模拟测量方法、测量数据拟合方法及化学发光测定仪与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种模拟测量方法、测量数据拟合方法及化学发光测定仪。

背景技术：

化学发光免疫分析(chemiluminescenceimmunoassay,clia),是将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合的产物。该技术主要用于检测分析各种抗原、抗体、激素、标志物等微量物质的含量。全自动化学发光免疫分析仪正是以此基础开发而来，通过向待测液体加入特定试剂形成抗原抗体混合物，在外部激发试剂作用下产生光信号，由光电倍增管对光信号进行测定，经过对测量结果数据拟合分析，从而检测液体中待测物质的含量。

目前，化学发光分析仪的检测项目多达近百种，涵盖激素、癌症等方面，甚至可对一些疾病进行直接确诊，在临床中起着重要作用。随着人口不断增长和人们健康意识的加强，免疫检测数量急剧上升，特别是肝功能、甲状腺类体检项目，对化学发光分析仪的分析速度、可靠性提出更严格的要求。

传统的单光子计数法会受限于光电倍增管的线性范围，当1s内光信号的计数值超过1m(1*10^6)时，其计数误差超过1％，当1s内光信号的计数值超过5m时，其误差就会增大至10％，其中，光信号的计数值表示光信号的相对光单位(relativelightunit,rlu)。在临床应用中，乙肝表面抗原(hbsag)、人绒毛膜促性腺激素(hcg)阳性标本发光强度均可能超过5m，若计数误差大，则无法做出准确的定量或者定性判断。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的单光子计数法在光信号强度越高时计数误差越大的问题，提供一种能够有效提高计数准确度的模拟测量方法、测量数据拟合方法及化学发光测定仪。

一种模拟测量方法，用于对光信号进行模拟计数，所述方法包括：

获取光信号中的入射光子经过光电倍增管进行增强、放大后输出的直流信号；

将光电倍增管输出的所述直流信号通过直流放大器转换为电压信号，并将所述电压信号经过滤波电路输出滤波后的电压信号；

获取在预设起始时间点的第一电压值和在预设结束时间点的第二电压值，通过模数转换器计算所述第二电压值与第一电压值的差值，并输出模数转换值；

根据所述模数转换值计算出光信号的模拟计数值。

在其中一个实施例中，所述模拟计数值与模数转换值呈线性关系。

在其中一个实施例中，所述模拟计数值是模数转换值的一次函数。

在其中一个实施例中，所述电压信号蓄积于电容器中，所述模数转换器在预设起始时间点读取所述电容器上的第一电压值，在预设结束时间点读取所述电容器上的第二电压值，以计算所述第二电压值与第一电压值的差值。

