分光光度检测方法与装置以及检测系统的制作方法

专利名称：分光光度检测方法与装置以及检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生化分析仪分光光度检测方法与实现该方法的 装置以及生化分析仪分光光度检测系统，特别是涉及一种用于小型 生化分析仪的检测方法与装置。
背景技术：
生化分析仪是临床诊断常用的仪器，它通过对血清和其他体液 的分析来测定各种生化指标，如血红蛋白、胆固醇、肌肝等。生化 分析仪测量原理为朗伯-比尔定律，通过测量某个波长的入射光束被 溶液吸收的程度，来测量溶液的吸光度，然后通过各种计算方法得 到其浓度。
测量系统中需要的单色光可以通过不同的单色仪来获得，例如 使用光栅分光或棱镜或干涉滤光片。
光栅由于其价格昂贵，并且使用光栅的光度计模块占用空间较 大，通常不被小型生化分析仪所采用。干涉滤光片又分为静态方式 和动态方式。
静态方式中，每个滤光片对应一个单色光测量通道，每个通道 有各自的光电处理单元，测量时多个通道同时测量。这种方式虽然 速度快，但是成本相当高，所以不适用于小型生化分析^f义。
动态方式中，常见的单色仪为滤光片轮式结构。在采用滤光片 轮式结构单色仪的系统中，各单色光路共用一路光电采集和处理系 统，大大节约了成本，在小型生化系统和其他光度比色系统中备受 青睐。滤光片轮结构又有各种不同的实现形式，比如，滤光片平面 可以是垂直于滤光片轮旋转中心轴，也可以是平行于滤光片轮旋转中心轴。后者占用空间较大，且测量的准确性受光束角度的影响，
目前在光学系统中被运用的不多；常用前一种结构形式，即滤光片 平面垂直于滤光片轮旋转中心轴。
在小型全自动生化分析仪器中，如何使测量结果准确可靠、测 试效率高、测试流程简单，是一个非常重要的难点。此外，在测试 中，由于双波长测试可有效消除一些干扰因素，因此，能否支持各 种测试项目的双波长测试对测试结果的准确性和可靠性也比较重 要。
目前，有些采用滤光片轮作为其单色分光元件的小型全自动生 化分析仪，每个周期，反应盘按照固定的方式转动，依次将固定数 量的反应杯移到光电测量位置。当反应杯停止时，滤光片轮将该反 应杯所需波长的滤光片停在光电测量位置，执行该波长的测量。这 种测量方式，较好地保证了测试过程的一致性，但实现较为复杂， 需要根据每个反应杯所需的测试波长，每次分别将特定的滤光片停 在光电测量位置。同时，由于反应盘和滤光片轮均停止后进行测量， 当一个反应杯测试结束后，需要将下一个反应杯移动到测量位置。 每次反应杯停止时，都会产生一定的振动，需要等待一段时间，待 振动消减到一定程度后才能进行数据采集，否则会导致测试结果的 不可靠。同样，滤光片轮每次转动到某个波长停止下来时，也需要 等待一段时间以使得振动消减到可接受的范围后，再进行数据采集。 这样，就使得每个反应杯需要的测试时间比较长。尤其是如果多个 反应杯都是双波长测试时，每次反应杯停止后，滤光片轮需要分别 停稳在两个波长位置进行数据采集，需要的时间会更长；同时，每 个周期需要测双波长的反应杯数量不同，会导致采样点的时间间隔 不均匀，这样非常不利于测试结果的重复性和可靠性。因此，为了 尽可能地节约时间，并确保采样点时间间隔均匀，这种实现方式， 在每个周期反应盘逐个杯位递进，进行多个反应杯光电凄史据测量中，
仅支持对第一个和最后一个停止在光电测量位的反应杯进行双波长测量。也就是对于需要检测反应过程数据的测试项目，将不能支持 双波长测试。
