CN107796805A - 一种分析检测试纸数据的检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测试剂的校准方法及检测装置。校准方法主要是指对待测样品的浓度进行校准。检测装置主要包括对试纸测试区和控制区获取的信号值进行相关的运算得到该样本的浓度值。

Description

一种分析检测试纸数据的检测方法及检测装置

技术领域

本发明属于试纸读取与分析领域，特别涉及一种基于温度校准的试纸浓度检测方法与检测装置。

背景技术

试纸在诸多领域的样本检测中已经得到了广泛的应用，例如临床医疗中常用的尿常规检测、优生优育、不孕不育检测，环境检测中的甲醛、苯的含量检测，以及食品安全中的瘦肉精、三聚氰胺、地沟油或者农药残留检测等，都需要使用相应的专用试纸进行检测。

一些简单的试纸检验可以通过肉眼观察试纸来实现，例如早早孕试纸，但是这种通过目测试纸的方式只能进行定性的检测，而且如果出现被检测对象含量较低，显色较浅的时候，容易出现误读，另外肉眼观察还受到心情、光线等许多人为或环境因素的干扰，从而影响其准确性。特别是某些对特定颜色不敏感的人群甚至无法使用该类试纸进行检测。

需要进行定量检测的试纸通常是在专业机构中通过特有的设备来完成，还有一些检测需要综合多次检验的结果，依赖专业人员的经验判断才能完成。例如宫外孕的早发现对于保护女性生育功能、防止习惯性流产等都有很大的帮助，但宫外孕的预防性检验需要多次测量HCG浓度，如果每48小时HCG浓度增加一倍以上，推断为正常宫内妊娠，若明显低于一倍浓度则宫外孕或发育不良的可能性增大，这样孕妇需多次到医院进行HCG浓度的检测，带来诸多劳累与接触医院交叉感染的风险。但目前已有的检测试纸还无法做到在家庭进行检测，就是受限于家庭定量检测技术的限制。

即使是专业机构里的检测试纸，很少有考虑温度对检测结果的影响，本发明发现不同温度条件下，其检验结果会有大的差异性，因此温度会严重影响到检测结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种校准检测试纸的待测样本浓度的方法，该方法包括温度校准的步骤。

上述方法中温度校准是指：A)输入温度值，调取与该温度最适合的标准曲线或根据该温度对预设标准曲线进行修正；B)依据标准曲线计算样本的浓度值。

另一个优选的，温度校准还可以是指输入温度值和样本检测信号值，通过运算输出校准后的浓度值。

上述方法中还包括如下步骤：

A)采集试纸信号；

B)对所获取的测试区或/和控制区的信号值进行相关的运算得到运算结果γ；

C)采集温度值；

上述方法中步骤A是指通过信号采集元件采集试纸信号。

上述方法中步骤B是指通过运算元件计算比值γ。

上述方法中步骤C的采集温度值是通过手工输入或通过嵌入或通过外接在检测分析仪的温度采集元件读取。

另外一种优选的，通过不同温度下所对应的温度系数对检测的信号值进行校准，然后计算出待测样品浓度值。

本发明的另一个目的是提供一种分析检测试纸数据的检测装置，其特征在于该装置包括如下组成：

信号采集元件：获取试纸信号；

输入元件：在输入元件中输入一种或多种选自以下信息：A)获取试纸测试区和控制区的信号；对所获取的测试区和控制区的信号进行相关的运算得到信号值；B)温度；或/和C)含有产品批号的信息；

存储元件：用于存储试纸的温度或/和校准曲线的数据库；

分析元件：通过调取输入元件的信息值和存储元件的数据库，进行相关的运算并分析校准；

输出元件：将校准后的数据存储并输出。

上述检测装置中存储元件、分析元件或/和输出元件通过电路、硬件、数据线、蓝牙、wifi或互联网的形式与检测装置连接。

上述装置还包括：温度采集元件：检测装置环境温度或反应区域温度。

上述装置采集信号可以是获取试纸测试区和控制区的信号，信号采集元件包括光信号采集元件、磁信号采集元件、电信号采集元件或图像信号采集元件。

上述装置数据存储元件为硬盘、存储卡或内存卡，其中内存卡为内存、ROM、RFID卡、IC卡、NFC等数字化信息存储单元。

上述装置中还包括检测试纸条。测试的试纸条为免疫层析、酶学或化学显色试纸条。

试纸条包括识别码，识别码为二维码、条形码或其他用于识别的编码，用于区分试纸的类型和批次信息。

上述试纸条为测试C反应蛋白、心型脂肪酸结合蛋白、降钙素原、N末端脑钠肽前体、D-二聚体、心肌肌钙蛋白I、肌红蛋白或肌酸激酶同工酶等试纸条。

实用新型专利CN201520103044.7U，CN201520103104.5U，CN201520103122.3U，CN201520103252.7U，CN201520103325.2U，CN201520103651.3U和CN201520103776.6U全部内容并入本文。

信号采集元件可以采集待测试纸的光信号、磁信号、电信号或图像信号等。在一个优选的实施方案中采集光信号通过光电池，雪崩二极管或光电倍增管。采集磁信号通过磁通量检测头，采集电信号通过电极。采集图像信号通过摄像头例如cmos，ccd。附图4是一个具体的光采集元件的示意图。

