酶聯免疫斑點分析裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種酶聯免疫斑點分析裝置及方法，屬于電子醫療儀器【技術領域】。解決了現有技術中酶聯斑點分析儀分析計數不夠準確且不能自動去除雜質，醫生或研究人員直接分析的方法效率低、不準確、主觀性強的技術問題。該裝置包括底座、面光源、二維運動平臺、試劑盒托盤、試劑盒、環形光源固定架、環形光源、相機支撐架、支架、相機和PC機，相機拍攝面光源和環形光源照射下的試劑盒的彩色圖片，并將彩色圖片傳輸至PC機，PC機對彩色圖片進行分析處理，完成酶聯免疫斑點分割。該裝置準確度高，斑點分割結果更加準確，而且能夠有效去除微孔的邊緣效應和孔內的長條雜質。
【專利說明】酶聯免疫斑點分析裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種酶聯免疫斑點分析裝置及方法，屬于電子醫療儀器【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 隨著酶免疫分析技術在醫學及生物學領域的廣泛應用，使體外檢測各種細胞因 子和抗體研究有了新的突破。在研究免疫應答機制時，以往人們常用酶聯免疫吸附試驗 (ELISA)檢測體液中游離的細胞因子（CK)或抗體，但由于游離的循環抗體或CK半衰期不 同，使之在體液中不斷地被代謝或與靶器官結合，而不能確切地反應體內抗體及CK水平。 90年代中期，Sedgwick、Holt和Czerkinsky等根據ELISA技術的基本原理，建立了體外檢 測特異性抗體分泌細胞和CK分泌細胞的固相酶聯免疫斑點（ELISP0T)技術。
[0003] 酶聯免疫斑點（ELISP0T)技術由于具有較高的敏感性和特異性，操作簡單方便， 已日益成為免疫學研究的主流技術，被廣泛應用于免疫學相關各領域。而對于酶聯免疫斑 點的分析，是該技術發展不可或缺的一個環節。現有技術中，主要采用酶聯斑點分析儀，該 分析儀分析計數不夠準確且不能自動去除雜質，所以沒有得到廣泛應用，現在醫生或研究 人員直接通過人眼觀察每個斑點的特征并數斑點個數，這樣不但極大的降低了檢測效率， 其讀取結果也不準確，存在很大的主觀性。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是解決現有技術中酶聯斑點分析儀分析計數不夠準確且不能自動 去除雜質，醫生或研究人員直接分析的方法效率低、不準確、主觀性強的技術問題，提供一 種酶聯免疫斑點分析裝置及方法。
[0005] 本發明解決上述技術問題采用的技術方案如下。
[0006] 酶聯免疫斑點分析裝置，包括底座、面光源、二維運動平臺、試劑盒托盤、環形光源 固定架、環形光源、相機支撐架、支架、相機和PC機；
[0007] 所述面光源設定在底座上，所述二維運動平臺、環形光源固定架和相機支撐架從 下至上依次固定在支架上，所述試劑盒托盤固定在二維運動平臺上，所述環形光源固定在 環形光源固定架上，所述相機固定在相機支撐架上，且與PC機連接；
[0008] 所述面光源、環形光源和相機鏡頭的光軸在一條直線上；
[0009] 所述試劑盒放置在試劑盒托盤上，且位于面光源的上方，環形光源的下方；
