CN102707051A - 金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法 - Google Patents

Abstract

一种金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法。首先，使用金标试纸条检测系统的光电探测器记录金标条比色卡对应的数据信息，再根据金标条比色卡标识的颜色与检测物浓度的对应关系，确定金标条比色卡数据与检测物浓度的最佳响应曲线并储存。然后，需要对所述的金标试纸条检测系统的性能进行校正时，使用所述的金标条比色卡对所述的金标试纸条检测系统的当前状态进行测试，确定金标试纸条检测系统的当前响应曲线，再分段逐个比较所述的最佳响应曲线和当前响应曲线各直线段，确定当前响应曲线的各直线段对应的映射函数并储存。校正完毕。本发明使金标试纸条检测系统的数据采集经计算即可获得检测物浓度的真值，降低了由于系统老化等问题所引入的测量误差，保证了金标试纸条检测系统测量长时间的准确定量测量。

Description

金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法

技术领域

本发明属于免疫检测技术领域，特别是一种金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法。

背景技术

金标免疫层析技术是一种将胶体金标记技术与免疫层析技术相结合的快速现场检测技术。近年来已在各个生物学领域中得到广泛应用，如医学诊断、环境及食品安全监测及科学研究等领域。在临床使用的免疫印迹技术几乎都使用胶体金做标记。

胶体金免疫层析试纸条（以下简称为金标试纸条）是免疫层析反应发生的载体，金标试纸条检测带上聚集着与目标被检物相结合的纳米金颗粒，纳米金颗粒具有吸光特性，在大量纳米金颗粒聚集时，会显示出红色。随着附着在金标试纸条检测带上纳米金颗粒的数量越多，表示被检物的浓度越高，金标试纸条上检测带的颜色也就越深。

利用金标试纸条检测系统可对金标试纸条进行即时判读，实现对目标被检物定量检测。在先技术1“一种金标条的测量方法和检测系统”（申请号：200910078816.5）中，使用LED条形光源在金标试纸条表面形成大范围高强度矩形光斑，使用光电二极管阵列接收金标试纸条表面的散射光，通过对纳米金颗粒的定量测量，实现对目标金标试纸条的快速定量检测。上述在先技术1的主要缺点为：①没有考虑系统老化（如发光部件LED，接收部件光电二极管及电子元器件等的老化）所引入的测量误差。②由于采用多个独立的光电二极管像元，致使数据获取的条件没有达到一致，可能会引入测量误差。特别是当光电二极管阵列中的光电二极管像元老化后，由于各个光电二极管像元老化的情况不同而将导致检测系统会产生更大的测量误差。③虽然系统的光阑部件是为阻挡其它区域的散射光而设置的，但不可能完全消除这些散射光的影响。

在先技术2“金标试条定量测试方法及系统”（申请号：02108693.1）中，先用动态背景补偿电路对金标试条的背景进行补偿，并将该补偿背景值输入单片机；接着，采集金标试条测试线值，并输入单片机；最后，用单片机对其接受的信息进行处理运算，得出被测试液浓度值。上述在先技术2的主要缺点为：①在采集测试数据之前，并没有考虑系统各部件因老化等问题，所引入的测量误差。②采用大量附加电路，必将影响仪器的稳定性。

在先技术3“无创定量HCG检测方法”（申请号：200610092968.7）中，将体液滴入HCG试剂盒，经反应显现特定颜色；将反应后的试剂盒颜色作为被检测对象，由配有HCG浓度转换软件的检测装置检测获取HCG浓度值。上述在先技术3的主要缺点为：①忽略了系统各部件因老化等问题所引入的测量误差。进而在采集测试数据的时候，使结果较难反应真实情况。②没有任何校正措施，不能保证测试条件的一致性。③数据不能实时处理，需要上位机的协助，给操作带来不便。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术存在的缺点，提供一种金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法。该性能校正方法通过获取并比对金标免疫层析专用比色卡的数据信息，实施金标试纸条检测系统的性能校正，使金标试纸条检测系统的数据采集控制条件与最佳状态相一致，从而能保证金标试纸条检测系统在长时间使用过程准确的定量测量，且具有操作简便、快速快的优点。

我们知道：金标免疫层析专用比色卡（以下简称金标条比色卡）是根据金标免疫层析反应的特点而筛选出来的。金标条比色卡上的颜色深浅与相应的滴加在金标试纸条上的被检物的浓度具有对应关系。首先使用梯度浓度的标准品滴加在不同的空白金标试纸条上，待反应结束后，将其T带的颜色与标准色卡进行比较，从标准色卡中选出与T带颜色近似相同的颜色，然后再将这些选出的色卡打印、过塑，即形成了金标免疫层析专用比色卡。

