CN208805467U - 一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置。装置包括装置本体，以及主控模块、自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块；其中自动化控制模块包括自动加样模块、自动搅拌模块、自动清洗模块。主控模块分别各自与自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块信号双向连接；本实用新型装置结构简单，便于工业化投产，操作简单。

Description

一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置

技术领域

本实用新型属于临床检验医学领域，涉及一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置。

背景技术

血小板聚集功能是血小板的重要生理特性之一，是其参与止血和血栓形成过程的重要因素，能够很好地反映血小板的活化状态。长期以来血小板聚集活性的检测一直是血小板体外功能评价的金标准。血小板聚集功能的测定对于临床上诊断血栓前状态和血栓性疾病具有重要意义。国内目前尚无广泛使用的经济有效的血小板聚集检测分析系统，尤其缺乏自动化程度高、操作简便的检测分析系统。国外的血小板聚集特性检测系统价格昂贵，而且采用的筛选标准是基于西方人群的标准，与国内人群情况存在一定的差异。比浊法是近几十年来在临床和研究中最常用的方法，是检测血小板聚集的国际金标准，是一种较实用、且易于在临床推广的检测血小板聚集的方法，按照检测方法不同可分透射比浊法和散射比浊法两种。本实用新型血小板聚集分析的自动化流程控制装置采用透射比浊法作为检测原理，在将样品和试剂放在仪器的搅拌台后，仪器完成自动加样、自动搅拌、光电检测、恒温控制、自动清洗等一整套自动化操作。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置。

本实用新型装置包括装置本体，以及主控模块、自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块；其中自动化控制模块包括自动加样模块、自动搅拌模块、自动清洗模块。主控模块分别各自与自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块信号双向连接；

所述的装置本体包括样品区、检测区；样品区包括放置相关诱聚剂试剂杯的试剂台、放置全血血样样品杯的样品台，检测区包括光电检测台、以及设置在检测台上的若干检测单元，每个检测单元包括中心处于同一直线上的光源、反应杯与光电传感器；上述试剂台、样品台和检测区反应杯处于同一直线上；光源采用780nm的近红外激光器；光源与光电传感器分别固定在反应杯两侧，这样保证了接收信号的准确性和稳定性。

所述的光电传感器采用硅光电池；

所述的光电检测台为了保证各安装孔位的贴合度以及避光性能，采用3D打印技术来设计并打印；光电检测台四壁由硅胶加热片包裹，并内含温度传感器，保证了在检测全过程中检测环境的温度为37±0.5℃。

所述的自动加样模块包括X轴方向滑动机构、Y轴方向滑动机构、加样针和加样泵，实现将样本和试剂分别添加和转移到指定区域；所述的X轴方向滑动机构包括与试剂台、样品台和检测区反应杯三者所在直线平行设置的横轴丝杆、水平导轨、第一步进电机，固定件与水平导轨构成滑动副，与横轴丝杆构成螺旋副；横轴丝杆由第一步进电机驱动； Y轴方向滑动机构包括与横轴丝杆垂直设置的纵轴丝杆、纵向导轨、第二步进电机，水平导轨与纵向导轨通过滑块构成滑动副，滑块与纵轴丝杆构成螺旋副；纵轴丝杆由第二步进电机驱动。采用“丝杆+导轨+步进电机”组合实现加样针在X和Y方向上的位移。横轴丝杆的一端通过固定件与加样针连接，加样针的顶端通过皮管与加样泵连接，根据加样泵的流速设计实现样品和试剂的液量控制。

所述的自动搅拌模块包括搅拌电机、连接轴、同步轮带、同步轮；两根连接轴支承在机架上，其中一根连接轴与样品台固定，另一根连接轴由搅拌电机驱动，两个同步轮与两根连接轴分别固定，两个同步轮通过同步轮带连接。搅拌电机正反转通过连接轴、同步轮带、同步轮带动样品台以一定的频率左右交替晃动，完成对混合物的搅拌；样品台左、右摆动的角度不超过45°。

