專利名稱：一種全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種便潛血分析儀的光學系統。
背景技術：
便潛血是指消化道每日出血量小于5ml、肉眼見不到糞便顏色改變、在糞便圖片鏡檢中也看不到完整的紅細胞、需要采用其他方法才能證實的出血。臨床證實，87%的消化道癌腫的病人糞便潛血試驗為陽性。因此糞便隱血試驗(fecal occult blood test, FOBT) 對消化道出血的診斷及消化道惡性腫瘤的篩查有重要的參考價值。消化道上皮細胞從異常增生發展到癌變平均需10年時間，這為早期篩查及預防提供了充分時間，但由于腸癌早期多無癥狀，待出現癥狀大多已是中晚期，因此早期篩查就尤其重要。100多年以來，臨床糞便潛血試驗均是采用化學法進行檢測，化學法檢測便隱血操作簡便，但干擾因索多，特異性差，靈敏度低，受飲食的影響(肉類、蔬菜、藥物、維生素C、鐵劑等)常出現假陽性反應，在一定程度上影響臨床的診斷和治療。并且化學法是人工檢驗， 檢體外觀令人不舒服、有異味，無法直接在馬桶內取檢體，廢棄物處理麻煩。近年來發展的免疫法，如圖1，從根本上克服了化學法的不足，在特異性和靈敏度方面有突破性進展，不受食物藥物的影響，采便方法方便衛生，外觀清爽，無異味，廢棄物體積小、處理容易，并且有自動儀器檢驗，速度快，可大量分析。目前國外已經有全自動的便潛血分析儀，但國內仍為空白。現有技術中，按光路分，免疫法可以分為透射比濁法、散射比濁法。透射免疫比濁法如圖2所示，是在180°角，即在直射角度上測定光透射強度。抗原與抗體在一定緩沖液中形成凝結，當光線透過反應溶液時，由于溶液內凝結粒子對光線的反射和吸收，引起透射光減少，凝結越多透射光越少，可用吸光度表示。散射比濁法如圖2所示，是在光路的5° 96°角的方向上測量散射光強度。抗原抗體復合物對一定波長的光產生折射、偏轉，偏轉角度及散射光強度與復合物粒子的大小和量有關。在現有技術中，透射檢測和散射檢測采用單光路進行測試，光源的波動將會對檢測帶來影響。同時由于凝結顆粒對不同波長的光吸收度不同，因此測試結果受色度影響，給便潛血分析帶來誤差。
發明內容
本發明提供一種全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，本發明采取的技術方案是，一種全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，包括依次相連的照明單元、樣本單元、信號采集單元、信號處理單元所述照明單元包括
光源，采用碘鎢燈，色溫2200 3000K ；光束整形模塊，所述光束整形模塊將光源發出的光轉換為準平行光束，用于照射被測樣本；樣本單元，用來盛放液體樣本；信號采集單元，是由一個積分球、一個消光筒和兩個分別用于收集透射光和散射光的探測器組成，積分球上開有光束入射孔和光束透射孔以及漫反射孔，透射孔一側安裝有消雜光的消光筒，消光筒與透射光探測器連接，積分球散射孔處與散射光探測器連接，透射光探測器輸出線和散射光探測器輸出線分別與信號處理單元連接；信號處理單元，用于將收集到的透射光信號、散射光信號進行運算處理。本發明一種實施方式是光源與其后的光束整形模塊同軸。本發明一種實施方式是光束整形模塊包括針孔，置于光源之后，用于限制進入準直鏡的光的口徑；準直鏡組件，置于針孔之后，用于將從針孔發出的光整形為準平行光；該針孔處于準直鏡組件的物方焦面上，該準直鏡組件至少由一片球面或非球面的具有匯聚作用的凸面鏡組成。本發明一種實施方式是積分球上開有的光束入射孔和光束透射孔以及散射孔處于積分球最大直徑的同一個圓周上，透射孔在與入射孔相對的位置上，入射孔和透射孔的連線與所述光源同軸。本發明一種實施方式是散射孔位于入射孔和透射孔中心連線的正交方向上。本發明一種實施方式是入射孔和透射孔和散射孔的通光孔徑總面積小于積分球內表面積的4%。本發明一種實施方式是入射孔與透射孔的直徑相同。所述散射光測器接收散射光，記為Is，所述透射光探測器接收透射光，記為It ；所述信號處理單元將所述散射光探測器、透射光測器接收到的光信號進過信號濾波、放大，分別記為ADs、ADt，進行如下處理ADs = aXIsADt = bXIt
ADTAD = K^^ = abK2
