CN213580672U - 一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,包括AGEs检测模块、恒流源控制装置、数据处理及控制模块、显示模块和存储模块,所述数据处理及控制模块的输出端分别与恒流源控制装置、显示模块和存储模块连接,数据处理及控制模块的输入端与AGEs检测模块的输出端连接,所述AGEs检测模块的输人端与恒流源控制装置连接。本实用新型可快速实现AGEs的定量检测;该装置操作简单,检测时间短,稳定性良好,对早期预知糖尿病发生和发展情况具有重要的积极作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域,具体涉及一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置。
背景技术
晚期糖基化终末产物(AGEs)是指在非酶促条件下产生的一系列高度活性终末产物的总称,还原糖的醛基与大分子化合物的氨基经过一系列不可逆的缩合、重排、裂解、氧化修饰等反应而形成的不易降解的共价加成物。研究表明,正常情况下人体内的AGEs随着年龄的增长而缓慢增加,而当人体血糖持续的处在较高水平时,会导致体内的AGEs大量生成。体内的AGEs过度蓄积将引起各种组织的病理变化,比如糖尿病慢性病发症、动脉粥样硬化、视网膜病变、阿尔茨海默病和糖尿病肾病等。
根据人体AGEs水平,医生和病人可采取相应手段提前预防因慢性糖尿病引起的各种并发症。快速有效的AGEs定量检测方法,对早期预知糖尿病发生和发展情况具有重要的积极作用,可以大大提高患者的存活率和生活质量。随着医疗卫生知识的普及,人们的医疗观念也逐渐转向对疾病的早期预防,因此,对AGEs检测方法进行研究具有重要的临床意义和应用前景。
目前定量检测AGEs的常用方法有分子荧光法、色谱分析法、酶联免疫法、放射免疫法、放射受体法等。以上方法都可以对AGEs进行定量检测,但都存在检测程序繁琐,检测成本高,检测时间长等缺点,至今尚缺乏有效方便快捷的检测方法。
现有的检测装置如公开号为CN107334477A的发明专利申请公开了一种双光谱无创血糖检测装置,其由照射光源、光学积分球、测量孔、带通滤光片、光电传感器、信号处理电路等部分组成。该装置将光源发出的光束引入积分球内,并将人体指尖部位固定在积分球内部指定位置并接受光束的反复照射,然后通过固定在积分球外壁上的两组不同波长的带通滤光片及光电传感器收集反映人体光谱信息的电信号;这些电信号再经过信号处理电路的分析与计算,最终得到血糖浓度信息。上述方案的光学积分球的光路复杂、光照强度均匀性不易控制,影响获取的光谱强度,从而影响检测精度。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以快速、准确测量AEGs 定量值的基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置。
为解决上述技术问题,本实用新型公开了一种基于光电传感器的角膜 AGEs荧光定量检测装置,包括AGEs检测模块、恒流源控制装置、数据处理及控制模块、显示模块和存储模块,所述数据处理及控制模块的输出端分别与恒流源控制装置、显示模块和存储模块连接,数据处理及控制模块的输入端与AGEs检测模块的输出端连接,所述AGEs检测模块的输人端与恒流源控制装置连接;
所述AGEs检测模块包括激发光源单元、光学传输及耦合单元、光电转换及信号调理单元,所述激发光源单元的输入端与恒流源控制装置连接,激发光源单元的输出端与光学传输及耦合单元连接,所述光学传输及耦合单元的输出光照射在角膜组织上,角膜组织受激发射的荧光射入光电转换及信号调理单元,光电转换及信号调理单元的输出端则与数据处理及控制模块连接。
上述方案优选的,所述光电转换及信号调理单元包括依次连接的滤光片、光电传感器和信号调理电路,角膜组织受激发射的荧光射入滤光片中,信号调理电路的输出端与数据处理及控制模块连接。
上述方案优选的,所述光学传输及耦合单元为Y型光纤,3个端头分别为激发光源入光端B1、光纤集成端A和角膜AGEs荧光收集端B2,所述激发光源入光端B1与激发光源单元连接,所述光纤集成端A与眼部相接触,所述角膜AGEs 荧光收集端B2与光电转换及信号调理单元连接。
上述方案优选的,所述滤光片和光电传感器装配于一荧光收集暗室内,所述角膜AGEs荧光收集端B2连接于荧光收集暗室的入口。
上述方案优选的,所述荧光收集暗室为两端贯通的圆柱体,圆柱体内设有圆形凹槽与方形凹槽,所述滤光片安装于圆形凹槽内,所述光电传感器安装于方形凹槽内。
上述方案优选的,所述光纤集成端A连接一两端贯通的遮光暗室,所述遮光暗室与眼部相接触。
上述方案优选的,所述遮光暗室的侧面开设有一可开闭的侧开口。
上述方案优选的,所述激发光源单元包括从上至下依次排列的LED灯珠、铝基板和散热片,LED灯珠与铝基板之间、铝基板与散热片之间设有导热硅脂。
上述方案优选的,所述LED灯珠为SemiLEDs紫外芯片,其峰值波长为 370nm、带宽为20nm、功率为3W。
上述方案优选的,所述恒流源控制装置的芯片为AMC7150恒流LED驱动芯片。
