CN107976439B - 一种检测血液和尿液样品的光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种检测血液和尿液样品光学检测装置，属于光学检测领域，包括比色片、加样器、检测器以及检测终端。可以同时采用多种方法对血液或者尿液样品进行测试，设计有双光路，避免采用单一方法测定的不稳定性，避免现有技术中采用试纸等检测方法检测浓度结果不准确的缺陷；可以选择采用比色法或者荧光法检测血液或者尿液样品；本发明设计便携使患者在家自行测定，再判断是否需要就医。
Description
技术领域
本发明属于光学检测领域，涉及医用血液和尿液光学检测装置，具体涉及一种检测血液和尿液样品光学检测装置。
背景技术
慢性肾衰竭是指各种肾脏病导致肾脏功能渐进性不可逆性减退，直至功能丧失所出现的一系列症状和代谢紊乱所组成的临床综合征，简称慢性肾衰。慢性肾衰的终末期即为人们常说的尿毒症。尿毒症不是一个独立的疾病，而是各种晚期的肾脏病共有的临床综合征，是慢性肾功能衰竭进入终末阶段时出现的一系列临床表现所组成的综合征。
在实际肾衰竭病人的治疗中，最主要的方法是血液透析。在对病人进行透析前需要测定病人的血液肌酐含量，一般认为当血液肌酐含量超过700μmol/L时需要进行透析。病人进行每次进行透析前都要测定血液肌酐含量，非常不便。现有技术中还没有一种可以让病人在家自己测定血液和尿液肌酐含量的检测器。此外，目前肌酐含量的测定方法有苦味酸盐法，水解酶法和氧化酶法，每种测定方法均存在一定的检测误差，例如病人正在使用的药物可能会对某种检测方法造成影响。目前市面上的肌酐含量测定装置只能采用一种方式测定肌酐含量，不能同时用多种方法对肌酐含量进行测定。
发明内容
本发明针对现有技术的以上缺陷，设计了一种可以同时采用多种方法对血液和尿液样品进行测定的装置，具体如下
一种检测血液和尿液样品光学检测装置，其特征在于包括比色片、加样器、检测器以及检测终端；
所述比色片为层状结构，层状结构中可以容纳待测样品；所述加样器和检测器可以将比色片插入，加样器将比色片插入后对比色片加入样品和试剂，检测器将比色片插入后对样品进行检测；其中检测器为多光源、多光路设置，使用时可以选择单光源模式或者多光源模式；其中单光源模式用于荧光检测方法，多光源模式用于消光比色法检测；所述检测终端采集检测图像，计算图像灰度值得到待测样品的浓度。
所述比色片由三层材料构成，分别为透明底层、梳形夹层、透明覆层，所述透明底层和透明覆层为透明熔融石英玻璃材质，梳形夹层材料为PMMA，整体呈梳形；所述梳形夹层一端具有梳形齿，梳形齿之间具有可以在检测时容纳样品的样品腔；样品腔与外界连接的入口处采用封堵容器密封；所述封堵容器采用薄膜材料制成，其内容纳有可以与样品反应的试剂或标准浓度的标准样品；所述样品腔的入口处设置的封堵容器可以为一个或两个；
所述加样器外观为一长方体，顶部设有可以加入待测样品的加样池，侧壁开设有可以将比色片插入的加样器插口，加样器插口内设加样器通道，加样器通道与水平面具有斜向上的角度，加样器通道末端与加样池联通，加样池底部设置为向下锥状孔，所述锥状孔用于在比色片插入加样器插口后刺破所述封堵容器，以使比色片的样品腔与加样池联通的同时使样品和封堵容器中的试剂均流入样品腔；
所述检测器外观为一长方体，其侧壁设有可以将比色片插入的检测器插口，检测器插口内设检测器通道，检测器通道与水平面具有斜向上的角度；
所述检测器上与检测器插口相对的另一侧壁设置有第一光源插口，所述第一光源插口可以插入第一光源，所述第一光源由并排设置的多个发光器构成，多个发光器的波长互不相同；第一光源插口内设置有第一水平光通道，第一水平光通道内设置有多个光波导，光波导数量与发光器数量相同，光波导用于将发光器发出的光水平传播，互不影响；第一水平光通道末端位于检测器通道下方，第一水平光通道末端设置有半透半反镜和竖直光通道，竖直光通道穿过检测器通道，半透半反镜用于将第一发光器发出的光竖直向上反射，第一发光器发出的光穿过样品腔后从检测器上表面的出射口出射；
