RU84984U1

RU84984U1 - DEVICE FOR RESEARCH OF PROPERTIES OF BIOLOGICAL LIQUIDS

Info

Publication number: RU84984U1
Application number: RU2009109433/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Устюжанин; Андрей Сергеевич Радченко
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2009-07-20

Abstract

Устройство для исследования свойств биологических жидкостей, включающее камеру первичного преобразователя с соосно расположенными источником и приемником оптического излучения и видеокамерой, отличающееся тем, что камера первичного преобразователя снабжена поворотным столом для закрепления и перемещения образцов, а приемник оптического излучения и видеокамера через аналого-цифровой преобразователь связаны с персональным компьютером.A device for studying the properties of biological fluids, including a primary transducer chamber with a coaxially located source and a receiver of optical radiation and a video camera, characterized in that the primary transducer chamber is equipped with a rotary table for fixing and moving samples, and the optical radiation receiver and a video camera are connected via an analog-to-digital converter with a personal computer.

Description

Устройство относится к медицинской технике, а именно к лабораторному оборудованию и может быть использовано для автоматизированного непрерывного исследования изменений во времени физических и химических процессов в жидких биологических средах.The device relates to medical equipment, namely to laboratory equipment and can be used for automated continuous study of changes in time of physical and chemical processes in liquid biological media.

Известны устройства для непрерывного фотометрирования по всей длине столба пробы с помощью камеры или ПЗС-линейки, установленной напротив капилляров с исследуемыми образцами и дальнейшей обработкой полученного видеоизображения (см. пат. США №4848900, пат. США №5003488).Known devices for continuous photometric measurements along the entire length of the sample column using a camera or a CCD array mounted opposite the capillaries with the samples to be studied and further processing the resulting video image (see US Pat. No. 4,848,900, US Pat. No. 5,003,488).

Недостатком указанных устройств является длительное время проведения исследования, погрешности измерения при исследовании сред с высокой оптической плотностью в результате сильного преломления излучения на границах раздела исследуемой среды и сосуда, наличия нечеткой границы раздела участков пробы исследуемой жидкости с различной плотностью.The disadvantage of these devices is the long time of the study, measurement errors in the study of media with high optical density as a result of strong refraction of radiation at the interfaces between the test medium and the vessel, the presence of a fuzzy interface between sections of the sample of the studied fluid with different densities.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для оценки физических свойств биологических жидкостей в виде капельной пробы (см. пат. РФ на пол. мод. №47526), состоящее из камеры первичного преобразователя, в которой размещена прозрачная пластина с лежащей каплей исследуемой пробы между источником и приемником оптического излучения, подключенным к регистрирующему устройству, а в боковой стенке камеры преобразователя расположен объектив видеокамеры, сфокусированной на капле и подключенной к компьютеру. При этом физические свойства пробы оценивают по изменению фототока на приемнике оптического излучения.The closest in technical essence to the proposed solution is a device for assessing the physical properties of biological fluids in the form of a droplet sample (see Pat. RF for the floor mod. No. 47526), consisting of a chamber of the primary transducer in which a transparent plate with a lying drop of the test samples between the source and the receiver of optical radiation connected to the recording device, and in the side wall of the converter chamber there is a video camera lens focused on a drop and connected to a computer RU. In this case, the physical properties of the sample are evaluated by the change in the photocurrent at the optical radiation receiver.

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений, обусловленная определением свойств пробы только по изменению фототока, а боковая проекция капли используется только для визуализации процесса.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurements, due to the determination of the properties of the sample only by changing the photocurrent, and the lateral projection of the drop is used only to visualize the process.

Кроме того, за один цикл возможно проведение только одного исследования, что снижает производительность работы в лабораториях с высокой нагрузкой. Отсутствует возможность регистрации и анализа изменения во времени положения границы раздела участков пробы жидкости.In addition, in one cycle, only one study is possible, which reduces the productivity of laboratories with a high load. There is no possibility of recording and analyzing the change in time of the boundary position of the sections of the fluid sample.

