一種智能人體結(jié)石成分分析儀及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能人體結(jié)石成分分析儀及其使用方法，包括激光器、拉曼光譜儀和樣品座，所述激光器與拉曼光譜儀耦合至光纖探頭，所述光纖探頭與樣品座耦合并實(shí)現(xiàn)信號采集，拉曼光譜儀連接有智能運(yùn)算裝置，所述智能運(yùn)算裝置連接有輸出設(shè)備。本發(fā)明的有益效果：可以檢測微量結(jié)石樣品，迅速得到結(jié)石成分分析特征光譜，得出樣品成分，并給出相應(yīng)的預(yù)防建議。整個過程簡單，快速，準(zhǔn)確，對人員操作，環(huán)境要求較低。
【專利說明】
一種智能人體結(jié)石成分分析儀及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體來說，涉及一種智能人體結(jié)石成分分析儀及其使用方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]人體結(jié)石是一種常見的復(fù)發(fā)率較高的疾病，結(jié)石成分分析對于結(jié)石治療和復(fù)發(fā)的預(yù)防有著自關(guān)重要的地位。不同結(jié)石的形成對于生活習(xí)性的糾正有著不同的預(yù)防策略，并且，根據(jù)結(jié)石成分更加精準(zhǔn)的選擇溶石藥物進(jìn)行治療，對于結(jié)石病人痛苦的減輕是巨大的。 因此，對結(jié)石成分的分析，不僅能夠進(jìn)行有效的治療，提供準(zhǔn)確的預(yù)防建議，更能為探究結(jié)石具體成因提供指導(dǎo)及幫助。
[0003]現(xiàn)有結(jié)石分析儀大多使用紅外光譜檢測并分析，其明顯不足為:(1)結(jié)石樣品的紅外光吸收譜帶不夠?qū)?，特征性不夠?qiáng)，導(dǎo)致某些結(jié)石成分在譜帶上特征的缺失，并且結(jié)石成分紅外光譜的分析需要依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，不易解讀，存在一定的誤差；(2)在結(jié)石檢測之前需要進(jìn)行利用溴化鉀等化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行繁瑣的制片過程，并且對環(huán)境濕度，溫度要求嚴(yán)苛，過程復(fù)雜，人工成本極高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對相關(guān)技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種智能人體結(jié)石成分分析儀及其使用方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種智能人體結(jié)石成分分析儀，包括激光器、拉曼光譜儀和樣品座，所述激光器與拉曼光譜儀耦合至光纖探頭，所述光纖探頭與樣品座耦合并實(shí)現(xiàn)信號采集，拉曼光譜儀連接有智能運(yùn)算裝置，所述智能運(yùn)算裝置連接有打印機(jī)。
[0006]進(jìn)一步的，所述激光器為紅外窄線寬光纖激光器。
[0007]進(jìn)一步的，所述智能運(yùn)算裝置為計算機(jī)。
[0008]進(jìn)一步的，所述樣品座為避光樣品座。
[0009]—種智能人體結(jié)石成分分析儀的使用方法，包括以下步驟:步驟1、將光纖探頭連接拉曼光譜儀，并指向樣品檢測區(qū)域，同時將激光器對準(zhǔn)樣品檢測區(qū)域；步驟2、將結(jié)石樣品直接放置在樣品檢測區(qū)域進(jìn)行檢測；步驟3、待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，讀取結(jié)石樣品的拉曼光譜數(shù)據(jù)，同時拉曼光譜儀將其所接收到的光信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入給智能運(yùn)算裝置；步驟4、智能運(yùn)算裝置將其所接收到的數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算和分析，得到結(jié)石成分結(jié)果； 步驟5、智能運(yùn)算裝置將結(jié)石成分結(jié)果存儲在本機(jī)和云端服務(wù)器，并將結(jié)石成分結(jié)果生成分析報告輸入至打印機(jī)。[〇〇1〇]進(jìn)一步的，所述分析報告包括被測結(jié)石樣品拉曼光譜圖、結(jié)石成分分析、預(yù)防措施以及建議的藥物溶石選擇方案。
[0011]本發(fā)明的有益效果:可以檢測微量結(jié)石樣品，迅速得到結(jié)石成分分析特征光譜，得出樣品成分，并給出相應(yīng)的預(yù)防建議。整個過程簡單，快速，準(zhǔn)確，對人員操作，環(huán)境要求較低?！靖綀D說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的智能人體結(jié)石成分分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖一；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的智能人體結(jié)石成分分析儀使用方法的方框圖；圖3是結(jié)石樣品草酸鈣的拉曼光譜圖；圖中橫坐標(biāo)為拉曼漂移，單位是cm-1，縱坐標(biāo)為該拉曼漂移位置的對應(yīng)相對強(qiáng)度；圖4是結(jié)石樣品草酸鈣和尿酸的拉曼光譜圖；圖中橫坐標(biāo)為拉曼漂移，單位是cm-1，縱坐標(biāo)為該拉曼漂移位置的對應(yīng)相對強(qiáng)度?