在其中一个实施例中，所述模数转换器进行电压采集以及模数转换的时间小于所述电容器的电压储蓄时间。

一种测量数据拟合方法，用于对模拟测量方法和单光子计数法的测量数据进行拟合，所述方法包括：

获取单光子计数法对光信号的入射光子进行计数的计数值；

当所述计数值大于第一预设阈值时对所述计数值进行线性延伸，得到对不同光信号强度的模拟计数值；

通过模拟测量方法测量不同光信号强度下对应的模数转换值，所述模拟测量方法测量的光信号强度与单光子计数法测量的光信号强度一一对应；

根据所述模数转换值与所述模拟计数值通过最小二乘法进行数据拟合，得到数据拟合曲线。

在其中一个实施例中，所述单光子计数法包括：

获取光信号中的入射光子经过光电倍增管进行增强、放大后输出的脉冲电流；

获取所述脉冲电流经过前置放大器进行电压放大后输出的脉冲信号，并对所述脉冲信号进行滤波处理后得到波形平缓的脉冲信号；

将所述波形平缓的脉冲信号经过脉冲整形、分频处理后发送至微处理器计数。

在其中一个实施例中，所述模拟计数值与模数转换值呈线性关系。

在其中一个实施例中，所述模拟计数值是模数转换值的一次函数。

一种化学发光测定仪，包括测量室，所述测量室采用上述测量数据拟合方法，对模拟测量方法和单光子计数法的测量数据进行拟合分析。

上述模拟测量方法、测量数据拟合方法及化学发光测定仪，通过模拟测量法将光信号转换为电压信号，并通过模数转换器根据预设时间段内的电压差值输出模数转换值，根据该模数转换值计算出光信号的第一模拟计数值；并且，当光信号的计数值大于第一预设阈值时，将模拟测量方法测量的模数转换值与单光子计数法测量的第二模拟计数值通过最小二乘法进行数据拟合，得到数据拟合曲线。能够保证对不同强度的光信号进行计数时获得良好的线性，降低了计数误差，使化学发光分析仪对光信号的测量更可靠。

附图说明

图1为一个实施例中模拟测量方法的流程示意图；

图2为一个实施例中单光子计数法的流程示意图；

图3为一个实施例中测量数据拟合方法的流程示意图；

图4为一个实施例中单光子计数法的流程框图；

图5为一个实施例中模拟测量方法的流程框图。

图6为一个实施例中的模拟测量方法和计数法理想值数据拟合曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

以下提供一种模拟测量方法，通过对光信号进行模拟测量以得到光信号的模拟计数值，参阅图1所示，该方法包括以下步骤s110～s130。

s110：获取光信号中的入射光子经过光电倍增管进行增强、放大后输出的直流信号。

在一个实施例中，模拟测量方法的处理流程如图5所示，首先，将光信号中的入射光子经过光电倍增管501进行增强、放大后输出脉冲电流。其中，光电倍增管501的选取应满足试剂体系的要求。可选地，在一个实施例所应用的发光体系中，将标志物加入后激发底物产生光信号，且产生的光信号峰值波长为420nm，并伴有微量杂散光。因此，为了在420nm处获得最高量子效率(从光阴极面发射的光电子数与入射光子数的比值)，并能够尽可能地收集到发光待测物产生的光信号，光电倍增管501选取光谱响应波长范围为300～650nm、峰值波长为420nm、线性计数范围为0-400m每秒的类型。

s120：将光电倍增管输出的所述直流信号通过直流放大器转换为电压信号，并将所述电压信号经过滤波电路输出滤波后的电压信号。

具体地，通过直流放大器502将光电倍增管501输出的所述直流信号转换为电压信号。其中，由于光电倍增管501产生的电流很小，低至ua级别，因此要求放大器的偏置电流、失调电压非常小。另外，在测量系统内部，随着时间的推移温度会缓慢上升，因此失调电压温漂也是一项重要的选型指标。因此在一个实施例中可以选取直流放大器502的偏置电流为0.2pa，失调电压为5uv，失调电压温漂为0.26uv/℃来满足测量系统的需求。

进一步地，将所述电压信号经过低通滤波器503进行低通滤波后输出滤波后的电压信号。可选地，在一个实施例中滤波电路可以选用为rc低通电路，且所述rc低通电路的截止频率应设定为略大于光信号的最大频率。

s130：获取在预设起始时间点的第一电压值和在预设结束时间点的第二电压值，通过模数转换器计算所述第二电压值与第一电压值的差值，并输出模数转换值。

具体地，所述电压信号蓄积于电容器中，模数转换器504在预设起始时间点读取该电容器上的第一电压值，在预设结束时间点读取所述电容器上的第二电压值，以计算所述第二电压值与第一电压值的差值，并根据电压差值输出模数转换值。

