CN103649731A - 测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种活性测试装置,包括:带试剂的接收器(2),其中,该试剂自身颜色或样式会随着所用试样发生变化;便携设备(1),如手机或笔记本电脑,包括处理器和图像采集装置(3),其中,该处理器用于处理该图像采集装置采集的数据并输出所用试样的测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及使用移动设备,如手机,进行的测试,尤其涉及(但非排他地)使用手机采集和处理活性测试数据。
背景技术
活性测试,如生物测试或免疫测试,指分子生物学中测试或测量有机物或有机样品中的药物或生化活性的过程。以固体基质一定范围内色调变化或变异为基础的化学测试、生化测试和微生物学测试。在工业、临床、环保和微生物分析等领域应用广泛。
pH试纸和早孕测试是此类测试的两种常见应用。通常,操作人员通过视觉判断所述测试中的颜色变化或出现的某种特征。就pH指示剂来说,通过将其与参考尺(通常设置在测试容器上)进行比较判断其颜色变化。而对于早孕测试,其测试结果取决于测试纸上已知位置是否出现带颜色的测试线。
尽管这些一般概念广泛应用于简单、快速、易用、低成本的实际应用测试和实验室测试,但由于操作人员视敏度的变化,很难获得精确结果,尤其是当结果接近检测极限或其必须与色调的计算尺一致以便量化结果时。鉴于此类测试只可能得出定性或半定量结果,可适当放宽对其精密度、准确性、再现性和重复性的要求。即使定性测试结果可接受,到目前为止,还没有此类测试用于检测质量或提供证据的官方记录。
当前需要提供不依靠操作人员视觉灵敏度的测试装置。需要提供一种不仅提供定性测试结果,也提供定量测试结果的测试装置。
已知可在电光仪器内进行所述测试,以对其进行电子询问。然而,针对具体应用,此类仪器常常构造复杂且需定制设计,消耗了大量软件、固件和软件开发成本。结果探测用装置也常常较笨重,不易携带。
因此,当前需要提供一种应用方便、便于携带且/或适用于多个不同测试的测试装置。
许多常见的消费性电子设备,如手机,都可用于采集和处理图像、输出或存储图像数据,或通过网络(如Wi-Fi或电信网络)分享图像数据。图像数据的处理由所述设备完成,通过使用多种处理技术生成高品质图像。通常,应用这些技术都会存在失真的情况。上述处理并不会恰好输出具有最逼真色彩表现的图像。
发明内容
本发明提供一种活性测试装置,该测试装置包括:
带试剂的接收器,其中,该试剂自身颜色或样式会随着所用试样发生变化;
便携设备,包括处理器和图像采集装置,其中,所述处理器用于处理所述图像采集装置采集的数据并输出所用试样的测试结果。
所述便携设备可包括手机、个人数字助理(PDA)、数码相机、笔记本电脑等。所述图像采集装置可包括相机。
所述测试装置可用于进行免疫测试,如测流免疫层析。所述测试装置可用于检测军团菌。
所述试剂可为固体或液体。
所述测试装置可通过网络传输数据和/或测试结果。
所述处理器可测量颜色或样式变化。或者,所述测试装置包括用于测量颜色或样式变化和计算测试结果的远程处理设备,如中央计算机。所述便携设备可向所述远程处理设备传输数据、接收并输出计算好的测试结果。
所述远程处理设备可用于存储数据和/或测试结果。所述远程处理设备可用于存储多个活性测试或便携设备中产生的数据和/或测试结果。
所述便携设备或远程处理设备可用于处理多个活性测试或便携设备中产生的数据和测试结果,以计算一组或多组数值或参数,如平均数、标准差、趋势函数等。所述处理器可用于输出成组数值或参数。
所述便携设备可用于修改图像,以优化图像的色彩表现。
所述便携设备可用于校正或过滤图像,以消除图像上的电子噪声或光学噪声。所述便携设备可用于排除图像中无关紧要的部分,以减少处理时间。所述处理器可用于滤除低品质图像。
所述便携设备可控制图像采集过程中该设备的亮度、对比度、增益系数、色彩平衡和闪光灯设置,以便得到最佳的后续处理图像。所述处理器可用于进行图像采集后的亮度、对比度、锐度和色彩平衡校正。
所述处理器可用于将彩色图像转换成灰度图像或黑白图像。
所述便携设备可用于比较两个图像并输出至少部分基于该比较的测试结果。
所述便携设备可用于采集多个图像,采集时,每个图像的曝光设置不同。所述便携设备可用于合并多个图像。
所述处理器可用于校正图像的任何旋转错位或歪斜。
所述处理器可用于测试任何旋转错位或歪斜引起的误差度,从而校正图像。
通过将图像特征与所述接收器的已知几何构造进行比较,可测定所述误差度。或者/同时,所述便携设备包括一个或多个定向传感器,如加速计。根据定向传感器发出的信号确定所述误差度。