[0010] PC機對相機傳輸的每張試劑孔彩色圖像進行如下處理：先將彩色圖像轉化成灰 度圖像，然后依次對灰度圖像進行邊緣提取、閾值分割，得到第一二值圖像，再對第一二值 圖像進行快速Hough變換，獲得試劑孔大圓圓心坐標，然后將試劑孔大圓圓心坐標在灰度 圖像中標出，得到試劑孔大圓灰度圖像，再對試劑孔大圓灰度圖像進行閾值分割，得到第 二二值圖像，并對試劑孔大圓灰度圖像依次進行擴展極小值處理、距離變換和分水嶺分割， 得到第三二值圖像，然后將第二二值圖像和第三二值圖像進行邏輯與操作，得到第四二值 圖像，對第四二值圖像進行輪廓提取后，得到輪廓提取圖像，將彩色圖像與輪廓提取圖像疊 加在一起，在彩色圖像上標出輪廓線；
[0011] 所述快速Hough變換的過程是：先設試劑孔大圓的半徑為R，記錄所有滿足條件的 點集合為Fn = {(xn，yn) | (R-1)2彡（Xn-XQ)2+(yn-yQ)2彡（R+1)2}，設第一二值圖像中滿足條 件的點的個數為N，則n的取值范圍為[1，N]，（X(l，yci)為第一二值圖像的中心點；然后遍歷 整幅第一二值圖像，當遇到非零點，計算該點偏離中心點（&，％)的偏差0)x，Dy)，并將所 有滿足條件的點集Fn平移（Dx，Dy)，得到新的點集Mn= {(xn_Dx，yn_Dy)};再統計新的點 集1中的所有點出現的次數，記錄出現次數最多的點坐標，即為試劑孔大圓的圓心坐標。
[0012] 進一步的，所述二維運動平臺與PC機連接，PC機控制二維運動平臺在垂直于相機 鏡頭的光軸的方向運動。
[0013] 進一步的，所述面光源、環形光源分別與PC機連接，PC機控制面光源和環形光源 的開關和殼度。
[0014] 進一步的，所述閾值分割的方法為二維最大類間方差法。
[0015] 進一步的，所述邊緣提取的方法為Sobel邊緣提取。
[0016] 進一步的，所述相機為C⑶相機或者CMOS相機。
[0017] 采用上述酶聯免疫斑點分析裝置的酶聯免疫斑點分析方法，包括以下步驟：
[0018] 相機依次拍攝面光源和環形光源同時照射下的試劑盒的每個試劑孔，并將得到的 彩色圖像傳輸至PC機，PC機對每張彩色圖像進行處理，處理過程如下：
[0019] 步驟一、PC機將彩色圖像轉換成灰度圖像；
[0020] 步驟二、PC機對灰度圖像進行邊緣提取、閾值分割，得到第一二值圖像；
[0021] 步驟三、PC機對第一二值圖像進行快速Hough變換，獲得試劑孔大圓圓心坐標；
[0022] 所述快速Hough變換的步驟如下：
[0023]a、設試劑孔大圓的半徑為R，記錄所有滿足條件的點集合為Fn = {(xn，yn) | (R-1) 2彡（Xn-XQ)2+(yn-yQ)2< (R+1)2}，設第一二值圖像中滿足條件的邊緣點的個數為N，則n的取 值范圍為[1，N]，（XQ，yQ)為第一二值圖像的中心點；
[0024]b、遍歷整幅第一二值圖像，當遇到非零點時，計算該點偏離中心點（Xd,yj的偏 差（Dx，Dy)，并將a中所有滿足條件的點集？"平移（Dx，Dy)，得到新的點集Mn= {(xn_D x,yn-Dy)}；
[0025]c、統計新的點集Mn中的所有點出現的次數，記錄出現次數最多的點坐標，即為試 劑孔大圓的圓心坐標；
[0026] 步驟四、PC機將試劑孔大圓圓心坐標在灰度圖像中標出，得到試劑孔大圓灰度圖 像；
[0027] 步驟五、PC機對試劑孔大圓灰度圖像進行閾值分割，得到第二二值圖像，并對試劑 孔大圓灰度圖像依次進行擴展極小值處理、距離變換及分水嶺分割，得到第三二值圖像；
[0028] 步驟六、PC機將第二二值圖像和第三二值圖像進行邏輯與操作，得到第四二值圖 像；
[0029] 步驟七、PC機對第四二值圖像進行輪廓提取，將彩色圖像與輪廓圖像疊加在一起， 標出輪廓線，即完成酶聯免疫斑點的分割。
