一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器及其應用
【專利摘要】本發明涉及一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器及其應用，所述膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器包括框架，所述框架內設有膠體金試紙條、控制單元、圖像采集單元和結果顯示單元，所述控制單元分別與圖像采集單元和結果顯示單元連接。本發明還提供了使用上述讀取儀器自動讀取膠體金試紙條檢測結果的方法，所述方法具體為：以所述圖像采集單元采集膠體金試紙條上顯色區域的圖像，然后所述控制單元對所采集的圖像進行分析，得到所述沙丁胺醇溶液的濃度，再由所述結果顯示單元顯示所述濃度的具體信息。本發明可實現自動、準確、快速的讀取膠體金試紙條上沙丁胺醇溶液的濃度，避免了人工對比比色卡的誤差，提高結果讀取的準確性和可靠性。
【專利說明】
一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器及其應用
技術領域
[0001]本發明涉及一種藥物檢測讀值裝置，尤其涉及一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器及其應用。
【背景技術】
[0002]沙丁胺醇是人工合成的水楊醇類β-腎上腺素，對動物具有促進骨骼肌(瘦肉)生長，減少脂肪蓄積、提高飼料轉化率等作用，因此常在現代豬肉養殖中被用作“瘦肉精”，來提高生豬的瘦肉產量。但是，食品中沙丁胺醇的殘留能引起心悸、頭疼、目眩、呼吸困難等癥狀，嚴重影響人們的健康。2002年始，沙丁胺醇被列為養殖行業違禁藥物，不得在畜禽養殖中添加。
[0003]目前對動物體內沙丁胺醇殘留的檢測方式有很多種，其中膠體金檢測方式由于其快速方便以及時間短的優點，成為當前最主要的檢測方式。膠體金檢測方式是一種低成本、方便快捷、靈敏高效、穩定性強的快速檢測技術，廣泛應用于食品藥品、醫療衛生領域。該技術以20?10nm的金納米粒子為顯色標記物，通過抗原抗體的特異性結合來判斷有無沙丁胺醇殘留以及殘留濃度大小。
[0004]傳統的讀取沙丁胺醇金標試紙條檢測結果的方式為人工目測判讀，通過與標準比色卡比對來半定量確定獸藥殘留的濃度。由于環境光照變化，不同的人對顏色的敏感度、生理周期以及經驗和心理狀態的不同，使得該方法的準確率不高，難以實現準確的定量測量。
[0005]此外，由于其他瘦肉精類藥物溶液的濃度也多采用人工目測判讀試紙條，然后與標準比色卡比對來定量確定溶液濃度的方式，其仍然存在準確率低，可靠性差的問題。
【發明內容】
[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發明要解決的技術問題是提供一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器及其應用，使用該儀器可以自動、快速、準確地讀取膠體金試紙條上樣品溶液的濃度。
[0008](二)技術方案
[0009]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器，其包括框架，所述框架內設有膠體金試紙條插槽、用于采集膠體金試紙條信息的圖像采集單元、控制單元和結果顯示單元，所述控制單元分別與圖像采集單元和結果顯示單元連接。
[0010]使用時，本發明所述膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器是在所述控制單元控制下，由圖像采集單元采集所述待測膠體金試紙條上顯色區域的圖像，然后利用所述控制單元對所采集的圖像進行分析處理，得到膠體金試紙條上樣品的濃度信息，再由所述結果顯示單元顯示該濃度信息。
[0011]優選的，所述膠體金試紙條插槽設有檢測視窗，所述膠體金試紙條插槽用于固定膠體金試紙條，所述檢測視窗用于遮擋所述膠體金試紙條上的干擾背景，突出顯色區域，可進一步確保檢測結果的精準度。
[0012]本發明所述圖像采集單元可采用現有技術公開的多種常見用于采集并存儲圖像的已知結構，所述圖像采集單元可為攝像頭，攝像頭通常包括鏡頭和圖像采集芯片，所述鏡頭和圖像采集芯片相互配合，共同用于采集膠體金試紙條上顯色區域的圖像;更優選的，所述圖像采集芯片為C⑶圖像傳感器。
