CN107167594A - 一种免疫层析试条定量检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种免疫层析试条的定量检测装置及方法，所述免疫层析试条用于检测待测物的浓度，定量检测装置包括：图像拍摄单元，用于拍摄一个检测卡和放置在该检测卡上的免疫层析试条，得到检测卡和位于其上的免疫层析试条的整体图像；图像处理单元，用于对所述整体图像进行校正和分割，获得免疫层析试条的测试图像；分析处理单元，用于对所述测试图像进行分析处理，获得所述待测物浓度。

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。若试条检测区、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。由于试条检测区显色的深浅与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Cardiac reader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，无法检测市面上的常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亟待解决。

发明内容

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。

本发明一方面提供一种免疫层析试条的定量检测装置，所述免疫层析试条用于检测待测物的浓度，其中，包括：图像拍摄单元，用于拍摄一个检测卡和放置在该检测卡上的免疫层析试条，得到检测卡和位于其上的免疫层析试条的整体图像；图像处理单元，用于对所述整体图像进行校正和分割，获得免疫层析试条的测试图像；分析处理单元，用于对所述测试图像进行分析处理，获得所述待测物浓度。

根据本发明的另一方面提供一种免疫层析试条的定量检测方法，包括：将免疫层析试条对待测物进行检测；所述免疫层析试条显色后，将其放置于检测卡上，并进行拍照获得整体图像；所述整体图像经图像处理获得测试图像；以及对测试图像进行分析处理，获得待测物浓度。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

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。

检测卡上有用于协助拍摄的黑框，可以保证不同人拍摄图像相差不大，减小了人为操作的误差，提高了检测精度；

对拍照获得的图像进行分析，不需要分析全部图像，只需分析特定的部分，这大大简化了图像处理算法，提高了分析速度。

通过颜色恒常算法获得自然光对试条的影响关系，通过颜色补偿，可以将该影响通过数据处理的方式予以消除，从而达到消除自然光干扰的目的，减小了环境误差，提高了检测精度。

附图说明

图1是本发明一实施例中免疫层析试条定量检测装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例中免疫层析试条和检测卡的结构示意图；

图3是发明一实施例中拍摄到的整体图像；

图4是对图3中整体图像进行分割及校正的示意图；

图5是本发明另一实施例免疫层析试条定量检测方法的流程图。

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，通过拍摄检测卡和放置在该检测卡上的免疫层析试条，得到拍摄图片，再对拍摄图片进行图像处理和分析处理，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，图像处理单元为智能手机内置的图像处理软件，分析处理单元为智能手机内置的分析处理软件，免疫层析试条可以采用胶体金试条。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是本发明一实施例提供的免疫层析试条定量检测装置100的结构示意图，本发明实施例提供一种免疫层析试条定量检测装置，该装置包括图像拍摄单元110、图像处理单元120和分析处理单元130，其中，

图像拍摄单元10用于实现以下功能：

提供拍摄界面，用于拍摄一个检测卡和放置在该检测卡上的免疫层析试条，得到检测卡和位于其上的免疫层析试条的整体图像。

图2示出了免疫层析试条和检测卡的结构示意图，如图2所示，所述免疫层析试条200为长条状，至少包括检测区T、空白区B及质控区C，所述检测区T用于检测待测物，所述质控区C用于表示该免疫层析试条是否损坏，所述空白区B位于所述检测区与所述质控区之间，测试时将免疫层析试条200下端部与待测物接触，待测物沿箭头方向进入免疫层析试条200，完全反应后，检测区T的颜色会发生变化。

检测卡300如图2所示，包括黑框边界310、试条放置区320、指示箭头330。本实施中，黑框边界310内界可以为70mm×135mm，外界可以为100mm×165mm，试条放置区320位于黑框边界310内，呈长条状，略大于免疫层析试条200的尺寸，与黑框边界的长边方向平行设置，其可以位于黑框边界310内的中间位置，可以位于其他位置，本实施中其尺寸为25mm×100mm。指示箭头330位于试条放置区320内，用于指示试条放置区320内需要放置免疫层析试条200的方向，完全反应并显色免疫层析试条200放置在试条放置区320内时，液体浸入免疫层析试条200的方向与指示箭头330指示的方向保持一致。

在采用图像拍摄单元10拍照时，仅对黑框边界310内的物体进行拍摄，保证黑框外边界以外的物体完全拍摄不到，使得不同人拍摄到的图像相差较小，保证拍摄到的试条位于一个固定的区域内，拍摄到的整体图像如图3所示。在图3中，免疫层析试条200位于试条放置区320内，基本与黑框边界310的长边方向平行设置，本实施中，将获得的整体图像IM_o存储为24位BMP图像，则整体图像IM_o每个像素点均包括RGB等三个参数。