所述的光电检测模块包括光源控制电路、光电信号采集及处理电路，光源控制电路控制光源，光电信号采集及处理电路接收光电传感器信息，然后将光电信号数据传送给主控制器；这里的电路属于本领域成熟技术手段，故不详解。

所述的恒温控制模块包括温度传感器、硅胶加热片，温度传感器将接收信息反馈给主控制器，主控制器控制硅胶加热片；

所述的自动清洗模块包括排废机构、液路清洗机构；排废机构包括排废阀、排废泵，反应杯的下端设有出水口，出水口通过管路与排废阀连通，排废阀通过管路与排废泵连通，排废泵通过管路与废水池连通；液路清洗机构包括加样针清洗阀、反应杯清洗阀、清洗泵，加样针的上端通过管路与加样针清洗阀连通，反应杯的上端通过管路与反应杯清洗阀连通，加样针清洗阀、反应杯清洗阀通过管路与清洗泵连通，清洗泵通过管路接清洗剂；

所述的主控模块采用ARM架构的微处理器，型号可以是STM32F103RBT6；通过串口通信模块接收上位机指令，控制光源控制电路、自动化控制模块、硅胶加热片，接收光电信号采集及处理电路、温度传感器传送的信息；将得到的光电信号通过串口通信模块传送至上位机；

上位机对接收到的光电信号数据做处理分析，通过瑞利散射公式将透射光强换算得到聚集前、后单位体积内血小板数目，以此计算出样本的血小板聚集率，对血小板的聚集功能作出评判。上位机的数据分析处理过程属于现有成熟技术，故不详解。

本实用新型血小板聚集分析的自动化流程控制装置结构简单，便于工业化投产，操作简单,能够完成自动加样、自动搅拌、光电检测、恒温控制、自动清洗等一整套自动化操作.

附图说明

图1为本实用新型的硬件总体框图；

图2为本实用新型的自动化模块布局图；

图3为本实用新型的自动加样模块示意图；

图4为本实用新型的自动搅拌模块示意图；

图5为本实用新型的自动清洗模块示意图；

图中：样品区1、试剂台1-1、样品台1-2、检测区2、光源2-2、反应杯2-3、光电传感器2-4、自动加样模块3、横轴丝杆3-1、水平导轨3-2、第一步进电机3-3、纵轴丝杆3-4、纵向导轨3-5、第二步进电机3-6、固定件3-7、加样针3-8、加样泵3-9、搅拌电机 4-1、连接轴4-2、同步轮带4-3、同步轮4-4。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：

如图1所示，基于透射比浊法的自动化血小板聚集分析仪包含自动化流程控制装置和下位机控制电路两大部分。装置包括装置本体，以及主控模块(主控器型号为STM32F103RBT6)、自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块；其中自动化控制模块包括自动加样模块、自动搅拌模块、自动清洗模块。主控模块分别各自与自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块信号双向连接；在主控器的控制下，其余各模块依次完成温度控制、自动加样、自动搅拌、光电检测、数据处理及传送、自动清洗等功能。

如图2所示，所述的装置本体包括样品区1、检测区2；样品区包括放置相关诱聚剂试剂杯的试剂台1-1、放置全血血样样品杯的样品台1-2，检测区包括光电检测台、以及设置在检测台上的若干检测单元，每个检测单元包括中心处于同一直线上的光光源2-2、反应杯2-3、光电传感器2-4；上述试剂台、样品台和检测区反应杯处于同一直线上；光源采用780nm的近红外激光器；光源与光电传感器分别固定在反应杯两侧，这样保证了接收信号的准确性和稳定性。

所述的光电传感器采用硅光电池；

所述的光电检测台为了保证各安装孔位的贴合度以及避光性能，采用3D打印技术来设计并打印；光电检测台四壁由硅胶加热片包裹，并内含温度传感器，保证了在检测全过程中检测环境的温度为37±0.5℃。

采用“直线型”布局，即试剂台、样品台和四通道测试杯处于同一直线上。基于该种布局模式，加样针在工作期间只需沿着直线方向和竖直方向即可完成样本和试剂的添加和转移，而不需像诸如机械臂或者勾杯运送等作旋转、分区等多角度多方向的运行，简化了控制流程。