[0030] 與現有技術相比，本發明的有益效果：
[0031] 1、本發明的試劑孔內酶聯免疫斑點分析裝置及方法采用改進的快速Hough變換 檢測試劑孔大圓，大大提高了檢測速度，同時提高了準確度；
[0032] 2、本發明的試劑孔內酶聯免疫斑點分析裝置及方法，斑點分割結果更加準確，而 且能夠有效去除微孔的邊緣效應和孔內的長條雜質；
[0033] 3、本發明的試劑孔內酶聯免疫斑點分析裝置功能齊全，自動化程度高，操作簡單， 實用性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發明的酶聯免疫斑點分析裝置的結構示意圖；
[0035] 圖2是本發明對試劑孔大圓的分析方法流程圖；
[0036] 圖3是本發明對試劑孔大圓的檢測結果圖；
[0037] 圖4是本發明試劑孔內的酶聯免疫斑點分析方法的流程圖；
[0038] 圖5是本發明對試劑孔內酶聯免疫斑點的分割結果圖。
[0039] 具體實施方法
[0040] 下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0041] 如圖1所示，本發明的酶聯免疫斑點分析裝置，包括底座1、面光源2、二維運動平 臺3,試劑盒托盤4、試劑盒5、環形光源固定架6、環形光源7、相機支撐架8、支架9、相機10 和PC機11 ;其中，面光源2固定在底座1上，二維運動平臺3、環形光源固定架6和相機支 撐架8從下至上依次固定在支架9上，試劑盒托盤4固定在二維運動平臺3上，環形光源7 固定在環形光源固定架6上，相機10固定在相機支撐架8上，且與PC機11連接；面光源2、 環形光源7和相機10鏡頭的光軸在一條直線上；試劑盒5放置在試劑盒托盤4上，且位于 面光源2的上方，環形光源7的下方；由相機10采集試劑盒5內每個試劑孔的彩色圖像，并 傳送到PC機11進行分析處理；PC機11對相機10傳輸的每張彩色圖像進行如下處理：先將 彩色圖像轉化成灰度圖像，然后依次對灰度圖像進行邊緣提取、閾值分割，得到第一二值圖 像，再對第一二值圖像進行快速Hough變換，獲得試劑孔大圓圓心坐標，然后將試劑孔大圓 圓心坐標在灰度圖像中標出，得到試劑孔大圓灰度圖像，再對試劑孔大圓灰度圖像進行閾 值分割，得到第二二值圖像，并對試劑孔大圓灰度圖像依次進行擴展極小值處理、距離變換 和分水嶺分割，得到第三二值圖像，然后將第二二值圖像和第三二值圖像進行邏輯與操作， 得到第四二值圖像，對第四二值圖像進行輪廓提取后，得到輪廓提取圖像，將彩色圖像與輪 廓提取圖像疊加在一起，在彩色像圖上標出輪廓線；
[0042] 所述快速Hough變換的過程是：先設試劑孔大圓的半徑為R，記錄所有滿足條件的 點集合為Fn = {(xn，yn) | (R-1)2彡（Xn-XQ)2+(yn-yQ)2彡（R+1)2}，設第一二值圖像中滿足條 件的點的個數為N，則n的取值范圍為[1，N]，（X(l，yci)為第一二值圖像的中心點；然后遍歷 整幅第一二值圖像，當遇到非零點，計算該點偏離中心點（&，％)的偏差0)x，Dy)，并將所 有滿足條件的點集Fn平移（Dx，Dy)，得到新的點集Mn= {(xn_Dx，yn_Dy)};再統計新的點 集1中的所有點出現的次數，記錄出現次數最多的點坐標，即為試劑孔大圓的圓心坐標。
[0043] 本發明中，采用面光源2和環形光源7同時照明既可以適應不同類型試劑盒（透 明試劑盒和不透明PVDF試劑盒），提高圖像的對比度，又可以消除試劑孔壁造成的幻影。