图像处理单元120，用于对所述整体图像进行校正和分割，获得免疫层析试条的测试区图像，具体采用以下方式实现：

首先对获得的整体图像IM_o进行灰度变化，获得整体灰度图像IM_g，对灰度图IM_g采用Sobel算子对整体灰度图像IM_g中的免疫层析试条200的长度方向边缘进行定位。Sobel算子是一阶导数算子，简单有效，适合于快速检测图像边缘。其中：Sobel算子为

对整体灰度图像IM_g进行变换计算：IM_y＝G_y*IM_g，

设定一个合适的阈值T_y，如果IM_y中的点IM_y(x，y)的灰度值大于T_y，则确定该像素点(x，y)是边界点，置为1，否则置为0，得到二值图像IM_yb。

图4为对整体图像进行分割及校正的示意图，对二值图IM_yb进行霍夫变换，可以将Y方向的边界点连为直线，从而获得试条长度方向的两个边界C_x和C_y，如图4中(a)所示。在整体灰度图像IM_g上沿边界C_x和C_y进行图像切割，将边界外的图像切除，只保留边界内的图像作为第一图像，如图4中(b)所示。计算试条长度方向的两个边界与黑框长度方向的夹角θ，进行第一图像旋转，使得第一校正图像的长度方向位于第一方向，所述第一方向为水平方向或垂直方向，本实施中以第一方向为垂直方向为例，即保证试条位于垂直的第一方向上，获得旋转后的第一校正图像IM_r，如图4中的(c)所示。

对第一校正图像IM_r，采用Sobel算子进行沿第二方向边界定位，第二方向垂直于第一方向，本实例中，第二方向为水平方向。此时Sobel算子

对第一校正图像IM_r进行变换：IM_x＝G_x*IM_r

设定一个合适的阈值T_x，如果IM_x(x，y)中的点(x，y)的灰度值大于T_x，则确定该像素点(x，y)是边缘点，置为1，否则置为零，将该结果存为二值图IM_xb，采用霍夫变换对二值图IM_xb进行分析，获得试条水平方向测试区域与非测试区域的分界线，以及测试区域内空白区B、质控区C、检测区T之间的分界线。对第一校正图像IM_r沿测试区域与非测试区域分界线进行图像分割，获得灰度测试图像，如图4中的(d)所示，其中灰度测试图像包括空白区B、质控区C、检测区T。在整体图像IM_o中截取对应所述灰度测试图像的部分作为测试图像供后续分析处理单元30进行分析处理，测试图像对应灰度测试图像相应包括空白区Bo、质控区Co、检测区To。

分析处理单元30用于实现以下功能：

从测试图像空白区Bo、质控区Co、检测区To分别提取各区图像数据D_Bo、D_Co以及D_To，对各区图像数据进行亮度补偿获得各区补偿后的图像数据D’_Bo、D’_Co以及D’_To，基于上述各区补偿后的图像数据D’_Bo、D’_Co以及D’_To获得相应的亮度值I_Bo，I_Co，I_To。计算以测试图像空白区Bo为背景的质控区Co和检测区To的相对亮度值，分别为L_Co＝I_Co-I_Bo，L_To＝I_To-I_Bo，计算两者的比值Result＝L_To/L_Co，调用检测装置中存储的函数，计算出待测物浓度，该函数为上述比值与待测物浓度相关的函数，本实施中上述比值与待测物浓度线性相关。

具体的，上述对各区图像数据进行亮度补偿获得各区补偿是通过测试图像空白区Bo、质控区Co、检测区To的图像数据分别与补偿矩阵D相乘获得。

补偿矩阵D与存储在检测装置中的空白区三色RGB参考值相关，采用检测装置的图像拍摄单元进行拍照时，光照情况多变，拍照效果会受到光照的影响，造成检测误差。为了消除光照影响，本发明实施例利用颜色恒常算法进行光照补偿。根据MAX-RGB颜色恒常算法，假定当光源照射到白色表面，反射光的色彩主要是照明光的色彩。本发明实施例将试条的空白区作为白色表面，将预先计算好的空白区的三色RGB作为参考值，并存在检测装置中。

获得空白区三色RGB参考值的方式如下：获得参考取待测胶体金试条若干，配置若干不同已知浓度待测物，待测物可以为液态，将试条分别与不同浓度待测液体反应后，置于扫描仪扫描获得试条的图像。对每个试条，取每个试条的空白区图像，将所有试条的空白区的R、G、B三个分量的值求平均得到Ra，Ga和Ba，将该些平均值作为空白区RGB三原色的参考值存储在检测装置上待用。

