CN105181959A - 一种免疫层析试条定量检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免疫层析试条定量检测装置及方法，通过拍摄比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条，得到拍摄图片，再对拍摄图片进行分析处理，获得待测物浓度。其中，免疫层析试条定量检测装置可以是智能手机，图像拍摄单元为智能手机的摄像头，分析处理单元为智能手机内置的分析处理软件。本发明的装置及方法能方便、快速地对待测物浓度进行定量检测，并且消除了环境光干扰，使检测结果更准确。

Description

一种免疫层析试条定量检测装置及方法

技术领域

本发明属于移动医疗检测领域，尤其涉及一种免疫层析试条定量检测装置及方法，免疫层析试条用于检测待测物的浓度。

背景技术

胶体金层析试条应用了免疫技术、层析技术及胶体金显色技术，可以对血、尿、唾液等体液中的所含的疾病标志物进行检测，具有直观、快速、操作简便、费用低廉等优点，所以发展很快。该技术出现以来，已取得惊人的发展，可测项目已达到数十种，包括感染性疾病的抗原和抗体、心肌标志物、肿瘤标志物、激素和各种蛋白质等。

目前胶体金层析试条多采用目测进行定性判断，使其应用范围受到极大限制。以黄体生成激素(LH)为例，LH主要是促使排卵，在卵泡刺激素(FSH)的协同作用下，形成黄体并分泌孕激素；对人体内LH水平进行检测在卵巢疾病诊断、治疗效果评估、备孕指导及女性生理健康等具有非常重要的意义。目前的检测LH试条，是将被检人的尿样滴入试条，经一定时间后观察试条颜色变化。若试条检测线、标志线都显色，为阳性；若仅有标志线显色为阴性，无法得出定量结果。由于试条检测线显色的深浅与LH的浓度成正比，若能通过仪器检测出LH浓度，这样试条不仅可用于妊娠的诊断和监护，还可用于滋养叶细胞肿瘤(葡萄胎、恶性葡萄胎、绒毛膜病)、异位妊娠，先兆流产，以及其它一些恶性肿瘤等疾病的诊断、治疗跟踪。其它检测项目的试条(如HCG，CKMB，AFP)若能实现定量检测，同样会使应用范围扩大及深化。

目前国内外市场上用于免疫层析试条快速定量检测的系统多为大型系统。罗氏(德国生产)公司研制的台式Cardiacreader分析仪，可分别定量测定肌钙蛋白T、肌红蛋白和D-二聚体，该分析仪为台式仪器无法随身携带；美国博适公司研制的干法荧光检测系统，包括干法试条和定量检测仪，可以通过检测荧光得到定量值，该仪器针对该公司的荧光试条，无法检测市面上的长见的胶体金层析试条。

当前随着信息技术的快速发展，智能手机越来越普及，人们几乎随时携带着它。手机作为移动医疗的一种重要载体，在卫生保健方面具有积极的推动作用。如何利用便携的智能手机辅助移动医疗检测，受到国内外学者关注。针对试条的快速检测，专利CN201210584544.8提出了一种针对荧光标记试条的检测方法及系统，该专利结合试条检测带、指控带和空白带三个部分的荧光强度进行综合分析，获得待测物浓度。该专利是专门针对荧光免疫层析试条检测的，在密闭环境中不受环境光干扰。专利201110389165.9提出了一种通过图像处理技术进行层析试条显色区域搜索的方法，该方法利用计算机在图像上首先将显色区域框出来，然后分别寻找上下边界、检测线和质控线，该方法未涉及浓度检测算法和环境光干扰的消除。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供免疫层析试条定量检测装置和方法，能方便、快速地对待测物浓度进行定量检测，并且消除了环境光干扰，使检测结果更准确。

(二)技术方案

本发明提供一种免疫层析试条定量检测装置，包括：

图像拍摄单元，用于拍摄一个比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条，得到拍摄图片，其中，拍摄图片包括免疫层析试条图像及比色卡图像；

分析处理单元，用于对拍摄图片进行分析处理，获得待测物浓度。

其中，免疫层析试条定量检测装置可以是智能手机，图像拍摄单元为智能手机的摄像头，分析处理单元为智能手机内置的分析处理软件。

本发明还提供一种免疫层析试条定量检测方法，包括：

S1，拍摄一个比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条，得到拍摄图片，其中，拍摄图片包括免疫层析试条图像及比色卡图像；