所述测试装置可用于阻止所述误差度大于预定值时的图像采集。所述测试装置可用于阻止当定向传感器发出的信号对应一个不在预定范围内或不是预定值的方向时的图像采集。
所述处理器可用于累加可识别的感兴趣区域内的一个或多个像素值。
所述处理器可用于确定测试线的位置。所述处理器可用于在感兴趣区域内进行峰值搜索。
所述处理器可通过峰高或峰面积对测试线或对照线的大小进行量化。通过此量化后的大小,可确定所述测试的浓度测量值。所述处理器可用于确定控制峰值。对于测试峰值,可通过对照控制峰值进行确定。
所述便携设备可用于传输和/或存储测试数据的关联数据。所述关联数据可包括一个或多个:图像采集日期或时间;活性测试的地理位置数据;图像采集装置的设置数据;试剂数据;和用户生成数据。
所述试剂数据可包括一个或多个:批号;有效期;和校正信息。所述试剂数据可标在所述接收器上。所述试剂数据可在包装或标签上展现。所述试剂数据可以所述便携设备能够识别的书面信息的形式呈现。所述便携设备可通过光学字符识别等解释所述书面信息。或者,所述试剂数据可包含在一维或二维条形码中。
所述用户生成数据可包括电子数据表或数据库数据、图像或声音文件、打印或手写文本等。
所述便携设备可显示用户指示或指南,以便进行所述测试和/或解释测试结果。所述便携设备可在图像采集期间,向用户提供大量实时反馈信息。所述反馈信息可能涉及一个或多个位置、方向及使用的设置。所述便携设备可自动采集图像。
上文中所述的显示的用户指示或指南可包括预处理步骤、培养时间等。所述便携设备包括用于测定测试时长的倒数计时器。
所述便携设备可用于读取所述试剂数据,如培养时间。所述便携设备也可为只有在测得所述培养时间已经结束以后,才允许用户进行图像采集。
所述便携设备可显示定向标记或模板覆盖,该定向标记或模板覆盖展示了所述试剂的轮廓和/或一个(或多个)感兴趣区域。所述反馈信息可为:所述定向标记或模板覆盖的外观变化,如颜色;或图像采集成功的音频或触觉提示。
所述处理器通过利用对比鲜明的颜色或区别明显的对象,处理所述图像采集装置采集的数据并输出测试结果。其中,对比鲜明的颜色或区别明显的对象由所述接收器提供。
附图说明
以下参考附图并通过举例对本发明的实施例进行说明,其中:
图1为本发明测试装置的透视图;
图2为夹心法分析和竞争测定法;
图3展示了(a)有一条对照线和一条测试线的活性测试,(b)有一条测试线但无对照线的活性测试,(c)同一张测试纸上有多条测试线和一条对照线的活性测试,(d)同一外罩内不同测试纸上有多条测试线和对照线的活性测试;
图4展示了(a)利用“试纸”进行的活性测试;(b)测试纸朝一个方向伸出外罩的活性测试;(c)外罩内部进行的活性测试,其中,部分或整个外罩为彩色,以提高图像处理时的对比度,及(d)外罩上有便于图像处理的标识的活性测试。
具体实施方式
图1展示了一种活性测试装置。该测试装置包括测试纸形状的带试剂的接收器、便携设备(即带处理器的手机[1])和图像采集装置或相机[3]。
所述手机[1]可用于采集和处理图像,并通过电信网络(如因特网)分享结果数据,从而可避免硬件的自定义设计带来的专业要求,而使用现成的小型便携式移动消费电子设备(如手机)来记录和量化使用测试纸的化学和免疫测试装置[2]提供的测试结果。
此外,该设备可存储时间、地理位置(如GPS坐标)和从该设备[1]及其外围配套设备的扩展功能中获得的任何其它信息,这些信息中,任何视觉(使用所述相机[3])、口述(如声音文件)资料,或从打印或手写的备注中采集的数据除外。此类信息可存储在所述设备[1]上供后续检索,也可自动或根据用户要求发送到实验室信息管理系统(LIMS)或其它中央数据库。
除了度量测试响应[4],所述设备[1]的图像采集功能还包括采集和处理与所述测试[2]有关的其它信息,如批号、有效期,或所述测试本身的校正信息,如测试包装或标签[5]。此类信息可以书面信息(由光学字符识别进行解释),或以标准或改进的一维或二维条形码的形式展现。
因本发明仅使用了所述设备[1]的内置硬件,而对所述设备[1]的电子器件或基础结构的外部硬件或修改不作要求,所以本发明不同于已知发明方法。本发明的关键性突破在于,所述设备[1]可进行图像处理,使所述设备[1]可不依靠因特网或电话连接单独执行操作;同时,也能够向用户反馈位置、方向和图像品质方面的“实时”信息,使用户可在有效的测试结果消失之前,快速采集高品质图像。若直接在设备上进行处理,则所用的图像品质达到最好。“预滤器”可排除图像中无关紧要的部分,从而可尽可能减少处理时间。
若最终图像的动态范围未达到探测极限,或若照明设备的限制条件表明是曝光设置导致了动态范围很不理想,需要在不同的曝光设置下采集多个图像,再通过恰当的算法在画框中重新调整这些图像并排除不必要的或价值低的数据,将多个图像合并成一个具有较高动态范围的“虚拟”图像。