补偿矩阵D的获得方式如下：获取测试图像空白区Bo的RGB三个分量的值Ro，Go，Bo，补偿矩阵

上述函数的获得方式如下：

对若干已知待测物浓度的进行测试后的若干胶体金试条，采用前述的拍照、图像处理及分析处理，针对对应多个检测了已知待测物浓度的胶体金试条中的每一个，获得其测试图像的以空白区Bo为背景的质控区Co和检测区To的相对亮度值的比值Result，对多组已知待测物浓度和比值Result拟合出测物浓度和比值Result之间关系的函数，存储在检测装置中。

本发明另一实施例还提供一种免疫层析试条定量检测方法，包括以下步骤，如图5所示：

S101将免疫层析试条对待测物进行检测；

具体地，将免疫层析试条浸入待测物或将待测物滴在免疫层析试条上，使其充分反应。

S102所述免疫层析试条显色后，将其放置于检测卡上，并进行拍照获得整体图像；

具体地，如上一实施例所述，检测卡300包括黑框边界310、试条放置区320、指示箭头330。试条放置区320位于黑框边界310内，呈长条状，略大于免疫层析试条200的尺寸，与黑框边界的长边方向平行设置，其可以位于黑框边界310内的中间位置，可以位于其他位置，指示箭头330位于试条放置区320内，用于指示试条放置区320内需要放置免疫层析试条200的方向，完全反应并显色免疫层析试条200放置在试条放置区320内时，液体浸入免疫层析试条200的方向与指示箭头330指示的方向保持一致。

S103所述整体图像经图像处理获得测试图像；

具体地，将拍摄的限定黑框边界拍照范围的整体图像变换为整体灰度图像；

计算整体灰度图像中试条的长度方向边界，沿长度方向边界切割所述整体灰度图像，保留长度方向边界内的图像作为第一图像；

计算所述长度方向边界与黑框长度方向的夹角，根据所述夹角校正第一图像获得第一校正图像，使得第一校正图像的长度方向位于第一方向，所述第一方向为水平方向或垂直方向；

对所述第一校正图像进行沿第二方向分界，所述第二方向垂直于第一方向，获得试条的测试区与非测试区之间的分界线及测试区中空白区、质控区以及检测区之间的分界线，沿测试区与非测试区的分界线对第一校正图像进行分割，保留测试区图像作为灰度测试图像；

在所述整体图像上截取与所述灰度测试图像对应的位置的图像作为测试图像。

S104对测试图像进行分析处理，获得待测物浓度。

从测试图像空白区、质控区、检测区分别提取各区图像数据D_Bo、D_Co以及D_To；

对所述区图像数据D_Bo、D_Co以及D_To进行亮度补偿；

基于经过补偿后的空白区、质控区、检测区的图像数据D’_Bo、D’_Co以及D’_To获得各区亮度值I_Bo，I_Co，I_To；

计算以测试图像空白区为背景的和检测区和质控区的相对亮度值的比值：Result＝L_To/L_Co＝(I_To-I_Bo)/(I_Co-I_Bo)；以及

基于所述比值与存储在所述的定量检测装置中的函数获得待测物浓度，所述函数为所述比值与待测物浓度相关的函数。

本实施中具体地，图像处理方式及数据分析处理方式与上一实施例中一致，再次不再赘述。

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 (10)

1.一种免疫层析试条的定量检测装置，所述免疫层析试条用于检测待测物的浓度，其中，包括：

图像拍摄单元，用于拍摄一个检测卡和放置在该检测卡上的免疫层析试条，得到检测卡和位于其上的免疫层析试条的整体图像；

图像处理单元，用于对所述整体图像进行校正和分割，获得免疫层析试条的测试图像；以及

分析处理单元，用于对所述测试图像进行分析处理，获得所述待测物浓度。

2.根据权利要求1所述的定量检测装置，其中，所述检测卡具有黑框边界、以及位于黑框边界内的试条放置区，所述黑框边界用于限定拍照范围，所述试条放置区用于放置反应完全后的免疫层析试条；

所述免疫层析试条包括测试区和非测试区，所述测试区至少包括检测区、空白区及质控区，所述检测区用于检测待测物，所述质控区用于表示该免疫层析试条是否损坏，所述空白区位于所述检测区与所述质控区之间。

3.根据权利要求2所述的定量检测装置，其中，所述图像处理单元用于：

对拍摄的限定黑框边界拍照范围的整体图像变换为整体灰度图像；

计算整体灰度图像中试条的长度方向边界，沿所述长度方向边界切割所述整体灰度图像，保留长度方向边界内的图像作为第一图像；

计算所述长度方向边界与黑框长度方向的夹角，根据所述夹角校正第一图像获得第一校正图像，使得第一校正图像的长度方向位于第一方向，所述第一方向为水平方向或垂直方向；

对所述第一校正图像进行沿第二方向分界，所述第二方向垂直于第一方向，获得试条的测试区与非测试区之间的分界线及测试区中空白区、质控区以及检测区之间的分界线，沿测试区与非测试区的分界线对第一校正图像进行分割，保留测试区图像作为灰度测试图像；