S2，对拍摄图片进行分析处理，获得待测物浓度。

(三)有益效果

1、本发明提供的免疫层析试条定量检测装置可以是带有摄像头及分析处理软件的智能手机，不需要专门的分析设备，使用者用手机拍照，就能迅速完成免疫层析试条检测，大大方便了使用者。

2、本发明提供的免疫层析试条定量检测装置及方法，比色卡上有标准的红色区和白色区，可以作为参考标准，减小了环境误差，达到消除自然光干扰的目的，在分析处理中还对检测带、指控带和空白带的数据进行综合分析，以消除免疫层析试条内部胶体金流动情况不同造成的干扰，提高了检测精度。

3、本发明提供的免疫层析试条定量检测方法，拍照前出现拍摄界面，在拍摄界面上显示两个长方形虚线框，将矩形比色块和免疫层析试条分别纳入两个虚线框中，然后进行拍摄，在后续对拍照获得的图像进行分析，不需要分析全部图像，只需分析框内的部分，这大大简化了图像处理算法，提高了分析速度。

附图说明

图1是本发明提供的免疫层析试条定量检测装置的结构示意图。

图2是本发明提供的免疫层析试条定量检测方法的流程图。

图3是本发明实施例中灰度图像Dh的像素灰度值的分布图。

图4是本发明实施例中灰度图像Th的像素灰度值的分布图。

图5是本发明实施例中采用智能手机对比色卡和免疫层析试条进行拍摄的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种免疫层析试条定量检测装置及方法，通过拍摄比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条，得到拍摄图片，再对拍摄图片进行分析处理，获得待测物浓度。其中，免疫层析试条定量检测装置可以是智能手机，图像拍摄单元为智能手机的摄像头，分析处理单元为智能手机内置的分析处理软件。本发明的装置及方法能方便、快速地对待测物浓度进行定量检测，并且消除了环境光干扰，使检测结果更准确。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明提供的免疫层析试条定量检测装置的结构示意图，该装置包括图像拍摄单元10和分析处理单元20，其中，

图像拍摄单元10用于实现以下功能：

提供拍摄界面，用于拍摄一个比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条；

其中，比色卡具有试条放置区及矩形比色块，矩形比色块分为上下两个区域，上区域为红色区，下区域为白色区，免疫层析试条包括检测线、空白带及质控线，检测线用于检测待测物，质控线用于表示该免疫层析试条是否损坏，空白带位于所述检测线与所述质控线之间；

在拍摄时，拍摄界面上显示有两个长方形虚线框，将矩形比色块和免疫层析试条分别纳入两个虚线框中，然后进行拍摄，将两个虚线框中的图像分别作为检测区图像T及比参考区图像D。

分析处理单元20用于实现以下功能：

对参考区图像D进行灰度转换，得到灰度图像Dh，灰度转换公式为Dh＝0.299Dr+0.587Dg+0.114Db，其中，Dr、Dg和Db分别是参考区图像D中R、G、B分量的值；

图3是灰度图像Dh的像素灰度值的分布图，可以看到，参考区图像D中不同颜色的区域在对应的灰度图像Dh中具有不同的灰度值，将每个像素点的灰度值投影到X、Y轴，得到一系列边界点，由图4可知，边界点i1、i2、j1、j2组成的区域为红色区，边界点i1、i2、j2、j3组成的区域为白色区，然后计算红色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_c,G_c,B_c，以及白色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_w,G_w,B_w；

对检测区图像T进行灰度转换，得到灰度图像Th，，灰度转换公式为Th＝0.299Tr+0.587Tg+0.114Tb，其中，Tr、Tg和Tb分别是检测区图像T中R、G、B分量的值；

图4是本发明实施例中灰度图像Th的像素灰度值的分布图，分析处理单元将灰度图像Th每个像素点的灰度值投影到Y轴，得到y轴上的投影点P_y，根据投影点P_y的值，将所述检测区图像T从上到下划分为多个分区T_i，计算每个分区T_i内的所有像素点的R、G、B分量的平均值R_i,G_i,B_i与R_c,G_c,B_c差的绝对值Q_i，