所述设备[1]还能基于测试结果通过所述设备[1]上的存储数据库或通过指导用户利用网络资源向用户提供建议或指南。
此外,通过处理数据,可观察测量值的变化趋势或模式。
所述设备上的图像处理软件一般指的是“App”。辅助软件可与图像处理相集成,以便使用、记录或存储结果。通过使用所述手机[1]中的图像处理软件,可量化和/或记录比色法测得的结果。
其它不同的活性测试中也可运用类似原理。这些活性测试包括以下两大类:(1)样品在测试过程中流动且在所述测试[2]的某个特定的局部区域颜色发生变化的活性测试;(2)所述颜色变化[24]没有集中在局部区域、需将其与参考图或参考尺[25]进行比较的活性测试。
侧向层析检测中的应用
本领域技术人员都很熟悉侧向层析检测及其制备。在商业上,活性测试适用于小的化学物种到微生物污染物范围内的多种物质。此类检测设备的原理、构造和操作已经在前面作了详细介绍。该技术适用于任何基于配位基与分析物之间相互作用的活性测试,此类活性测试中,受毛细管作用影响,样品沿着测试纸流动,引起测试过程中某个特定空间区域颜色、明暗度或色调的暂时或永久性改变。检测方法的选择基于以下物质间的相互作用:抗体、抗原、半抗原、蛋白质、多核苷酸(包括但不限于DNA和RNA)、细胞、细胞碎片、细菌、孢子、病毒、朊病毒或病毒体。
使用带摄像头的手机[1]量化此类活性测试的结果,适用于多种侧向层析检测,包括但不限于:
-夹心法分析[6]和竞争测定法[7];
-有一条对照线和一条测试线[8]的活性测试、有一条测试线但无对照线[9]的活性测试、同一张测试纸[10]上有多条测试线和一条对照线的活性测试、同一外罩[11]内不同测试纸上有多条测试线和对照线的活性测试;
-使用有色颗粒作为配位体示踪剂[12]的活性测试;
-使用金属纳米颗粒作为有色示踪剂[12]的活性测试、使用尺寸为1-1000nm的纳米颗粒的活性测试、使用尺寸为2-100nm的纳米颗粒的活性测试、使用尺寸为10-80nm的纳米颗粒的活性测试、使用大体上包括一个或多个元素(显示局域表面等离子体共振)的金属纳米颗粒的活性测试,这些元素包括:铜、银、铝、金、铂、钯、铬、铌、铑、铱;
-使用有色聚合物颗粒作为配位体示踪剂[12]的活性测试、聚合物颗粒主要由乳胶构成的活性测试、聚合物颗粒主要由聚苯乙烯构成的活性测试、聚合物颗粒主要由聚烯烃构成的活性测试、聚合物颗粒主要由聚酰胺纤维构成的活性测试;
-颜色的形成直接或间接取决于酶与基质间相互作用的活性测试;
-有色配位体示踪剂[12]大体是以下任一种颜色的活性测试:红、蓝、黄、黑,或任意组合;
-利用“试纸”(即没有塑料罩[13],或测试纸朝一个方向[14]伸出外罩)进行的活性测试、外罩[2]内部进行的活性测试、在主要由塑料制成的外罩内部进行的活性测试、在大体上由纸板或纸制成的外罩内部进行的活性测试、部分或整个外罩由透明材料(以观看测试结果)制成的活性测试;
-外罩内部进行的活性测试(其中,部分或整个外罩为彩色[15],以提高图像后续处理时的对比度)、外罩上有便于图像处理的标识[16]的活性测试;
由于侧向层析检测中样品的后续添加及测试可按预定时间进行,在该测试过程中,通常会形成垂直于毛细管流动方向的一条或多条相互分离的线[17]。一些测试中也会用到其它方式,如定点。在商业用途上,大多数侧向层析检测由至少一条测试线[4]和一条对照线[18]构成。而本发明可制备出活性测试需要的其它形状或样式,具有充分的适用性。
测试线[4]的光密度(或颜色强度)与样品中分析物[19]水平有关。在夹心法分析中,光密度与一定范围内的分析物浓度成线性正比。而在竞争测定法中,光密度与分析物浓度成反比。
通过分析现成的相机[3](如手机、平板电脑、上网本、笔记本电脑和其他消费性电子设备[1]中安设的摄像头)采集到的图像,可获得光密度,或颜色强度的一些其它测量值。图像[20]可通过所述设备[1]中安装的软件进行处理。分析特定测试中生成的图像[20]所需的精确步骤和顺序可能会发生变化,但一般来说,可能包括下列部分或全部步骤:
(1)确定图像[20]中测试纸/外罩[2]的位置和方向[21]。
(2)确定测试纸/外罩内结果区域[22]的位置。
(3)确定有/无对照线[18]。
(4)确定测试线[4]的预期位置。
(5)若有,确定测试线[4]的数值。
(6)将测试线[4]的数值同对照线[18]的数值(或其它参照标准)进行比较,以计算实际或任意规模下的测试结果。
接着,通过利用所述消费性设备的其它功能及其连通性,所述软件可存储、显示或分配该数据。所述软件可向该数据中添加时间戳、用户身份、地理位置或其它自定义信息,以供将来进行分析和质量控制。
