波长光束时分复用。

可选的，控制第一发光模块和第二发光模块分别按照预设光强交替发光，包括：

在一系列预设间隔的时间点上控制第一发光模块和第二发光模块交替发光；

其中，第一发光模块和第二发光模块发光过程中的光强输出为恒定值输出或正弦波输出；第一发光模块和第二发光模块的交替发光方式包括第一发光模块和第二发光模块在任意两个相邻的时间点上分别发光；或者，第一发光模块和第二发光模块两者之一在连续第一数量的时间点上发光后由另一在连续第二数量的时间点上发光，第一数量和第二数量不相等。

时分复用的基本原理是在不同的时间点对不同的发光二极管的输出强度进行控制，同时采集参考信号和吸收信号。对2个发光二极管来说，在一个时间点只有一个发光二极管在发光，这个时间点的参考信号和吸收信号同时被采集，然后计算出吸收值。在时分复用过程中发光二极管的光强输出可以是一个恒定值，也可以是正弦波输出。2个发光二极管交互输出信号然后达到时分复用的效果。如图3所示，我们采用的是正弦波可以看到在一个时间点只有一个发光二极管在发光和被采集。在图3中2个发光二极管依次发光并采集一个点。如图4所示，一个发光二极管依次发光多个点并且点和点的时间间隔是不一样的，这样的时分复用方式也是可行的。时分复用的方法在硬件上是没法分开2个发光二极管的信号，但是可以在软件上实现发光二极管的信号分离。分离后的信号理论上就是一个的正弦波，正弦波可以通过数字过滤器过滤外界噪声和热噪声，通过锁相放大进一步提高信噪比。

可选的，在将待检样品置于样品流通池中之前，还包括：

通过检测控制和分析模块控制第一发光模块和第二发光模块持续发光；

通过参考光束探测模块接收参考光束，通过检测光束探测模块接收检测光束；

若参考光束信号和检测光束信号强度相同，执行将待检样品置于样品流通池中的操作；

若参考光束信号和检测光束信号强度不同，且糖化血红蛋白检测器未配置自适应反馈控制模块，通过检测控制和分析模块在降噪处理过程中，为参考光束信号和检测光束信号两者至少之一设置增益系数以使参考光束信号和检测光束信号强度相同；

若参考光束信号和检测光束信号强度不同，且糖化血红蛋白检测器配置有自适应反馈控制模块，通过自适应反馈控制模块调整参考光束探测模块中的增益以使参考光束信号和检测光束信号强度相同。

值得注意的是，上述糖化血红蛋白检测器的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种糖化血红蛋白检测器，其特征在于，包括：

第一发光模块，用于发出第一波长光束，经分光组件分为第一波长第一分光光束和第一波长第二分光光束；其中，第一波长光束为平行光；

第二发光模块，用于发出第二波长光束，经所述分光组件分为第二波长第一分光光束和第二波长第二分光光束；其中，第二波长光束为平行光；

所述第一波长第一分光光束和所述第二波长第一分光光束同轴传输，形成参考光束；所述第一波长第二分光光束和所述第二波长第二分光光束同轴传输，形成检测光束；

参考光束探测模块，与检测控制和分析模块连接，设置在所述参考光束路径上，用于接收所述参考光束，并将探测到的参考光束信号发送给所述检测控制和分析模块；

样品流通池，设置在所述检测光束路径上，能够使待检样品在所述样品流通池流通；

检测光束探测模块，与所述检测控制和分析模块连接，设置在所述样品流通池之后，用于接收所述检测光束，并将探测到的检测光束信号发送给所述检测控制和分析模块；

所述检测控制和分析模块分别与所述第一发光模块和所述第二发光模块连接，用于控制所述第一发光模块和所述第二发光模块按照预设调制方式发光，根据所述参考光束信号和所述检测光束信号确定糖化血红蛋白分析结果；

其中，所述参考光束探测模块包括：

第一光电传感器，用于接收所述参考光束，输出与所述参考光束信号对应的第一模拟电压信号；

第一信号处理转换电路，与所述第一光电传感器连接，用于对所述第一模拟电压信号进行放大和滤波处理，并将放大和滤波后的所述第一模拟电压信号转换为对应的第一数字电压信号发送至所述检测控制和分析模块；

