測試裝置制造方法
【專利摘要】一種活性測試裝置，包括：帶試劑的接收器（2），其中，該試劑自身顏色或樣式會隨著所用試樣發生變化；便攜設備（1），如手機或筆記本電腦，包括處理器和圖像采集裝置（3），其中，該處理器用于處理該圖像采集裝置采集的數據并輸出所用試樣的測試結果。
【專利說明】測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及使用移動設備，如手機，進行的測試，尤其涉及(但非排他地)使用手機采集和處理活性測試數據。
【背景技術】
[0002]活性測試，如生物測試或免疫測試，指分子生物學中測試或測量有機物或有機樣品中的藥物或生化活性的過程。以固體基質一定范圍內色調變化或變異為基礎的化學測試、生化測試和微生物學測試。在工業、臨床、環保和微生物分析等領域應用廣泛。
[0003]pH試紙和早孕測試是此類測試的兩種常見應用。通常，操作人員通過視覺判斷所述測試中的顏色變化或出現的某種特征。就PH指示劑來說，通過將其與參考尺(通常設置在測試容器上)進行比較判斷其顏色變化。而對于早孕測試，其測試結果取決于測試紙上已知位置是否出現帶顏色的測試線。
[0004]盡管這些一般概念廣泛應用于簡單、快速、易用、低成本的實際應用測試和實驗室測試，但由于操作人員視敏度的變化，很難獲得精確結果，尤其是當結果接近檢測極限或其必須與色調的計算尺一致以便量化結果時。鑒于此類測試只可能得出定性或半定量結果，可適當放寬對其精密度、準確性、再現性和重復性的要求。即使定性測試結果可接受，到目前為止，還沒有此類測試用于檢測質量或提供證據的官方記錄。
[0005]當前需要提供不依靠操作人員視覺靈敏度的測試裝置。需要提供一種不僅提供定性測試結果，也提供定量測試結果的測試裝置。
[0006]已知可在電光儀器內進行所述測試，以對其進行電子詢問。然而，針對具體應用，此類儀器常常構造復雜且需定制設計，消耗了大量軟件、固件和軟件開發成本。結果探測用裝置也常常較笨重，不易攜帶。
[0007]因此，當前需要提供一種應用方便、便于攜帶且/或適用于多個不同測試的測試
>J-U ρ?α裝直。
[0008]許多常見的消費性電子設備，如手機，都可用于采集和處理圖像、輸出或存儲圖像數據，或通過網絡(如W1-Fi或電信網絡)分享圖像數據。圖像數據的處理由所述設備完成，通過使用多種處理技術生成高品質圖像。通常，應用這些技術都會存在失真的情況。上述處理并不會恰好輸出具有最逼真色彩表現的圖像。
【發明內容】
[0009]本發明提供一種活性測試裝置，該測試裝置包括:
[0010]帶試劑的接收器，其中，該試劑自身顏色或樣式會隨著所用試樣發生變化；
[0011 ] 便攜設備，包括處理器和圖像采集裝置，其中，所述處理器用于處理所述圖像采集裝置采集的數據并輸出所用試樣的測試結果。
[0012]所述便攜設備可包括手機、個人數字助理(PDA)、數碼相機、筆記本電腦等。所述圖像采集裝置可包括相機。[0013]所述測試裝置可用于進行免疫測試，如測流免疫層析。所述測試裝置可用于檢測軍團菌。
[0014]所述試劑可為固體或液體。
[0015]所述測試裝置可通過網絡傳輸數據和/或測試結果。
[0016]所述處理器可測量顏色或樣式變化。或者，所述測試裝置包括用于測量顏色或樣式變化和計算測試結果的遠程處理設備，如中央計算機。所述便攜設備可向所述遠程處理設備傳輸數據、接收并輸出計算好的測試結果。
[0017]所述遠程處理設備可用于存儲數據和/或測試結果。所述遠程處理設備可用于存儲多個活性測試或便攜設備中產生的數據和/或測試結果。
[0018]所述便攜設備或遠程處理設備可用于處理多個活性測試或便攜設備中產生的數據和測試結果，以計算一組或多組數值或參數，如平均數、標準差、趨勢函數等。所述處理器可用于輸出成組數值或參數。
[0019]所述便攜設備可用于修改圖像，以優化圖像的色彩表現。
[0020]所述便攜設備可用于校正或過濾圖像，以消除圖像上的電子噪聲或光學噪聲。所述便攜設備可用于排除圖像中無關緊要的部分，以減少處理時間。所述處理器可用于濾除低品質圖像。
[0021]所述便攜設備可控制圖像采集過程中該設備的亮度、對比度、增益系數、色彩平衡和閃光燈設置，以便得到最佳的后續處理圖像。所述處理器可用于進行圖像采集后的亮度、對比度、銳度和色彩平衡校正。
[0022]所述處理器可用于將彩色圖像轉換成灰度圖像或黑白圖像。
[0023]所述便攜設備可用于比較兩個圖像并輸出至少部分基于該比較的測試結果。
[0024]所述便攜設備可用于采集多個圖像，采集時，每個圖像的曝光設置不同。所述便攜設備可用于合并多個圖像。
[0025]所述處理器可用于校正圖像的任何旋轉錯位或歪斜。
[0026]所述處理器可用于測試任何旋轉錯位或歪斜弓I起的誤差度，從而校正圖像。
[0027]通過將圖像特征與所述接收器的已知幾何構造進行比較，可測定所述誤差度。或者/同時，所述便攜設備包括一個或多個定向傳感器，如加速計。根據定向傳感器發出的信號確定所述誤差度。
[0028]所述測試裝置可用于阻止所述誤差度大于預定值時的圖像采集。所述測試裝置可用于阻止當定向傳感器發出的信號對應一個不在預定范圍內或不是預定值的方向時的圖像米集。