所述软件可上传数据到中央数据库,如实验室信息管理系统或其它数据存储库。所述软件或数据库可用于触发某些操作,如回答单个测量值或趋势识别出的问题、提醒用户或其他有关各方测试结果或趋势,或提供与所得测试结果相关的内容(通过网络、电子邮件或包括脱机通讯在内的其它通讯系统)。目标信息包括基于测试结果的现在或未来某个时间的销售、宣传或促销资料。
所述软件可与所述设备或网络上的其它服务(如日历)相集成,以便根据需要对定期测试模式作出提示。
所述软件可用于校正或过滤图像,以消除图像上的电子噪声或光学噪声。本领域技术人员对很多标准的噪声滤波器很熟悉。而简单的噪声滤波器可能只包括回旋两个数组。
所述软件可控制图像采集过程中所述设备的亮度、对比度、增益系数、色彩平衡和闪光灯设置,以便得到最佳的后续处理图像。所述软件可采集“非最佳”图像并进行图像采集后的亮度、对比度、锐度和色彩平衡校正。
所述软件可排除图像中不包含有效数据的区域,以加快所述设备上的图像处理速度。
所述软件可将彩色图像转换成灰度图像或其它形式的图像,以加快所述设备上的图像处理速度。
所述软件可将图像的部分或全部转换成黑白图像(二进制数组),以加快图像处理速度,例如,在确定感兴趣区域[22]的位置和边缘时。确定了图像的相关部分且计算了所有必要的旋转校正后,所述软件将还原部分或全部原始图像文件,以便进行更精细的图像处理。
所述软件可自动滤除低品质图像,以产生有效结果。
所述软件可在图像采集过程中协助用户采集合适的图像,如准确地对所述设备进行定向并调节所述设备的焦距,以获得足够的照度。简化该处理过程的一种方法是,显示出展示测试纸和/感兴趣区域(或仅仅由正确部分构成的矩形区域)轮廓的定向标记或模板覆盖。若图像可在最快的时间内处理至适用状态,屏幕上会显示正确的方向定位,图像采集将自动开始。这种互动反馈可为模板、覆盖或定向标记的颜色改变,如从红色(无合适图像)变成绿色(有合适图像),从而避免显示中出现额外的“杂波”。同样,所述软件可向用户提供图像采集成功的音频或触觉提示,如模拟“照相机快门声”和简单的“哔哔声”,或启动所述设备内部设置的振动提示。
所述软件还能向用户提供所述测试的使用和操作信息,如预处理步骤、培养时间等,甚至强制用户通过测试前后的图像拍摄留置出足够的培养时间。
所述软件包括用于测定测试时长的倒数计时器。
利用测试纸外罩等上面对比鲜明的颜色和外罩的不同形状可简化图像处理过程。若无外罩,或外罩颜色与测试纸颜色类似,需要在图像采集过程中将测试纸放在颜色对比鲜明的背景内。
所述软件可从印在测试纸或包装上的文本数据中、从所述设备的一维或二维条形码(26)中、或者从印在测试纸上一定形式的参考色中,采集关于所用模板(或测试纸)及其有效期或敏感性批间变化等的相关信息。该数据可与最终测试结果一起存储。实物位置(如带条形码标记的物品)、患者或测试用户的识别可采用类似过程,以加快数据输入和减少输入错误。条形码的采集和测试纸图像的采集同时进行,或在后者之前或之后实时进行。
通过上下左右全方位扫描,可将所述测试纸或外罩定位于图像上,使其正好适用于大小基本合适的对象。所述测试纸或外罩的大小通常定义良好且所述测试纸或外罩具有高度可重复性,因此预先装入了所述设备。所述外罩或测试纸上出现的特征或样式变化,可用于验证识别。
将所述测试纸或外罩的已知尺寸同所述测试中观察到的特征进行比较,可估计图像的尺度。
所述设备的定向可根据测试纸的任何不对称、外罩形状、外罩或测试纸上的印字或图案进行确定;或由用户在采集图像时确定。
标准的图像处理算法可用于校正任何旋转错位或歪斜。检查图像的某个区域(该区域应具有对比强烈的直线边缘,如外罩边缘)和测定水平方向上的定向误差,是校正旋转错位最简单的方法。接着,使用既定算法中的某个为本领域技术人员所熟知的算法旋转整个图像,如完全旋转或区域映射旋转。完全旋转的速度大约比区域映射旋转的速度快六十倍,但可能引起图像畸变。
图像的倾斜、透视、歪斜等的校正要求已知或已估计出误差度。而通过参考测试外罩的预期几何构造来测量可分辨的边界,可实现这一要求。或者/同时,所述设备内部设置的传感器可提供此信息。例如,假设测试基质是横向放置(如在桌子或凳子上),则手机内的加速计可指出同一平面上的所述设备的定向误差度,从而便于软件校正。同样,此类加速计可用于阻止所述设备没有定向在合适的视角范围内时的图像采集。
由于所述测试纸或外罩的边界是根据对比度等标准确定的,因此可根据特定测试或外罩的几何特性来识别含测试结果的感兴趣区域[22]。
在测试纸或结果窗口附近测得的图像信息可排除在外,因为在这些区域观察到的通常大多是伪影。
通过将感兴趣区域中纵列的像素值相加,可大量减少数据上的噪声,从而获得更可靠的结果。
若测试纸安放在外罩内部,则通常,尤其在样品流动的轴线边缘,会出现定位偏差。因此,无法根据所述外罩的边缘准确控制所述测试线和对照线的精确定位。
