[发明专利]用于确定全血血红蛋白参数的分析物系统及方法

说明书

本申请公开了使用光学吸光度测量全血样本中的血红蛋白及胆红素参数的系统(10)和方法。所述系统(10)包括光学样本模块(20)、分光计模块(100)、光学上将光学样本模块(20)连接到分光计模块(100)的光纤组件(90)、及处理器模块(150)。光学样本模块(20)具有带有LED光源(28)的发光模块(22)、比色皿组件(40)和校准光模块(60)。处理器模块(150)接收并处理来自分光计模块(100)的电信号及将电信号变换为可用于显示和报告全血样本的血红蛋白参数值和/或总胆红素参数值的输出信号。

发明背景

1.发明领域

本发明总体上涉及用于血液的血红蛋白参数的确定和表征的光谱系统及方法。

2.现有技术描述

紫外-可见光光谱系统涉及吸收光谱法或者反射光谱法。如名称所暗示的，这样的系统使用可见及近紫外范围的光分析样本。波长范围通常从约400nm到约700nm。可见光的吸收或反射直接影响感知的、所涉及化学制品的颜色。UV/Vis光谱学在分析化学中常规用于不同分析物的定量测定，例如过渡金属离子、高度共轭有机化合物及生物高分子。光谱分析通常在溶液中进行，但固体和气体也可被研究。

近红外光谱系统也涉及吸收光谱法或反射光谱法。这样的系统使用近红外范围的光分析样本。波长范围通常从约700nm到小于2500nm。典型应用包括制药、医学诊断(包括血糖和脉搏血氧定量法)、食品和农用化学品质量控制及燃烧研究，以及在功能性神经影像的研究、运动医学科学、精英运动训练、工效学、康复、新生儿研究、脑机接口、泌尿学(膀胱收缩)、及神经病学(神经血管耦合)。

用于近IR(NIR)光谱学的仪器与用于UV-可见和中IR范围的仪器类似。分光光度计的基本部件为光源、样本支架、单色器或棱镜中的衍射光栅以分离光的不同波长、及检测器。辐射源通常为钨灯丝(300-2500nm)、氘弧光灯(其跨紫外区连续(190-400nm))、氙弧光灯(其从160-2000nm连续)、或者近来的可见波长的发光二极管(LED)。检测器通常为光电倍增管、光电二极管、光电二极管阵列或者电荷耦合装置(CCD)。单光电二极管检测器和光电倍增管与扫描单色器一起使用，其过滤光使得一次仅单一波长的光到达检测器。扫描单色器移动衍射光栅以“步进式遍及”每一波长，使得其强度可被测量为波长的函数。固定的单色器与CCD和光电二极管阵列一起使用。由于这两个装置均由分组为一维或二维阵列的许多检测器组成，它们能够同时在不同像素或者不同的像素组收集不同波长的光。常见的白炽或石英卤素灯泡最常用作分析应用的近红外辐射宽带源。发光二极管(LED)也被使用。使用的检测器的类型主要取决于将要测量的波长范围。

NIR光谱学主要应用于人体使用的是人体组织中的NIR光的传输和吸收包含关于血红蛋白浓度变化的信息的事实。通过采用几个波长和时间分辨(频域或时域)和/或空间分辨法，血流、体积和绝对组织饱和度(StO₂或组织饱和指数(TSI))可被量化。通过NIRS方法应用血氧定量法包括神经系统科学、工效学、康复学、脑机接口、泌尿学、影响血液循环的疾病(如周围性血管疾病)的检测、胸部肿瘤的检测和评估、及运动医学中的训练优化。

关于吸收光谱法，Beer-Lambert定律表明，溶液的吸光度直接与溶液中的吸收物种的浓度及路径长度成正比。因而，对于固定的路径长度，UV/Vis和NIR光谱学可用于确定溶液中吸收体的浓度。该方法在使用Beer-Lambert定律以量化方式确定溶液中的吸收物种的浓度时最常使用：A＝log₁₀(I₀/I)＝εcL

其中A为测得的吸光度，按吸光度单位(AU)计

I₀为给定波长的入射光的强度

I为穿透强度

L为通过样本的路径长度，及

c为吸收物种的浓度。