УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Устройство относится к медицинской технике, а именно к лабораторному оборудованию и может быть использовано для автоматизированного непрерывного исследования изменений во времени физических и химических процессов в жидких биологических средах.
Известны устройства для непрерывного фотометрирования по всей длине столба пробы с помощью камеры или ПЗС-линейки, установленной напротив капилляров с исследуемыми образцами и дальнейшей обработкой полученного видеоизображения (см. пат. США №4848900, пат. США №5003488).
Недостатком указанных устройств является длительное время проведения исследования, погрешности измерения при исследовании сред с высокой оптической плотностью в результате сильного преломления излучения на границах раздела исследуемой среды и сосуда, наличия нечеткой границы раздела участков пробы исследуемой жидкости с различной плотностью.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для оценки физических свойств биологических жидкостей в виде капельной пробы (см. пат. РФ на пол. мод. №47526), состоящее из камеры первичного преобразователя, в которой размещена прозрачная пластина с лежащей каплей исследуемой пробы между источником и приемником оптического излучения, подключенным к регистрирующему устройству, а в боковой стенке камеры преобразователя расположен объектив видеокамеры, сфокусированной на капле и подключенной к компьютеру. При этом физические свойства пробы оценивают по изменению фототока на приемнике оптического излучения.
Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений, обусловленная определением свойств пробы только по изменению фототока, а боковая проекция капли используется только для визуализации процесса.
Кроме того, за один цикл возможно проведение только одного исследования, что снижает производительность работы в лабораториях с высокой нагрузкой. Отсутствует возможность регистрации и анализа изменения во времени положения границы раздела участков пробы жидкости.
Техническим результатом полезной модели является повышение производительности и точности измерений за счет увеличения числа исследуемых проб за один цикл и совместной обработки результатов измерения фототока и положения границы раздела участков жидкости по видеоизображению, а также регистрации и анализа изменения во времени физических параметров капельных проб.
Технический результат достигается тем, что устройство для исследования свойств биологических жидкостей, включающее камеру первичного преобразователя с соосно расположенными источником и приемником оптического излучения и видеокамерой, отличается тем, что камера первичного преобра разцов, а приемник оптического излучения и видеокамера через аналого-цифровой преобразователь связаны с персональным компьютером.
Предлагаемое устройство, как и прототип, имеет горизонтальную поверхность для размещения на ней лежащей капли исследуемой пробы в виде пластины из прозрачного материала, и вертикально соосно расположенные источник и приемник оптического излучения (измерительный оптический канал). В боковую стенку камеры первичного преобразователя встроен объектив видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру.
В отличие от прототипа, предлагаемое устройство содержит несколько горизонтальных поверхностей для размещения капельных проб, расположенных по кругу на поворотном столе в рабочем объеме камеры первичного преобразователя, изолированной от воздействия внешней среды. Одна из горизонтальных поверхностей для размещения капельных проб находится между вертикально соосно расположенными источником и приемником оптического излучения. При вращении поворотного стола двигателем, остальные горизонтальные поверхности с пробами поочередно устанавливаются на позицию измерения. Приемник оптического излучения через усилитель фототока, связанный с источником питания, подключен через аналого-цифровой преобразователь к персональному компьютеру, исполняющему функцию регистрирующего устройства. Использование для получения боковой проекции капли видеокамеры, с передачей информации на компьютер, дает возможность совместной автоматизированной обработки изображения профиля пробы и результатов, полученных с измерительного оптического канала, что повышает точность и объективность измерений.
На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - конструкция камеры первичного преобразователя.
Устройство (фиг.1) состоит из камеры первичного преобразователя 1 (ПП), включающей соосно расположенные источник 2 (ИИ) и приемник оптического излучения 3 (ПИ), между которыми поочередно размещаются кюветы с исследуемой капельной пробой жидкости 4 (ПР), приводимые в движение двигателем поворотного стола 5 (ДВ). В состав камеры также входят термодатчик 6 (ТД), нагревательный элемент 7 (НЭ) и видеокамера 8 (ВК), сфокусированная на капельной пробе 4, электрически связанная с платой ввода видеоизображения персонального компьютера 9 (ПК).