在感兴趣区域内进行“峰值搜索”,可找到测试中线条的位置。峰值具有一系列像素值不断增加的连续像素。通过指定峰值预期位置的范围、峰值的最小“强度阈值”和峰值宽度(如通过定义一系列像素值不断增加的连续像素),可滤除不是真实峰值的“噪声”或伪影。侧向层析检测中的对照线[18]通常会形成强特征峰。
从对照线处开始的预期距离范围内,可找到侧向层析检测的测试线。基于采用的制造工艺,线条之间的距离可严格控制。将所述测试纸或外罩的已知尺寸作为参考尺寸,可预测线条在整个图像中的位置。
测试线和对照线可量化成峰高[27]或峰面积[28](这两个值可或无法对照一些校准过的基线[29]进行测量)。这些数值可直接用于计算所述测试的浓度测量值,或供进一步分析。
通过对照控制峰值而非绝对值来测量测试峰值的相对大小,可至少消除一部分不同批次、不同测试、不同样品和照度之间的差异。使用不相干对照的系统中,响应值R可直接视作:
R=测试峰值/控制峰值
对于无相干控制的系统,其对照线集中程度会随着测试线集中程度的上升而降低,此时响应值R可直接视作:
R=测试峰值/(测试峰值+控制峰值)
根据测得的响应值,通过以下方法获得分析物[19]浓度的估计值:对照已知的校准曲线,或参考查找表或使用用户提供或从所述测试纸、外罩或包装上光学测定得出的参数的计算结果。
例一:侧向层析检测设备的技术指标
在水中检测军团菌(军团病的致病诱因)的各种标准方法,其过程通常缓慢且均基于实验室检测。以往的经验显示,使用侧流免疫层析,可在水中检测嗜肺军团菌血清型1型抗原,此方法操作起来比较简单。
向所述测试纸中加入水样,进行该活性测试。加入的水样首先会接触浸有化学药品的编织垫[29],以调整样品的pH值及其它特性,接着,样品在毛细管作用下被挤压到第二个编织垫[30]上。第二个编织垫浸有针对嗜肺军团菌血清1型的抗体包被金纳米粒子(红色)。第二个编织垫与含有抗体的硝酸纤维素膜接触,其中,硝酸纤维素膜的抗体固定在垂直于毛细管流动方向的两条窄带内。第一条窄带内的抗体[4]只针对嗜肺军团菌,第二条窄带内的抗体则针对部分金粒子[12]的不相干对照(如,样品中不应出现的物质)。与硝化纤维接触的大号吸水垫[31],吸收硝化纤维上维持毛细管流动的水分。
向样品中添加含有军团菌抗原[19]的水后,该抗原会固定到金粒子[12]上,随后夹在[6]测试纸和着色金粒子[12]上的抗体之间,形成由粉红逐渐向红色过度的色线。无不相干对照的粒子在测试过程中集中固定成第二条线[18],起到对照的作用。
通过采集图像[20]、确定感兴趣区域[22]和通过一系列步骤处理采集到的图像,可量化抗原水平,从而得到从测试线到对照线的相对面积。通过与已知的参考曲线进行比较,可大致估算抗原的浓度。
化学/生化比色法中的应用
不同于侧向层析检测中颜色变化发生在测试中的特定位置,通常,在化学/生化比色法中,接触样品的测试纸[23]一旦与预期的分析物接触,其颜色便会发生变化。某些情况下,较小的样品垫[24]会变色,而设备的其它部位颜色不变。当然,此类测试的应用中最为大众所熟悉的或许是“pH试纸”,在其使用过程中,样品酸碱度引起的颜色变化表明了样品的pH值。然而,为了大范围适应不同的市场需求,很多其它方面也进行了此类色度指标测试,如水质检测(包括但不限于以下参数:pH值、氯、碱度、铁、硬度、二氧化硅、硝酸盐,其中,所有的硝酸盐均使用此类方法进行常规测量)、医疗/临床诊断(包括但不限于以下参数:尿液中的蛋白质、酮、葡萄糖和血液)、土壤测试(包括但不限于以下参数:pH值和N/P/K营养盐)及食品卫生和加工(包括但不限于以下参数:NAD/H和NADPH、季铵盐杀菌剂和油质的检测值)。
测试纸可在同一测试中包含一种[32]或多种[33]测试,从而使多个化学测试可在同一设备上进行,或使不同的测试范围在同一设备上得以实现。
通常,通过视觉将所得结果与参考图[25](打印出来或标在包装上[34,35])进行比较,即可获得测试结果。
配置了摄像头的消费性电子设备[1]可用于量化从此类活性测试中得出的结果,量化方法是采集测试纸图像并处理该图像中的颜色/色调信息。若要校正环境光变化,最简单的办法是,将参考图[25]采集到同一图像中。接着,用所述软件确认图像中除尺度/标签信息[37]以外的正确部分,通过样品颜色与参考尺[25]或测试纸[24]的暴露或工作区域内的颜色的匹配,获得样品中的浓度估计值。另外,所述软件可进行打印或人眼不易分辨的表面的差异校正。
若将测试纸和参考尺安放在颜色对比强烈的背景内且任何显著的不对称都已在测试的包装或标签上和/或参考尺上标出,则可简化图像处理过程,这样一来,所述软件就可更容易地识别正确方向。
