CN103140752B - 用于检测蛋白质污染的成像系统和相关联的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于检测已用荧光着色剂处理的外科器械（100）上蛋白质污染的成像系统（10）和相关联的方法，其中着色剂中的荧光体在被激发类型的光激发并与蛋白质接触时能够发出发射类型的光。所述系统包括用于容纳器械（100）的不透光腔室（14）。腔室（14）的内部是用可见光和激发类型的光分别照射腔室的可见光源（20）和激发光源（22）。当被可见光照射时，数字照相机（30）能够捕获器械（100）的第一图像，以及对应于蛋白质污染的、由着色剂中的荧光体产生的荧光图案的第二图像。第一图像和第二图像可被组合，以产生器械（100）的加亮蛋白质污染区域的合成图像。相关联的软件可用于分析图像，以确定蛋白质污染水平。

Description

用于检测蛋白质污染的成像系统和相关联的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量特别是在外科器械上的蛋白质污染的设备及相关联的方法。具体地，本发明涉及一种被设计成与含有试剂组分的着色剂配合使用的器械，该试剂组分在蛋白质物质（例如完整蛋白质和/或它们的亚基氨基酸和多肽类）存在时发荧光，例如为与代理人编号KS.P49074GB同一日提交的、标题为“IN-SITUREAGENT（原位试剂）”的共同待决申请中描述的组分。

背景技术

鉴于越来越关注蛋白质在疾病传播中的作用，健康医疗机构可能对所有外科器械的使用实施强制性的蛋白质污染检测要求。

最近，使用标准茚三酮分析来实施在外科器械上蛋白质残留物的检测。然而，该标准茚三酮分析已证明是不可靠的，因为其在检测除水溶性的且在任何情况下很少出问题的两种氨基酸之外时是无效的。而且，茚三酮试验经常通过“擦拭”器械以及测试拭子来实施。擦拭器械的所有部分是很难的，特别是在最容易聚集蛋白质残留物的区域，诸如角落和凹槽。

进一步的考虑是成本。最近，具有阳性对照组的四组茚三酮试验的包花费25英镑。实施所述试验还相对耗时且要求训练有素的人员。

本发明的目的在于解决这些问题并提供一种在整个器械上检测蛋白质污染的快速、准确的方法。本发明的检测方法与茚三酮技术相比灵敏很多倍。

已开发出含有在蛋白质存在时发荧光的试剂组分的着色剂。当且仅当激发类型的光被激发并与蛋白质接触时，着色剂中的荧光体能够发出发射类型的光。着色剂的细节公开在与代理人编号KS.P49074GB同一日提交的、标题为“IN-SITUREAGENT（试剂）”的共同待决申请中。着色剂的组分可容易获得且便宜。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于检测已用荧光着色剂处理的样本上蛋白质污染的成像系统，其中着色剂中的荧光体在被激发类型的光激发并与蛋白质接触时能够发出发射类型的光，所述系统包括：

腔室，用于容纳样本；

第一光源，使用中当样本被容纳在腔室中时，适于用激发类型的光照射样本；

第一图像捕获装置，当样本被第二光源照射时，适于捕获对应于蛋白质污染的、由样本上的着色剂中的荧光体发射的荧光图案的第二图像；以及

根据所述第一图像捕获，用于指示样本是否被蛋白质污染的装置。

所述成像系统能够提供对样本是否被蛋白质污染的快速、准确的确定。

所述系统可进一步包括用于确定蛋白质污染水平的装置。通过确定蛋白质污染水平，能够做出关于样本是否被污染到一定不适宜使用的这种程度的更明智的决定。而且，健康医疗机构可设定标准的可接受的阈值水平，由此如果污染水平被确定为在特定的阈值以上，则必须对样本进行杀菌或废弃。用于确定蛋白质污染水平的装置可包括处理器和相关联的分析软件。

所述系统可进一步包括用于检测外部信号的装置和用于补偿任意这种信号的装置。

所述系统可进一步包括在样本和第一图像捕获装置之间的滤光器，所述滤光器适于传输所述发射类型的光，并且防止所述激发类型的光的传输。所述滤光器优选地适于只传输具有在430nm至450nm范围内的波长的光。