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇14]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]實(shí)施例1如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種智能人體結(jié)石成分分析儀，包括激光器1、拉曼光譜儀2和樣品座4,所述激光器1與拉曼光譜儀2耦合至光纖探頭3,采用光纖探頭3耦合， 以靈活適應(yīng)多種場景的結(jié)石分析應(yīng)用，所述光纖探頭3與樣品座4耦合并實(shí)現(xiàn)信號采集，拉曼光譜儀2連接有智能運(yùn)算裝置5,所述智能運(yùn)算裝置5連接有打印機(jī)6,所述智能運(yùn)算裝置5 為計算機(jī)，智能運(yùn)算裝置5能自動采收數(shù)據(jù)，并通過運(yùn)算得到結(jié)石成分的分析結(jié)果。
[0016]其中，所述激光器2為紅外窄線寬光纖激光器；利用紅外窄線寬激光激發(fā)結(jié)石樣品，并通過拉曼光譜儀2采集結(jié)石樣品的拉曼光譜，以此作為結(jié)石成分識別的指紋光譜。激光器1和拉曼光譜儀2采用光纖探頭3耦合，采用光纖探頭3采集拉曼散射信號，可保證與特制放樣裝置的便捷耦合，實(shí)現(xiàn)高光通量的信號采集。
[0017]所述樣品座4為避光樣品座;可靈活升降并限制探測部位的避光樣品座，適應(yīng)各種尺寸的結(jié)石樣品，采用易清理防腐材料，可在保證實(shí)驗(yàn)效率和準(zhǔn)確性的前提下，極大提升操作體驗(yàn)。[〇〇18] 實(shí)施例2如圖1-2所示，一種智能人體結(jié)石成分分析儀的使用方法，包括以下步驟:步驟1、將光纖探頭3連接拉曼光譜儀2,并指向樣品檢測區(qū)域，同時將激光器1對準(zhǔn)樣品檢測區(qū)域；步驟2、將結(jié)石樣品直接放置在樣品檢測區(qū)域(即樣品座4)進(jìn)行檢測；步驟3、待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，讀取結(jié)石樣品的拉曼光譜數(shù)據(jù)，同時拉曼光譜儀2將其所接收到的光信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入給智能運(yùn)算裝置5;對所得到的結(jié)石樣品拉曼數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑和去基線峰值檢測;選取正確峰值數(shù)據(jù);峰值聚類分析，確定最終峰值;峰值模式匹配，數(shù)據(jù)庫分析，最終確定結(jié)石成分；其中，峰值聚類檢測分析方法即在所得到的峰值之中，利用改進(jìn)的K-means算法進(jìn)行峰值聚類，得到最終的檢測結(jié)石樣品峰值;峰值模式匹配為利用改進(jìn)的高斯混合模型進(jìn)行模式識別，最終確定結(jié)石樣品成分；步驟4、智能運(yùn)算裝置5將其所接收到的數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算和分析，得到結(jié)石成分結(jié)果。
[0019]步驟5、智能運(yùn)算裝置5將結(jié)石成分結(jié)果存儲在本機(jī)和/或云端服務(wù)器，并將結(jié)石成分結(jié)果生成分析報告輸出至打印機(jī)。
[0020]輸出報告包含:1.被測結(jié)石樣品拉曼光譜圖。2.結(jié)石成分分析。3.預(yù)防措施以及建議的藥物溶石選擇方案。
[0021]本發(fā)明的原理主要為:特定波長的激光射到結(jié)石樣品上產(chǎn)生的散射光譜中，頻率相對于入射光發(fā)生偏移的光譜即為拉曼光譜，由于其所的反映的結(jié)石樣品中物質(zhì)分子和晶格的特有振動特性，可以被用來作為結(jié)石物質(zhì)成分識別的指紋光譜。[〇〇22] 實(shí)施例3如圖2所示，取待測結(jié)石樣本，放置樣品檢測區(qū)域，開啟激光器，對準(zhǔn)照射至樣品中心； 光譜儀得到待測結(jié)石樣品數(shù)據(jù)，傳輸至計算機(jī)進(jìn)行自動遍歷尋找圖譜峰值，模式識別進(jìn)行峰值歸類，自動匹配進(jìn)行結(jié)石樣本的歸類，得到最終的結(jié)石樣本成分分析。如圖3所示，是草酸鈣的圖譜，草酸鈣在拉曼光譜中是相對來說較容易區(qū)分的結(jié)石種類，光譜中，最明顯特征值的強(qiáng)度在1459至1469之間，其原因是在于草酸鈣中對稱的C00-雙峰的頻率相對于入射光發(fā)生偏移較強(qiáng)。對比于數(shù)據(jù)庫中單峰識別的結(jié)石種類，單峰值落在這個區(qū)域的結(jié)石種類為草酸鈣;確定結(jié)石種類，打印報告，備份云端服務(wù)器。