通过分析现成的相机[3](如手机、平板电脑、上网本、笔记本电脑和其他消费性电子产品[1]中安设的摄像头)采集到的图像,可获得色调或颜色的一些其它测量值、光密度或明暗度。图像[20]可通过所述设备[1]中安装的软件进行处理。分析特定测试生成的图像所需的精确步骤和顺序会发生变化,但一般来说,可能包括下列部分或全部步骤:
(1)确定图像中测试纸[32]和参考尺[25]的位置和方向。
(2)确定测试纸上结果区域[24]的位置。
(3)测量感兴趣区域[24]的颜色或色调。
(4)测量参考尺[25]上各个点的颜色或色调。
(5)在感兴趣区域的色调与参考尺上出现的尺度之间建立关联。
接着,通过利用所述消费性设备的其它功能及其连通性,所述软件可存储、显示或分配该数据。所述软件可向该数据中添加时间戳、用户身份、地理位置或其它自定义信息,以供将来进行分析和质量控制。
所述软件可上传数据到中央数据库,如实验室信息管理系统或其它数据存储库。所述软件或数据库可用于触发某些操作,如回答单个测量值或趋势识别出的问题、提醒用户或其他有关各方测试结果或趋势,或提供与所得测试结果相关的内容(通过网络、电子邮件或包括脱机通讯在内的其它通讯系统)。目标信息包括基于测试结果的现在或未来某个时间的销售、宣传或促销资料。
所述软件可与所述设备或网络上的其它服务(如日历)相集成,以便根据需要对定期测试模式作出提示。
所述软件可用于校正或过滤图像,以消除图像上的电子噪声或光学噪声。本领域技术人员对很多标准的噪声滤波器很熟悉。而简单的噪声滤波器可能只包括回旋两个数组。
所述软件可控制图像采集过程中所述设备的亮度、对比度、增益系数和闪光灯设置,以便得到最佳的后续处理图像。
所述软件可排除图像中不包含有效数据的区域,以加快所述设备上的图像处理速度。
所述软件可将彩色图像转换成灰度图像或其它形式的图像,以加快所述设备上的图像处理速度。
所述软件可将图像的部分或全部转换成黑白图像(二进制数组),以加快图像处理速度,例如,在确定感兴趣区域的位置和边缘时。确定了图像的相关部分且计算了所有必要的旋转校正,所述软件将还原部分或全部原始图像文件,以便进行更精细的图像处理。
所述软件可自动滤除低品质图像,以产生有效结果。
所述软件可在图像采集过程中协助用户采集合适的图像,如准确地对所述设备进行定向并调节所述设备的焦距,以获得足够的照度。简化该处理过程的一个方法是,显示出展示测试纸和/感兴趣区域轮廓的定向标记或模板覆盖。若图像可在最快的时间内处理至适用状态,屏幕上会显示正确的方向定位,图像采集将自动开始。这种互动反馈可为模板、覆盖或定向标记的颜色改变,如从红色(无合适图像)变成绿色(有合适图像),从而避免显示中出现额外的“杂波”。同样,所述软件可向用户提供图像采集成功的音频或触觉提示,如模拟“照相机快门声”和简单的“哔哔声”,或启动所述设备内部设置的振动提示。
所述软件还能向用户提供所述测试的使用和操作信息,如预处理步骤、培养时间等,甚至强制用户通过测试前后的图像拍摄留置出足够的培养时间。
所述软件包括用于测定测试时长的倒数计时器。
利用测试纸外罩等上面对比鲜明的颜色和外罩的不同形状可简化图像处理过程。若无外罩,或外罩颜色与测试纸颜色类似,需要在图像采集过程中将测试纸放在颜色对比鲜明的背景内。
所述软件可从印在测试纸或包装上的文本数据中、从所述设备的一维或二维条形码[26]中,采集关于所用模板(或测试纸)及其有效期或敏感性批间变化等的相关信息。该数据可与最终测试结果一起存储。该数据的采集可和测试图像的采集同时进行,或在测试图像采集之前或之后实时进行。实物位置(如带条形码标记的物品)、患者或测试用户的识别可采用类似过程,以加快数据输入和减少输入错误。
通过上下左右全方位扫描,可将所述测试纸或外罩定位于图像上,使其正好适用于大小基本合适的对象。所述测试纸(或外罩)的大小通常定义良好且所述测试纸或外罩具有高度可重复性,因此预先装入了所述设备。所述外罩或测试纸上出现的特征或样式变化,可用于验证识别。利用参考尺可形成具有高度重复性的用于图像识别的图像形状/形式。
将所述测试纸或参考尺的已知尺寸和所述测试中观察到的特征进行比较,可估计图像的尺度。
所述设备的定向可根据测试纸的任何不对称、外罩形状、外罩或测试纸上的印字或图案[38],或根据图像中包含的包装[34.35]或参考尺[25]进行确定;或由用户在采集图像时确定。
标准的图像处理算法可用于校正任何旋转错位或歪斜。检查图像的某个区域(该区域应具有对比强烈的直线边缘,如外罩边缘)和测定水平方向上的定向误差,是校正旋转错位最简单的方法。接着,使用既定算法中的某个为本领域技术人员所熟知的算法旋转整个图像,如完全旋转或区域映射旋转。完全旋转的速度大约比区域映射旋转的速度快六倍,但可能引起图像畸变。
由于所述测试纸或外罩的边界是根据对比度等标准确定的,因此可通过特定测试或外罩的几何特性来识别含测试结果的感兴趣区域。