所述检测器上与第一水平光通道垂直的侧壁上设置有第二光源插口，第二光源插口可以插入第二光源，所述第二光源为单波长光源；第二光源插口内设置第二水平光通道，第二水平光通道与第一水平光通道垂直；第二水平光通道的水平高度低于第一水平光通道，第二水平光通道末端位于竖直光通道正下方且与竖直光通道连通，第二水平光通道末端设置有N个透反镜，所述距离第二光源最远的透反镜的反射率为1，倒数第二个透反镜的反射率为1/2，以此类推，距离第二光源最近的透反镜的反射率为1/N；N个透反镜用于将第二光源发出的光N等分后竖直向上反射，第二发光器发出的光穿过样品腔后从检测器上表面的出射口出射；
所述出射口设置为多个，每一个出射口可以插入单独的滤光片。
所述检测终端设置具有图像采集装置和图像处理装置，图像采集装置采集检测时出射口图像，图像处理装置对出射口图像进行图像分割，分割为标准品图像和待测品图像，将所述标准品图像和待测品图像转换为灰度值，比较标准品图像和待测品图像的灰度值，根据灰度值比值确定待测品的浓度。
所述封堵容器内存放的试剂包含：肌酐浓度为700μmol/L的标准血液样品、肌酐浓度为700μmol/L的标准尿液样品、肌酐浓度为0μmol/L的标准血液样品、肌酐浓度为0μmol/L的标准尿液样品、苦味酸盐、SDS、硼砂、肌氨酸氧化酶、磷酸盐缓冲液、4-氨基安替比林、抗坏血酸氧化酶、亚铁氰化钾、肌酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、叠氮钠、肌酐水合酶、肌酸激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶之一或其混合物。
当检测对象为肌酐时，所述第一光源的多个发光器发出光的波长包含510nm、545nm、340nm。
本发明的有益效果为：
可以同时采用多种方法对血液或者尿液样品进行测试，避免采用单一方法测定的不稳定性；本发明检测对象为液体，避免了现有技术中采用试纸等检测方法检测浓度结果不准确的缺陷；本发明设计有双光路，可以选择采用比色法或者荧光法检测血液或者尿液样品；本发明设计便携可以使患者在家自行测定，再判断是否需要就医。
附图说明
图1 本发明比色片装置示意图；
图2 本发明加样器装置示意图；
图3 本发明检测器装置俯视示意图；
图4 本发明检测器第一水平光通道示意图；
图5 本发明检测器第二水平光通道示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种检测血液和尿液样品光学检测装置，其特征在于包括比色片1、加样器2、检测器3以及检测终端；
所述比色片为层状结构，层状结构中可以容纳待测样品；所述加样器和检测器可以将比色片插入，加样器将比色片插入后对比色片加入样品和试剂，检测器将比色片插入后对样品进行检测；其中检测器为多光源、多光路设置，使用时可以选择单光源模式或者多光源模式；其中单光源模式用于荧光检测方法，多光源模式用于消光比色法检测；所述检测终端采集检测图像，计算图像灰度值得到待测样品的浓度。
所述比色片由三层材料构成，分别为透明底层103、梳形夹层102、透明覆层101，所述透明底层103和透明覆层101为透明熔融石英玻璃材质，梳形夹层102材料为PMMA，梳形夹层整体呈梳形；所述梳形夹层102一端具有梳形齿，梳形齿之间具有可以在检测时容纳样品的样品腔105；样品腔与外界连接的入口处采用封堵容器104密封；所述封堵容器采用薄膜材料制成，其内容纳有可以与样品反应的试剂或标准浓度的标准样品；所述样品腔的入口处设置的封堵容器可以为一个或两个；
所述加样器2外观为一长方体，顶部设有可以加入待测样品的加样池201，侧壁开设有可以将比色片插入的加样器插口202，加样器插口内设加样器通道，加样器通道与水平面具有斜向上的角度，加样器通道末端与加样池联通，加样池底部设置为向下锥状孔，所述锥状孔用于在比色片插入加样器插口后刺破所述封堵容器，以使比色片的样品腔与加样池联通的同时使样品和封堵容器中的试剂均流入样品腔；