Q_i＝|(R_c-R_i)+(G_c-G_i)+(B_c-B_i)|

当Q_i小于给定的阈值时，判定分区T_i为质控线区，根据该质控线区的位置，确定空白带区和检测线区；

根据如下公式进行计算，得到计算结果Result：

$\mathrm{Re}s\mathrm{ult}=\frac{\frac{R_b-R_t}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_t}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_t}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b}{\frac{R_b-R_z}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_z}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_z}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b},$

其中ε_r、ε_g、ε_b分别为R、G、B三个参数在免疫层析试条定量检测中对计算结果Result的贡献指数，R_z、G_z、B_z为质控线区R、G、B分量平均值，R_t、G_t、B_t为检测线区R、G、B分量平均值，R_b、G_b、B_b为空白带区R、G、B分量平均值；本发明在公式中引入标准的红色区和白色区的R、G、B分量平均值，消除了光照的影响，并引入质控线区、空白带区、检测线区的R、G、B分量平均值，以消除免疫层析试条内部胶体金流动情况不同造成的干扰，提高了检测精度；

根据计算结果Result与待测物浓度的线性对应关系，得到待测物浓度。

图2是本发明提供的免疫层析试条定量检测方法的流程图，包括：

S1：提供拍摄界面，用于拍摄一个比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条；

其中，比色卡具有试条放置区及矩形比色块，矩形比色块分为上下两个区域，上区域为红色区，下区域为白色区，免疫层析试条包括检测线、空白带及质控线，检测线用于检测待测物，质控线用于表示该免疫层析试条是否损坏，空白带位于所述检测线与所述质控线之间；

在进行拍摄时，拍摄界面上显示有两个长方形虚线框，将矩形比色块和免疫层析试条分别纳入两个虚线框中，然后进行拍摄，将两个虚线框中的图像分别作为检测区图像T及比参考区图像D，

S2：对参考区图像D进行灰度转换，得到灰度图像Dh，灰度转换公式为Dh＝0.299Dr+0.587Dg+0.114Db，其中，Dr、Dg和Db分别是参考区图像D中R、G、B分量的值；

图3是灰度图像Dh的像素灰度值的分布图，可以看到，参考区图像D中不同颜色的区域在对应的灰度图像Dh中具有不同的灰度值，将每个像素点的灰度值投影到X、Y轴，得到一系列边界点，由图4可知，边界点i1、i2、j1、j2组成的区域为红色区，边界点i1、i2、j2、j3组成的区域为白色区，然后计算红色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_c,G_c,B_c，以及白色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_w,G_w,B_w；

对检测区图像T进行灰度转换，得到灰度图像Th，，灰度转换公式为Th＝0.299Tr+0.587Tg+0.114Tb，其中，Tr、Tg和Tb分别是检测区图像T中R、G、B分量的值；

图4是本发明实施例中灰度图像Th的像素灰度值的分布图，分析处理单元将灰度图像Th每个像素点的灰度值投影到Y轴，得到y轴上的投影点P_y，根据投影点P_y的值，将所述检测区图像T从上到下划分为多个分区T_i，计算每个分区T_i内的所有像素点的R、G、B分量的平均值R_i,G_i,B_i与R_c,G_c,B_c差的绝对值Q_i，

Q_i＝|(R_c-R_i)+(G_c-G_i)+(B_c-B_i)|

当Q_i小于给定的阈值时，判定分区T_i为质控线区，根据该质控线区的位置，确定空白带区和检测线区；

根据如下公式进行计算，得到计算结果Result：

$\mathrm{Re}s\mathrm{ult}=\frac{\frac{R_b-R_t}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_t}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_t}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b}{\frac{R_b-R_z}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_z}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_z}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b},$

其中ε_r、ε_g、ε_b分别为R、G、B三个参数在免疫层析试条定量检测中对计算结果Result的贡献指数，R_z、G_z、B_z为质控线区R、G、B分量平均值，R_t、G_t、B_t为检测线区R、G、B分量平均值，R_b、G_b、B_b为空白带区R、G、B分量平均值；本发明在公式中引入标准的红色区和白色区的R、G、B分量平均值，消除了光照的影响，并引入质控线区、空白带区、检测线区的R、G、B分量平均值，以消除免疫层析试条内部胶体金流动情况不同造成的干扰，提高了检测精度；