如图3所示，水平方向和竖直方向的两组“丝杆+导轨+步进电机”组合实现加样针在X和Y方向上的位移，将加样针移动到特定的位置上，完成样品和试剂的转移。“加样针+加样泵”组合根据加样泵的流速设计实现样品和试剂的液量控制。同时根据电机的转速和时间控制，可精确计算加样针运行的距离，防止运行和定位偏差。

自动加样模块3包括X轴方向滑动机构、Y轴方向滑动机构、加样针和加样泵，实现将样本和试剂分别添加和转移到指定区域；所述的X轴方向滑动机构包括与试剂台、样品台和检测区反应杯三者所在直线平行设置的横轴丝杆3-1、水平导轨3-2、第一步进电机3-3，固定件3-7与水平导轨3-2构成滑动副，与横轴丝杆3-1构成螺旋副；横轴丝杆3-1由第一步进电机3-3驱动；Y轴方向滑动机构包括与横轴丝杆垂直设置的纵轴丝杆3-4、纵向导轨3-5、第二步进电机3-6，水平导轨3-2与纵向导轨3-5通过滑块构成滑动副，滑块与纵轴丝杆3-4构成螺旋副；纵轴丝杆3-4由第二步进电机3-6 驱动。第一步进电机3-3、第二步进电机3-6、加样泵由主控模块控制，并反馈给主控模块数据信息。

如图4所示，将试剂添加到样品杯中，然后搅拌电机正、反交替转动，通过底部的连接轴、齿轮以及齿形带带动样品台在其所在平面内作一定频率的左、右交替摇晃，对样品和试剂的混合物进行摇匀。一般保证样品台左、右运行的角度不超过45°。这种搅拌模式的优势在于：一方面不存在搅拌介质与反应液的接触，避免了对反应物的污染；另一方面与各通道分别搅拌相比，集中搅拌排除了由于通道差异性带来的搅拌不均。

自动搅拌模块包括搅拌电机4-1、连接轴4-2、同步轮带4-3、同步轮4-4；两根连接轴4-2支承在机架上，其中一根连接轴4-2与样品台固定，另一根由电机驱动，两个同步轮4-4与两根连接轴4-2分别固定，两个同步轮4-4通过同步轮带4-3连接。搅拌电机4-1 正反转通过连接轴4-2、同步轮带4-3、同步轮4-4带动样品台以一定的频率左右交替晃动，完成对混合物的搅拌；搅拌电机4-1由主控模块控制，并反馈给主控模块数据信息。

如图5所示，检测完成以后首先通过排废阀、泵将四个通道中的反应废液排入废液池，加样针中残留的液体可以排入任一反应杯中再通过该反应杯底部管路将废液排出至废液池。排废之后对整个液路包括反应杯、加样针、橡胶管路、泵和阀进行清洗，清洗剂通过清洗泵和清洗阀注入管道，再以喷淋的方式从反应杯上部开口处喷入其中，对反应杯进行清洗。需说明的是，一方面在清洗过程中排废泵和阀必须始终处于打开状态；另一方面排废泵、阀的流速必须大于清洗泵、阀；这样做的原因是保证清洗液和废液不会因充满反应杯而溢出。排废阀、排废泵、加样针清洗阀、反应杯清洗阀、清洗泵由主控模块控制，并反馈给主控模块数据信息。

全血样本血小板聚集率依据透射比浊法进行测定：

(1)采集患者血液样品于样品杯中；

(2)将相关诱聚剂(如ADP、AA)从试剂杯添加至样品中；

(3)对混合物进行搅拌、温控；

(4)将上述搅拌均匀的混合物分别添加至四个通道的反应杯中；

(5)开启本实用新型装置；

(6)上位机获取光电信号数据,然后处理分析将透射光强换算得到聚集前、后单位体积内血小板数目，以此计算出四个通道样品的血小板聚集率及聚集曲线；

(7)检测完成，排废液、清洗加样针、清洗反应杯及管路。

本实用新型是基于透射比浊法的自动化血小板聚集分析仪，并采用血液模拟物Fe(OH)₃为被测对象对该仪器进行了性能测试，获得了较好了结果。具体操作是：对相同物质的量浓度和体积的全血样样本基于相同环境和相同通道的情况下进行10次测试，并对测试结果进行分析，再次验证光电检测系统的信号稳定性和可重复性以及各个通道之间的一致性。记录聚集曲线、测试数据并得出每组实验的聚集率q及其算术平均值和标准差：