所述检测器外观为一长方体，其侧壁设有可以将比色片插入的检测器插口320，检测器插口内设检测器通道，检测器通道与水平面具有斜向上的角度；
所述检测器上与检测器插口相对的另一侧壁设置有第一光源插口，所述第一光源插口可以插入第一光源301，所述第一光源由并排设置的多个发光器构成，多个发光器的波长互不相同；第一光源插口内设置有第一水平光通道302，第一水平光通道内设置有多个光波导303，光波导数量与发光器数量相同，光波导用于将发光器发出的光水平传播，互不影响；第一水平光通道末端位于检测器通道下方，第一水平光通道末端设置有半透半反镜304和竖直光通道，竖直光通道穿过检测器通道，半透半反镜用于将第一发光器发出的光竖直向上反射，第一发光器发出的光穿过样品腔后从检测器上表面的出射口305出射；
所述检测器上与第一水平光通道垂直的侧壁上设置有第二光源插口，第二光源插口可以插入第二光源311，所述第二光源为单波长光源；第二光源插口内设置第二水平光通道312，第二水平光通道与第一水平光通道垂直；第二水平光通道的水平高度低于第一水平光通道，第二水平光通道末端位于竖直光通道正下方且与竖直光通道连通，第二水平光通道末端设置有N个透反镜313，所述距离第二光源最远的透反镜的反射率为1，倒数第二个透反镜的反射率为1/2，以此类推，距离第二光源最近的透反镜的反射率为1/N；N个透反镜用于将第二光源发出的光N等分后竖直向上反射，第二发光器发出的光穿过样品腔后从检测器上表面的出射口出射；
所述出射口305设置为多个，每一个出射口可以插入单独的滤光片。
所述检测终端设置具有图像采集装置和图像处理装置，图像采集装置采集检测时出射口的图像，图像处理装置对出射口的图像进行图像分割，分割为标准品图像和待测品图像，将所述标准品图像和待测品图像转换为灰度值，比较标准品图像和待测品图像的灰度值，根据灰度值比值确定待测品的浓度。
所述封堵容器内存放的试剂为：肌酐浓度为700μmol/L的标准血液样品、肌酐浓度为700μmol/L的标准尿液样品、肌酐浓度为0μmol/L的标准血液样品、肌酐浓度为0μmol/L的标准尿液样品、苦味酸盐、SDS、硼砂、肌氨酸氧化酶、磷酸盐缓冲液、4-氨基安替比林、抗坏血酸氧化酶、亚铁氰化钾、肌酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、叠氮钠、肌酐水合酶、肌酸激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶之一或其混合物。
当检测对象为肌酐时，所述第一光源的多个发光器发出光的波长包含510nm、545nm、340nm。
实施例2：
本实施例利用实施例1中的装置进行检测，进一步对该装置进行说明。
本实施例采用比色法进行检测。具体的比色片中的样品腔个数为9个，从1-9的样品腔的封堵容器均为2个分别含有：
1）肌酐浓度为700μmol/L的标准血液样品，苦味酸盐、SDS、硼砂混合物；
2）肌酐浓度为0μmol/L的标准血液样品，苦味酸盐、SDS、硼砂混合物；
3）去离子水，苦味酸盐、SDS、硼砂混合物；
4）肌酐浓度为700μmol/L的标准血液样品，肌氨酸氧化酶、磷酸盐缓冲液、4-氨基安替比林、抗坏血酸氧化酶、亚铁氰化钾、肌酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、叠氮钠混合物；
5）肌酐浓度为0μmol/L的标准血液样品，肌氨酸氧化酶、磷酸盐缓冲液、4-氨基安替比林、抗坏血酸氧化酶、亚铁氰化钾、肌酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、叠氮钠混合物；
6）去离子水，肌氨酸氧化酶、磷酸盐缓冲液、4-氨基安替比林、抗坏血酸氧化酶、亚铁氰化钾、肌酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、叠氮钠混合物；