根据计算结果Result与待测物浓度的线性对应关系，得到待测物浓度。

本发明的免疫层析试条定量检测装置可以是智能手机，图像拍摄单元为智能手机的摄像头，分析处理单元为智能手机内置的分析处理软件，所述分析处理软件基于安卓系统，采用Java语言进行编写。使用者用手机拍照，就能迅速完成免疫层析试条检测，大大方便了使用者。

如图5(a)所示，免疫层析试条包括检测线、空白带及质控线，检测线用于检测待测物，质控线用于表示该免疫层析试条是否损坏，空白带位于所述检测线与所述质控线之间。

如图5(b)所示，比色卡分为左右两部分，可以进行折叠，尺寸为80mm×100mm，比色卡左右两边边框为黄色，基底为黑色，左边中间部分汉字印刷使用说明，右边为比色块和放置试条的部分，比色块位于左半部中央位置，尺寸为10mm×20mm，分为10mm×10mm红色区和10mm×10mm白色区。右半部有一长度为60mm的白色箭头。

如图5(c)所示，在检测免疫层析试条时，免疫层析试条应放在箭头上，与箭头方向平行，液体按照箭头所示从下往上流动，同时保证试条的检测线和指控线与左边的红白方块大致对齐。

如图5(d)所示，打开手机软件之后，首先出现所示的一个说明界面，提示使用者如何牌照拍照，进入拍照界面，屏幕上显示两个长方形虚线框。

如图5(e)所示，拍照时，将比色块和试条的检测线和指控线分别纳入两个虚框，拍摄结束后，将获得的图像存储为24位BMP图像，则图像每个象素点包括RGB等三个参数。

获得BMP图像后，分析处理软件对BMP图像进行分析处理，获得待测物浓度，其中，分析处理软件与分析处理单元执行的操作相同，这里就不再赘述。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种免疫层析试条定量检测装置，所述免疫层析试条用于检测待测物的浓度，其特征在于，包括：

图像拍摄单元，用于拍摄一个比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条，得到拍摄图片，其中，所述拍摄图片包括检测区图像T及参考区图像D；

分析处理单元，用于对所述拍摄图片进行分析处理，获得所述待测物浓度。

2.根据权利要求1所述的免疫层析试条定量检测装置，其特征在于，所述比色卡具有试条放置区及矩形比色块，其中，所述矩形比色块被拍摄于所述参考区图像D中，所述免疫层析试条被拍摄于所述检测区图像T中；

所述该矩形比色块分为红色区和白色区；

所述免疫层析试条至少包括检测线、空白带及质控线，所述检测线用于检测待测物，所述质控线用于表示该免疫层析试条是否损坏，所述空白带位于所述检测线与所述质控线之间。

3.根据权利要求2所述的免疫层析试条定量检测装置，其特征在于，所述分析处理单元用于：

识别出所述参考区图像D中的所述红色区和所述白色区；

计算所述参考区图像D的所述红色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_c,G_c,B_c，以及所述参考区图像D的所述白色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_w,G_w,B_w；

将所述检测区图像T划分为多个分区T_i，计算每个分区T_i内的所有像素点的R、G、B分量的平均值R_i,G_i,B_i；

计算所述检测区图像T的每个分区T_i内的所有像素点的R、G、B分量的平均值R_i,G_i,B_i与所述R_c,G_c,B_c差的绝对值Q_i，判定该分区T_i属于质控线区、空白带区和检测区。

当Q_i小于给定的阈值时，判定分区T_i为质控线区，根据该质控线区的位置，确定空白带区和检测线区；

根据如下公式进行计算，得到计算结果Result：

$\mathrm{Re}sult=\frac{\frac{R_b-R_t}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_t}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_t}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b}{\frac{R_b-R_z}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_z}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_z}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b},$

其中ε_r、ε_g、ε_b分别为R,G,B三个分量在免疫层析试条定量检测中对计算结果Result的贡献指数，R_z、G_z、B_z为质控线区R、G、B分量平均值，R_t、G_t、B_t为检测线区R、G、B分量平均值，R_b、G_b、B_b为空白带区R、G、B分量平均值；