[0029]所述處理器可用于累加可識別的感興趣區域內的一個或多個像素值。
[0030]所述處理器可用于確定測試線的位置。所述處理器可用于在感興趣區域內進行峰值搜索。
[0031]所述處理器可通過峰高或峰面積對測試線或對照線的大小進行量化。通過此量化后的大小，可確定所述測試的濃度測量值。所述處理器可用于確定控制峰值。對于測試峰值，可通過對照控制峰值進行確定。
[0032]所述便攜設備可用于傳輸和/或存儲測試數據的關聯數據。所述關聯數據可包括一個或多個:圖像采集日期或時間；活性測試的地理位置數據；圖像采集裝置的設置數據；試劑數據；和用戶生成數據。
[0033]所述試劑數據可包括一個或多個:批號；有效期；和校正信息。所述試劑數據可標在所述接收器上。所述試劑數據可在包裝或標簽上展現。所述試劑數據可以所述便攜設備能夠識別的書面信息的形式呈現。所述便攜設備可通過光學字符識別等解釋所述書面信息。或者，所述試劑數據可包含在一維或二維條形碼中。
[0034]所述用戶生成數據可包括電子數據表或數據庫數據、圖像或聲音文件、打印或手與文本等。
[0035]所述便攜設備可顯示用戶指示或指南，以便進行所述測試和/或解釋測試結果。所述便攜設備可在圖像采集期間，向用戶提供大量實時反饋信息。所述反饋信息可能涉及一個或多個位置、方向及使用的設置。所述便攜設備可自動采集圖像。
[0036]上文中所述的顯示的用戶指示或指南可包括預處理步驟、培養時間等。所述便攜設備包括用于測定測試時長的倒數計時器。
[0037]所述便攜設備可用于讀取所述試劑數據，如培養時間。所述便攜設備也可為只有在測得所述培養時間已經結束以后，才允許用戶進行圖像采集。
[0038]所述便攜設備可顯示定向標記或模板覆蓋，該定向標記或模板覆蓋展示了所述試劑的輪廓和/或一個(或多個)感興趣區域。所述反饋信息可為:所述定向標記或模板覆蓋的外觀變化，如顏色；或圖像采集成功的音頻或觸覺提示。
[0039]所述處理器通過利用對比鮮明的顏色或區別明顯的對象，處理所述圖像采集裝置采集的數據并輸出測試結果。其中，對比鮮明的顏色或區別明顯的對象由所述接收器提供。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]以下參考附圖并通過舉例對本發明的實施例進行說明，其中:
[0041]圖1為本發明測試裝置的透視圖；
[0042]圖2為夾心法分析和競爭測定法；
[0043]圖3展示了(a)有一條對照線和一條測試線的活性測試，(b)有一條測試線但無對照線的活性測試，(C)同一張測試紙上有多條測試線和一條對照線的活性測試，Cd)同一外罩內不同測試紙上有多條測試線和對照線的活性測試；
[0044]圖4展示了(a)利用“試紙”進行的活性測試；(b)測試紙朝一個方向伸出外罩的活性測試；(C)外罩內部進行的活性測試，其中，部分或整個外罩為彩色，以提高圖像處理時的對比度，及(d)外罩上有便于圖像處理的標識的活性測試。
【具體實施方式】
[0045]圖1展示了一種活性測試裝置。該測試裝置包括測試紙形狀的帶試劑的接收器、便攜設備(即帶處理器的手機[I])和圖像采集裝置或相機[3]。
[0046]所述手機[I]可用于采集和處理圖像，并通過電信網絡(如因特網)分享結果數據，從而可避免硬件的自定義設計帶來的專業要求，而使用現成的小型便攜式移動消費電子設備(如手機)來記錄和量化使用測試紙的化學和免疫測試裝置[2]提供的測試結果。
[0047]此外，該設備可存儲時間、地理位置(如GPS坐標)和從該設備[I]及其外圍配套設備的擴展功能中獲得的任何其它信息，這些信息中，任何視覺(使用所述相機[3] )、口述(如聲音文件)資料，或從打印或手寫的備注中采集的數據除外。此類信息可存儲在所述設備
[I]上供后續檢索，也可自動或根據用戶要求發送到實驗室信息管理系統(UMS)或其它中央數據庫。
[0048]除了度量測試響應[4]，所述設備[I]的圖像采集功能還包括采集和處理與所述測試[2]有關的其它信息，如批號、有效期，或所述測試本身的校正信息，如測試包裝或標簽[5]。此類信息可以書面信息(由光學字符識別進行解釋)，或以標準或改進的一維或二維條形碼的形式展現。
[0049]因本發明僅使用了所述設備[I]的內置硬件，而對所述設備[I]的電子器件或基礎結構的外部硬件或修改不作要求，所以本發明不同于已知發明方法。本發明的關鍵性突破在于，所述設備[I]可進行圖像處理，使所述設備[I]可不依靠因特網或電話連接單獨執行操作；同時，也能夠向用戶反饋位置、方向和圖像品質方面的“實時”信息，使用戶可在有效的測試結果消失之前，快速采集高品質圖像。若直接在設備上進行處理，則所用的圖像品質達到最好。“預濾器”可排除圖像中無關緊要的部分，從而可盡可能減少處理時間。
[0050]若最終圖像的動態范圍未達到探測極限，或若照明設備的限制條件表明是曝光設置導致了動態范圍很不理想，需要在不同的曝光設置下采集多個圖像，再通過恰當的算法在畫框中重新調整這些圖像并排除不必要的或價值低的數據，將多個圖像合并成一個具有較高動態范圍的“虛擬”圖像。