Техническим результатом полезной модели является повышение производительности и точности измерений за счет увеличения числа исследуемых проб за один цикл и совместной обработки результатов измерения фототока и положения границы раздела участков жидкости по видеоизображению, а также регистрации и анализа изменения во времени физических параметров капельных проб.The technical result of the utility model is to increase the productivity and accuracy of measurements by increasing the number of samples under study in one cycle and by jointly processing the results of measuring the photocurrent and the position of the interface between liquid sections in the video image, as well as recording and analyzing the time variation of the physical parameters of drop samples.

Технический результат достигается тем, что устройство для исследования свойств биологических жидкостей, включающее камеру первичного преобразователя с соосно расположенными источником и приемником оптического излучения и видеокамерой, отличается тем, что камера первичного преобра разцов, а приемник оптического излучения и видеокамера через аналого-цифровой преобразователь связаны с персональным компьютером.The technical result is achieved in that a device for studying the properties of biological fluids, including a primary transducer chamber with a coaxially located source and a receiver of optical radiation and a video camera, is characterized in that the primary transducer camera and the optical radiation receiver and video camera are connected via an analog-to-digital converter personal computer.

Предлагаемое устройство, как и прототип, имеет горизонтальную поверхность для размещения на ней лежащей капли исследуемой пробы в виде пластины из прозрачного материала, и вертикально соосно расположенные источник и приемник оптического излучения (измерительный оптический канал). В боковую стенку камеры первичного преобразователя встроен объектив видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру.The proposed device, like the prototype, has a horizontal surface for placing on it a lying drop of the test sample in the form of a plate of transparent material, and a vertically aligned axis of the source and receiver of optical radiation (measuring optical channel). A camera lens connected to a personal computer is built into the side wall of the primary converter camera.

В отличие от прототипа, предлагаемое устройство содержит несколько горизонтальных поверхностей для размещения капельных проб, расположенных по кругу на поворотном столе в рабочем объеме камеры первичного преобразователя, изолированной от воздействия внешней среды. Одна из горизонтальных поверхностей для размещения капельных проб находится между вертикально соосно расположенными источником и приемником оптического излучения. При вращении поворотного стола двигателем, остальные горизонтальные поверхности с пробами поочередно устанавливаются на позицию измерения. Приемник оптического излучения через усилитель фототока, связанный с источником питания, подключен через аналого-цифровой преобразователь к персональному компьютеру, исполняющему функцию регистрирующего устройства. Использование для получения боковой проекции капли видеокамеры, с передачей информации на компьютер, дает возможность совместной автоматизированной обработки изображения профиля пробы и результатов, полученных с измерительного оптического канала, что повышает точность и объективность измерений.Unlike the prototype, the proposed device contains several horizontal surfaces for placing drip samples located in a circle on a rotary table in the working volume of the chamber of the primary transducer isolated from the external environment. One of the horizontal surfaces for placing the droplet samples is located between the vertically coaxially located source and the receiver of optical radiation. When the rotary table is rotated by the engine, the remaining horizontal surfaces with samples are alternately set to the measurement position. An optical radiation receiver through a photocurrent amplifier connected to a power source is connected via an analog-to-digital converter to a personal computer that acts as a recording device. The use of a video camera drop to obtain a side projection, with the transfer of information to a computer, makes it possible to jointly process the image of the sample profile and the results obtained from the measuring optical channel, which increases the accuracy and objectivity of measurements.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - конструкция камеры первичного преобразователя.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device; figure 2 - camera design of the primary Converter.

Устройство (фиг.1) состоит из камеры первичного преобразователя 1 (ПП), включающей соосно расположенные источник 2 (ИИ) и приемник оптического излучения 3 (ПИ), между которыми поочередно размещаются кюветы с исследуемой капельной пробой жидкости 4 (ПР), приводимые в движение двигателем поворотного стола 5 (ДВ). В состав камеры также входят термодатчик 6 (ТД), нагревательный элемент 7 (НЭ) и видеокамера 8 (ВК), сфокусированная на капельной пробе 4, электрически связанная с платой ввода видеоизображения персонального компьютера 9 (ПК).The device (Fig. 1) consists of a chamber of the primary transducer 1 (PP), including a coaxially located source 2 (AI) and an optical radiation receiver 3 (PI), between which cuvettes with the studied liquid droplet 4 (PR) are placed alternately, driven in movement of the rotary table motor 5 (LW). The camera also includes a temperature sensor 6 (TD), a heating element 7 (NE) and a video camera 8 (VK) focused on a drip sample 4, electrically connected to the video input card of a personal computer 9 (PC).