[0044] 本發明中，二維運動平臺3與PC機11連接，PC機11控制二維運動平臺3在垂直 于相機11鏡頭的光軸的方向運動；面光源2、環形光源7分別與PC機11連接，PC機11控 制面光源2、環形光源7的開關和亮度。相機10可以采用CCD相機或者CMOS相機。
[0045]結合圖2、圖4說明本發明采用上述裝置進行酶聯免疫斑點分析的方法：
[0046] 首先相機依次拍攝面光源和環形光源同時照射下的試劑盒5的每個試劑孔并將 得到的彩色圖像傳輸至PC機11，PC機11對每張彩色圖像進行處理，處理過程主要包括對 試劑孔大圓的分析方法和對試劑孔內酶聯免疫斑點的分割：
[0047] 對試劑孔大圓的分析方法，具體步驟為：
[0048] 步驟一、PC機11將彩色圖像轉換成灰度圖像；
[0049] 由于CCD彩色相機或者CMOS相機采集到的彩色圖像數據量非常大，不利于 后續處理，所以先將彩色圖像colorimage轉化成灰度圖像grayimage。grayimage= 0? 21010*R+0. 598*G+0. 114*B;其中R為colorimage的紅色通道，G為colorimage的綠色 通道，B為colorimage的藍色通道。
[0050] 步驟二、對灰度圖像進行Sobel邊緣提取；
[0051]Sobel算子是邊緣提取時最常用的一種算子，計算簡單，提取效果好；其卷積模板 是兩個3X3的卷積核，主要強調中心像素的4領域對其的影響，消弱4個對角近鄰像素對 其的作用，它具有方向性，在水平方向和垂直方向形成最強烈的邊緣。
[0052]
【權利要求】
1. 酶聯免疫斑點分析裝置，其特征在于，包括底座（1)、面光源（2)、二維運動平臺（3)、 試劑盒托盤（4)、環形光源固定架（6)、環形光源（7)、相機支撐架（8)、支架（9)、相機（10) 和 PC 機（11); 所述面光源（2)設定在底座（1)上，所述二維運動平臺（3)、環形光源固定架（6)和相 機支撐架（8)從下至上依次固定在支架（9)上，所述試劑盒托盤（4)固定在二維運動平臺 (3)上，所述環形光源（7)固定在環形光源固定架（6)上，所述相機（10)固定在相機支撐架 (8)上，且與PC機（11)連接； 所述面光源（2)、環形光源（7)和相機（10)鏡頭的光軸在一條直線上； 所述試劑盒（5)放置在試劑盒托盤（4)上，且位于面光源（2)的上方，環形光源（7)的 下方； PC機（11)對相機（10)傳輸的每張試劑孔彩色圖像進行如下處理：先將彩色圖像轉 化成灰度圖像，然后依次對灰度圖像進行邊緣提取、閾值分割，得到第一二值圖像，再對第 一二值圖像進行快速Hough變換，獲得試劑孔大圓圓心坐標，然后將試劑孔大圓圓心坐標 在灰度圖像中標出，得到試劑孔大圓灰度圖像，再對試劑孔大圓灰度圖像進行閾值分割，得 到第二二值圖像，并對試劑孔大圓灰度圖像依次進行擴展極小值處理、距離變換和分水嶺 分割，得到第三二值圖像，然后將第二二值圖像和第三二值圖像進行邏輯與操作，得到第 四二值圖像，對第四二值圖像進行輪廓提取后，得到輪廓提取圖像，將彩色圖像與輪廓提取 圖像疊加在一起，在彩色像圖上標出輪廓線； 所述快速Hough變換的過程是：先設試劑孔大圓的半徑為R，記錄所有滿足條件的點集 合為Fn = {(xn，yn) | (R-1)2彡（Xn-XQ)2+(yn-y Q)2彡（R+1)2}，設第一二值圖像中滿足條件的 點的個數為N,則n的取值范圍為[1，N], (XmyJ為第一二值圖像的中心點；然后遍歷整幅 第一二值圖像，當遇到非零點，計算該點偏離中心點（X(l，yci)的偏差（Dx，Dy)，并將所有滿足 條件的點集Fn平移（Dx, Dy)，得到新的點集Mn = {(xn_Dx, yn_Dy)};再統計新的點集Mn中的 所有點出現的次數，記錄出現次數最多的點坐標，即為試劑孔大圓的圓心坐標。