[0051]所述設備[I]還能基于測試結果通過所述設備[I]上的存儲數據庫或通過指導用戶利用網絡資源向用戶提供建議或指南。
[0052]此外，通過處理數據，可觀察測量值的變化趨勢或模式。
[0053]所述設備上的圖像處理軟件一般指的是“App”。輔助軟件可與圖像處理相集成，以便使用、記錄或存儲結果。通過使用所述手機[I]中的圖像處理軟件，可量化和/或記錄比色法測得的結果。
[0054]其它不同的活性測試中也可運用類似原理。這些活性測試包括以下兩大類:(1)樣品在測試過程中流動且在所述測試[2]的某個特定的局部區域顏色發生變化的活性測試；(2)所述顏色變化[24]沒有集中在局部區域、需將其與參考圖或參考尺[25]進行比較的活性測試。
[0055]側向層析檢測中的應用
[0056]本領域技術人員都很熟悉側向層析檢測及其制備。在商業上，活性測試適用于小的化學物種到微生物污染物范圍內的多種物質。此類檢測設備的原理、構造和操作已經在前面作了詳細介紹。該技術適用于任何基于配位基與分析物之間相互作用的活性測試，此類活性測試中，受毛細管作用影響，樣品沿著測試紙流動，引起測試過程中某個特定空間區域顏色、明暗度或色調的暫時或永久性改變。檢測方法的選擇基于以下物質間的相互作用:抗體、抗原、半抗原、蛋白質、多核苷酸(包括但不限于DNA和RNA)、細胞、細胞碎片、細菌、孢子、病毒、朊病毒或病毒體。
[0057]使用帶攝像頭的手機[I]量化此類活性測試的結果，適用于多種側向層析檢測，包括但不限于:
[0058]-夾心法分析[6]和競爭測定法[7]；
[0059]-有一條對照線和一條測試線[8]的活性測試、有一條測試線但無對照線[9]的活性測試、同一張測試紙[10]上有多條測試線和一條對照線的活性測試、同一外罩[11]內不同測試紙上有多條測試線和對照線的活性測試；
[0060]-使用有色顆粒作為配位體示蹤劑[12]的活性測試；
[0061]-使用金屬納米顆粒作為有色示蹤劑[12]的活性測試、使用尺寸為1-1OOOnm的納米顆粒的活性測試、使用尺寸為2-100nm的納米顆粒的活性測試、使用尺寸為IO-SOnm的納米顆粒的活性測試、使用大體上包括一個或多個元素(顯示局域表面等離子體共振)的金屬納米顆粒的活性測試，這些元素包括:銅、銀、招、金、鉬、鈕、鉻、銀、錯、銥；
[0062]-使用有色聚合物顆粒作為配位體示蹤劑[12]的活性測試、聚合物顆粒主要由乳膠構成的活性測試、聚合物顆粒主要由聚苯乙烯構成的活性測試、聚合物顆粒主要由聚烯烴構成的活性測試、聚合物顆粒主要由聚酰胺纖維構成的活性測試；
[0063]-顏色的形成直接或間接取決于酶與基質間相互作用的活性測試；
[0064]-有色配位體示蹤劑[12]大體是以下任一種顏色的活性測試:紅、藍、黃、黑，或任意組合；
[0065]-利用“試紙”(即沒有塑料罩[13]，或測試紙朝一個方向[14]伸出外罩)進行的活性測試、外罩[2]內部進行的活性測試、在主要由塑料制成的外罩內部進行的活性測試、在大體上由紙板或紙制成的外罩內部進行的活性測試、部分或整個外罩由透明材料(以觀看測試結果)制成的活性測試；
[0066]-外罩內部進行的活性測試(其中，部分或整個外罩為彩色[15]，以提高圖像后續處理時的對比度)、外罩上有便于圖像處理的標識[16]的活性測試；
[0067]由于側向層析檢測中樣品的后續添加及測試可按預定時間進行，在該測試過程中，通常會形成垂直于毛細管流動方向的一條或多條相互分離的線[17]。一些測試中也會用到其它方式，如定點。在商業用途上，大多數側向層析檢測由至少一條測試線[4]和一條對照線[18]構成。而本發明可制備出活性測試需要的其它形狀或樣式，具有充分的適用性。
[0068]測試線[4]的光密度(或顏色強度)與樣品中分析物[19]水平有關。在夾心法分析中，光密度與一定范圍內的分析物濃度成線性正比。而在競爭測定法中，光密度與分析物濃度成反比。
[0069]通過分析現成的相機[3](如手機、平板電腦、上網本、筆記本電腦和其他消費性電子設備[I]中安設的攝像頭)采集到的圖像，可獲得光密度，或顏色強度的一些其它測量值。圖像[20]可通過所述設備[I]中安裝的軟件進行處理。分析特定測試中生成的圖像[20]所需的精確步驟和順序可能會發生變化，但一般來說，可能包括下列部分或全部步驟:
[0070](I)確定圖像[20]中測試紙/外罩[2]的位置和方向[21]。
[0071](2)確定測試紙/外罩內結果區域[22]的位置。
[0072](3)確定有/無對照線[18]。
[0073](4)確定測試線[4]的預期位置。
[0074](5)若有，確定測試線[4]的數值。
[0075](6)將測試線[4]的數值同對照線[18]的數值(或其它參照標準)進行比較，以計算實際或任意規模下的測試結果。
[0076]接著，通過利用所述消費性設備的其它功能及其連通性，所述軟件可存儲、顯示或分配該數據。所述軟件可向該數據中添加時間戳、用戶身份、地理位置或其它自定義信息，以供將來進行分析和質量控制。