所述检测光束探测模块包括：

第二光电传感器，用于接收经过所述样品流通池的所述检测光束，输出与所述检测光束信号对应的第二模拟电压信号；

第二信号处理转换电路，与所述第二光电传感器连接，用于对所述第二模拟电压信号进行放大和滤波处理，并将放大和滤波后的所述第二模拟电压信号转换为对应的第二数字电压信号发送至所述检测控制和分析模块。

2.根据权利要求1所述的糖化血红蛋白检测器，其特征在于，所述第一发光模块包括：第一发光二极管、第一准直透镜、第一滤光片和第一发光二极管驱动电路；

所述第一发光二极管驱动电路，分别连接所述检测控制和分析模块和所述第一发光二极管；

所述第一发光二极管发出的第一波长光经所述第一准直透镜和所述第一滤光片入射到所述分光组件。

3.根据权利要求2所述的糖化血红蛋白检测器，其特征在于，所述第二发光模块包括：第二发光二极管、第二准直透镜、第二滤光片和第二发光二极管驱动电路；

所述第二发光二极管驱动电路，分别连接所述检测控制和分析模块和所述第二发光二极管；

所述第二发光二极管发出的第二波长光经所述第二准直透镜和所述第二滤光片入射到所述分光组件。

4.根据权利要求3所述的糖化血红蛋白检测器，其特征在于，所述分光组件为分光镜或二向色镜。

5.根据权利要求1所述的糖化血红蛋白检测器，其特征在于，还包括：

自适应反馈控制模块，连接在所述第一信号处理转换电路和所述检测控制和分析模块之间，用于根据所述检测控制和分析模块提供的所述参考光束信号的强度和所述检测光束信号的强度，调整所述第一信号处理转换电路的增益以使所述参考光束信号的强度和所述检测光束信号的强度相同。

6.一种糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的糖化血红蛋白检测器，包括：

将待检样品置于样品流通池中；

通过检测控制和分析模块按照预设调制方式控制第一发光模块和第二发光模块发光；

通过参考光束探测模块接收参考光束，通过检测光束探测模块接收检测光束；

通过所述检测控制和分析模块基于所述预设调制方式采用锁相放大方式对接收到的参考光束信号和检测光束信号进行降噪处理，并根据降噪处理后的所述参考光束信号和所述检测光束信号确定糖化血红蛋白分析结果。

7.根据权利要求6所述的糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法，其特征在于，所述通过检测控制和分析模块按照预设调制方式控制第一发光模块和第二发光模块发光，包括：

控制所述第一发光模块和所述第二发光模块分别按照预设光强交替发光，以达到第一波长光束和第二波长光束时分复用。

8.根据权利要求7所述的糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法，其特征在于，所述控制所述第一发光模块和所述第二发光模块分别按照预设光强交替发光，包括：

在一系列预设间隔的时间点上控制所述第一发光模块和所述第二发光模块交替发光；

其中，所述第一发光模块和所述第二发光模块发光过程中的光强输出为恒定值输出或正弦波输出；所述第一发光模块和所述第二发光模块的交替发光方式包括所述第一发光模块和所述第二发光模块在任意两个相邻的所述时间点上分别发光；或者，所述第一发光模块和所述第二发光模块两者之一在连续第一数量的所述时间点上发光后由另一在连续第二数量的所述时间点上发光，所述第一数量和所述第二数量不相等。

9.根据权利要求6-8任一项所述的糖化血红蛋白检测器的信号产生和处理方法，其特征在于，在所述将待检样品置于样品流通池中之前，还包括：

通过所述检测控制和分析模块控制所述第一发光模块和所述第二发光模块持续发光；

通过所述参考光束探测模块接收所述参考光束，通过所述检测光束探测模块接收所述检测光束；

若所述参考光束信号和所述检测光束信号强度相同，执行所述将待检样品置于样品流通池中的操作；

若所述参考光束信号和所述检测光束信号强度不同，且所述糖化血红蛋白检测器未配置自适应反馈控制模块，通过所述检测控制和分析模块在降噪处理过程中，为所述参考光束信号和所述检测光束信号两者至少之一设置增益系数以使所述参考光束信号和所述检测光束信号强度相同；

若所述参考光束信号和所述检测光束信号强度不同，且所述糖化血红蛋白检测器配置有所述自适应反馈控制模块，通过所述自适应反馈控制模块调整所述参考光束探测模块中的增益以使所述参考光束信号和所述检测光束信号强度相同。

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