与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:
本实用新型利用主控芯片通过输出不同脉宽的PWM来控制恒流源控制装置输出电流的大小,从而控制激光激发光源单元发射出的光通过光学传输及耦合单元耦合进入到Y型12+1光纤中进行传输,然后通过光纤探头对角膜组织进行照射,角膜组织在受到激发光照射后就会发出特定波长范围的荧光,激发光经过滤光片后通过光电传感器将荧光信号转换成频率脉冲信号,随后经过信号调理电路将脉冲信号波形进行整形,最终返回到数据处理及控制模块的主控芯片进行数据的分析处理,整个定量检测过程速度快、检测数据准确;并且本装置操作简单,稳定性良好,对早期预知糖尿病发生和发展情况具有重要的积极作用。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图;
图2为荧光收集暗室的结构示意图;
图3为遮光暗室的结构示意图;
图4为荧光滤光片光学指标实测图;
图5为光电传感器的驱动电路。
附图标记:1、圆形凹槽;2、方形凹槽;3、侧开口。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的和优点更清楚明了,下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示,本实用新型公开了一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,包括AGEs检测模块、恒流源控制装置、数据处理及控制模块、显示模块和存储模块。所述数据处理及控制模块的输出端分别与恒流源控制装置、显示模块和存储模块连接,数据处理及控制模块的输入端与AGEs检测模块的输出端连接,所述AGEs检测模块的输人端与恒流源控制装置连接。
数据处理及控制模块选用STM32F407作为主控芯片,负责包括PWM控制,数据采集、存储及显示的控制,以及将采集到的数据进行运算处理。主控芯片通过输出不同脉宽的PWM来控制恒流源控制装置输出电流的大小,从而控制激光激发光源单元发射出的光通过光学传输及耦合单元耦合进入到Y型12+1 光纤中进行传输,然后通过光纤探头对角膜组织进行照射,角膜组织在受到激发光照射后就会发出特定波长范围的荧光。
所述AGEs检测模块包括激发光源单元、光学传输及耦合单元、光电转换及信号调理单元,所述激发光源单元的输入端与恒流源控制装置连接,激发光源单元的输出端与光学传输及耦合单元连接,所述光学传输及耦合单元的输出光照射在角膜组织上,角膜组织受激发射的荧光射入光电转换及信号调理单元,光电转换及信号调理单元的输出端则与数据处理及控制模块连接。
所述恒流源控制装置、激发光源单元、光学传输及耦合单元顺序连接,完成激发光源的产生及传输另外,光学传输及耦合单元还实现激发光的采集。光电转换及信号调理单元实现滤波及信号转换功能,数据处理及控制模块的输出端连接着显示模块和存储模块,分别实现AGEs信号的存储及显示功能。
作为一种优选实施方式,所述光电转换及信号调理单元包括依次连接的滤光片、光电传感器和信号调理电路。其中所述滤光片为窄带荧光滤光片,所述窄带荧光滤光片选择截止深度为OD5和OD6的滤光片;信号调理电路的芯片为SN74HC04逻辑反相器芯片。角膜组织受激发射的荧光射入滤光片中,信号调理电路的输出端与数据处理及控制模块连接。光电传感器驱动电路选择 TSL230BRD智能光电传感器搭建荧光信号检测电路,输出正比于荧光强度的频率脉冲信号,随后通过逻辑反相器芯片SN74HC04对频率脉冲信号波形进行整形,使脉冲波形更加规整,数据处理及控制模块捕获该脉冲信号时更加准确。光电传感器驱动电路图如图5。
所述光学传输及耦合单元为Y型光纤,3个端头分别为激发光源入光端B1、光纤集成端A和角膜AGEs荧光收集端B2。所述激发光源入光端B1与激发光源单元连接,所述光纤集成端A与眼部相接触,所述角膜AGEs荧光收集端B2与光电转换及信号调理单元连接。所述Y型光纤的光纤探头被设计成“12+1”结构,由中间的一根直径为600μm的荧光收集光纤与微型光纤光谱仪连接,主要作用是将收集到的荧光传输至滤光片以滤除干扰光,周围均匀排布的12根直径为200μm的激发光纤与激发光源单元连接,主要作用是耦合激发光并传输。
所述滤光片和光电传感器装配于一荧光收集暗室内,滤光片近荧光收集暗室的入口,光电传感器近荧光收集暗室的出口,所述角膜AGEs荧光收集端 B2连接于荧光收集暗室的入口,这样可以避免荧光消耗及外界光的干扰。
如图2所示,所述荧光收集暗室为两端贯通的圆柱体结构,荧光收集暗室内设有圆形凹槽1与方形凹槽2,其中,圆形凹槽1放置大小为6.5mm*1.7mm的圆形滤光片,方形凹槽2放置焊在转接板的光电传感器,荧光收集暗室的入口有一螺纹头用于与Y型光纤的角膜AGEs荧光收集端B2连接。
所述光纤集成端A连接一两端贯通的遮光暗室,所述遮光暗室与眼部相接触。如图3所示,所述遮光暗室为圆柱体结构,遮光暗室的侧面开设有可开闭的侧开口3,通过侧开口3可在检测的过程对光纤端口与角膜距离进行调节,另外遮光暗室与眼部接触的地方进行了圆角处理。