[0077]所述軟件可上傳數據到中央數據庫，如實驗室信息管理系統或其它數據存儲庫。所述軟件或數據庫可用于觸發某些操作，如回答單個測量值或趨勢識別出的問題、提醒用戶或其他有關各方測試結果或趨勢，或提供與所得測試結果相關的內容(通過網絡、電子郵件或包括脫機通訊在內的其它通訊系統)。目標信息包括基于測試結果的現在或未來某個時間的銷售、宣傳或促銷資料。
[0078]所述軟件可與所述設備或網絡上的其它服務(如日歷)相集成，以便根據需要對定期測試模式作出提示。
[0079]所述軟件可用于校正或過濾圖像，以消除圖像上的電子噪聲或光學噪聲。本領域技術人員對很多標準的噪聲濾波器很熟悉。而簡單的噪聲濾波器可能只包括回旋兩個數組。
[0080]所述軟件可控制圖像采集過程中所述設備的亮度、對比度、增益系數、色彩平衡和閃光燈設置，以便得到最佳的后續處理圖像。所述軟件可采集“非最佳”圖像并進行圖像采集后的亮度、對比度、銳度和色彩平衡校正。
[0081]所述軟件可排除圖像中不包含有效數據的區域，以加快所述設備上的圖像處理速度。
[0082]所述軟件可將彩色圖像轉換成灰度圖像或其它形式的圖像，以加快所述設備上的圖像處理速度。
[0083]所述軟件可將圖像的部分或全部轉換成黑白圖像(二進制數組)，以加快圖像處理速度，例如，在確定感興趣區域[22]的位置和邊緣時。確定了圖像的相關部分且計算了所有必要的旋轉校正后，所述軟件將還原部分或全部原始圖像文件，以便進行更精細的圖像處理。
[0084]所述軟件可自動濾除低品質圖像，以產生有效結果。
[0085]所述軟件可在圖像采集過程中協助用戶采集合適的圖像，如準確地對所述設備進行定向并調節所述設備的焦距，以獲得足夠的照度。簡化該處理過程的一種方法是，顯示出展示測試紙和/感興趣區域(或僅僅由正確部分構成的矩形區域)輪廓的定向標記或模板覆蓋。若圖像可在最快的時間內處理至適用狀態，屏幕上會顯示正確的方向定位，圖像采集將自動開始。這種互動反饋可為模板、覆蓋或定向標記的顏色改變，如從紅色(無合適圖像)變成綠色(有合適圖像)，從而避免顯示中出現額外的“雜波”。同樣，所述軟件可向用戶提供圖像采集成功的音頻或觸覺提示，如模擬“照相機快門聲”和簡單的“嗶嗶聲”，或啟動所述設備內部設置的振動提示。
[0086]所述軟件還能向用戶提供所述測試的使用和操作信息，如預處理步驟、培養時間等，甚至強制用戶通過測試前后的圖像拍攝留置出足夠的培養時間。
[0087]所述軟件包括用于測定測試時長的倒數計時器。
[0088]利用測試紙外罩等上面對比鮮明的顏色和外罩的不同形狀可簡化圖像處理過程。若無外罩，或外罩顏色與測試紙顏色類似，需要在圖像采集過程中將測試紙放在顏色對比鮮明的背景內。
[0089]所述軟件可從印在測試紙或包裝上的文本數據中、從所述設備的一維或二維條形碼(26)中、或者從印在測試紙上一定形式的參考色中，采集關于所用模板(或測試紙)及其有效期或敏感性批間變化等的相關信息。該數據可與最終測試結果一起存儲。實物位置(如帶條形碼標記的物品)、患者或測試用戶的識別可采用類似過程，以加快數據輸入和減少輸入錯誤。條形碼的采集和測試紙圖像的采集同時進行，或在后者之前或之后實時進行。
[0090]通過上下左右全方位掃描，可將所述測試紙或外罩定位于圖像上，使其正好適用于大小基本合適的對象。所述測試紙或外罩的大小通常定義良好且所述測試紙或外罩具有高度可重復性，因此預先裝入了所述設備。所述外罩或測試紙上出現的特征或樣式變化，可用于驗證識別。
[0091]將所述測試紙或外罩的已知尺寸同所述測試中觀察到的特征進行比較，可估計圖像的尺度。
[0092]所述設備的定向可根據測試紙的任何不對稱、外罩形狀、外罩或測試紙上的印字或圖案進行確定；或由用戶在采集圖像時確定。
[0093]標準的圖像處理算法可用于校正任何旋轉錯位或歪斜。檢查圖像的某個區域(該區域應具有對比強烈的直線邊緣，如外罩邊緣)和測定水平方向上的定向誤差，是校正旋轉錯位最簡單的方法。接著，使用既定算法中的某個為本領域技術人員所熟知的算法旋轉整個圖像，如完全旋轉或區域映射旋轉。完全旋轉的速度大約比區域映射旋轉的速度快六十倍，但可能引起圖像畸變。
[0094]圖像的傾斜、透視、歪斜等的校正要求已知或已估計出誤差度。而通過參考測試外罩的預期幾何構造來測量可分辨的邊界，可實現這一要求。或者/同時，所述設備內部設置的傳感器可提供此信息。例如，假設測試基質是橫向放置(如在桌子或凳子上)，則手機內的加速計可指出同一平面上的所述設備的定向誤差度，從而便于軟件校正。同樣，此類加速計可用于阻止所述設備沒有定向在合適的視角范圍內時的圖像采集。
[0095]由于所述測試紙或外罩的邊界是根據對比度等標準確定的，因此可根據特定測試或外罩的幾何特性來識別含測試結果的感興趣區域[22]。
[0096]在測試紙或結果窗口附近測得的圖像信息可排除在外，因為在這些區域觀察到的通常大多是偽影。
[0097]通過將感興趣區域中縱列的像素值相加，可大量減少數據上的噪聲，從而獲得更可靠的結果。
[0098]若測試紙安放在外罩內部，則通常，尤其在樣品流動的軸線邊緣，會出現定位偏差。因此，無法根據所述外罩的邊緣準確控制所述測試線和對照線的精確定位。