Кроме того, устройство включает: источник стабильного тока 10 (ИСТ), подключенный к источнику оптического излучения 2; блок терморегуляции 11 (ТР), электрически связанный с термодатчиком 6 и нагревательным элементом 7; усилитель фототока 12 (УС), электрически связанный с приемником оптического излучения 3 и аналого-цифровым преобразователем 13 (АЦП), подключенным к микроконтроллеру 14 (МК), который, в свою очередь, связан с портом ввода-вывода персонального компьютера 9 и с цифровым аналого-цифровым преобразователем 15 (ЦАП), выход которого подключен к реле 17 (Р). Источник питания 16 (ИП) подключен к блоку терморегуляции 11, двигателю поворотного стола 5, усилителю фототока 12 и через реле 17 (Р) к источнику стабильного тока 10.In addition, the device includes: a stable current source 10 (IST) connected to an optical radiation source 2; a thermoregulation unit 11 (TP), electrically connected to a temperature sensor 6 and a heating element 7; a photocurrent amplifier 12 (US), electrically connected to an optical radiation receiver 3 and an analog-to-digital converter 13 (ADC) connected to a microcontroller 14 (MK), which, in turn, is connected to the input-output port of a personal computer 9 and to a digital analog-to-digital Converter 15 (DAC), the output of which is connected to the relay 17 (P). The power source 16 (IP) is connected to the thermoregulation unit 11, the rotary table motor 5, the photocurrent amplifier 12, and through the relay 17 (P) to the stable current source 10.

В камере первичного преобразователя (фиг.2) расположен поворотный стол 18, имеющий форму диска с отверстиями для установки кювет 19 с капельными пробами жидкости. При повороте стола на определенный градус, кювета с капельной пробой устанавливается по общей оси источника (светодиода) 27 и приемника (фотодиода) 28 излучения. Шаговое движение поворотного стола 18 и требуемая точность положения капли обеспечивается мальтийским механизмом 21. На общей оси 20 поворотного стола и мальтийского креста установлен фиксатор 23. Ведущее звено мальтийского механизма (кривошип) 22 приводится в движение двигателем поворотного стола. На ролике фиксатора размещен контакт, обеспечивающий включение на заданное время подсветки (светодиода) 27. В это время видеокамера 26 записывает изображение боковой проекции капли для проведения анализа с помощью прилагающегося программного обеспечения к компьютеру. В нижней части камеры расположен нагревательный элемент 25 для поддержания постоянной температуры внутри камеры на уровне 37°С при помощи термодатчика 30. Увлажнение среды в камере обеспечивается за счет испарения воды в полости 24. Герметичность камеры обеспечивается крышкой 29.In the chamber of the primary transducer (figure 2) is a rotary table 18, having the form of a disk with holes for installing a cuvette 19 with drip samples of liquid. When the table is rotated by a certain degree, a cuvette with a drip sample is installed along the common axis of the radiation source (LED) 27 and radiation receiver (photodiode) 28. The stepwise movement of the rotary table 18 and the required accuracy of the drop position is provided by the Maltese mechanism 21. A latch 23 is installed on the common axis 20 of the rotary table and the Maltese cross. The leading link of the Maltese mechanism (crank) 22 is driven by the rotary table engine. A contact is placed on the clip roller, which ensures that the backlight (LED) 27 is turned on for a predetermined time. At this time, the video camera 26 records an image of the side projection of the drop for analysis using the supplied software to the computer. In the lower part of the chamber there is a heating element 25 to maintain a constant temperature inside the chamber at 37 ° C using a temperature sensor 30. Humidification of the medium in the chamber is ensured by evaporation of water in the cavity 24. The tightness of the chamber is provided by the lid 29.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После включения установки в сеть, нагревательный элемент 25 производит нагрев камеры исследования до 37°С. После достижения требуемой температуры, гаснет светодиод, включенный в цепь параллельно нагревателю и сигнализирующий о достижении заданного температурного режима в камере первичного преобразователя с помощью элементов устройства 6, 7, 11. Далее, при снятой крышке 29 в кюветы помещают капельные пробы исследуемых жидкостей. В персональном компьютере 9 со специальным программным обеспечением отмечают номера кювет, в которых размещены пробы (при этом за первую кювету принимают ту, что расположена между источником 27 и приемником 28 оптического излучения, а остальные рассчитывают по порядку против часовой стрелки).After turning on the installation in the network, the heating element 25 heats the research chamber to 37 ° C. After reaching the required temperature, the LED goes out, connected in parallel with the heater and signaling that the specified temperature in the primary converter chamber has been reached using the elements of the device 6, 7, 11. Then, with the cover 29 removed, drop samples of the studied liquids are placed in the cuvettes. In the personal computer 9 with special software, the numbers of the cuvettes in which the samples are placed are noted (in this case, the first cuvette is taken to be the one located between the source 27 and the optical radiation receiver 28, and the rest are counted counterclockwise in order).