在美国专利文献US2003072680中，公开了一种与以上方式不同的 光电测量方法。它采用滤光片轮匀速旋转，反应盘停止进行测量的 方式。这样，有效解决了滤光片轮停止时所产生的振动对测试的影 响。同时，由于滤光片轮一直处于匀速运动状态，当反应杯停止后，
集，因此，任何项目都可以方便地进行双波长测试。但是，这种采 集方式，还是需要等反应盘停止时产生的振动消减到 一定程度后再 进行测量。这样，每个反应杯的数据采集都是需要相对较长的时间。 而且这种采集方式，反应盘每个周期一般是按照固定的方式进行转 动， 一个周期一共转过的杯位数等于一圈所有反应杯总数加一或者 减一。这样，每个周期，反应盘会沿顺时针或逆时针递进一个杯位。 每个周期对连续多个固定数量的反应杯进行光电釆集。该仪器所支 持的最长反应时间(即对同一项目的连续可监测时间)，直接取决 于每个周期所执行光电采集的反应杯的数量以及工作周期时间长 度。比如，该仪器的工作周期为20秒，每个周期共采集了24个反应杯 的数据，则可支持的最长连续监测时间为20*24=480秒，即8分钟。而 仪器的工作周期长短与测试速度有直接关系，因此，这个时间不宜 过长，而对于临床测试项目来说，需要的最长连续监测时间一般需 要在10分钟左右。因此，这种采集方式为了保证满足临床项目测试 时间的要求，其测试速度势必受到局限。

发明内容
本发明提供了一种应用在小型全自动生化分析仪中的滤光片轮 式结构的吸光度测量方法与装置，可有效解决以上几种现有技术存 在的不足。该方法测试流程简单且具有高度的一致性，易于实现，数据准确可靠，每个周期可以方便地采集到 一 圏所有反应杯的所有 波长的数据，最后提取需要的数据进行结果计算即可。
按照本发明实施例的第 一方面，提供一种用于生化分析仪的分
光光度检测方法，包括驱动步骤，用于将承载有多个反应杯的反 应盘驱动至以预定速度旋转；切换步骤，用于将滤光片轮上的滤光 片从第一波长滤光片开始逐次切换至检测光路中；以及采集步骤， 用于采集光束通过各反应杯后的光电数据。
优选的是，在所述切换步骤中，以预定的时间间隔将滤光片轮 上的滤光片逐次切换至检测光路中。
还优选的是，在每个滤光片停止在检测光路期间，反应盘匀速 旋转以使检测光遍历反应盘上的所有反应杯。
进一步优选的是，在非测试期间，滤光片轮处于转动状态。
进一步优选的是，所述采集步骤在反应盘达到匀速旋转并且滤 光片轮停稳之后开始。
进一步优选的是，使滤光片轮在每次测量开始时将第一波长滤 光片停在光路中。 '
可选的是，在所述驱动步骤中，可驱动所述反应盘在所有滤光 片切换期间保持匀速旋转；或者，在切换至下一波长滤光片并停稳 的时间段内，驱动所述反应盘至匀速旋转，而在测量结束后使所述 反应盘停止。
按照本发明实施例的第二方面，提供一种用于生化分析仪的分 光光度检测装置，包括驱动单元，用于将承载有多个反应杯的反 应盘驱动至以预定速度旋转；切换单元，用于将滤光片轮上的滤光 片从第一波长滤光片开始逐次切换至检测光路中；以及采集单元， 用于采集光束通过各反应杯后的光电数据。
优选的是，所述切换单元以预定的时间间隔将滤光片轮上的滤 光片逐次切换至检测光路中。
还优选的是，在每个滤光片停止在检测光路期间，反应盘匀速旋转以使检测光遍历反应盘上的所有反应杯。
进一步优选的是，在非测试期间，滤光片轮处于转动状态。
进一步优选的是，在反应盘达到匀速旋转并且滤光片轮停稳之 后启动所述采集单元。
进一步优选的是，所述滤光片轮在每次测量开始时将第一波长 滤光片停在光路中。
可选的是，所述驱动单元可驱动所述反应盘在所有滤光片切换
期间保持匀速旋转；或者，在切换至下一波长滤光片并停稳的时间 段内，驱动所述反应盘至匀速旋转，而在测量结束后使所述反应盘 停止。