[0013]本發明所述圖像采集單元中，鏡頭和CCD圖像傳感器共同用于采集膠體金試紙條上顯色區域的圖像;鏡頭和CCD圖像傳感器相互配合，其空間結構與膠體金試紙條插槽的檢測視窗區域相對應;鏡頭與被測膠體金試紙條之間的相對距離與鏡頭的焦距和視場角相互關聯;通過調節鏡頭焦距和鏡頭與膠體金試紙條插槽內被測膠體金試紙條之間的相對距離，使鏡頭與被測膠體金試紙條之間的檢測距離在盡量小的范圍內最佳，圖像顯示最清晰，圖像檢測區域最恰當。
[0014]如前所述，本發明所述控制單元主要用于接收圖像采集單元所采集的圖像信息，并經過分析處理后得到膠體金試紙條上樣品的濃度信息，然后向結果顯示單元輸出檢測結果，具體的，所述控制單元包括ARM開發板3A和軟件;所述ARM開發板3A用于運行所述軟件；所述軟件用于控制所述圖像采集單元采集圖像，并對所采集的圖像進行分析處理，得到所述樣品溶液的濃度。
[0015]本發明所述結果顯示單元包括觸摸顯示屏，所述觸摸顯示屏用于顯示所述圖像采集單元的圖像采集過程、控制單元的圖像處理過程，以及所述樣品溶液的濃度。
[0016]優選的，所述自動讀取儀器還包括光源單元，所述光源單元用于為所述圖像采集單元提供光源/輔助光源，所述光源單元選擇LED燈，基于更好的照明效果，所述光源單元設置于所述攝像頭后端。
[0017]本發明所述自動讀取儀器還包括用于為所述控制單元、圖像采集單元和結果顯示單元供能的電源單元，所述電源單元可設置于所述框架上。
[0018]優選的，所述框架設有外殼，所述外殼用于隔絕外界光線，所述控制單元、圖像采集單元、結果顯示單元、光源單元和電源單元均設置于外殼上。
[0019]本發明同時提供了上述膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器在檢測藥物濃度中的具體應用。所述自動讀取儀器可用于檢測瘦肉精類藥物濃度，尤其是檢測沙丁胺醇溶液濃度，可自動、準確、快速地讀取膠體金試紙條上待測沙丁胺醇樣品溶液的濃度信息，避免人工目測判讀方式帶來的準確率低的缺陷。
[0020]具體而言，本發明還提供了一種使用上述膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器讀取膠體金試紙條檢測結果的方法，即，先由所述圖像采集單元采集膠體金試紙條上顯色區域的圖像，然后所述控制單元對所采集的圖像進行分析，得到膠體金試紙條所載樣品的濃度，最后由所述結果顯示單元顯示所述濃度信息。
[0021]具體的，所述控制單元在對所采集圖像進行分析時，首先經過圖像處理獲得膠體金試紙條顯色區域的橫向平均灰度值的分布曲線，然后分別提取所述曲線上對應于膠體金試紙條上質控線和測試線位置的平均灰度峰值Pl和P2，然后依據p2/pl得出所測樣品的濃度。
[0022]優選的，在提取所述平均灰度峰值pi和P2之前，先對所述分布曲線進行去背景處理。通過去背景的步驟可突出顯色區域，進一步確保檢測結果的精準度。
[0023]優選的，該方法可適用于檢測瘦肉精類藥物溶液的濃度，所述瘦肉精類藥物是一類藥物的統稱，主要是腎上腺類、β激動劑、興奮劑(β-agonist)，用于治療支氣管哮喘、慢性支氣管炎和肺氣腫等疾病，大劑量用在飼料中可以促進豬的增長，減少脂肪含量，提高瘦肉率，但食用含有瘦肉精的豬肉對人體有害。
[0024]更優選的，該方法尤其適用于檢測沙丁胺醇溶液濃度，并通過下述公式得出沙丁胺醇溶液的濃度c:
[0025]c = -3.7491n(p2/pl)-4.8767。
[0026]需要說明的是，對于其他瘦肉精類藥物溶液濃度的計算也是基于pi和p2的比值得出的，對于其他相關藥物溶液濃度的計算方式也都屬于本發明的保護范圍。
[0027]本發明通過針對沙丁胺醇溶液濃度的分析，優選上述公式確定其溶液濃度，所得結果精確率高，可靠性好。
[0028](三)有益效果
[0029]本發明的上述技術方案具有以下有益效果:本發明通過控制單元、圖像采集單元和結果顯示單元，對膠體金試紙條上的顯色區域圖像進行自動采集、分析處理和結果顯示。通過對膠體金試紙條進行圖像處理獲得膠體金試紙條測試線和質控線的顯色深度，提高了數據提取的準確性。由于溶解藥物的溶劑常有顏色，使得膠體金試紙條顯色時背景區域呈現不均勻的干擾色，為了去除干擾，使用測試線與質控線的顯色深度比值為參數建立預測模型，可穩定的預測樣品溶液的濃度。因而使用該發明可以準確自動快速的讀取膠體金試紙條上樣品溶液的濃度，避免了人工對比比色卡的誤差，提高結果讀取的準確性和可靠性。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明實施例所述膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器的結構示意圖；