在测试纸或结果窗口附近测得的图像信息可排除在外,因为在这些区域观察到的通常大多是伪影。
将感兴趣区域平均化,可大量减少数据上的噪声,从而获得更可靠的结果。而将感兴趣区域[24]内多个“子区域”平均化,则可能出现测量误差。
为了将感兴趣区域处理成一个或多个数值,进而可将其与参考尺进行比较或匹配,可使用所述软件将感兴趣区域内或参考尺上的原始像素数据转换成红、绿、蓝三种分量。对于十分简单的基于颜色的测试,这样做即可。若所述测试中有可能出现各种各样的颜色,或若这些颜色变化很微妙,需要先将数值转换成与色彩知觉联系更直接的尺度,如孟塞尔颜色系统、CIE颜色系统或LAB颜色系统。由于没有绝对标度,将实际转换同这些系统进行比较很困难,但通过将其与基于此表示法的系统进行比较,同时将其与同一图像中的参考尺[25]进行比较,则可估计该数值在值域中的大概位置。
尽管上述测试中使用了漫反射光来检查“测试纸”,但这一方法还适用于其它比色法,这些比色法可用于测量漫反射光或漫透射光,测试过程中,需要用到盛装液体的药瓶、试管或比色皿,其中,盛装的液体本身就是彩色,或者,该液体会在所述消费性电子设备[1]采集其图像时在容器/器皿内发生颜色变化。同样,在测量漫反射系数时,表面或物质的颜色可与参考尺相匹配,这一点也适用于使用相同方法达到其它科学或测试目的。
虽然以上对本发明的具体实施例进行了说明,但应了解任何基于以上所述实施例进行的变更依然在本发明范围内。例如,虽然本发明说明书部分介绍了如何基于固体基质使用该测试装置,但应了解此方法同样可用于测量药瓶、电池或其它容器中含有的液体样品。若通过容器的路径长度固定且该容器放置在一个合适的背景内(如一张白纸),则可观察到电池内的颜色并将其与参考样品进行比较。同样,可使用这种方法分析内部可同时进行多个实验的孔板样式,如96孔板或384孔板。该测试包括化学品测试(如通过游离氯与二乙基对苯二胺反应生成红色化合物进行的游离氯检测)或免疫测试(如酶联免疫吸附测定法中辣根过氧化物酶形成的绿色有活性的酶)。
Claims (46)
1.一种活性测试装置,该测试装置包括:
带试剂的接收器,其中,该试剂自身颜色或样式会随着所用试样发生变化;
便携设备,包括处理器和图像采集装置,其中,所述处理器用于处理所述图像采集装置采集的数据并输出所用试样的测试结果。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述便携设备包括手机、个人数字助理(PDA)、数码相机或笔记本电脑。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其中,所述测试装置可用于进行免疫测试。
4.根据权利要求3所述的装置,其中,所述测试装置可用于进行侧流免疫层析。
5.根据权利要求4所述的装置,其中,所述测试装置可用于检测军团菌。
6.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述测试装置可通过网络传输数据和/或测试结果。
7.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器可测量出现的颜色或样式变化。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的装置,其中,所述测试装置包括用于测量出现的颜色或样式变化和计算测试结果的远程处理设备。
9.根据权利要求8所述的装置,其中,所述便携设备可向所述远程处理设备传输数据、接收并输出计算好的测试结果。
10.根据权利要求8或9所述的装置,其中,所述远程处理设备可存储数据和/或测试结果。
11.根据权利要求10所述的装置,其中,所述远程处理设备可用于存储多个活性测试或便携设备中产生的数据和/或测试结果。
12.根据权利要求11所述的装置,其中,所述便携设备或远程处理设备可用于处理多个活性测试或便携设备中产生的数据和测试结果,以计算一组或多组数值或参数。
13.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可用于修改图像,以优化图像的色彩表现。
14.根据权利要求13所述的装置,其中,所述便携设备可用于校正或过滤图像,以消除图像上的电子噪声或光学噪声。
15.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可用于排除图像中无关紧要的部分,以减少处理时间。
16.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器可用于滤除低品质图像。
17.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可控制图像采集过程中该设备的亮度、对比度、增益系数、色彩平衡和闪光灯设置,以便得到最佳的后续处理图像。