激发类型的光可典型地在270nm至370nm的范围内。优选地，所述激发类型的光具有312nm峰值波长。

所述样本可典型地包括外科器械。本发明在外科器械的情况中具有特定的实施方式，因为关键是这些外科器械在使用前需要验证为无菌。如果系统指示器械被污染，则器械应送去杀菌或废弃。

所述系统可进一步包括：

第二光源，使用中当样本被容纳在腔室中时，适于用可见光照射样本；以及

第二图像捕获装置，当样本被第二光源照射时，适于捕获样本的第二图像。所述系统还可进一步包括适于组合第一图像和第二图像的图像组合器。具体当与荧光图像组合时，样本可见图像的增加提供若干优点。首先，组合的捕获图像可被显示以向用户提供关于是否存在蛋白质污染的清楚的可视指示。其次，如下面所解释的，样本的可见图像可用作遮罩以忽略任何（外部）可在样本区域外部的荧光图像中出现的信号。

优选地，第一图像捕获装置包括数字照相机。

优选地，第二图像捕获装置包括数字照相机。单个数字照相机可充当第一图像捕获装置和第二图像捕获装置两者。适于实施双重功能的单件设备可为最有效的解决方案。然而，可以看出，通过为每个不同的图像捕获任务提供独立的、更专业的设备，可获得更准确的结果。

在所述系统进一步包括用于确定蛋白质污染水平的装置的情况下，所述用于指示的装置可包括适于指示蛋白质污染水平是在预定的阈值以下还是以上的指示器，因此提供简单的通过/失败指示。这种指示器会提供简单、清楚的方式来识别样本是通过还是未通过污染试验。可选地，指示器可进一步适于指示蛋白质污染水平是否接近预定的阈值，这可能要求重新进行试验。例如，这种指示器可包括具有用于“失败”的红灯、用于“通过”的绿灯和用于“进一步注意”的黄灯的“交通灯”系统。

优选地，着色剂包括蛋白质和/或氨基酸检测组分，包括：

（a）邻苯二甲醛，

（b）C₃-C₆硫醇，

（c）pH范围在7.5至10内的缓冲液，以及

（d）表面活性剂，

其中所述组分进一步包括（e）降硫醇化合物（thiolreducingcompound）。

进一步优选地，所述组分通过组合下述物质被制备：

（a）约0.1mmol/L至约10mmol/L的邻苯二甲醛，

（b）1mM至20mM的C₃-C₆硫醇，

（c）10mM至100mM的pH范围在7.5至10内的缓冲液，

（d）0.01%v/v至2%v/v的表面活性剂，以及

（e）约0.05mmol/L至约5mmol/L的降硫醇化合物。

根据本发明的第二方面，提供一种检测样本上蛋白质污染的方法，所述方法包括下述步骤：

用荧光着色剂处理样本，其中着色剂中的荧光体在被激发类型的光激发并与蛋白质接触时能够发出发射类型的光；

将处理过的样本放置在腔室内；

用激发类型的光照射样本，并且当这样照射时，捕获对应于蛋白质污染的、由样本上的着色剂中的荧光体发射的荧光图案的第一图像；以及

根据所述第一图像捕获，指示样本是否被蛋白质污染。

所述方法可进一步包括确定蛋白质污染水平的步骤。

所述方法可进一步包括用可见光照射样本，并且当这样照射时捕获样本的第二图像的步骤。所述方法可再进一步包括组合第一图像和第二图像的步骤。如上面提到的，样本的可见图像的增加，特别当与荧光图像组合时，提供若干优点。

所述方法可进一步包括下述步骤：

检测外部信号；以及

对任意这种外部信号进行补偿；

其中检测步骤包括测量背景信号水平，并且其中补偿步骤包括从第一图像中减去背景信号水平。在一个实施例中，所述测量包括对第一图像中的灰度值进行求和。在另一个实施例中，所述测量包括对第一图像进行低通滤波。在又一个实施例中，所述测量包括测量第一图像中的最小信号水平，并且所述补偿步骤包括从第二图像中的每个点中减去所述最小信号水平。在不同的实施例中，所述测量包括下述步骤：