[0031]圖2為本發明實施例圖像處理提取的金標膠體金試紙條上顯色區域的橫向平均灰度值的分布曲線，圖中所示分別為測試線灰度峰值Pl和質控線灰度峰值P2;
[0032]圖3為本發明實施例模型驗證結果示意圖；
[0033]其中，IA、外殼；IB、膠體金試紙條插槽；IC、檢測視窗；2、觸摸顯示屏；3A、ARM開發板;4A、鏡頭;4B、Cd)圖像傳感器;5、光源單兀;6、電源單兀。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
[0035]實施例1
[0036]本設計實例提供了一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器，如圖1所示，其包括框架，所述框架內設有膠體金試紙條插槽1B、用于采集膠體金試紙條信息的圖像采集單元、控制單元和結果顯示單元，所述控制單元分別與圖像采集單元和結果顯示單元連接。
[0037]所述膠體金試紙條上含有待測沙丁胺醇溶液，膠體金試紙條插槽IB用于固定膠體金試紙條，限制其位置，使顯色區域便于檢測;膠體金試紙條插槽IB設有檢測視窗1C;檢測視窗IC為膠體金試紙條插槽IB的一部分，用于遮擋膠體金試紙條上的干擾背景，突出顯色區域，便于檢測和處理;框架設有外殼1A，膠體金試紙條插槽1B、控制單元、圖像采集單元和結果顯示單元均設置于外殼IA上，外殼IA用于隔絕外界光線，形成遮光暗室。
[0038]所述圖像采集單元為攝像頭，所述攝像頭與檢測視窗IC的相對距離為6cm，所述攝像頭包括6mm鏡頭和500萬像素的彩色CCD圖像傳感器，所述鏡頭和CCD圖像傳感器相互配合，共同用于采集膠體金試紙條上顯色區域的圖像。
[0039]在攝像頭后端還設有一光源單元5，光源單元5以功率為IW的4個白光LED燈為光源，其發光強度分布均勻，發光功率穩定，足以照亮檢測視窗IC內的被測膠體金試紙條顯色區域，并且節約能耗;發光光譜范圍包含可見光區域光譜，可以準確反映被測膠體金試紙條顯色的特征。
[0040]在外殼IA上設有電源單元6，電源單元6用于為控制單元、圖像采集單元和結果顯示單元供能；其作為儀器的供能單元，可提供5V，2.5A的電流，供各個耗電組件的正常穩定工作；電源單元6為可充電電源單元，充滿電后的持續工作時長為8小時；同時儀器也可以使用5V，2.5A的電源單元轉接頭，在外接電源單元的情況下工作。
[0041]控制單元分別與圖像采集單元和結果顯示單元連接;所述控制單元包括ARM開發板3A和軟件(圖中未示出)；所述ARM開發板3A用于運行所述軟件;所述軟件用于控制所述圖像采集單元采集圖像，并對所采集的圖像進行分析處理，得到所述沙丁胺醇溶液的濃度，然后將所述沙丁胺醇溶液的濃度輸出至所述結果顯示單元。
[0042]結果顯示單元包括觸摸顯示屏2，觸摸顯示屏2作為儀器的人機交互單元，用于人機數據交互和顯示數據采集、處理過程和膠體金試紙條檢測值的結果，即顯示所述圖像采集單元的圖像采集過程、控制單元的圖像處理過程，以及所述沙丁胺醇溶液的濃度。
[0043]實施例2
[0044]本實施例提供了一種使用膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器讀取膠體金試紙條上沙丁胺醇溶液濃度的方法，首先在金標膠體金試紙條上滴入未知濃度的沙丁胺醇溶液，過幾分鐘顯色穩定后，將該膠體金試紙條插入膠體金試紙條插槽IB中，啟動自動讀數。在控制單元控制下，圖像采集單元采集所述膠體金試紙條上顯色區域的圖像，然后控制單元對所采集的圖像進行分析處理，得到沙丁胺醇溶液的濃度，再由結果顯示單元將沙丁胺醇溶液的濃度顯示出來。
[0045]具體為，在封閉遮光的框架內，由光源單元5提供穩定照明，通過鏡頭4A采集膠體金試紙條插槽IB內的被測膠體金試紙條顯色區域圖像，經過圖像處理算法獲得顯色區域的橫向平均灰度分布曲線，參見圖2，橫軸代表膠體金試紙條顯示區域圖像的水平像素，縱軸代表平均灰度值。由于有背景色干擾，對曲線進行去背景處理，然后分別提取曲線上對應于膠體金試紙條上質控線和測試線位置的平均灰度峰值Pl和P2。最終建立了被測膠體金試紙條上沙丁胺醇濃度的檢測結果c與測試線和質控線的平均灰度值之比(p2/pl)的相關關系:c = -3.7491n(p2/pl )-4.8767，進而得到沙丁胺醇溶液的濃度，通過軟件3B將該檢測結果輸出至觸摸顯示屏2，然后通過觸摸顯示屏2將沙丁胺醇溶液的濃度顯示出來。