为使用方便，可将金标条比色卡做成与金标试纸条相同的形式，即金标条比色卡尺寸与金标试纸条的尺寸相同。并将所有对应于不同浓度的颜色梯度全部封装在一个金标条比色卡内。金标条比色卡梯度越多则做出来的金标条比色卡越准确,代表金标检测系统能进行更精确的标定。

金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法的基本思想是：通过金标试纸条检测系统的光电探测器记录检测系统出厂时金标条比色卡的数据信息，根据此数据信息建立与检测物浓度相对应的最佳响应曲线。将该最佳响应曲线作为金标试纸条检测系统的校正标准，并储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中。在金标试纸条检测系统使用一段时间后，再次获取比色卡对应的数据信息。通过与校正标准进行比较，调整光电探测器的相关设定参数或调整金标试纸条检测系统的内置算法，使金标试纸条检测系统的数据采集控制条件达到最佳状态，实现性能校正的目的。

本发明的技术方案如下：

一种金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①使用金标试纸条检测系统的光电探测器记录金标试纸条检测系统出厂时金标条比色卡对应的数据信息为y_最佳；

②根据金标条比色卡标识的颜色与检测物浓度的对应关系，确定金标条比色卡数据与检测物浓度的最佳响应曲线为y_最佳＝k_最佳x+a_最佳，其中x为金标条比色卡的色度梯度的序号的数值，k_最佳为最佳状态曲线的斜率，a_最佳为最佳响应曲线与y轴的截距，并将该最佳响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

③需要对所述的金标试纸条检测系统的性能进行校正时，使用所述的金标条比色卡对所述的金标试纸条检测系统的当前状态进行测试，确定金标试纸条检测系统的当前响应曲线，以该色度梯度的采集值为y_n并以相邻色度梯度的采集值y_n+1确定一系列直线段：y_n＝k_nx+a_n，n＝1、2、3、……；并将该当前响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

④分段逐个比较所述的最佳响应曲线和当前响应曲线各直线段，按下列公式计算当前响应曲线的各直线段对应的映射函数G_n和A_n并存入数据存储单元中：

y_n修正=G_n×y_n+A_n，其中，

取出所述的金标条比色卡，校正完毕。

对金标试纸条进行检测时，根据实测值y_n，按公式y_n修正=G_n×y_n+A_n进行算法得到校正值y_n修正，由该y_n修正即可计算出金标试纸条对应的检测物浓度的真值。

本发明与在先技术相比具有以下技术效果：

1、本发明金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法在金标试纸条检测系统测量前能够对系统参数进行调整，使金标试纸条检测系统对测量时，根据实测值y_n，按公式y_n修正=G_n×y_n+A_n进行算法得到校正值y_n修正，由该y_n修正即可计算出金标试纸条对应的检测物浓度的真值。降低了由于系统老化等问题所引入的测量误差，保证了金标试纸条检测系统测量长时间的准确定量测量。

2、本发明为在线性能校正，方便快捷。

附图说明

图1为实施例1的金标试纸条检测系统结构示意图

图2为实施例2的金标试纸条检测系统结构示意图

图3为金标免疫层析专用比色卡结构示意图

图4为胶体金免疫层析试纸条结构示意图

图5为实施例1的最佳状态曲线和当前状态曲线示意图

图6为实施例1的金标免疫层析专用比色卡色度和浓度关系曲线示意图

图7为实施例1的校正流程图

图8为实施例1的正常测量流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但不应以此限定本发明的保护范围。

本发明金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法，该方法包括下列步骤：

①使用金标试纸条检测系统的光电探测器记录金标试纸条检测系统出厂时金标条比色卡对应的数据信息为y_最佳；

②根据金标条比色卡标识的颜色与检测物浓度的对应关系，确定金标条比色卡数据与检测物浓度的最佳响应曲线为y_最佳＝k_最佳x+a_最佳，其中x为金标条比色卡的色度梯度的序号的数值，k_最佳为最佳状态曲线的斜率，a_最佳为最佳响应曲线与y轴的截距，并将该最佳响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

③需要对所述的金标试纸条检测系统的性能进行校正时，使用所述的金标条比色卡对所述的金标试纸条检测系统的当前状态进行测试，确定金标试纸条检测系统的当前响应曲线，以该色度梯度的采集值为y_n并以相邻色度梯度的采集值y_n+1确定一系列直线段：y_n＝k_nx+a_n，n＝1、2、3、……；并将该当前响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