按照本发明实施例的第三方面，提供一种生化分析仪分光光度 检测系统，包括光源，用于发射检测光束；透镜，用于会聚检测 光束；滤光片轮，其上装有多个滤光片，用于选择检测光束的波长； 反应盘，用于承载多个反应杯，其中反应杯用作承装待测溶液的比 色器皿；光电探测单元，用于探测通过反应杯的检测光束，并将其 转换为电信号；采集单元，用于对光电探测单元得到的电信号进行 放大和模数转换；控制单元，用于分别控制滤光片轮驱动单元和反 应盘驱动单元，以使滤光片轮和反应盘分别在电机带动下旋转；以 及处理器，用于对经过采集单元放大和模数转换后的信号进行处理； 其中在检测过程中，所述反应盘在控制单元控制下以预定速度匀速 旋转，所述滤光片轮在控制单元控制下从第一波长滤光片开始逐次 将滤光片切换至检测光路中。
按照本发明实施例第三方面的生化分析仪分光光度检测系统， 还包括传感器，用于检测滤光片轮的位置，将位置信号反馈给控 制单元使滤光片轮在每次测量开始时将第 一 波长滤光片停在光路 中。
按照本发明实施例第三方面的生化分析仪分光光度冲企测系统， 其中所述滤光片轮还可被设置成使其上的滤光片在反应杯与光电探测单元之间的光路中进行切换，以选择通过待检测样本之后的检测 光束的波长。
采用本发明技术方案的生化分析仪分光光度检测系统的优点主
要体现在
1、 可以方便地在每次数据采集中采到所有反应杯所有波长的数 据，测试效率高，最长反应时间和反应杯数量不受局限，适用性强；
2、 测试流程筒单，易于实现；
3、 可支持所有项目的双波长测试。


图l是分光光度检测系统光路截面示意图； 图2是分光光度检测系统光路俯视示意图； 图3是滤光片轮与反应盘操作流程的时序图。
具体实施例方式
按照本实施例的分光光度检测系统参见图1,囟钨灯l发出的复 色光经透镜2会聚后，通过窄带滤光片4进行波长选择。经选择后的 单色光经过用作承载待测溶液的比色器皿的反应杯5进行比色，经比 色溶液吸收后的单色光由光电探测器6转化为电信号，这个电信号被 传递给A/D采集单元1Q进行放大、模数转换等信号处理，然后再被传 送给微处理器11进行数据处理和计算。
多个不同波长的窄带滤光片4均匀分布在滤光片轮3上。在一般 生化分析仪中，使用十个左右不同波长的窄带滤光片4，本实施例以 八个波长为例进行说明。滤光片轮3由步进电机12驱动。而电机12的 驱动信号来自驱动电路单元8，而电机的运动状态及各状态的时间间 隔是由控制电路9来实现。
当系统处于闲置状态时，控制电路9让滤光片轮3匀速慢转；而 在测量过程中，控制电路9让滤光片轮3以"转-停"两个状态作固定周期运动。滤光片轮3转一圏，会经历八"转"八"停"，这样八个 窄带滤光片4会按预定的时间依次切换到光路中进行比色测量。光电 测量时窄带滤光片4保持停止状态，比色完毕后，电机驱动滤光片轮 3转动，将第二个波长的窄带滤光片4停止在光路中，进行第二个波 长的光电测量，如此重复，直到第八个波长完成整个光电测量过程。 这样，完成测量后一个样本会输出八个波长的相应数据。
每次开始测量时，滤光片轮3停在光路中位置都是第一个波长的 窄带滤光片位置，这个位置的识别是靠传感器7来实现的。传感器7 将检测到的滤光片轮位置标志信号反馈给控制电路9，由控制电路9 来控制滤光片轮3的运动状态，并将波长信息传递给微处理器11进行 数据处理。