2. 根據權利要求1所述的酶聯免疫斑點分析裝置，其特征在于，所述二維運動平臺（3) 與PC機（11)連接，PC機（11)控制二維運動平臺（3)在垂直于相機（11)鏡頭的光軸的方 向運動。
3. 根據權利要求1所述的酶聯免疫斑點分析裝置，其特征在于，所述面光源（2)、環形 光源（7)分別與PC機（11)連接，PC機（11)控制面光源（2)、環形光源（7)的開關和亮度。
4. 根據權利要求1所述的酶聯免疫斑點分析裝置，其特征在于，所述閾值分割的方法 為二維最大類間方差法。
5. 根據權利要求1所述的酶聯免疫斑點分析裝置，其特征在于，所述邊緣提取的方法 為Sobel邊緣提取。
6. 根據權利要求1所述的酶聯免疫斑點分析裝置，其特征在于，所述相機（10)為CCD 相機或者CMOS相機。
7. 米用權利要求1-6任何一項所述的酶聯免疫斑點分析裝置的酶聯免疫斑點分析方 法，其特征在于，包括以下步驟： 相機（10)依次拍攝面光源（2)和環形光源（7)同時照射下的試劑盒（5)的每個試劑 孔，并將得到的彩色圖像傳輸至PC機（11)，PC機（11)對每張彩色圖像進行處理，處理過程 如下： 步驟一、PC機（11)將彩色圖像轉換成灰度圖像； 步驟二、PC機（11)對灰度圖像進行邊緣提取、閾值分割，得到第一二值圖像； 步驟三、PC機（11)對第一二值圖像進行快速Hough變換，獲得試劑孔大圓圓心坐標； 所述快速Hough變換的步驟如下： a、 設試劑孔大圓的半徑為R，記錄所有滿足條件的點集合SFn= {(xn，yn) | (R-1)2彡（xn-xQ) 2+ (yn-yci)2 < (R+l)2}，設第一二值圖像中滿足條件的邊緣點的個數為N，則n的取值范圍 為[1，N]，（xQ，yQ)為第一二值圖像的中心點； b、 遍歷整幅第一二值圖像，當遇到非零點時，計算該點偏離中心點h，yj的 偏差（Dx，Dy)，并將a中所有滿足條件的點集？"平移（Dx，Dy)，得到新的點集Mn = {(xn-Dx, yn-Dy)}； c、 統計新的點集1中的所有點出現的次數，記錄出現次數最多的點坐標，即為試劑孔 大圓的圓心坐標； 步驟四、PC機（11)將試劑孔大圓圓心坐標在灰度圖像中標出，得到試劑孔大圓灰度圖 像； 步驟五、PC機（11)對試劑孔大圓灰度圖像進行閾值分割，得到第二二值圖像，并對 試劑孔大圓灰度圖像依次進行擴展極小值處理、距離變換及分水嶺分割，得到第三二值圖 像； 步驟六、PC機（11)將第二二值圖像和第三二值圖像進行邏輯與操作，得到第四二值圖 像； 步驟七、PC機（11)對第四二值圖像進行輪廓提取，得到輪廓提取圖像，將彩色圖像與 輪廓提取圖像疊加在一起，在彩色圖像上標出輪廓線，即完成酶聯免疫斑點的分割。
【文檔編號】G06T7/00GK104459101SQ201410696069
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】趙建, 韓希珍, 孫強, 張艷超 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所