④分段逐个比较所述的最佳响应曲线和当前响应曲线各直线段，按下列公式计算当前响应曲线的各直线段对应的映射函数G_n和A_n并存入数据存储单元中：

y_n修正=G_n×y_n+A_n，其中，

取出所述的金标条比色卡，校正完毕。

实施例1：

采用光电二极管为光电探测器的一种，以光电二极管为例对本发明进行具体说明。

参见图1，图1是本发明涉及的金标试纸条检测系统的结构示意图。由图1可见，该金标试纸条检测系统包括金标条比色卡1、光电二极管2、信号处理系统3、照明部件4、5，成像光学系统6及运动部件7组成。所述的信号处理系统3主要用于对光电二极管2输出信号进行采集和运算，并控制光电二极管2。通过算法对所采集的信号进行运算得到标准的数据。所述的运动部件7主要用于使金标条比色卡1的平动。

所述的金标条比色卡1形状结构与金标试纸条完全相同，请参阅图3和图4。图3是本发明涉及的金标免疫层析专用比色卡结构示意图。由图3可见，图中11表示某一颜色梯度，形状为矩形。各个颜色梯度由14间隔开来，并列排布。12、13和14表示比色卡的非功能区。

参见图7，图7是本发明涉及的校正流程图。

参见图8，图8是本发明涉及的正常测量流程图。

本实施例的具体步骤如下：

1、将金标条比色卡1置于出厂调试完毕的金标试纸条检测系统中（视该状态为最佳状态），打开金标试纸条检测系统电源。此时光源4、5的出射光在金标条比色卡上形成与金标试纸条T带平行的长方形细光斑，矩形光斑照明区域为以11为代表的单个颜色梯度区域。

2、运动部件7带动金标条比色卡1由右向左进行平动，使金标条比色卡1以11为代表的单个颜色梯度区域依次通过光电二极管2下方的照明区域。

3、光电二极管2依次获取金标条比色卡1各个梯度区域的数据信息，信号处理系统3通过一定的软件算法将采集到的所有数据信息整合，并与金标条比色卡1的浓度标定值相关联，进而得到两者的函数关系即金标试纸条检测系统的最佳响应曲线，并保存。

4、采集完毕后，运动部件7将金标条比色卡1归位。将金标条比色卡1从金标试纸条检测系统取出，此时，金标试纸条检测系统可进行正常的检测功能，或关闭电源。

5、在金标试纸条检测系统使用一段时间之后，执行步骤1~4一样的操作，此时获得的响应曲线为检测系统当前响应曲线。

6、信号处理系统3比较最佳响应曲线和当前响应曲线。由于金标条比色卡的每一色度梯度代表一特定大小浓度值。因此信号处理系统将根据浓度分布对两条曲线进行分段比较。得到对应的映射函数。

7、以具有10级色度梯度的金标条比色卡为例，假设得到如图5的最佳状态曲线与当前状态曲线。最佳响应曲线为y_最佳＝k_最佳x+a_最佳，其中x为金标条比色卡的色度梯度的序号的数值，k_最佳为最佳状态曲线的斜率，a_最佳为最佳响应曲线与y轴的截距，并将该最佳响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

图中的当前状态曲线是对所述的金标试纸条检测系统的性能进行校正，使用所述的金标条比色卡对所述的金标试纸条检测系统的当前状态进行测试，所确定金标试纸条检测系统的当前响应曲线，以色度梯度的采集值为y_n并以相邻色度梯度的采集值y_n+1确定一系列直线段：y_n＝k_nx+a_n，n＝1、2、3、…、8、9；并将该当前响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

分段逐个比较所述的最佳响应曲线和当前响应曲线各直线段，得到两条曲线的各直线段对应的下列映射函数并存入数据存储单元中：

y_n修正=G_n×y_n+A_n，其中

正常检测时，在信号处理系统3中，将采集到的数据y_采集与所存储的当前状态曲线相比较，确定y_采集所对应的色度区间范围[x_m,x_m+1](1＜m＜9)，得到该区间的G_m值。进而运用公式y_m修正=G_m×y_采集+A_m，其中y_m修正为修正值，y_采集为光电二极管2采集到的数据。将y_m修正代入y_最佳＝k_最佳x+a_最佳公式反推得到x。因为比色卡的制作是根据色度与检测物浓度线性关系来对应的。所以得到色度值x，就可以得到检测物浓度信息。如图6所示。