在一个实施例中，模数转换器504可以对所述电容器中的电压进行测量，从而计算固定时间内光信号的计数值。为了提升测量精度，模数转换器504进行电压采集以及模数转换的时间小于所述电容器的电压储蓄时间，即模数转换器504采集转换时间小于电容器的充电时间。

s140：根据所述模数转换值计算出光信号的第一模拟计数值。

具体地，第一模拟计数值为通过模拟测量方法对光信号的电压强度进行计算并模拟出的理想计数值，可以将所述模数转换值输出至微处理器进行计算得到第一模拟计数值。所述第一模拟计数值与模数转换值呈线性关系，可选地，所述第一模拟计数值是模数转换值的一次函数。

上述模拟测量方法，通过模拟测量法将光信号转换为电压信号，并通过模数转换器根据预设时间段内的电压差值输出模数转换值，根据该模数转换值计算出光信号的第一模拟计数值。能够保证对不同强度的光信号进行计数时获得良好的线性，降低了计数误差，使化学发光分析仪对光信号的测量更可靠。

以下提供一种数据拟合方法，结合了单光子计数法和模拟测量方法对光信号进行计数，能够保证对不同强度的光信号进行计数时获得良好的线性，降低了计数误差。参阅图3所示，该方法包括以下步骤s310～s340。

s310：获取单光子计数法对光信号的入射光子进行计数的计数值。

具体地，通过光电倍增管对光源进行探测，当发光源非常微弱时，在光电倍增管的时间分辨率内几乎没有两个以上的光电子存在的状态，称之为单光子领域，此时采用单光子计数法能够稳定、精确地对光信号进行计数。

如图2所示，单光子计数法包括以下步骤s210～s230。

s210：获取光信号中的入射光子经过光电倍增管进行增强、放大后输出的脉冲电流。

s220：获取所述脉冲电流经过前置放大器进行电压放大后输出的脉冲信号，并对所述脉冲信号进行滤波处理后得到波形平缓的脉冲信号。

s230：将所述波形平缓的脉冲信号经过脉冲整形、分频处理后发送至微处理器计数。

在一个实施例中，单光子计数法的实现过程如图4所示，将光信号中的入射光子经过光电倍增管401进行增强、放大后输出脉冲电流。该过程与上述模拟测量方法的处理过程相同，在此不再累述。

进一步地，将光电倍增管401输出的脉冲电流经过前置放大器402进行电压放大后输出脉冲信号。其中，在前置放大电路中，需要一个低噪声、低偏置电流、低失调电压、放大倍数高、带宽较大的放大器402，以应对输入信号较为微弱(ua级)，且频率较高，带宽较大的特点。因此，在一个实施例中选取放大器402的电流噪声为偏置电流为5ua，失调电压为6mv，带宽725mhz，开环放大倍数为80db。在本实施例中，放大电路采用交流放大模式，将ua级脉冲信号转换为mv级脉冲信号。

进一步地，将放大后的所述脉冲信号经过甄别器403滤除暗噪声后输出波形平缓的脉冲信号，并将所述波形平缓的脉冲信号经过脉冲整形、分频器404分频后输出至微处理器405计数。其中，甄别器403由开关速度为纳秒级的比较器和线性稳压器组成，分频器404作用是降低脉冲信号频率，提升计数线性，降低后续计数电路频率要求。微处理器405通过计算处理后的脉冲信号中的脉冲个数从而得到光信号中的入射光子数量。

s320：当所述计数值大于第一预设阈值时对所述计数值进行线性延伸，得到对不同光信号强度的第二模拟计数值。

在一个实施例中，第一预设阈值可以根据实际测试过程中所要求的计数偏差大小进行设定，例如，可以设定该第一预设阈值为1m。单光子计数法的计数值与光信号强度呈线性关系，第二模拟计数值为通过单光子计数法进行线性模拟出的单光子计数法的理想值。

