雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法與流程

文檔序號：11249358閱讀：466來源：國知局

本發明涉及光譜復雜溶液濃度分析化學計量領域，尤其涉及一種雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法。

背景技術：

現有技術中，較為成熟的技術是通過化學檢驗來檢測血袋中游離血紅蛋白的含量，具有準確性高的突出優點，但化學檢驗的方式無法滿足快速、非接觸、以及無污染的需求，光譜測量由于其非接觸、無污染的特性也有可能實現血袋內游離血紅蛋白的含量檢測。

在光譜檢測中，根據朗伯-比爾定律：分別測量各個波長的入射光強i0和出射光強i，通過公式(1)計算各個波長的吸光度a。∈為物質在某一波長下吸光系數，c為物質的濃度，b為光程長度。

實際上，由于種種原因未能測量入射光強i0，例如：入射光強i0太強而難以測量，但如果在入射光強i0基本穩定不變的情況下，只測量出射光強i也可以得到不錯的結果。然而光譜檢測受到光譜背景噪聲的影響、光源變化的影響以及測量容器的影響難以達到測量需要的精度。

光源的影響主要表現為光譜分布和光強的變化。導致光源變化的原因有很多，如光源電壓變化、燈絲老化、或環境溫度變化等。在光譜分析中，鮮有文獻介紹光源對測量精度的影響，以及減小光源強度變化對測量精度影響的方法。在早前的研究中，用定標的方式來消除一些干擾，如用水來定標，但是由于光強過強，實際中難以操作。也有很多學者利用中性衰減片或光纖分光方式測量入射光強i0。以中性衰減片為例(下文的討論除非特別說明，均在某個波長上討論)，測量通過中性衰減片的出射光強iⁿ，則光源的光強i0ⁿ可以用吸光度a和出射光強iⁿ來表示：

然后將被測樣品替換中性衰減片，測出樣品的出射光強i^s：

注意到所以

式(4)的最終結果中沒有(也即)出現，說明光源的強度(及其光譜)不會影響對樣品的測量，只要所有的測量都采用同一中性衰減片校準，即保持lgiⁿ+aⁿ為恒定常數。

采用上述方法存在如下的缺點：

不同場合很難找到完全一樣的中性衰減片，且很難保證樣品與中性衰減片的位置一致。

技術實現要素：

本發明提供了一種雙光程透射光譜測量血袋內血液的游離血紅蛋白含量的方法，可操作性強，消除了光譜背景噪聲、光源變化和血袋帶來的影響，提高了游離血紅蛋白含量的分析精度，詳見下文描述：

一種雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法，所述方法包括以下步驟：

光源出光光口與光譜接收裝置入射狹縫緊貼血袋，調制裝置調制光源使其發出方波光信號，光源對血液樣品進行透射，光譜接收裝置采集透射光譜；

位移平臺在保證光源出光光口和光譜接收裝置入射狹縫同軸前提下，控制光源移動，由光譜接收裝置采集透射光譜；

將兩個位置處透射光譜分別變換到頻域構造頻域內透射光譜，將兩個頻域內透射光譜的各個波長下光強比值求對數得到吸收光譜，將吸收光譜歸一化處理后與已有化學分析的結果對比，建立數學模型；

采集未知血液兩位置處的透射光譜，將兩透射光譜分別變換到頻域構造頻域內透射光譜，將兩個頻域內透射光譜的各個波長下光強比值求對數得到吸收光譜，將吸收光譜進行歸一化，并帶入數學模型計算，得到游離血紅蛋白的含量；

所述方法通過控制位移平臺改變光程，在不同光程長處采集同一調制光源下的血袋內血液的透射光譜，消除光源變化和血袋帶來的影響，消除光譜背景噪聲的影響，提高游離血紅蛋白含量的分析精度，解決血袋內游離血紅蛋白含量的無損檢測。