Кроме того, устройство включает: источник стабильного тока 10 (ИСТ), подключенный к источнику оптического излучения 2; блок терморегуляции 11 (ТР), электрически связанный с термодатчиком 6 и нагревательным элементом 7; усилитель фототока 12 (УС), электрически связанный с приемником оптического излучения 3 и аналого-цифровым преобразователем 13 (АЦП), подключенным к микроконтроллеру 14 (МК), который, в свою очередь, связан с портом ввода-вывода персонального компьютера 9 и с цифровым аналого-цифровым преобразователем 15 (ЦАП), выход которого подключен к реле 17 (Р). Источник питания 16 (ИП) подключен к блоку терморегуляции 11, двигателю поворотного стола 5, усилителю фототока 12 и через реле 17 (Р) к источнику стабильного тока 10.
В камере первичного преобразователя (фиг.2) расположен поворотный стол 18, имеющий форму диска с отверстиями для установки кювет 19 с капельными пробами жидкости. При повороте стола на определенный градус, кювета с капельной пробой устанавливается по общей оси источника (светодиода) 27 и приемника (фотодиода) 28 излучения. Шаговое движение поворотного стола 18 и требуемая точность положения капли обеспечивается мальтийским механизмом 21. На общей оси 20 поворотного стола и мальтийского креста установлен фиксатор 23. Ведущее звено мальтийского механизма (кривошип) 22 приводится в движение двигателем поворотного стола. На ролике фиксатора размещен контакт, обеспечивающий включение на заданное время подсветки (светодиода) 27. В это время видеокамера 26 записывает изображение боковой проекции капли для проведения анализа с помощью прилагающегося программного обеспечения к компьютеру. В нижней части камеры расположен нагревательный элемент 25 для поддержания постоянной температуры внутри камеры на уровне 37°С при помощи термодатчика 30. Увлажнение среды в камере обеспечивается за счет испарения воды в полости 24. Герметичность камеры обеспечивается крышкой 29.
Устройство работает следующим образом.
После включения установки в сеть, нагревательный элемент 25 производит нагрев камеры исследования до 37°С. После достижения требуемой температуры, гаснет светодиод, включенный в цепь параллельно нагревателю и сигнализирующий о достижении заданного температурного режима в камере первичного преобразователя с помощью элементов устройства 6, 7, 11. Далее, при снятой крышке 29 в кюветы помещают капельные пробы исследуемых жидкостей. В персональном компьютере 9 со специальным программным обеспечением отмечают номера кювет, в которых размещены пробы (при этом за первую кювету принимают ту, что расположена между источником 27 и приемником 28 оптического излучения, а остальные рассчитывают по порядку против часовой стрелки).
После старта исследования производится просвечивание лежащей на рабочей позиции капельной пробы светодиодом 27 и регистрация интенсивности проходящего светового потока в центральной ее части фотодиодом 28. Параллельно этому производится запись боковой проекции пробы видеокамерой 26, которая сохраняется для дальнейшей обработки в памяти персонального компьютера 9.
После снятия электрического сигнала с приемника 3 и передачи его по цепи 3-12-13-14-9, происходит поворот стола 18 на заданный угол и совмещение следующей кюветы с осью излучателя 2 и приемника 3. Время выдержки кюветы на месте регистрации параметров обеспечивается скоростью работы мальтийского механизма 21.
Включение и выключение источника излучения 2 производится от источника стабильного тока 10 при срабатывании реле 17, на которое приходит сигнал с персонального компьютера 9 по цепи 9-14-15-17. При отсутствии в программном обеспечении отметки о наличии пробы в очередной кювете, сигнал на реле 17 не поступает.
После регистрации параметров всех капельных проб заканчивается первый цикл измерений и начинается следующий. Количество циклов устанавливается программно и является необходимым числом повторений проведения исследований для получения полной информации об изучаемом процессе.
Результаты исследования, занесенные в персональный компьютер, а именно уровень электрического сигнала с приемника 3 и видеоизображение, в дальнейшем обрабатываются программным обеспечением и оператором исследования.