[0099]在感興趣區域內進行“峰值搜索”，可找到測試中線條的位置。峰值具有一系列像素值不斷增加的連續像素。通過指定峰值預期位置的范圍、峰值的最小“強度閾值”和峰值寬度(如通過定義一系列像素值不斷增加的連續像素)，可濾除不是真實峰值的“噪聲”或偽影。側向層析檢測中的對照線[18]通常會形成強特征峰。
[0100]從對照線處開始的預期距離范圍內，可找到側向層析檢測的測試線。基于采用的制造工藝，線條之間的距離可嚴格控制。將所述測試紙或外罩的已知尺寸作為參考尺寸，可預測線條在整個圖像中的位置。
[0101]測試線和對照線可量化成峰高[27]或峰面積[28](這兩個值可或無法對照一些校準過的基線[29]進行測量)。這些數值可直接用于計算所述測試的濃度測量值，或供進一步分析。
[0102]通過對照控制峰值而非絕對值來測量測試峰值的相對大小，可至少消除一部分不同批次、不同測試、不同樣品和照度之間的差異。使用不相干對照的系統中，響應值R可直接視作:
[0103]R=測試峰值/控制峰值
[0104]對于無相干控制的系統，其對照線集中程度會隨著測試線集中程度的上升而降低，此時響應值R可直接視作:
[0105]R=測試峰值/ (測試峰值+控制峰值)
[0106]根據測得的響應值，通過以下方法獲得分析物[19]濃度的估計值:對照已知的校準曲線，或參考查找表或使用用戶提供或從所述測試紙、外罩或包裝上光學測定得出的參數的計算結果。
[0107]例一:側向層析檢測設備的技術指標
[0108]在水中檢測軍團菌(軍團病的致病誘因)的各種標準方法，其過程通常緩慢且均基于實驗室檢測。以往的經驗顯示，使用側流免疫層析，可在水中檢測嗜肺軍團菌血清型I型抗原，此方法操作起來比較簡單。
[0109]向所述測試紙中加入水樣，進行該活性測試。加入的水樣首先會接觸浸有化學藥品的編織墊[29]，以調整樣品的pH值及其它特性，接著，樣品在毛細管作用下被擠壓到第二個編織墊[30]上。第二個編織墊浸有針對嗜肺軍團菌血清I型的抗體包被金納米粒子(紅色)。第二個編織墊與含有抗體的硝酸纖維素膜接觸，其中，硝酸纖維素膜的抗體固定在垂直于毛細管流動方向的兩條窄帶內。第一條窄帶內的抗體[4]只針對嗜肺軍團菌，第二條窄帶內的抗體則針對部分金粒子[12]的不相干對照(如，樣品中不應出現的物質)。與硝化纖維接觸的大號吸水墊[31]，吸收硝化纖維上維持毛細管流動的水分。
[0110]向樣品中添加含有軍團菌抗原[19]的水后，該抗原會固定到金粒子[12]上，隨后夾在[6]測試紙和著色金粒子[12]上的抗體之間，形成由粉紅逐漸向紅色過度的色線。無不相干對照的粒子在測試過程中集中固定成第二條線[18]，起到對照的作用。
[0111]通過采集圖像[20]、確定感興趣區域[22]和通過一系列步驟處理采集到的圖像，可量化抗原水平，從而得到從測試線到對照線的相對面積。通過與已知的參考曲線進行比較，可大致估算抗原的濃度。
[0112]化學/生化比色法中的應用
[0113]不同于側向層析檢測中顏色變化發生在測試中的特定位置，通常，在化學/生化比色法中，接觸樣品的測試紙[23] —旦與預期的分析物接觸，其顏色便會發生變化。某些情況下，較小的樣品墊[24]會變色，而設備的其它部位顏色不變。當然，此類測試的應用中最為大眾所熟悉的或許是“pH試紙”，在其使用過程中，樣品酸堿度引起的顏色變化表明了樣品的PH值。然而，為了大范圍適應不同的市場需求，很多其它方面也進行了此類色度指標測試，如水質檢測(包括但不限于以下參數:pH值、氯、堿度、鐵、硬度、二氧化硅、硝酸鹽，其中，所有的硝酸鹽均使用此類方法進行常規測量)、醫療/臨床診斷(包括但不限于以下參數:尿液中的蛋白質、酮、葡萄糖和血液)、土壤測試(包括但不限于以下參數:PH值和N/P/K營養鹽)及食品衛生和加工(包括但不限于以下參數:NAD/H和NADPH、季銨鹽殺菌劑和油質的檢測值)。[0114]測試紙可在同一測試中包含一種[32]或多種[33]測試，從而使多個化學測試可在同一設備上進行，或使不同的測試范圍在同一設備上得以實現。
[0115]通常，通過視覺將所得結果與參考圖[25](打印出來或標在包裝上[34，35])進行比較，即可獲得測試結果。
[0116]配置了攝像頭的消費性電子設備[I]可用于量化從此類活性測試中得出的結果，量化方法是采集測試紙圖像并處理該圖像中的顏色/色調信息。若要校正環境光變化，最簡單的辦法是，將參考圖[25]采集到同一圖像中。接著，用所述軟件確認圖像中除尺度/標簽信息[37]以外的正確部分，通過樣品顏色與參考尺[25]或測試紙[24]的暴露或工作區域內的顏色的匹配，獲得樣品中的濃度估計值。另外，所述軟件可進行打印或人眼不易分辨的表面的差異校正。
[0117]若將測試紙和參考尺安放在顏色對比強烈的背景內且任何顯著的不對稱都已在測試的包裝或標簽上和/或參考尺上標出，則可簡化圖像處理過程，這樣一來，所述軟件就可更容易地識別正確方向。
[0118]通過分析現成的相機[3](如手機、平板電腦、上網本、筆記本電腦和其他消費性電子產品[I]中安設的攝像頭)采集到的圖像，可獲得色調或顏色的一些其它測量值、光密度或明暗度。圖像[20]可通過所述設備[I]中安裝的軟件進行處理。分析特定測試生成的圖像所需的精確步驟和順序會發生變化，但一般來說，可能包括下列部分或全部步驟:
[0119](I)確定圖像中測試紙[32]和參考尺[25]的位置和方向。
[0120](2)確定測試紙上結果區域[24]的位置。
[0121](3)測量感興趣區域[24]的顏色或色調。
[0122](4)測量參考尺[25]上各個點的顏色或色調。
[0123](5)在感興趣區域的色調與參考尺上出現的尺度之間建立關聯。
[0124]接著，通過利用所述消費性設備的其它功能及其連通性，所述軟件可存儲、顯示或分配該數據。所述軟件可向該數據中添加時間戳、用戶身份、地理位置或其它自定義信息，以供將來進行分析和質量控制。
[0125]所述軟件可上傳數據到中央數據庫，如實驗室信息管理系統或其它數據存儲庫。所述軟件或數據庫可用于觸發某些操作，如回答單個測量值或趨勢識別出的問題、提醒用戶或其他有關各方測試結果或趨勢，或提供與所得測試結果相關的內容(通過網絡、電子郵件或包括脫機通訊在內的其它通訊系統)。目標信息包括基于測試結果的現在或未來某個時間的銷售、宣傳或促銷資料。
[0126]所述軟件可與所述設備或網絡上的其它服務(如日歷)相集成，以便根據需要對定期測試模式作出提示。
[0127]所述軟件可用于校正或過濾圖像，以消除圖像上的電子噪聲或光學噪聲。本領域技術人員對很多標準的噪聲濾波器很熟悉。而簡單的噪聲濾波器可能只包括回旋兩個數組。
[0128]所述軟件可控制圖像采集過程中所述設備的亮度、對比度、增益系數和閃光燈設置，以便得到最佳的后續處理圖像。
[0129]所述軟件可排除圖像中不包含有效數據的區域，以加快所述設備上的圖像處理速度。[0130]所述軟件可將彩色圖像轉換成灰度圖像或其它形式的圖像，以加快所述設備上的圖像處理速度。
[0131]所述軟件可將圖像的部分或全部轉換成黑白圖像(二進制數組)，以加快圖像處理速度，例如，在確定感興趣區域的位置和邊緣時。確定了圖像的相關部分且計算了所有必要的旋轉校正，所述軟件將還原部分或全部原始圖像文件，以便進行更精細的圖像處理。
[0132]所述軟件可自動濾除低品質圖像，以產生有效結果。
[0133]所述軟件可在圖像采集過程中協助用戶采集合適的圖像，如準確地對所述設備進行定向并調節所述設備的焦距，以獲得足夠的照度。簡化該處理過程的一個方法是，顯示出展示測試紙和/感興趣區域輪廓的定向標記或模板覆蓋。若圖像可在最快的時間內處理至適用狀態，屏幕上會顯示正確的方向定位，圖像采集將自動開始。這種互動反饋可為模板、覆蓋或定向標記的顏色改變，如從紅色(無合適圖像)變成綠色(有合適圖像)，從而避免顯示中出現額外的“雜波”。同樣，所述軟件可向用戶提供圖像采集成功的音頻或觸覺提示，如模擬“照相機快門聲”和簡單的“嗶嗶聲”，或啟動所述設備內部設置的振動提示。
[0134]所述軟件還能向用戶提供所述測試的使用和操作信息，如預處理步驟、培養時間等，甚至強制用戶通過測試前后的圖像拍攝留置出足夠的培養時間。
[0135]所述軟件包括用于測定測試時長的倒數計時器。
[0136]利用測試紙外罩等上面對比鮮明的顏色和外罩的不同形狀可簡化圖像處理過程。若無外罩，或外罩顏色與測試紙顏色類似，需要在圖像采集過程中將測試紙放在顏色對比鮮明的背景內。
[0137]所述軟件可從印在測試紙或包裝上的文本數據中、從所述設備的一維或二維條形碼[26]中，采集關于所用模板(或測試紙)及其有效期或敏感性批間變化等的相關信息。該數據可與最終測試結果一起存儲。該數據的采集可和測試圖像的采集同時進行，或在測試圖像采集之前或之后實時進行。實物位置(如帶條形碼標記的物品)、患者或測試用戶的識別可采用類似過程，以加快數據輸入和減少輸入錯誤。
[0138]通過上下左右全方位掃描，可將所述測試紙或外罩定位于圖像上，使其正好適用于大小基本合適的對象。所述測試紙(或外罩)的大小通常定義良好且所述測試紙或外罩具有高度可重復性，因此預先裝入了所述設備。所述外罩或測試紙上出現的特征或樣式變化，可用于驗證識別。利用參考尺可形成具有高度重復性的用于圖像識別的圖像形狀/形式。
[0139]將所述測試紙或參考尺的已知尺寸和所述測試中觀察到的特征進行比較，可估計圖像的尺度。
[0140]所述設備的定向可根據測試紙的任何不對稱、外罩形狀、外罩或測試紙上的印字或圖案[38]，或根據圖像中包含的包裝[34.35]或參考尺[25]進行確定；或由用戶在采集圖像時確定。
[0141]標準的圖像處理算法可用于校正任何旋轉錯位或歪斜。檢查圖像的某個區域(該區域應具有對比強烈的直線邊緣，如外罩邊緣)和測定水平方向上的定向誤差，是校正旋轉錯位最簡單的方法。接著，使用既定算法中的某個為本領域技術人員所熟知的算法旋轉整個圖像，如完全旋轉或區域映射旋轉。完全旋轉的速度大約比區域映射旋轉的速度快六倍，但可能引起圖像畸變。
[0142]由于所述測試紙或外罩的邊界是根據對比度等標準確定的，因此可通過特定測試或外罩的幾何特性來識別含測試結果的感興趣區域。
[0143]在測試紙或結果窗口附近測得的圖像信息可排除在外，因為在這些區域觀察到的通常大多是偽影。