其中，所述構造頻域內透射光譜的步驟具體為：

調制裝置將光源調制成方波光信號，由光譜接收裝置采集透射光譜，將透射光譜的每個波長的時間序列變換到頻域，以各個波長的基波分量構造頻域內透射光譜。

其中，控制光源移動，由光譜接收裝置采集透射光譜的步驟具體為：

光源在位置a處對血液樣品進行透射，由光譜接收裝置采集透射光譜；

位移平臺控制光源移動至位置b，由光譜接收裝置采集透射光譜；

或，

光源對血袋內的血液樣品進行透射，由光譜接收裝置在位置a處采集透射光譜；

位移平臺控制光譜接收裝置移動至位置b，采集位置b處的透射光譜；

或，

在位置a處由光源對血袋內的血液樣品進行透射，在位置a’處由光譜接收裝置采集透射光譜；

位移平臺控制光源和光譜接收裝置分別移動至位置b、b’處，由光譜接收裝置采集透射光譜。

其中，所述方法還包括：

在光源處設置一光纖，作為入射光纖，且保證入射光纖與光譜接收裝置入射狹縫緊貼血袋且同軸；

或，

在光譜接收裝置處設置一光纖，作為出射光纖，且保證出射光纖與光源出光光口緊貼血袋且同軸；

或，

在光源與光譜接收裝置處分別設置入射光纖與出射光纖，且保證入射光纖與出射光纖緊貼血袋且同軸。

其中，所述a位置為入射光纖的第一位置，由光譜接收裝置采集入射光纖與出射光纖相對位置a下的透射光譜；在保證入射光纖與出射光纖同軸的前提下，控制入射光纖移動到位置b處，由光譜接收裝置采集入射光纖與出射光纖相對位置b下的透射光譜。

其中，所述a位置為出射光纖的第一位置，由光譜接收裝置采集入射光纖與出射光纖相對位置a下的透射光譜；在保證入射光纖與出射光纖同軸的前提下，控制出射光纖移動到位置b處，由光譜接收裝置采集入射光纖與出射光纖相對位置b下的透射光譜。

其中，a、a’分別為入射光纖和出射光纖的第一位置，由光譜接收裝置采集入射光纖與出射光纖相對該位置a、a’下的透射光譜；在保證入射光纖與出射光纖同軸的前提下，控制入射光纖和出射光纖移動到位置b、b’處，由光譜接收裝置采集入射光纖與出射光纖相對位置b、b’下的透射光譜。

進一步地，所述光源為超連續寬譜激光、氙燈寬譜光源或溴鎢燈寬帶光源，該超連續寬譜激光、氙燈寬譜光源或溴鎢燈寬帶光源覆蓋可見光波段、或近紅外光波段、或兩者的組合，可直接發光或經入射光纖傳導。

進一步地，所述位移平臺為步進電機或磁鐵吸合裝置；所述光譜接收裝置為光譜儀；所述調制裝置為斬波器。

上述所述數學模型利用主成分分析、人工神經網絡、偏最小二乘回歸、支持向量機、信號分析或統計方法建立。

本發明提供的技術方案的有益效果是：本發明通過控制位移平臺改變光程，在不同光程長處采集同一調制光源下的血袋內血液的透射光譜，不僅消除了光源變化和血袋帶來的影響，而且消除了光譜背景噪聲的影響，提高了游離血紅蛋白含量的分析精度，解決了血袋內游離血紅蛋白含量的無損檢測問題，高效、簡便、無污染，可操作性強。

附圖說明

圖1為雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法原理圖；

圖2為雙光程透射光譜法原理示意圖；

圖3為實施例1中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法示意圖；

圖4為實施例2中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法另一示意圖；

圖5為實施例3中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法另一示意圖；

圖6為實施例4中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法另一示意圖；

圖7為實施例5中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法另一示意圖；

圖8為實施例6中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法另一示意圖；

圖9為實施例7中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法另一示意圖；

圖10為實施例8中雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法另一示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1：第一光程；2：第二光程；