ADt Ita、b、K:比例系數;假定樣本是無色的，進入樣本的入射光通量為Itl，則樣本透過率為1，出射光通量 I' Q亦為Itl;出射光通量I' 0、散射光通量Is和透射光通量It三者關系為I' ο= It+Is如果樣本帶色，進入樣本的入射光將部分被吸收，設樣本透過率為t，此時出射光通量I'0、散射光通量I' s和平行透射光通量I' t有如下關系I' 。= tX I0I' s = tXIsI' t = I' 0-1' s = tX I0-t XIs = t (I0-Is) = t X It因此消除了色度對測量的影響。光學系統中加入積分球，實現透射光和散射光的同時測量，用比值的方法解決色度吸收的問題，并對光源的光強波動進行修正，提高了靈敏度。所述的積分球式光學系統可以修正由于色度/或吸光物質的干擾，并能補償光強的波動，提供長期的校準穩定，使本發明具有較強的實用性。
圖1是現有技術中免疫比濁技術的光學原理圖；圖2是現有技術中透射比濁法和散射比濁法示意圖；圖3是本發明系統結構示意圖；圖4是本發明中光束整形模塊的示意圖；圖5是本發明中信號采集單元的示意圖。
具體實施例方式如圖3所示，本發明包括依次相連的照明單元1、樣本單元2、信號采集單元3、信號處理單元4。照明單元1包括光源11和光束整形模塊12，光源采用碘鎢燈，色溫在2200 3000K之間，本發明優選色溫為2700K的碘鎢燈，本發明中的光源11功率為9W ；光束整形模塊，所述光束整形模塊將光源發出的光轉換為準平行光束，用于照射被測樣本；光源與其后的光束整形模塊同軸。光束整形模塊包括針孔，置于光源之后，用于限制進入準直鏡的光的口徑；準直鏡組件，置于針孔之后，用于將從針孔發出的光整形為準平行光；該針孔處于準直鏡組件的物方焦面上，該準直鏡組件至少由一片球面或非球面的具有匯聚作用的凸面鏡組成。如圖4所示，光束整形模塊12對光源11發出的光束LB進行準直處理，光束整形模塊12包括一個針孔121和至少一片準直透鏡122，其作用是將光源11發出的光準直為截面直徑小于5mm的圓形光束照射于樣本單元2內的樣本上；準直透鏡122優選凸透鏡，因為光源11發出的光LB為發散光，因此這里可以直接使用凸透鏡進行準直。準直透鏡也可以是一片以上的凸透鏡組合，也可以使一個以上個凹、凸透鏡的組合，只要其總的效果是準直即可；為了將光源11發出的發散光準直在樣本單元的檢測區，并使光束在檢測區處無明顯的燈絲，并且光束完全照射在透射光探測器上，針孔121的尺寸要與準直透鏡的放大倍率相匹配，以使樣本能夠得到充分的照明的同時，透射光探測器能夠接受到全部的透射光；一般情況下，可以使用下式進行近似
,D1Cl = -~I
L2
其中d為針孔的大小，
f為準直透鏡122的焦距；
D1為光束在樣本單元2的檢測區的截面直徑；
5
L1為準直透鏡122距離樣本單元2的檢測區的距離；D2為光束在信號采集單元3的透射光探測器上的截面直徑；L2為準直透鏡122距離信號采集單元3的透射光探測器的距離。樣本單元2，用來盛放液體樣本，樣本杯為方形容器。積分球上開有的光束入射孔和光束透射孔以及散射孔處于積分球最大直徑的同一個圓周上，透射孔在與入射孔相對的位置上，入射孔和透射孔的連線與所述光源同軸。散射孔位于入射孔和透射孔中心連線的正交方向上。入射孔和透射孔和散射孔的通光孔徑總面積小于積分球內表面積的4%。入射孔與透射孔的直徑相同；如圖3所示，信號采集單元包括依次相連的積分球31、消光筒32、透射光探測器 33以及和積分球相連的散射光探測34器；積分球31用于同時收集透射光和散射光，如圖 5所示，入射光穿過樣本單元后將會發生散射，傳播方向不變的直射光將穿過積分球31的入射孔徑和透射孔徑，經過消光筒32照射在透射光探測器33上，然后穿過樣本的透射光信息經透射光探測器33轉換成相應的透射光電信號，記為It，并將其發送至信號處理單元4 ； 傳播方向改變的散射光也將從積分球31的入射孔徑進入積分球，然后在積分球內經過漫反射從散射孔徑射出，散射的光信號經散射光探測器34轉換成相應的散射光電信號，記為 Is,同樣發送至信號處理單元4 ；還有一部分散射光信號將會從透射孔徑傳出，由于散射光的方向是雜亂無章的，而透射光的方向是一致的，因此經過消光筒32后，透射光將順利的到達透射光探測器33，散射光將在消光筒32的傳輸過程中損失殆盡，無法到達透射光探測 ^^ 33 ο如圖3，信號處理單元4將透射光探測器33、散射光探測器34接收到的光信號It、 Is進過信號濾波、放大，分別記為ADt、ADs進行如下處理ADs = aXIsADt = bXIt
ADTAD = K^^ = abK2