图2为本发明分光光度检测系统的俯视图，系统中有多个反应杯 5，可以同时进行多个样本的测量，以十六个反应杯为例进行说明。 反应杯4承载于反应盘13中，反应盘13通过反应盘驱动电路14驱动， 驱动电路14的驱动信号来自控制电路9。当要开始测量时，控制单元9 使反应盘13开始旋转，同时向滤光片轮3发送停止信号，使滤光片轮3 停在第一个波长位置。当滤光片4停稳(振动消除)并且反应盘已经 达到匀速状态后，控制电路9让A/D采集单元10开始启动该波长的光电 采集，依次对经过光电检测位置的十六个反应杯进行光电数据采集； 光电采集结束后，滤光片轮3转动到下一个波长的滤光片位置并停 稳，A/D采集单元10执行该波长16个杯子的数据采集。如此逐个波长 进行停止测量，完成十六个杯子各个波长的光电采集。然后反应盘 停止。整个测试过程中，反应盘一直保持匀速转动。测量结束后，A/D 采集单元1 Q将数据传送给微处理器11进行lt据处理和计算。
上述过程中的滤光片轮和反应盘的运动状态可用时序图3来说 明，每个周期T开始时，反应盘停止，滤光片轮处于非测试慢转状态； 在tl时刻，反应盘开始加速旋转直至匀速，同样在tl时刻滤光片轮开 始将第一波长(即l波长)滤光片停在光路中；在t2时刻滤光片轮停稳且反应盘已经达到匀速，开始启动光电采集，采集十六个反应杯
的数据，t3时刻采集完毕；在t4时刻滤光片轮开始转动到第二波长(即 2波长)滤光片，t5时刻开始将l波长滤光片停在光路中，等待振动消 除后，再次开始采集十六个杯子的数据；如此重复至此完成8波长的 光电采集；完成光电采集后反应盘开始减速停止，滤光片轮开始匀 速慢转，这样完成一个测试周期T。在测试过程中，滤光片轮按预定 的间隔时间或固定的间隔时间逐一递进一定角度，将每个窄带滤光 片切换到光路中，而在每个滤光片停止的时间内，反应盘快速旋转， 用遍历的方法对反应盘一 圏中所有测量位进行测量。 一个测量周期， 每个反应杯获得八个波长的数据。每次光电测量都是完全重复执行 同样的动作。这样使得控制简单；测试时间稳定，每个样本都在固
定的时间内获得八个波长的数据；测试流程具有很好的一致性，定 标和测试过程能够很好的对应，从而使得测试结果可靠；同时，由 于每次采集的数据量和格式完全一致，使得数据处理简单，大大降 低了系统的复杂度。
除了上述实例中的光学结构之外，将滤光片轮放在反应杯和光 电检测器之间同样可以取得上述功效。
在光电采集过程中，反应盘可以在每个波长测量结束后停止。当 滤光片在转动到下一个波长并停稳的时间段，反应盘再启动转动达 到匀速运动。因为反应盘加速的时间一般不会超过滤光片转到下一 个波长并停稳的时间，因此，这种反应芈在不同波长测试中反复启 停的方式，也可以达到以上所述的功能和效果。只是具体的控制方 式稍微不同。
权利要求
1. 一种分光光度检测方法，其特征在于，包括驱动步骤，用于将承载有多个反应杯的反应盘驱动至以预定速度旋转；切换步骤，用于将滤光片轮上的滤光片从第一波长滤光片开始逐次切换至检测光路中；以及采集步骤，用于采集光束通过各反应杯后的光电数据。
2. 如权利要求1所述的分光光度检测方法，其特征在于 在所述切换步骤中，以预定的时间间隔将滤光片轮上的滤光片逐次切换至检测光路中。
3. 如权利要求1所述的分光光度^r测方法，其特征在于 在每个滤光片停止在检测光路期间，反应盘匀速旋转以使检测光束遍历反应盘上的所有反应杯。
4. 如权利要求1所述的分光光度检测方法，其特征在于 在非测试期间，滤光片轮处于转动状态。
5. 如权利要求1所述的分光光度4企测方法，其特征在于 所述采集步骤在反应盘达到匀速旋转并且滤光片轮停稳之后开始。
6. 如权利要求1所述的分光光度检测方法，其特征在于 使滤光片轮在每次测量开始时将第一波长滤光片停在光路中。