所述激发光源单元包括从上至下依次排列的LED灯珠、铝基板和散热片。 LED灯珠与铝基板之间、铝基板与散热片之间设有导热硅脂,这样可以扩大散热面积。所述LED灯珠为SemiLEDs紫外芯片,其峰值波长为370nm、带宽为20nm、功率为3W,用于激发AGEs的荧光特性,发出特定波长范围内的荧光。
激发光源单元发射出的光通过光学传输及耦合单元耦合进入到Y型12+1 光纤中之后,会通过光纤探头内周围12根200um的光纤照射在角膜组织上,角膜组织受激会发射出波长范围在400~600nm的荧光,并被光纤探头中间较大的 600um的光纤收集。
所述恒流源控制装置的芯片为AMC7150恒流LED驱动芯片,AMC7150控制电流输出,当AMC7150收到不同脉冲宽度的PWM波时,会在输出端口输出不同的电流来控制激发光源单元的LED亮度。
受激后发出的特定波长范围的荧光伴有很多反射光和半频光的干扰,必须将反射光和半频光衰减到百数量级以下,才能有效检测荧光信号。本实用新型选择截止深度为OD5,波长选择范围为500~550nm的荧光滤光片滤除角膜 AGEs荧光光谱中的干扰光信号,荧光滤光片光学指标实测图如图4。激发光经过滤光片后通过光电传感器驱动电路将荧光信号转换成频率脉冲信号,随后经过信号调理电路将脉冲信号波形进行整形,最终返回到数据处理及控制模块的主控芯片进行数据的分析处理并传输至存储模块储存。存储模块选择USB 大容量存储设备作为数据的存储媒介,数据以CSV表格文件格式保存于USB存储中,CSV格式文件可以直接在PC上用Excel打开查看。经过处理后的数据可通过LCD液晶显示模块显示出来。
上述实施例,仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例,本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:
包括AGEs检测模块、恒流源控制装置、数据处理及控制模块、显示模块和存储模块,所述数据处理及控制模块的输出端分别与恒流源控制装置、显示模块和存储模块连接,数据处理及控制模块的输入端与AGEs检测模块的输出端连接,所述AGEs检测模块的输人端与恒流源控制装置连接;
所述AGEs检测模块包括激发光源单元、光学传输及耦合单元、光电转换及信号调理单元,所述激发光源单元的输入端与恒流源控制装置连接,激发光源单元的输出端与光学传输及耦合单元连接,所述光学传输及耦合单元的输出光照射在角膜组织上,角膜组织受激发射的荧光射入光电转换及信号调理单元,光电转换及信号调理单元的输出端则与数据处理及控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述光电转换及信号调理单元包括依次连接的滤光片、光电传感器和信号调理电路,角膜组织受激发射的荧光射入滤光片中,信号调理电路的输出端与数据处理及控制模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述光学传输及耦合单元为Y型光纤,3个端头分别为激发光源入光端B1、光纤集成端A和角膜AGEs荧光收集端B2,所述激发光源入光端B1与激发光源单元连接,所述光纤集成端A与眼部相接触,所述角膜AGEs荧光收集端B2与光电转换及信号调理单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述滤光片和光电传感器装配于一荧光收集暗室内,所述角膜AGEs荧光收集端B2连接于荧光收集暗室的入口。
5.根据权利要求4所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述荧光收集暗室为两端贯通的圆柱体,圆柱体内设有圆形凹槽(1)与方形凹槽(2),所述滤光片安装于圆形凹槽(1)内,所述光电传感器安装于方形凹槽(2)内。
6.根据权利要求3所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述光纤集成端A连接一两端贯通的遮光暗室,所述遮光暗室与眼部相接触。
7.根据权利要求6所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述遮光暗室的侧面开设有一可开闭的侧开口(3)。
8.根据权利要求1所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述激发光源单元包括从上至下依次排列的LED灯珠、铝基板和散热片,LED灯珠与铝基板之间、铝基板与散热片之间设有导热硅脂。
9.根据权利要求8所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述LED灯珠为SemiLEDs紫外芯片,其峰值波长为370nm、带宽为20nm、功率为3W。
10.根据权利要求1所述的一种基于光电传感器的角膜AGEs荧光定量检测装置,其特征在于:所述恒流源控制装置的芯片为AMC7150恒流LED驱动芯片。
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