s330：通过模拟测量方法测量不同光信号强度下对应的模数转换值，所述模拟测量方法测量的光信号强度与单光子计数法测量的光信号强度一一对应。

具体地，由于单光子计数法的计数准确性受光电倍增管的时间特性影响，当相邻两个脉冲之间的时间间隔过小时，光电倍增管无法识别成两个有效脉冲。即当光信号强度过高时，单光子计数法的计数误差也会随之增大，因此，当光信号强度高时，可采用模拟测量方法测量，对单光子计数法进行结果修正。采用模拟测量方法在与单光子计数法测量等同光信号强度下的进行测量，得到不同光信号强度下的模数转换值。

s340：根据所述模数转换值与所述第二模拟计数值通过最小二乘法进行数据拟合，得到数据拟合曲线。

在一个实施例中，采用反馈型、可数字调节亮度的蓝光led模块作为控制光源，驱动电流与发光强度有良好的线性关系。在其它实施例中，可采用任意一种控制digit值和光源发光强度成正比的控制光源。在多个不同的标准光源亮度下，同时使用模拟测量方法和单光子计数法对光信号进行测量。理论上，模拟测量方法、单光子计数法的理想值均和光源亮度成线性关系，因此模拟测量方法的测量值和单光子计数法的理想值也成线性关系，且模拟测量方法的测量值与单光子计数法的计数值的关系式为：

y0＝b*x+a；

其中，y0为单光子计数法的理想值，即为第二模拟计数值，x为模拟测量方法的测量值，即为模数转换值，b为直线斜率，a为直线截距。

进一步地，当单光子计数法的计数值超过1m时，单光子计数法理想值y0可通过小于1m时的实测计数结果进行线性延伸。模拟测量方法和单光子计数法的测试结果如下表所示。

模拟测量方法与单光子计数法测试结果对比表

从测试结果可以看出，模拟测量方法在光子计数值达到20m时均体现出良好的线性，计数偏差均小于1％，而单光子计数法在光子计数值达到1m时，计数偏差就比模拟测量方法的计数偏差大，所以在光子计数值达到1m时，采用单光子计数法不再适用。在此实施例中，要求计数偏差均小于1％，则第一预设阈值设定为1m。在其他实施例中，第一预设阈值可以根据实际测试过程中所要求的计数偏差而定。可以理解的，计数偏差越小，测量精度越高。

如图6所示，在光信号的计数值rlu达到1m时，将模拟测量方法和计数法理想值用最小二乘法进行数据拟合，得到模拟测量方法和计数法理想值数据拟合曲线图，图中模拟测量方法a/d值即为模数转换值。

模拟测量方法和计数法理想值数据拟合曲线图

由该模拟测量方法和计数法理想值数据拟合曲线图可得，经模拟测量方法测量得到的模拟计数值＝1147.5×模数转换值-30543784。

可见，对于光信号的计数值rlu小于1m的光强度光信号，应选取单光子计数法对光信号进行计数，其线性、稳定度、信噪比以及测量精度在光信号较弱时表现比较好。当光信号的计数值rlu大于1m时，通过采用模拟测量方法对光信号的电压值进行测量，再将所述电压值转换为模拟计数值，以获得良好的测量线性。综上所述，对于计数值rlu小于20m的任意光强度光信号测量结果可表示为：

上述测量数据拟合方法，通过当光信号的计数值大于第一预设阈值时，将模拟测量方法测量的模数转换值与单光子计数法测量的第二模拟计数值通过最小二乘法进行数据拟合，得到数据拟合曲线。通过数据拟合曲线将模拟法测量值(即模数转换值)转化为计数法计数值，以供上位机软件显示计数结果，得到测量数据。上述测量数据拟合方法能够保证对不同强度的光信号进行计数时获得良好的线性，降低了计数误差，使化学发光分析仪对光信号的测量更可靠。

在一个实施例中，还提供一种化学发光测定仪，该化学发光测定仪包括测量室，所述测量室采用上述各实施例中的测量数据拟合方法，对模拟测量方法和单光子计数法的测量数据进行拟合分析。能够保证对不同强度的光信号进行计数时获得良好的线性，降低了计数误差，对光信号的测量更可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。