7. 如权利要求1所述的分光光度检测方法，其特征在于 在所述驱动步骤中，可驱动所述反应盘在所有滤光片切换期间保持匀速旋转；或者，在切换至下一波长滤光片并停稳的时间段内， 驱动所述反应盘至匀速旋转，而在测量结束后使所述反应盘停止。
8. —种分光光度检测装置，其特征在于，包括 ' 驱动单元，用于将承载有多个反应杯的反应盘驱动至以预定速度旋转；切换单元，用于将滤光片轮上的滤光片从第一波长滤光片开始逐次切换至检测光路中；以及采集单元，用于采集光束通过各反应杯后的光电数据。
9. 如权利要求8所述的分光光度检测装置，其特征在于 所述切换单元以预定的时间间隔将滤光片轮上的滤光片逐次切换至检测光路中。
10. 如权利要求8所述的分光光度检测装置，其特征在于 在每个滤光片停止在检测光路期间，反应盘匀速旋转以使检测光束遍历反应盘上的所有反应杯。
11. 如权利要求8所述的分光光度检测装置，其特征在于 在非测试期间，滤光片轮处于转动状态。
12. 如权利要求8所述的分光光度4企测装置，其特征在于 在反应盘达到匀速旋转并且滤光片轮停稳之后启动所述采集单元。
13. 如权利要求8所述的分光光度检测装置，其特征在于 所述滤光片轮在每次测量开始时将第一波长滤光片停在光路中。
14. 如权利要求8所述的分光光度^r测装置，其特征在于速旋转；或者，在切换至下一波长滤光片并停稳的时间段内，驱动 所述反应盘至匀速旋转，而在测量结束后使所述反应盘停止。
15. —种生化分析仪分光光度检测系统，包括 光源，用于发射检测光束；透镜，用于会聚检测光束；滤光片轮，其上装有多个滤光片，用于选择检,光束的波长； 反应盘，用于承载多个反应杯，其中反应杯用作承载待测溶液 的比色器皿；光电探测单元，用于探测通过反应杯的检测光束，并将其转换为电信号；采集单元，用于对光电探测单元得到的电信号进行放大和模数 转换；控制单元，用于分别控制滤光片轮驱动单元和反应盘驱动单元， 以使滤光片轮和反应盘分别在电机带动下旋转；以及处理器，用于对经过采集单元放大和模数转换后的信号进行处理；其特征在于，在检测过程中，所述反应盘在控制单元控制下以 预定速度旋转，所述滤光片轮在控制单元控制下从第 一 波长滤光片 开始逐次将滤光片切换至检测光路中。
16. 如权利要求15所述的生化分析仪分光光度检测系统，其特征 在于，还包括传感器，用于检测滤光片轮的位置，将位置信号反馈给控制单 元使滤光片轮在每次测量开始时将第一波长滤光片停在光路中。
17. 如权利要求15所述的生化分析仪分光光度检测系统，其特征在于所述滤光片轮还可被设置成使其上的滤光片在反应杯与光电探 测单元之间的光路中进行切换，以选择通过待检测溶液之后的检测 光束的波长。
全文摘要
本发明公开了一种分光光度检测方法、实现该方法的装置、以及分光光度检测系统，其中所述方法包括驱动步骤，用于将承载有多个反应杯的反应盘驱动至以预定速度匀速旋转；切换步骤，用于将滤光片轮上的滤光片从第一波长滤光片开始逐次切换至检测光路中；以及采集步骤，用于采集光束通过各反应杯后的光电数据。采用了本发明方法的测试流程具有很好的一致性，定标和测试过程能够很好的对应，从而使得测试结果可靠；同时，由于每次采集的数据量和格式完全一致，使得数据处理简单，大大降低了系统的复杂度。
文档编号G01N35/04GK101419156SQ20071016661
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月23日 优先权日2007年10月23日
发明者周丽华, 锋 李, 王志红, 翁彦雯 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司