7）肌酐浓度为700μmol/L的标准血液样品，肌酐水合酶、肌酸激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶；
8）肌酐浓度为0μmol/L的标准血液样品，肌酐水合酶、肌酸激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶；
9）去离子水，肌酐水合酶、肌酸激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶。
第一光源具有9个发光器，其均为小型半导体激光器，发射波长1-3为510nm，4-6为545nm，7-9为340nm。
9个发光器发出的光穿过光波导后反射至比色片，光穿过比色片后从出射口出射，出射口设置为9个，9个出射口分别安装滤光片，滤光片透过波长1-3为510nm，4-6为545nm，7-9为340nm。
检测终端为安装有检测APP软件的智能手机。
利用智能手机采集检测时出射口的图像。利用手机APP自动对出射口的图像进行图像分割，分割为标准品图像和待测品图像，将所述标准品图像和待测品图像转换为灰度值，比较标准品图像和待测品图像的灰度值，根据灰度值比值确定待测品的浓度。
该步骤具体为将射口灰度设置为A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3。分别计算A=A3/(A1-A2)* 700 μmol/L、B= B3/( B1- B2)* 700 μmol/L、C= C3/( C1- C2)* 700 μmol/L。
比较ABC的值，取ABC中数值大小为中间的数值为肌酐含量的结果。
实施例3：
本实施例利用实施例1中的装置进行检测，进一步对该装置进行说明。
本实施例采用荧光法进行检测，检测对象为含有Ca离子的尿液样品。具体的比色片中的样品腔个数为6个，从1-6的样品腔的封堵容器均为2个分别含有：
1）Ca离子浓度为700μmol/L的标准尿液样品，Fluo-3 AM荧光探针；
2）Ca离子浓度为0μmol/L的标准尿液样品，Fluo-3 AM荧光探针；
3）去离子水，Fluo-3 AM荧光探针；
4）Ca离子浓度为700μmol/L的标准尿液样品，Fluo-4 AM荧光探针；
5）Ca离子浓度为0μmol/L的标准尿液样品，Fluo-4 AM荧光探针；
6）去离子水，Fluo-4 AM荧光探针；
第二光源为小型半导体激光器，发射波长495nm。第二水平光通道设置有6个透反镜，由距离第二光源近及远反射率分别为1/6、1/5、1/4、1/3、1/2、1。
光穿过光波导后反射至比色片，光穿过比色片后从出射口出射，出射口设置为6个，6个出射口分别安装滤光片。
检测终端为安装有检测APP软件的智能手机。
利用智能手机采集检测时出射口的图像。利用手机APP自动对出射口的图像进行图像分割，分割为标准品图像和待测品图像，将所述标准品图像和待测品图像转换为灰度值，比较标准品图像和待测品图像的灰度值，根据灰度值比值确定待测品的浓度。
该步骤具体为将射口灰度设置为A1、A2、A3、B1、B2、B3。分别计算A=A3/(A1-A2)*700 μmol/L、B= B3/( B1- B2)* 700 μmol/L。
比较AB的值，取(A+B)/2为测定的结果。
Claims (7)
1.一种检测血液和尿液样品的光学检测装置，其特征在于包括比色片、加样器、检测器以及检测终端；
所述比色片为层状结构，层状结构中容纳待测样品；所述加样器和检测器将比色片插入，加样器将比色片插入后对比色片加入样品和试剂，检测器将比色片插入后对样品进行检测；其中检测器为多光源、多光路设置，使用时选择单光源模式或者多光源模式；其中单光源模式用于荧光检测方法，多光源模式用于消光比色法检测；所述检测终端采集检测图像，计算图像灰度值得到待测样品的浓度；