[0144]將感興趣區域平均化，可大量減少數據上的噪聲，從而獲得更可靠的結果。而將感興趣區域[24]內多個“子區域”平均化，則可能出現測量誤差。
[0145]為了將感興趣區域處理成一個或多個數值，進而可將其與參考尺進行比較或匹配，可使用所述軟件將感興趣區域內或參考尺上的原始像素數據轉換成紅、綠、藍三種分量。對于十分簡單的基于顏色的測試，這樣做即可。若所述測試中有可能出現各種各樣的顏色，或若這些顏色變化很微妙，需要先將數值轉換成與色彩知覺聯系更直接的尺度，如孟塞爾顏色系統、CIE顏色系統或LAB顏色系統。由于沒有絕對標度，將實際轉換同這些系統進行比較很困難，但通過將其與基于此表示法的系統進行比較，同時將其與同一圖像中的參考尺[25]進行比較，則可估計該數值在值域中的大概位置。
[0146]盡管上述測試中使用了漫反射光來檢查“測試紙”，但這一方法還適用于其它比色法，這些比色法可用于測量漫反射光或漫透射光，測試過程中，需要用到盛裝液體的藥瓶、試管或比色皿，其中，盛裝的液體本身就是彩色，或者，該液體會在所述消費性電子設備[I]采集其圖像時在容器/器皿內發生顏色變化。同樣，在測量漫反射系數時，表面或物質的顏色可與參考尺相匹配，這一點也適用于使用相同方法達到其它科學或測試目的。
[0147]雖然以上對本發明的具體實施例進行了說明，但應了解任何基于以上所述實施例進行的變更依然在本發明范圍內。例如，雖然本發明說明書部分介紹了如何基于固體基質使用該測試裝置，但應了解此方法同樣可用于測量藥瓶、電池或其它容器中含有的液體樣品。若通過容器的路徑長度固定且該容器放置在一個合適的背景內(如一張白紙)，則可觀察到電池內的顏色并將其與參考樣品進行比較。同樣，可使用這種方法分析內部可同時進行多個實驗的孔板樣式，如96孔板或384孔板。該測試包括化學品測試(如通過游離氯與二乙基對苯二胺反應生成紅色化合物進行的游離氯檢測)或免疫測試(如酶聯免疫吸附測定法中辣根過氧化物酶形成的綠色有活性的酶)。
【權利要求】
1.一種活性測試裝置，該測試裝置包括: 帶試劑的接收器，其中，該試劑自身顏色或樣式會隨著所用試樣發生變化； 便攜設備，包括處理器和圖像采集裝置，其中，所述處理器用于處理所述圖像采集裝置采集的數據并輸出所用試樣的測試結果。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述便攜設備包括手機、個人數字助理(PDA)、數碼相機或筆記本電腦。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述測試裝置可用于進行免疫測試。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述測試裝置可用于進行側流免疫層析。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述測試裝置可用于檢測軍團菌。
6.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述測試裝置可通過網絡傳輸數據和/或測試結果。
7.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器可測量出現的顏色或樣式變化。
8.根據權利要求1-6中任一項所述的裝置，其中，所述測試裝置包括用于測量出現的顏色或樣式變化和計算測試結果的遠程處理設備。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中，所述便攜設備可向所述遠程處理設備傳輸數據、接收并輸出計算好的測試結果。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，其中，所述遠程處理設備可存儲數據和/或測試結果。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中，所述遠程處理設備可用于存儲多個活性測試或便攜設備中產生的數據和/或測試結果。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述便攜設備或遠程處理設備可用于處理多個活性測試或便攜設備中產生的數據和測試結果，以計算一組或多組數值或參數。
13.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可用于修改圖像，以優化圖像的色彩表現。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中，所述便攜設備可用于校正或過濾圖像，以消除圖像上的電子噪聲或光學噪聲。
15.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可用于排除圖像中無關緊要的部分，以減少處理時間。
16.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器可用于濾除低品質圖像。
17.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可控制圖像采集過程中該設備的亮度、對比度、增益系數、色彩平衡和閃光燈設置，以便得到最佳的后續處理圖像。