3：光源；4：入射光纖；

5：血袋；6：位移平臺；

7：光譜接收裝置；8：出射光纖；

9：調制裝置；a、a’：第一位置；

b、b’：第二位置。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

將調制裝置放置于光源光路之中時，光會周期性的通過和遮擋。此時光源發出的光被調制成具有一定頻率的方波光信號。透射血液得到的透射光譜中每個波長的頻率與光源發出的方波光頻率一致，以透射光譜某一波長λ為例，圖1為λ波長的波形與光譜接收裝置積分時間對應的積分值示意圖，b為背景噪聲，t為光譜接收裝置的積分時間，且t1＝t2＝…＝ti＝t；t1區間內積分時間對應的是背景噪聲，此時光譜接收裝置接收到的光強幅值背景噪聲的積分值，數值最小記為imin；ti區間內積分時間對應的是λ波長的光強和背景噪聲，此時光譜接收裝置接收到的光強幅值是λ波長的光強和背景噪聲的積分值，數值最大記為imax，t1與ti之間其他的積分時間一部分對應背景噪聲，另一部分對應λ波長的光強和背景噪聲，因此所得到的積分值在(imin，imax)區間內變動。由此，在t1～ti內可以得到一組值域為(imin，imax)積分值序列，由此可見，該波長的積分值在(imin，imax)區間內變動而形成周期性信號，其他波長的積分值與此類似，且為嚴格同周期和同步的周期性信號。通過對各個波長的積分值的時間序列進行傅立葉變換，以所有波長積分值的頻域基波分量構成的頻域內透射光譜，可以消除光譜背景噪聲，大幅度提高信噪比。

雙光程法是根據朗伯-比爾定律，如圖2所示，分別設定第一光程1和第二光程2。推導過程如下：

其中，a1是第一光程1的吸光度，a2是第二光程2的吸光度。io是第一光程1的入射光的光強，同時也是第二光程2的入射光的光強，i1是第一光程1的出射光強，i2是第二光程2的出射光強，b1是第一光程1的光程長，b2是第二光程2的光程長，△b為兩光程長的差，∈吸光系數為，c所測物質濃度。

由式(7)可以看出，雙光程光譜法的吸光度與光程差仍然成線性關系，符合朗伯-比爾定律，且與入射光光強io無關。因此，雙光程法在理論上是不受光源影響的，同時扣除了血袋本身的影響。

實施例1

本發明實施例提供的雙光程調制光源測量血袋內游離血紅蛋白含量的方法，所使用到的器件如圖3所示，包括：光源3、血袋5、位移平臺6、光譜接收裝置7以及調制裝置9。

其中，保證光源3出光光口與光譜接收裝置7入射狹縫緊貼血袋5且同軸，調制裝置9調制光源3使其發出方波光信號，光源3在第一位置a(對應第一光程1)處對血袋5內的血液樣品進行透射，由光譜接收裝置7采集透射光譜。隨后通過位移平臺6在保證光源3出光光口和光譜接收裝置7出射狹縫同軸的前提下控制光源移動至第二位置b(對應第二光程2)，由光譜接收裝置7采集透射光譜。

將a、b兩個位置處采集的透射光譜的每個波長的時間序列變換到頻域，以各個波長的基波分量構造頻域內透射光譜，由此消除光譜背景噪聲的影響，將兩個頻域內透射光譜的各個波長下光強比值求對數得到吸收光譜，由此消除光源不穩定和血袋帶來的測量誤差，更客觀反映個體之間血液成分的變化。將吸收光譜歸一化處理，歸一化方法為：

ag＝a/max(a)(8)

公式(8)中，ag為歸一化吸光度，max(a)為不同波長上的吸光度最大值，a為吸光度。結合化學檢驗的數據，利用主成分分析(pca,principalcomponentanalysis)或人工神經網絡(ann,artificialneuralnetwork)或偏最小二乘回歸(plsr,particleleastsquarescalibrationanalysis)或支持向量機(svm,supportvectormachines)信號分析或統計等方法均可建立數學模型。

本發明實施例對具體建立數學模型的步驟不做贅述，為本領域技術人員所公知。

采集未知血液樣品a、b兩處位置的透射光譜，將透射光譜的每個波長的時間序列變換到頻域，以各個波長的基波分量構造頻域內透射光譜，將兩個頻域內透射光譜吸收光譜進行歸一化帶入上述建立好的數學模型進行計算，得到游離血紅蛋白的含量。