在一个优选具体的实施方案中通过摄像头采集试纸图像，分析识别显色区的边缘，截取符合要求的显色区域，采集参考区(C线)和测试区(T)的颜色信号，发送给输入元件。

优选的，信号采集元件摄像头采集试纸图像之前，摄像头首先采集试纸的识别码，将识别码发送给输入元件，输入元件从数据库中调用试纸检测项目、批次等信息暂存并返回给移动端。

可选的，信号采集元件摄像头采集试纸图像之前，提示用户在信号采集元件手工选择输入试纸的类别、批次信息，发送给输入元件。

优选的，信号采集元件摄像头采集整个试纸条的图像；颜色和边缘分析识别，通过预先设定试纸的卡壳与显色区域的色差，找到预先设定的边框，选定该区域；在该区域中找出符合预先设定比例要求的区域作为显色区域，并截取出来。

另一种优选的方式中，信号采集元件摄像头采集整个试纸条的图像；筛选定位点的位置，通过定位点定位显色区域的位置和水平、垂直方向的位置；在该区域中找出符合预先设定比例要求的区域作为显色区域，并截取出来。

可选的，对于第三方没有预设边框的普通试纸，在显示屏上有符合试纸大小的取景框，提示用户用取景框套住整个试纸或者显色区域，并点击拍照按钮。

优选的，信号采集元件对截取的显色区图片进行标准化处理，将图片整理成统一的像素大小，或者将拍照时空间上或平面上偏移的图片旋转回来。

输入元件是将采集到的信号转化为数字信号，即转化为信号值。

优选的，在输入元件中，设参考区(C线)的颜色值或灰度值为β，测试区(T线)的颜色值或灰度值为α，通过α与β的相关运算，例如T/C、α/β或是β/α的比值或其它运算方式所得到运算值γ。

对于非免疫层析试纸，通过其标准颜色空白垫或者采取边缘、卡壳、外包装的图像，计算颜色值或灰度值，作为参考区颜色值或灰度值β。

存储元件：用于存储试纸的温度或/和校准曲线的数据库。优选的，存储元件存储不同温度下待测样品的标准曲线，在一个实施例中，存储元件是不同温度下对预设标准曲线的修正系数和待测样品的标准曲线，在一个实施例中，存储元件是依据温度值和样本浓度值，通过运算拟合的浓度值的标准曲线。

优选的，存储元件存储不同温度下的待测样品标准曲线，横坐标为浓度，纵坐标为信号值，标准曲线是针对不同批号的样品有各自不同的标准曲线。

分析元件：通过调取输入元件的信息值和存储元件的数据库，进行相关的运算并分析校准。

在优选的方案中，上述方法中温度校准是指：输入温度值，调取与该温度最适合的标准曲线或根据该温度对预设标准曲线进行修正；进而依据标准曲线计算样本的浓度值。

在另一个优选的实施方案中温度校准还可以是指输入温度值和α/β的样本含量值γ，通过运算输出校准后的浓度值。

本发明中输入元件、存储元件、分析元件、输出元件可以全部或部分，例如某一个元件或几个元件不是内置在检测装置中，而是通过例如蓝牙、wifi或者互联网与检测装置连接，在一个具体实施方案中，将输入元件、存储元件、分析元件、输出元件全部存储在检测装置中，或者全部存储在云端服务器，用户可以建立自己的健康档案数据库，便于对结果进行长期动态观察。发明专利CN201510397181.0A的全部内容并入本发明。

本发明的提供一种温度校准的方法是指输入温度值，调取与该温度最适合的标准曲线或根据该温度对预设标准曲线进行修正；B)依据标准曲线计算样本的浓度值。在一个实施方案中，

另一个优选的，温度校准还可以是指输入温度值和样本浓度值，通过运算输出校准后的浓度值。

另一个优选的，温度校准还可以是指输入温度值和检测信号值，通过运算直接输出校准后的浓度值。

在一个实施方案中A)采集试纸信号；B)对所获取的测试区或/和控制区的信号值进行相关的运算得到运算结果γ；C)采集温度值；D)调取与该温度最适合的标准曲线或根据该温度对预设标准曲线进行修正；E)依据标准曲线计算样本的浓度值。

本发明的基于温度校准的试纸读取与分析方法与装置，相对于肉眼观察判断结果，用户不但可以得到更精准的试纸的定性结果，还可以实现定量的检测，而无需依赖专业设备，更可以得到专业的诊断结果和建议。

此外，本检测装置不对外界的环境温度进行人为的干预，没有使用类似恒温、温育这样的装置，而是通过校准的方式修正不同温度对检测结果造成的影响，利用存储元件中不同温度的标准曲线，或对预设标准曲线的修正，或是依据温度值和样本浓度值，通过运算拟合的浓度值的标准曲线保证检测结果的准确性，扩展了检测仪器的使用范围和灵敏度。