18.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器可進行圖像采集后的亮度、對比度、銳度和色彩平衡校正。
19.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器可將彩色圖像轉換成灰度圖像或黑白圖像。
20.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可用于比較兩個圖像并輸出至少部分基于該比較的測試結果。
21.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可用于采集多個圖像，采集時，每個圖像的曝光設置不同。
22.根據權利要求21所述的裝置，其中，所述便攜設備可用于合并多個圖像。
23.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器可用于校正圖像的任何旋轉錯位或歪斜。
24.根據權利要求23所述的裝置，其中，所述處理器可用于測試任何旋轉錯位或歪斜引起的誤差度，從而校正圖像。
25.根據權利要求24所述的裝置，其中，所述誤差度可通過將圖像特征與所述接收器的已知幾何構造進行比較后測定。
26.根據權利要求24所述的裝置，其中，所述便攜設備包括一個或多個定向傳感器，根據定向傳感器發出的信號確定所述誤差度。
27.根據權利要求24-26中任一權利要求所述的裝置，其中，所述測試裝置可用于阻止所述誤差度大于預定值時的圖像采集。
28.根據權利要求24-27中任一權利要求所述的裝置，其中，所述測試裝置可用于阻止當定向傳感器發出的信號對應一個不在預定范圍內或不是預定值的方向時的圖像采集。
29.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器可用于累加可識別的感興趣區域內的一個或多個像素值。
30.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器可用于確定測試線的位置。
31.根據權利要求29或30所述的裝置，其中，所述處理器可用于在感興趣區域內進行峰值搜索。
32.根據權利要求31所述的裝置，其中，所述處理器可通過峰高或峰面積對測試線或對照線的大小進行量化。
33.根據權利要求32所述的裝置，其中，所述量化后的大小可用于確定所述測試的濃度測量值。
34.根據權利要求32或33所述的裝置，其中，所述處理器可用于確定對照峰值，其中，測試峰值可通過比較對照峰值進行確定。
35.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可用于傳輸和/或存儲測試數據的關聯數據。
36.根據權利要求35所述的裝置，其中，所述關聯數據包括一個或多個:圖像采集日期或時間；活性測試的地理位置數據；圖像采集裝置的設置數據；試劑數據；和用戶生成數據。
37.根據權利要求36所述的裝置，其中，所述試劑數據包括一個或多個:批號；有效期；和校正信息。
38.根據權利要求36或37所述的裝置，其中，所述試劑數據標注在所述接收器上。
39.根據權利要求36-38中任一權利要求所述的裝置，其中，所述試劑數據可被所述便攜設備識別。
40.根據權利要求36-39中任一權利要求所述的裝置，其中，所述用戶生成數據包括電子數據表或數據庫數據、圖像或聲音文件，或打印或手寫文本。
41.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可顯示用戶指示或指南，以便進行所述測試和/或解釋測試結果。
42.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備包括用于測定測試時長的倒數計時器。
43.根據權利要求39所述的裝置，其中，所述試劑數據包括培養時間，其中，只有在測得所述培養時間結束后，所述便攜設備才允許用戶進行圖像采集。
44.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述便攜設備可顯示定向標記或模板覆蓋，該定向標記或模板覆蓋展示了所述試劑的輪廓和/或一個(或多個)感興趣區域。
45.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述處理器通過利用對比鮮明的顏色或區別明顯的對象，處理所述圖像采集裝置采集的數據并輸出測試結果。
46.根據權利要求45所述的裝置，其中，對比鮮明的顏色或區別明顯的對象由所述接收器提供。
【文檔編號】G01N21/84GK103649731SQ201280022262
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年3月30日 優先權日:2011年3月31日
【發明者】格雷厄姆·泰瑞, 安東尼·彼得·艾希布魯克, 尼爾·保爾沃特 申請人:阿爾巴蓋亞有限公司