所述比色片由三层材料构成，分别为透明底层、梳形夹层、透明覆层，所述透明底层和透明覆层为透明熔融石英玻璃材质，梳形夹层材料为PMMA，整体呈梳形；所述梳形夹层一端具有梳形齿，梳形齿之间具有在检测时容纳样品的样品腔；样品腔与外界连接的入口处采用封堵容器密封；所述封堵容器采用薄膜材料制成，其内容纳有与样品反应的试剂或标准浓度的标准样品；所述样品腔的入口处设置的封堵容器为一个或两个。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：
所述加样器外观为一长方体，顶部设有加入待测样品的加样池，侧壁开设有将比色片插入的加样器插口，加样器插口内设加样器通道，加样器通道与水平面具有斜向上的角度，加样器通道末端与加样池连通 ，加样池底部设置为向下锥状孔，所述锥状孔用于在比色片插入加样器插口后刺破所述封堵容器，以使比色片的样品腔与加样池连通 的同时使样品和封堵容器中的试剂均流入样品腔。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：
所述检测器外观为一长方体，其侧壁设有将比色片插入的检测器插口，检测器插口内设检测器通道，检测器通道与水平面具有斜向上的角度；
所述检测器上与检测器插口相对的另一侧壁设置有第一光源插口，所述第一光源插口插入第一光源，所述第一光源由并排设置的多个发光器构成，多个发光器的波长互不相同；第一光源插口内设置有第一水平光通道，第一水平光通道内设置有多个光波导，光波导数量与发光器数量相同，光波导用于将发光器发出的光水平传播，互不影响；第一水平光通道末端位于检测器通道下方，第一水平光通道末端设置有半透半反镜和竖直光通道，竖直光通道穿过检测器通道，半透半反镜用于将第一发光器发出的光竖直向上反射，第一发光器发出的光穿过样品腔后从检测器上表面的出射口出射。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于：
所述检测器上与第一水平光通道垂直的侧壁上设置有第二光源插口，第二光源插口插入第二光源，所述第二光源为单波长光源；第二光源插口内设置第二水平光通道，第二水平光通道与第一水平光通道垂直；第二水平光通道的水平高度低于第一水平光通道，第二水平光通道末端位于竖直光通道正下方且与竖直光通道连通，第二水平光通道末端设置有N个透反镜，距离第二光源最远的透反镜的反射率为1，倒数第二个透反镜的反射率为1/2，以此类推，距离第二光源最近的透反镜的反射率为1/N；N个透反镜用于将第二光源发出的光N等分后竖直向上反射，第二发光器发出的光穿过样品腔后从检测器上表面的出射口出射；
所述出射口设置为多个，每一个出射口插入单独的滤光片。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于：
所述检测终端设置具有图像采集装置和图像处理装置，图像采集装置采集检测时出射口图像，图像处理装置对出射口图像进行图像分割，分割为标准品图像和待测品图像，将所述标准品图像和待测品图像转换为灰度值，比较标准品图像和待测品图像的灰度值，根据灰度值比值确定待测品的浓度。
6.根据权利要求3-5任一项所述的检测装置，其特征在于：所述封堵容器内存放的试剂包含：肌酐浓度为700μmol/L的标准血液样品、肌酐浓度为700μmol/L的标准尿液样品、肌酐浓度为0μmol/L的标准血液样品、肌酐浓度为0μmol/L的标准尿液样品、苦味酸盐、SDS、硼砂、肌氨酸氧化酶、磷酸盐缓冲液、4-氨基安替比林、抗坏血酸氧化酶、亚铁氰化钾、肌酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、叠氮钠、肌酐水合酶、肌酸激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶之一或其混合物。
7.根据权利要求3-5任一项所述的检测装置，其特征在于，当检测对象为肌酐时，所述第一光源的多个发光器发出光的波长包含510nm、545nm、340nm。
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