根据所述计算结果Result与所述待测物浓度的线性对应关系，得到所述待测物浓度。

4.根据权利要求3所述的免疫层析试条定量检测装置，其特征在于，识别出所述参考区图像D中的红色区和白色区的步骤包括：

对所述参考区图像D进行灰度转换，得到灰度图像Dh；

根据所述灰度图像Dh的像素灰度值的分布，对所述参考区图像D进行分区，得到红色区和白色区。

5.根据权利要求4所述的免疫层析试条定量检测装置，其特征在于，将所述检测区图像T进行分区的步骤包括：

对所述检测区图像T进行灰度转换，得到灰度图像Th；

将所述灰度图像Th在y轴上进行投影，得到y轴上的投影点P_y；

根据所述投影点P_y的灰度值，将所述检测区图像T从上到下划分为多个分区T_i。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像拍摄单元进一步提供拍摄界面，该拍摄界面上显示有两个长方形虚线框，将所述矩形比色块和所述免疫层析试条分别纳入两个虚线框中进行拍摄，将所述两个虚线框中的图像分别作为所述检测区图像T及所述参考区图像D。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，其中所述免疫层析试条定量检测装置为智能手机，其中，所述图像拍摄单元为该智能手机的摄像头，所述分析处理单元为该智能手机的处理器。

8.一种免疫层析试条定量检测方法，所述免疫层析试条用于检测待测物的浓度，其特征在于，该检测方法包括：

S1、拍摄一个比色卡和放置在该比色卡上的免疫层析试条，得到拍摄图片，其中，所述拍摄图片包括免疫层析试条图像及比色卡图像；

S2，对所述拍摄图片进行分析处理，获得待测物浓度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述比色卡具有试条放置区及矩形比色块，其中，所述矩形比色块被拍摄于所述参考区图像D中，所述免疫层析试条被拍摄于所述检测区图像T中；

所述该矩形比色块分为红色区和白色区；

所述免疫层析试条至少包括检测线、空白带及质控线，所述检测线用于检测待测物，所述质控线用于表示该免疫层析试条是否损坏，所述空白带位于所述检测线与所述质控线之间。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

识别出所述参考区图像D中的所述红色区和所述白色区；；

计算所述参考区图像D的所述红色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_c,G_c,B_c，以及所述参考区图像D的所述白色区的每个像素点的R、G、B分量的平均值R_w,G_w,B_w；

将所述检测区图像T划分为多个分区T_i，计算每个分区T_i内的所有像素点的R、G、B分量的平均值R_i,G_i,B_i；

计算所述检测区图像T的每个分区T_i内的所有像素点的R、G、B分量的平均值R_i,G_i,B_i与所述R_c,G_c,B_c差的绝对值Q_i，当所述绝对值Q_i小于给定的阈值时，判定分区T_i为质控线区，根据该质控线区的位置，确定空白带区和检测线区；

根据如下公式进行计算，得到计算结果Result：

$\mathrm{Re}sult=\frac{\frac{R_b-R_t}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_t}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_t}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b}{\frac{R_b-R_z}{R_w-R_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_r+\frac{G_b-G_z}{G_w-G_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_g+\frac{B_b-B_z}{B_w-B_c}\×{\mathrm{\ϵ}}_b},$

其中ε_r、ε_g、ε_b分别为R,G,B三个分量在免疫层析试条定量检测中对计算结果Result的贡献指数，R_z、G_z、B_z为质控线区R、G、B分量平均值，R_t、G_t、B_t为检测线区R、G、B分量平均值，R_b、G_b、B_b为空白带区R、G、B分量平均值；

根据所述计算结果Result与所述待测物浓度的线性对应关系，得到所述待测物浓度。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述参考区图像D分成红色区和白色区的步骤包括：

对所述参考区图像D进行灰度转换，得到灰度图像Dh；

根据所述灰度图像Dh的像素灰度值的分布，对所述参考区图像D进行分区，得到红色区和白色区。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述检测区图像T进行分区的步骤包括：

对所述检测区图像T进行灰度转换，得到灰度图像Th；

将所述灰度图像Th在y轴上进行投影，得到y轴上的投影点P_y；

根据所述投影点P_y的灰度值，将所述检测区图像T从上到下划分为多个分区T_i。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

提供拍摄界面，该拍摄界面上显示有两个长方形虚线框，将所述矩形比色块和所述免疫层析试条分别纳入两个虚线框中，然后进行拍摄，将所述两个虚线框中的图像分别作为所述检测区图像T及所述参考区图像D。