在样本不在腔室中的条件下，用激发类型的光照射腔室；以及

当这样照射时，捕获腔室的背景图像；

并且其中所述补偿包括逐个像素地从第一图像中减去所述背景图像。

在所述方法进一步包括用可见光照射样本，并且在这样照射时捕获样本的第二图像的步骤的情况下，该第二图像可用于其中从样本外部第一图像区域发出的、被捕获在第二图像中的所有信号被抑制的掩蔽步骤。“杂质”，诸如少量的组织或灰尘或其他碎片可发荧光。一种消除由腔室内的这种杂质引起的外部信号的方法是：从可见图像中识别被污染样本的形状，然后将测量限制在该形状内。因此，来自被检测样本的形状外部的任意信号都可被抑制为“不来自样本上的污染”。

所述方法可进一步包括校准步骤，包括在具有已知标准量的蛋白质的样本上实施步骤。

附图说明

将通过示例参考附图描述本发明，附图中：

图1为本发明系统的示意图，示出腔室内部的截面；

图2为对应于本发明第二图像的、用于蛋白质污染测量的示例性外科器械的图示；

图3为对应于本发明第一图像的、相同器械的图示，蛋白质污染斑块在第一图像中可见；以及

图4为合成图像，包括图2和图3的图像的组合。

具体实施方式

图1示意性地示出用于检测样本100上蛋白质污染的成像系统10。优选地，样本100为外科器械。如在“背景技术”中论述的，所述系统和相关联的方法依赖于在蛋白质存在时发荧光的着色剂。

样本100例如通过浸渍或喷涂用着色剂涂布。

系统包括诸如橱柜之类的外壳12，外壳12的内部限定腔室14。腔室14不透光，因此提供全黑的成像空间。腔室14的内壁16用非反射材料处理，以增强暗度并提高系统性能。合适的处理的一个示例为用亚光黑色涂料涂所述壁16。另一个合适的处理为用亚光黑色阳极氧化的铝箔给内壁16加衬。

橱柜12的内部可经由诸如门或抽屉（未示出）的出入口访问。出入口的边缘适合于防止环境光进入腔室14，例如包括柔性密封件和/或不透光迷宫。为了成像，样本100可通过门放置或放置在抽屉内以位于腔室14内部。样本100可置于托盘110上，托盘和样本一起被放置在腔室14的底壁16a上。可选地，样本100可直接放置在底壁16c上。

在系统包括抽屉的情况下，样本可在放置于抽屉中之后用着色剂喷涂。

光源位于腔室14内部的相对侧壁16b、16c上。放置可见光源20并进行导向使其均匀地照射样本100。可见光源20发出380-750nm范围内的广谱光。在本实施例中，激发光源22直接位于各自可见光源20的上方，并且能够激发涂布在样本100上的着色剂。然而，可选照射位置也可以。

激发光源22发出对于着色剂的激发来说是最佳的270nm至370nm范围内的光。可选地，激发滤光器24与每个各自的激发光源22相关联，以使激发光源22不发射在着色剂的发射光谱内的光。在一个实施例中，激发光源22发射被滤波的中波或长波紫外光。

外壳12的顶壁16d包括孔18。数字照相机30和透镜32位于顶壁16d的外部、腔室14外面，并且与孔18对准。样本100包含在照相机的视野中。发射滤光片34位于样本100和照相机30之间。发射滤光片34适合于传输所述发射类型的光，并且防止所述激发类型的光的传输，从而通过抑制（reject）除由着色剂发射的信号之外的任意信号（例如来自激发光22的泄漏）来改善系统的灵敏度。

使用中，用户利用着色剂涂布待检查的外科器械100，并将其放置在腔室14内部，关闭抽屉或门以使腔室14不透光。开启激发光源22，以照射器械。当这样照射时，照相机30捕获器械100上与蛋白质接触的位置上由着色剂发射的荧光50的图案的第一图像（参见图3）。作为示例，在采用中波UV激发光源的情况下，4秒为合适的曝光时间。

然后，关闭激发光源22并开启可见光源20。当这样照射时，照相机30捕获器械100的第二可见图像（参见图2）。作为示例，在采用白色光源的情况下，80毫秒为合适的曝光时间。应理解，该曝光时间和用于可见光源的曝光时间仅仅是示例性的，并且要求的曝光时间将取决于多个因素，包括着色剂、透镜32、照相机30和发射滤光器34。