ADt Ita、b、K:比例系數。假定樣本是無色的，進入樣本的入射光通量為Itl，則樣本透過率為1，出射光通量 I' Q亦為Itl;出射光通量I' 0、散射光通量Is和透射光通量It三者關系為I' ο = It+Is如果樣本帶色，進入樣本的入射光將部分被吸收，設樣本透過率為t，此時出射光通量I' 0、散射光通量I' s和平行透射光通量I' t有如下關系I' 0 = tX I0I' s = tXIsI' t = I' 0-1' s = tX I0-t XIs = t (I0-Is) = t X It也就是說無論透過光或散射光它們的強度都衰減了同一系數t ；因此消除了色度對測量的影響。
權利要求
1.一種全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于，包括依次相連的照明單元、樣本單元、信號采集單元、信號處理單元所述照明單元包括光源，是由一支色溫為2700K的碘鎢燈為光源；光束整形模塊，所述光束整形模塊將光源發出的光轉換為準平行光束，用于照射被測樣本；樣本單元，用來盛放液體樣本；信號采集單元，是由一個積分球、一個消光筒和兩個分別用于收集透射光和散射光的探測器組成，積分球上開有光束入射孔和光束透射孔以及漫反射孔，透射孔一側安裝有消雜光的消光筒，消光筒與透射光探測器連接，積分球散射孔處與散射光探測器連接，透射光探測器輸出線和散射光探測器輸出線分別與信號處理單元連接；信號處理單元，用于將收集到的透射光信號、散射光信號進行運算處理。
2.根據權利要求1所述的全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于光源與其后的光束整形模塊同軸。
3.根據權利要求1所述的全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于光束整形模塊包括針孔，置于光源之后，用于限制進入準直鏡的光的口徑；準直鏡組件，置于針孔之后，用于將從針孔發出的光整形為準平行光；該針孔處于準直鏡組件的物方焦面上， 該準直鏡組件至少由一片球面或非球面的具有匯聚作用的凸面鏡組成。
4.根據權利要求1所述的全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于積分球上開有的光束入射孔和光束透射孔以及散射孔處于積分球最大直徑的同一個圓周上，透射孔在與入射孔相對的位置上，入射孔和透射孔的連線與所述光源同軸。
5.根據權利要求4所述的全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于散射孔位于入射孔和透射孔中心連線的正交方向上。
6.根據權利要求4所述的全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于入射孔和透射孔和散射孔的通光孔徑總面積小于積分球內表面積的4%。
7.根據權利要求4所述的全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于入射孔與透射孔的直徑相同。
8.根據權利要求1所述的全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，其特征在于所述信號處理單元將所述散射光探測器、透射光測器接收到的光信號進過信號濾波、放大，分別記為ADs、ADt，進行如下處理ADs = aXIsADt = bXItADTAD = K^ = abK-^ ADt Ita、b、K 比例系數；所述散射光測器接收散射光，記為Is，所述透射光探測器接收透射光，記為ItO
全文摘要
本發明涉及一種全自動便潛血分析儀的積分球式光學系統，屬于便潛血分析儀的光學系統。包括依次相連的照明單元、樣本單元、信號采集單元、信號處理單元，光學系統中加入積分球，實現透射光和散射光的同時測量，用比值的方法解決色度吸收的問題，并對光源的光強波動進行修正，提高了靈敏度。所述的積分球式光學系統可以修正由于色度/或吸光物質的干擾，并能補償光強的波動，提供長期的校準穩定，使本發明具有較強的實用性。
文檔編號G01N21/51GK102384889SQ201110221188
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者宋潔, 張世龍, 朱海波, 李佳宇 申請人:長春迪瑞醫療科技股份有限公司