[0023]實(shí)施例4如圖2所示，取待測結(jié)石樣本，放置樣品檢測區(qū)域，開啟激光器，對準(zhǔn)照射至樣品中心； 光譜儀得到待測結(jié)石樣品數(shù)據(jù)，傳輸至計算機(jī)進(jìn)行自動遍歷尋找圖譜峰值，模式識別進(jìn)行峰值歸類，自動匹配進(jìn)行結(jié)石樣本的歸類，得到待測結(jié)石樣本數(shù)據(jù)。如圖4所示是草酸鈣和尿酸的圖譜，尿酸的圖譜峰值檢測分布相對較分散，但是一般的特定的呈現(xiàn)在固定的幾個位置組合模式中，所測得到峰值分別為611，865，1016，1217，1632;對比與數(shù)據(jù)庫，可以鑒別尿酸的存在；同時的，在1459至1469之間存在的尖峰以及整體峰值強(qiáng)度的體現(xiàn)，也充分證實(shí)草酸鈣的存在。相同的，打印報告，上傳至服務(wù)器端。
[0024]本發(fā)明的工作原理是通過計算機(jī)的智能算法來解析結(jié)石的拉曼光譜。其主要的優(yōu)點(diǎn)為:1.通過拉曼光譜分析結(jié)石種類，無需對結(jié)石樣本進(jìn)行前述的復(fù)雜繁瑣的樣本前制作， 可接受遠(yuǎn)比紅外結(jié)石分析儀所需的微量的結(jié)石樣本作為測試樣本，并且無需壓片，溴化鉀溶解等復(fù)雜的前處理，保持測試樣品的完整性，使得樣品可重復(fù)利用；只需要放置樣本至監(jiān)測區(qū)域內(nèi)進(jìn)行檢測即可，整個過程操作簡單，快捷；2.樣品檢測在低波數(shù)的測定范圍擴(kuò)寬，分辨率更高，測量區(qū)域小，通過拉曼光譜進(jìn)行結(jié)石分析，得到更寬的吸收譜帶，從而能夠更加精確的確定結(jié)石樣本的特征峰值，為結(jié)石成分的確定提供更準(zhǔn)確的依據(jù)；3.通過自動尋峰，模式識別，統(tǒng)計分類等智能算法對現(xiàn)有常見結(jié)石的結(jié)石種類的定性分析，包括單一結(jié)石和混合結(jié)石的種類確定；4.提供的結(jié)石成分分析報告給出了結(jié)石種類，并且相對應(yīng)的在一種或者多種結(jié)石種類上的預(yù)防和溶石建議上給予建議；5.整個操作流程簡單化，智能化，從放置樣品到得到分析樣品結(jié)果，通常只需要數(shù)秒， 大幅提升檢測分析效率，改善操作體驗(yàn)，并采用智能分析策略實(shí)現(xiàn)快速高效分析;簡潔化智能化人體結(jié)石成分分析儀能夠極大地節(jié)省了相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)成本和時間成本;方便了臨床醫(yī)生在手術(shù)后可以直接檢查結(jié)石樣品從而提高患者護(hù)理質(zhì)量;更進(jìn)一步的令結(jié)石成分分析在臨床上的治療和預(yù)防更具有推廣性。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能人體結(jié)石成分分析儀，包括激光器、拉曼光譜儀和樣品座，其特征在于:所 述激光器與拉曼光譜儀耦合至光纖探頭，所述光纖探頭與樣品座耦合并實(shí)現(xiàn)信號采集，拉 曼光譜儀連接有智能運(yùn)算裝置，所述智能運(yùn)算裝置連接有打印機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能人體結(jié)石成分分析儀，其特征在于:所述激光器為紅外 窄線寬光纖激光器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能人體結(jié)石成分分析儀，其特征在于:所述智能運(yùn)算裝置 為計算機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能人體結(jié)石成分分析儀，其特征在于:所述樣品座為避光 樣品座。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能人體結(jié)石成分分析儀的使用方法，其特征在于:包括以 下步驟:步驟1、將光纖探頭連接拉曼光譜儀，并指向樣品檢測區(qū)域，同時將激光器對準(zhǔn)樣品檢 測區(qū)域；步驟2、將結(jié)石樣品直接放置在樣品檢測區(qū)域進(jìn)行檢測；步驟3、待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，讀取結(jié)石樣品的拉曼光譜數(shù)據(jù)，同時拉曼光譜儀將其所接收到 的光信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入給智能運(yùn)算裝置；步驟4、智能運(yùn)算裝置將其所接收到的數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算和分析，得到結(jié)石成分結(jié)果。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能人體結(jié)石成分分析儀的使用方法，其特征在于:進(jìn)一步包 括:步驟5、智能運(yùn)算裝置將結(jié)石成分結(jié)果存儲在本機(jī)和云端服務(wù)器，并將結(jié)石成分結(jié)果生 成分析報告輸入至打印機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能人體結(jié)石成分分析儀的使用方法，其特征在于:所述分析 報告包括被測結(jié)石樣品拉曼光譜圖、結(jié)石成分分析、預(yù)防措施以及建議的藥物溶石選擇方案。
【文檔編號】G01N21/65GK105954257SQ201610351392
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】馬恩, 郭杰龍, 胡水石
【申請人】廈門市卓廈光電科技有限公司