[0046]如圖3所示，使用0、0.25、0.5、1、2、3、4、5ng/ml共8個濃度的沙丁胺醇溶液分別滴涂在8個膠體金試紙條上，待顯色穩定后，作為待測膠體金試紙條插入儀器插槽中檢測。建立自動讀取的沙丁胺醇濃度與實際濃度的相關關系，橫軸代表沙丁胺醇溶液濃度實際值，縱軸代表沙丁胺醇溶液濃度預測值，其相關系數為0.9867，驗證了該模型的可靠性。
[0047 ] 綜上所述，本實施例通過控制單元、圖像采集單元和結果顯示單元，對膠體金試紙條上的顯色區域圖像進行自動采集、分析處理和結果顯示。通過對膠體金試紙條進行圖像處理獲得膠體金試紙條測試線和質控線的顯色深度，提高了數據提取的準確性。由于溶解沙丁胺醇藥物的溶劑常有顏色，使得膠體金試紙條顯色時背景區域呈現不均勻的干擾色，為了去除干擾，使用測試線與質控線的顯色深度比值為參數建立預測模型，可穩定的預測沙丁胺醇溶液的濃度。因而使用該發明可以準確自動快速的讀取膠體金試紙條上沙丁胺醇溶液的濃度，避免了人工對比比色卡的誤差，提高結果讀取的準確性和可靠性。
[0048]本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【主權項】
1.一種膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器，包括框架，其特征在于，所述框架內設有膠體金試紙條插槽、用于采集膠體金試紙條信息的圖像采集單元、控制單元和結果顯示單元，所述控制單元分別與圖像采集單元和結果顯示單元連接。2.根據權利要求1所述的膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器，其特征在于，所述膠體金試紙條插槽設有用于遮擋膠體金試紙條干擾背景的檢測視窗。3.根據權利要求1或2所述的膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器，其特征在于，所述結果顯示單元包括觸摸顯示屏。4.根據權利要求1或2所述的膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器，其特征在于，還包括光源單元和電源單元，所述光源單元和電源單元均設置于所述框架上。5.根據權利要求1-4任一項所述的膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器，其特征在于，所述框架設有用于隔絕外界光線的外殼，所述控制單元、圖像采集單元、結果顯示單元、光源單元和電源單元均設置于所述外殼上。6.權利要求1-5任一項所述的膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器在檢測瘦肉精類藥物中的應用，優選檢測沙丁胺醇溶液濃度。7.一種使用權利要求1-5任一項所述膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器讀取膠體金試紙條檢測結果的方法，其特征在于，先由所述圖像采集單元采集膠體金試紙條上顯色區域的圖像，然后所述控制單元對所采集的圖像進行分析，得到膠體金試紙條所載樣品的濃度，最后由所述結果顯示單元顯示所述濃度信息。8.根據權利要求7所述的使用膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器讀取膠體金試紙條檢測結果的方法，其特征在于，所述控制單元在對所采集圖像進行分析時，首先經過圖像處理獲得膠體金試紙條顯色區域的橫向平均灰度值的分布曲線，然后分別提取所述曲線上對應于膠體金試紙條上質控線和測試線位置的平均灰度峰值Pl和P2，然后依據p2/pl得出所測樣品的濃度。9.根據權利要求8所述的使用膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器讀取膠體金試紙條檢測結果的方法，其特征在于，在提取所述平均灰度峰值Pl和P2之前，先對所述分布曲線進行去背景處理。10.根據權利要求8或9所述的使用膠體金試紙條檢測結果自動讀取儀器讀取膠體金試紙條檢測結果的方法，其特征在于，所述膠體金試紙條上所載樣品為沙丁胺醇溶液，并通過下述公式得出沙丁胺醇溶液的濃度c: c = -3.7491n(p2/pl)-4.87670
【文檔編號】G01N33/53GK105911268SQ201610377533
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】彭彥昆, 田芳, 李永玉, 孫宏偉, 王文秀
【申請人】中國農業大學