覆盖腔室14的内壁16的非反射材料在被激发源22照射时不发荧光。

应当注意，捕获第一图像和第二图像的顺序可颠倒，使得“第二”可见图像实际上在“第一”荧光图像之前被捕获。

照相机30连接至用分析和测量软件编程的处理器（未示出）。第一图像和第二图像通过软件重叠和显示。在组合图像中（参见图4），用户可以看到在器械100上高亮的污染50区域。一种重叠图像的方法为用“红色”显示可见图像，而用“绿色”显示荧光图像。这种显示向用户提供关于器械100上是否存在蛋白质残留物的快速可见指示。

系统10的分析和测量软件还可分析荧光图像，以测量图像中可见的被着色蛋白质50的总体积。如果测量的被着色蛋白质50的量大于预校准的阈值，则系统将样本100标记为被污染，并且不适宜使用。一种实施方式将是使用“交通灯”指示器，用“红色”表示被污染，而用“绿色”表示好。橙黄色指示器可用于指示蛋白质的体积接近阈值。

因此，试验中的外科器械100上被着色蛋白质50的量的测量根据“荧光图像”可推导出。该第一图像应只包含对应于来自被着色蛋白质的发射的信号。然而，由于照相机30或成像条件，该第一图像可包含一些背景信号水平。

为了提高测量的准确度，对于任何这种外部信号，可对结果进行校正。因此，测量过程由下述过程组成：对图像中的灰度值进行求和；以及对起因于任何背景信号水平或照相机数字化偏移的结果进行背景校正。注意，背景校正可在测量之前应用于图像数据或在测量之后应用于结果。

背景校正可以以若干方式实施。在第一实施例中，第一荧光图像被低通滤波，以产生随后从原始第一图像中减去的背景图像。在第二实施例中，第一荧光图像中的最小信号水平被测量，并且该最小信号然后从原始第一图像中每个点处的信号值中减去。在第三实施例中，背景第一图像是样本100不在腔室14内部但激发光22开启的情况下捕获的。该图像将以像素为单位从每个随后的样本图像中减去。

测量过程可被完全自动化，一旦样本100被加载在腔室14中就由用户开始该测量过程，并且持续直至完成所有的测量步骤。可选地，系统可被半自动化，要求用户在某些阶段进行输入。系统也可以被完全手动，用户依次开始一系列要求步骤中的每个。

提高的准确度可通过重复图像捕获步骤以及测量和分析步骤中的任意一个或所有而获得。并且，器械100可在第一次运行后翻转，以在相反侧重复所述过程。

为了验证系统的准确度，通过测试具有已知标准量蛋白质污染的样本来进行校准。

应理解，光源的特定位置和方向是示意性的，并且也可以采用不具有可见光源20、只有单个可见光源20或多于两个的可见光源20的可选配置。同样，可以只有单个激发光源22或多于两个的激发光源22。激发光源22不一定要位于各自可见光源20的上方。考虑的是尽可能提供样本100的均匀照射。

不是单个照相机30捕获第一（荧光）图像和第二（可见光）图像，而是两个单独的照相机捕获第一（荧光）图像和第二（可见光）图像。而且，应理解，数字照相机30和相关联的透镜32仅仅是图像捕获装置的一个示例。本领域的技术人员可知能够捕获各自第一图像和第二图像的其他装置。另外，应理解，图像捕获装置可部分或全部位于腔室14内。

第一图像和第二图像及其组合的显示是可选的。应理解，为了确定外科器械或其他样本是否被蛋白质污染，提供可见或可听的污染指示是足够的。最基本的是，如果在第一图像中检测到荧光图案，则指示可为开启的光或可听的警报消息。

Claims (25)