После старта исследования производится просвечивание лежащей на рабочей позиции капельной пробы светодиодом 27 и регистрация интенсивности проходящего светового потока в центральной ее части фотодиодом 28. Параллельно этому производится запись боковой проекции пробы видеокамерой 26, которая сохраняется для дальнейшей обработки в памяти персонального компьютера 9.After the start of the study, the droplet sample lying on the working position is illuminated by the LED 27 and the intensity of the transmitted light flux in its central part is recorded by the photodiode 28. A side projection of the sample is recorded by the video camera 26, which is stored for further processing in the memory of the personal computer 9.

После снятия электрического сигнала с приемника 3 и передачи его по цепи 3-12-13-14-9, происходит поворот стола 18 на заданный угол и совмещение следующей кюветы с осью излучателя 2 и приемника 3. Время выдержки кюветы на месте регистрации параметров обеспечивается скоростью работы мальтийского механизма 21.After removing the electrical signal from the receiver 3 and transmitting it along the circuit 3-12-13-14-9, the table 18 is rotated by a predetermined angle and the next cell is aligned with the axis of the emitter 2 and receiver 3. The exposure time of the cell at the place of parameter registration is provided by the speed Maltese machinery 21.

Включение и выключение источника излучения 2 производится от источника стабильного тока 10 при срабатывании реле 17, на которое приходит сигнал с персонального компьютера 9 по цепи 9-14-15-17. При отсутствии в программном обеспечении отметки о наличии пробы в очередной кювете, сигнал на реле 17 не поступает.Turning on and off the radiation source 2 is made from a stable current source 10 when the relay 17 is activated, which receives a signal from a personal computer 9 through a circuit 9-14-15-17. If there is no mark in the software about the presence of a sample in the next cell, the signal to the relay 17 is not received.

После регистрации параметров всех капельных проб заканчивается первый цикл измерений и начинается следующий. Количество циклов устанавливается программно и является необходимым числом повторений проведения исследований для получения полной информации об изучаемом процессе.After recording the parameters of all drip samples, the first measurement cycle ends and the next begins. The number of cycles is set programmatically and is the required number of repetitions of the research to obtain complete information about the process under study.

Результаты исследования, занесенные в персональный компьютер, а именно уровень электрического сигнала с приемника 3 и видеоизображение, в дальнейшем обрабатываются программным обеспечением и оператором исследования.The research results recorded in a personal computer, namely the level of the electric signal from the receiver 3 and the video image, are further processed by the software and the research operator.

Claims

A device for studying the properties of biological fluids, including a primary transducer chamber with a coaxially located source and a receiver of optical radiation and a video camera, characterized in that the primary transducer chamber is equipped with a rotary table for fixing and moving samples, and the optical radiation receiver and a video camera are connected via an analog-to-digital converter with a personal computer.