在所述整体图像上截取与所述灰度测试图像对应的位置的图像作为测试图像。

4.根据权利要求3所述的定量检测装置，其中，所述分析处理单元，用于：

从测试图像空白区、质控区、检测区分别提取各区图像数据D_Bo、D_Co以及D_To；

对所述区图像数据D_Bo、D_Co以及D_To进行亮度补偿；

基于经过补偿后的空白区、质控区、检测区的图像数据D’_Bo、D’_co以及D’_To获得各区亮度值I_Bo，I_co，I_To；

计算以测试图像空白区为背景的和检测区和质控区的相对亮度值的比值：Result＝L_To/L_Co＝(I_To-I_Bo)/(I_co-I_Bo)；以及

基于所述比值与存储在所述的定量检测装置中的函数获得待测物浓度，所述函数为所述比值与待测物浓度相关的函数。

5.根据权利要求4所述的定量检测装置，其中所述对所述区图像数据D_Bo、D_co以及D_To进行亮度补偿通过测试图像空白区、质控区及检测区的图像数据D_Bo、D_co以及D_To分别与补偿矩阵D相乘获得，补偿矩阵其中R_o，Go，B_o分别为测试图像中空白区的三原色分量，Ra，Ga和Ba为存储在所述定量检测装置中的空白区三原色分量的参考值，其采用若干述免疫层析试条检测不同已知浓度待测物后，采用扫描仪获取各免疫层析试条图像，对图像的空白区的三原色求均值获得。

6.根据权利要求5所述的定量检测装置，其中，所述相关函数由以下步骤获得：

选取若干不同已知浓度的待测物，利用若干免疫层析试条分别检测所述已知浓度的待测物；

对于每一完全反应的免疫层析试条获得一测试图像，对每一测试图像进行分析处理获得所述比值；

基于所述获得的若干个比值及已知浓度拟合出比值与带测物浓度相关的函数。

7.一种免疫层析试条的定量检测方法，其中，包括：

将免疫层析试条对待测物进行检测；

所述免疫层析试条显色后，将其放置于检测卡上，并进行拍照获得整体图像；

所述整体图像经图像处理获得测试图像；以及

对测试图像进行分析处理，获得待测物浓度。

8.根据权利要求7所述的定量检测方法，其中，包括：所述检测卡具有黑框边界、以及位于黑框边界内的试条放置区，所述免疫层析试条放置在所述试条放置区，所述免疫层析试条包括测试区和非测试区，所述测试区至少包括检测区、空白区及质控区，所述检测区用于检测待测物，所述质控区用于表示该免疫层析试条是否损坏，所述空白区位于所述检测区与所述质控区之间。

9.根据权利要求8的定量检测方法，其中，所述整体图像经图像处理获得测试图像包括：

将拍摄的限定黑框边界拍照范围的整体图像变换为整体灰度图像；

计算整体灰度图像中试条的长度方向边界，沿所述长度方向边界切割所述整体灰度图像，保留长度方向边界内的图像作为第一图像；

计算所述长度方向边界与黑框长度方向的夹角，根据所述夹角校正第一图像获得第一校正图像，使得第一校正图像的长度方向位于第一方向，所述第一方向为水平方向或垂直方向；

对所述第一校正图像进行沿第二方向分界，所述第二方向垂直于第一方向，获得试条的测试区与非测试区之间的分界线及测试区中空白区、质控区以及检测区之间的分界线，沿测试区与非测试区的分界线对第一校正图像进行分割，保留测试区图像作为灰度测试图像；

在所述整体图像上截取与所述灰度测试图像对应的位置的图像作为测试图像。

10.根据权利要求8的定量检测方法，其中，对测试图像进行分析处理，获得待测物浓度包括：

从测试图像空白区、质控区、检测区分别提取各区图像数据D_Bo、D_Co以及D_To；

对所述区图像数据D_Bo、D_Co以及D_To进行亮度补偿；

基于经过补偿后的空白区、质控区、检测区的图像数据D’_Bo、D’_Co以及D’_To获得各区亮度值I_Bo，I_Co，I_To；

计算以测试图像空白区为背景的和检测区和质控区的相对亮度值的比值：Result＝L_To/L_Co＝(I_To-I_Bo)/(I_Co-I_Bo)；以及

基于所述比值与存储在所述的定量检测装置中的函数获得待测物浓度，所述函数为所述比值与待测物浓度相关的函数。