表1通道1～通道4各10次实验数据

表2通道1～通道4各10次实验数据处理结果

上述实施例并非是对于本实用新型的限制，本实用新型并非仅限于上述实施例，只要符合本实用新型要求，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置，其特征在于包括装置本体，以及主控模块、自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块；其中自动化控制模块包括自动加样模块、自动搅拌模块、自动清洗模块；主控模块分别各自与自动化控制模块、光电检测模块、恒温控制模块、串口通信模块信号双向连接；

所述的装置本体包括样品区、检测区；样品区包括放置相关诱聚剂试剂杯的试剂台、放置全血血样样品杯的样品台，检测区包括光电检测台、以及设置在检测台上的若干检测单元，每个检测单元包括中心处于同一直线上的光源、反应杯与光电传感器；上述试剂台、样品台和检测区反应杯处于同一直线上；光源与光电传感器分别固定在反应杯两侧；

所述的光电检测台四壁由硅胶加热片包裹，并内含温度传感器；

所述的自动加样模块包括X轴方向滑动机构、Y轴方向滑动机构、加样针和加样泵；所述的X轴方向滑动机构包括横轴丝杆、水平导轨、第一步进电机，固定件与水平导轨构成滑动副，与横轴丝杆构成螺旋副；横轴丝杆由第一步进电机驱动；Y轴方向滑动机构包括与横轴丝杆垂直设置的纵轴丝杆、纵向导轨、第二步进电机，水平导轨与纵向导轨通过滑块构成滑动副，滑块与纵轴丝杆构成螺旋副；纵轴丝杆由第二步进电机驱动；横轴丝杆通过固定件与加样针连接，加样针的顶端通过皮管与加样泵连接；

所述的自动搅拌模块包括搅拌电机、连接轴、同步轮带、同步轮；两根连接轴支承在机架上，其中一根连接轴与样品台固定，另一根连接轴由搅拌电机驱动，两个同步轮分别与两根连接轴固定，两个同步轮通过同步轮带连接；

所述的光电检测模块包括光源控制电路、光电信号采集及处理电路，光源控制电路控制光源，光电信号采集及处理电路接收光电传感器信息，然后将光电信号数据传送给主控模块；

所述的恒温控制模块包括温度传感器、硅胶加热片，温度传感器将接收信息反馈给主控制器，主控制器控制硅胶加热片；

所述的自动清洗模块包括排废机构、液路清洗机构；排废机构包括排废阀、排废泵，反应杯的下端设有出水口，出水口通过管路与排废阀连通，排废阀通过管路与排废泵连通，排废泵通过管路与废水池连通；液路清洗机构包括加样针清洗阀、反应杯清洗阀、清洗泵，加样针的上端通过管路与加样针清洗阀连通，反应杯的上端通过管路与反应杯清洗阀连通，加样针清洗阀、反应杯清洗阀通过管路与清洗泵连通，清洗泵通过管路接清洗剂；

所述的主控模块采用ARM架构的微处理器，通过串口通信模块接收上位机指令，控制光源控制电路、自动化控制模块、硅胶加热片，接收光电信号采集及处理电路、温度传感器传送的信息；将得到的光电信号通过串口通信模块传送至上位机。

2.如权利要求1所述的一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置，其特征在于光源采用780nm的近红外激光器。

3.如权利要求1所述的一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置，其特征在于所述的光电传感器采用硅光电池。

4.如权利要求1所述的一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置，其特征在于搅拌电机实现正反转；样品台左、右摆动的角度≤45°。

5.如权利要求1所述的一种血小板聚集分析的自动化流程控制装置，其特征在于所述的主控模块的微处理器型号为STM32F103RBT6。