8、取出金标条比色卡1。这样便完成一次性能校正。

实施例2：

图像传感器为光电探测器的一种，以图像传感器为例对本发明进行具体说明。

参见图2，图2是本发明涉及的金标试纸条检测系统的结构示意图。由图2可见，该检测系统包括金标条比色卡1、图像传感器2、信号处理系统3、照明部件4、5及成像光学系统6组成。

所述的金标条比色卡1与实施例一中所述相同。

参见图4，图4是本发明涉及的胶体金免疫层析试纸条结构示意图。由图4可见，83、84及85为非功能区。81、82表示试纸条的功能区。

所述的信号处理系统3主要用于对图像传感器2输出数据进行采集，并控制图像传感器2。通过算法对所采集的信号进行运算处理。

本发明的具体步骤如下：

1、将金标条比色卡1置于出厂调试完毕的金标试纸条检测系统中（视该状态为最佳状态），打开金标试纸条检测系统电源。此时光源4、5的出射光在金标条比色卡上形成高强度均匀矩形光斑，矩形光斑照明区域为以11为代表的所有颜色梯度区域。

图像传感器2获取上述区域图像色度信息，信号处理系统3通过将采集到的色度信息和金标条比色卡1的浓度标定值相关联，进而得到两者的函数关系，即检测系统的最佳响应曲线，并保存。

2、将金标条比色卡1从金标试纸条检测系统取出，此时，金标试纸条检测系统可进行正常的检测，或关闭电源。

3、在金标试纸条检测系统使用一段时间之后，执行步骤1和步骤2一样的操作，此时获得的响应曲线为检测系统当前响应曲线。

4、信号处理系统3比较最佳响应曲线和当前响应曲线。由于金标条比色卡的每一色度梯度代表一特定大小浓度值。因此信号处理系统将根据浓度分布对两条曲线进行分段比较，以得到对应的映射函数。

5、根据该映射函数，并采用一定的软件算法，得到一系列参数。该系列参数能使当前响应曲线与最佳响应曲线趋于一致。对应不同的设定参数，使用不同的软件算法。如，调整采集数据的放大倍数。采用图像分割算法，其图像处理技术参见在先技术4（张伟,蒋宏,任章.自适应多阈值图像分割算法.自动化技术与应用.2007年第26卷第8期，第71页至73页），将各个色度梯度对应的区域分割出来后，选定这些区域并对其图像灰度值取平均值。以x为金标条比色卡的色度梯度的序号的数值，以色度梯度x_n所对应的灰度平均值为y_n并以相邻色度梯度x_n+1所对应的灰度平均值y_n+1确定一系列直线段：y_n＝k_nx+a_n，n＝1、2、3、……；后续处理方法同实施例一中步骤7。

6、取出金标条比色卡1。这样便完成一次性能校正。

与在先技术相比，本发明的特点在于：

采用性能校正技术，降低因系统老化所引入的测量误差，从而保证了金标试纸条检测系统长期工作性能，能实现金标试纸条检测系统对金标试纸条更准确的定量检测。采用金标免疫层析专用比色卡与光电传感器的搭配，操作简便、处理速度快、无需用户干预并能根据需求得到不同精度的校正。

Claims (1)

1.一种金标免疫层析试纸条检测系统的性能校正方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①使用金标试纸条检测系统的光电探测器记录金标试纸条检测系统出厂时金标条比色卡对应的数据信息为y_最佳；

②根据金标条比色卡标识的颜色与检测物浓度的对应关系，确定金标条比色卡数据与检测物浓度的最佳响应曲线为y_最佳＝k_最佳x+a_最佳，其中x为金标条比色卡的色度梯度的序号的数值，k_最佳为最佳状态曲线的斜率，a_最佳为最佳响应曲线与y轴的截距，并将该最佳响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

③需要对所述的金标试纸条检测系统的性能进行校正时，使用所述的金标条比色卡对所述的金标试纸条检测系统的当前状态进行测试，确定金标试纸条检测系统的当前响应曲线，以该色度梯度的采集值为y_n并以相邻色度梯度的采集值y_n+1确定一系列直线段：y_n＝k_nx+a_n，n＝1、2、3、……；并将该当前响应曲线信息储存在金标试纸条检测系统的数据存储单元中；

④分段逐个比较所述的最佳响应曲线和当前响应曲线各直线段，按下列公式计算当前响应曲线的各直线段对应的映射函数G_n和A_n并存入数据存储单元中：

y_n修正=G_n×y_n+A_n，其中，

取出所述的金标条比色卡，校正完毕。

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