1.一种用于检测已用荧光着色剂处理的样本上蛋白质污染的成像系统，其中所述着色剂中的荧光体在被激发类型的光激发并与蛋白质接触时能够发出发射类型的光，所述系统包括：

腔室，用于容纳所述样本；

第一光源，使用中当所述样本被容纳在所述腔室中时，适于用所述激发类型的光照射所述样本；

第一图像捕获装置，当所述样本被所述第一光源照射时，适于捕获对应于蛋白质污染的、由所述样本上的着色剂中的荧光体发射的荧光图案的第一图像；

第二光源，使用中当所述样本被容纳在所述腔室中时，适于用可见光照射所述样本；

第二图像捕获装置，当所述样本被所述第二光源照射时，适于捕获所述样本的第二图像；

掩蔽装置，用于抑制所述第一图像的从所述第一图像的位于所述样本的形状外部的区域发出的所有信号，所述样本的形状根据所述第二图像来确定；以及

根据所述第一图像和所述第二图像以及所述掩蔽装置用于指示所述样本是否被蛋白质污染的装置。

2.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于确定蛋白质污染水平的装置。

3.如权利要求2所述的系统，其中用于确定蛋白质污染水平的装置包括处理器和相关联的分析软件。

4.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于检测外部信号的装置和用于补偿任意这种信号的装置。

5.如权利要求1所述的系统，进一步包括在所述样本和所述第一图像捕获装置之间的滤光器，所述滤光器适于传输所述发射类型的光，并且防止所述激发类型的光的传输。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述滤光器适于只传输具有在430nm至450nm范围内的波长的光。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述激发类型的光具有在270nm至370nm范围内的波长。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述激发类型的光具有312nm峰值波长。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述样本包括外科器械。

10.如权利要求1所述的系统，进一步包括适于组合所述第一图像和所述第二图像的图像组合器。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述第一图像捕获装置包括数字照相机。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述第二图像捕获装置包括数字照相机。

13.如权利要求12所述的系统，其中单个数字照相机充当所述第一图像捕获装置和所述第二图像捕获装置两者。

14.如权利要求2所述的系统，其中所述用于指示的装置包括适于指示蛋白质污染水平是在预定的阈值以下还是以上的指示器。

15.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述着色剂包括蛋白质和/或氨基酸检测组分，包括：

(a)邻苯二甲醛，

(b)C₃-C₆硫醇，

(c)pH范围在7.5至10内的缓冲液，以及

(d)表面活性剂；

其中所述组分进一步包括(e)降硫醇化合物。

16.一种检测样本上蛋白质污染的方法，所述方法包括下述步骤：

用荧光着色剂处理所述样本，其中所述着色剂中的荧光体在被激发类型的光激发并与蛋白质接触时能够发出发射类型的光；

将处理过的样本放置在腔室内；

用所述激发类型的光照射所述样本，并且当这样照射时，捕获对应于蛋白质污染的、由所述样本上的着色剂中的荧光体发射的荧光图案的第一图像；

用可见光照射所述样本，并且当这样照射时捕获所述样本的第二图像；

所述第一图像的从所述第一图像的位于所述样本的形状外部的区域发出的所有信号被抑制的掩蔽步骤，所述样本的形状根据所述第二图像来确定；以及

根据所述第一图像和所述第二图像以及所述掩蔽，指示所述样本是否被蛋白质污染。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括确定蛋白质污染水平的步骤。

18.如权利要求16所述的方法，进一步包括组合所述第一图像和所述第二图像的步骤。

19.如权利要求16所述的方法，进一步包括下述步骤：

检测外部信号；以及

对任意这种外部信号进行补偿；

其中所述检测步骤包括测量背景信号水平，并且其中所述补偿步骤包括从所述第一图像中减去所述背景信号水平。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述测量包括对所述第一图像中的灰度值进行求和。

21.如权利要求19所述的方法，其中所述测量包括对所述第一图像进行低通滤波。

22.如权利要求19所述的方法，其中所述测量包括测量所述第一图像中的最小信号水平，并且所述补偿步骤包括从所述第一图像中的每个点中减去所述最小信号水平。

23.如权利要求19所述的方法，其中所述测量包括下述步骤：

在所述样本不在所述腔室中的情况下，用所述激发类型的光照射所述腔室；以及

当这样照射时，捕获所述腔室的背景图像；并且

其中所述补偿包括逐个像素地从所述第一图像中减去所述背景图像。

24.如权利要求16所述的方法，进一步包括校准步骤，包括在具有已知标准量蛋白质的样本上实施步骤。

25.如权利要求16至24中任一项所述的方法，其中所述着色剂包括蛋白质和/或氨基酸检测组分，包括：

(a)邻苯二甲醛，

(b)C₃-C₆硫醇，

(c)pH范围在7.5至10的缓冲液，以及

(d)表面活性剂，

其中所述组分进一步包括(e)降硫醇化合物。