18.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器可进行图像采集后的亮度、对比度、锐度和色彩平衡校正。
19.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器可将彩色图像转换成灰度图像或黑白图像。
20.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可用于比较两个图像并输出至少部分基于该比较的测试结果。
21.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可用于采集多个图像,采集时,每个图像的曝光设置不同。
22.根据权利要求21所述的装置,其中,所述便携设备可用于合并多个图像。
23.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器可用于校正图像的任何旋转错位或歪斜。
24.根据权利要求23所述的装置,其中,所述处理器可用于测试任何旋转错位或歪斜引起的误差度,从而校正图像。
25.根据权利要求24所述的装置,其中,所述误差度可通过将图像特征与所述接收器的已知几何构造进行比较后测定。
26.根据权利要求24所述的装置,其中,所述便携设备包括一个或多个定向传感器,根据定向传感器发出的信号确定所述误差度。
27.根据权利要求24-26中任一权利要求所述的装置,其中,所述测试装置可用于阻止所述误差度大于预定值时的图像采集。
28.根据权利要求24-27中任一权利要求所述的装置,其中,所述测试装置可用于阻止当定向传感器发出的信号对应一个不在预定范围内或不是预定值的方向时的图像采集。
29.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器可用于累加可识别的感兴趣区域内的一个或多个像素值。
30.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器可用于确定测试线的位置。
31.根据权利要求29或30所述的装置,其中,所述处理器可用于在感兴趣区域内进行峰值搜索。
32.根据权利要求31所述的装置,其中,所述处理器可通过峰高或峰面积对测试线或对照线的大小进行量化。
33.根据权利要求32所述的装置,其中,所述量化后的大小可用于确定所述测试的浓度测量值。
34.根据权利要求32或33所述的装置,其中,所述处理器可用于确定对照峰值,其中,测试峰值可通过比较对照峰值进行确定。
35.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可用于传输和/或存储测试数据的关联数据。
36.根据权利要求35所述的装置,其中,所述关联数据包括一个或多个:图像采集日期或时间;活性测试的地理位置数据;图像采集装置的设置数据;试剂数据;和用户生成数据。
37.根据权利要求36所述的装置,其中,所述试剂数据包括一个或多个:批号;有效期;和校正信息。
38.根据权利要求36或37所述的装置,其中,所述试剂数据标注在所述接收器上。
39.根据权利要求36-38中任一权利要求所述的装置,其中,所述试剂数据可被所述便携设备识别。
40.根据权利要求36-39中任一权利要求所述的装置,其中,所述用户生成数据包括电子数据表或数据库数据、图像或声音文件,或打印或手写文本。
41.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可显示用户指示或指南,以便进行所述测试和/或解释测试结果。
42.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备包括用于测定测试时长的倒数计时器。
43.根据权利要求39所述的装置,其中,所述试剂数据包括培养时间,其中,只有在测得所述培养时间结束后,所述便携设备才允许用户进行图像采集。
44.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述便携设备可显示定向标记或模板覆盖,该定向标记或模板覆盖展示了所述试剂的轮廓和/或一个(或多个)感兴趣区域。
45.根据上述任一权利要求所述的装置,其中,所述处理器通过利用对比鲜明的颜色或区别明显的对象,处理所述图像采集装置采集的数据并输出测试结果。
46.根据权利要求45所述的装置,其中,对比鲜明的颜色或区别明显的对象由所述接收器提供。
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