附图说明

图1：本发明的检测装置示意图。

图2：本发明的检测装置示意图。

图3：本发明使用试纸的示意图。

图4：信号采集元件示意图。

图5：hFABP在10℃拟合的标准曲线。

图6：不同温度条件下PCT的反应曲线。

图7：PCT在10℃拟合曲线。

图8：不同温度条件下MYO的反应曲线。

图9.：MYO在40℃拟合曲线。

图10：cTnI在21℃下的标准曲线。

图11：CKMB在25℃拟合曲线。

图12：CKMB的温度与温度系数关系图。

具体实施方式

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，对本发明作进一步的详细说明。

如附图1或附图2所示，本发明的检测装置包括信号采集元件1，温度采集元件2，输入元件3，存储元件4，分析元件5和输出元件6。其中温度采集元件2，输入元件3，存储元件4，分析元件5和输出元件6可以内嵌在检测装置中，如附图1所示；也可以外接在装置外，如附图2所示。

信号采集元件1采集的信号，见附图4，采集的信息包括控制区C线，测试区T线所采集的信号，试纸的识别码等，将这些信息发送给输入元件3，同时温度采集元件2将所检测的环境温度或反应区域温度发送给输入元件3，输入元件3将输入的信号转化为信号值。存储元件4存储不同温度下待测样品的标准曲线，或者是不同温度下对预设标准曲线的修正系数和待测样品的标准曲线，还可以是依据温度值和样本浓度值，通过运算拟合的浓度值的标准曲线。分析元件5是将输入元件3的信号值代入存储元件4中进行分析运算，得到校准后的浓度值，通过输出元件6输出。

本发明采用的试纸可以是免疫层析试纸、化学显色试纸等能够显示颜色特征的试纸。试纸的结构如附图3所示。图3A为免疫层析试纸的一个示例，控制显色条C线显示标准色条，C线代表控制区，T线代表测试区。检测显色条T线反应样本中待检物质的浓度，T线颜色的深浅与待检物质的浓度成比例关系，颜色越深代表样本中的浓度越高。外界的环境光线有很多不同，但是T线与C线都是处在同一个环境光线下，并且C线代表的色深是标准色深，C线代表控制区，从而以C线作为参考即可准确得出T线的色深。具体的样本浓度定量方法将在下文有关存储元件3的介绍中详细阐述。加样孔S用于放置被测样本。可选的，有些试纸也可以没有加样孔S，可以是吸样棒或者还可以将样本直接至于显色区。识别码201可以是二维码、条形码或其他用于识别的编码方式，用于区分试纸的类型和批次信息，识别码可以位于试纸条及外壳上的任意位置。此外，可选的，二维码可以存在于试条上、包装袋上、包装盒上，或某个附件中。如图3A所示，识别码可以位于显色条上方，但并不局限于此，本领域技术人员可以理解，识别码也可以位于显色条下方或侧方任意位置。如附图3A所示，虚线框202内为显色区域，边框可以是预先设定的颜色，也可以通过将边框202内外采用不同颜色，通过色差来区分。

在另一个可选的方案中，试纸或外壳上设有定位点，用于定位试纸的显色区。定位点可以是喷涂或者直接制作在试纸或外壳上，可以是一个、二个或多个。摄像头捕获该定位点并以该定位点形成的坐标系对显色框进行定位。

另外，本发明的试纸也可以采用其他非免疫层析试纸，如图3B和3C所示，图3B为尿十项试纸，图3C为其他化学试纸，此类试纸与层析试纸相同的地方是都是基于颜色反应的方式，不同之处在于化学试纸没有C线作为参考，而是采用其它形式的颜色补偿空白垫等来作为参照。

本发明以下实施例为在不同温度下对不同样品的检测，在实际检测中，可以在不同温度调用不同的标准曲线，如果实际检测的温度没有对应的标准曲线，选取检测温度与现有标准曲线温度差值的绝对值最小的标准曲线，计算样品浓度。以下实施例仅是为了清楚地说明所做的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上可以做出其他的改进，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申的显而易见的改进仍处在本发明的保护范围之内。

本发明的检测样品的标准曲线的温度间隔为10℃、5℃、4℃、3℃、2℃、1℃、0.5℃，最低检测温度为-40℃、-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃等温度，最高检测温度为50℃、45℃、40℃、37℃、35℃、30℃、25℃等温度值，由于篇幅所限以下实施例仅选取代表性温度值示意温度对检测值的影响，及不同温度所调取的标准曲线。

实施例1：不同温度对心脏型脂肪酸结合蛋白的检测

采用心脏型脂肪酸结合蛋白(hFABP)定量检测试剂盒(批号：20160602)分别在10℃、25℃、45℃的环境中反应并检测，检测样本的浓度分别为150ng/mL、37.5ng/mL、9.375ng/mL、4.69ng/mL、2.34每个浓度点检测2个平行卡，计算T/C均值。检测结果见表1。

表1不同温度、浓度下检测hFABP的T/C值

hFABP浓度ng/ml	10℃	25℃	45℃
				150.00	1.159	1.303	1.603
37.50	0.575	0.876	1.236
				9.375	0.287	0.634	0.634
4.69	0.127	0.206	0.256
				2.34	0.071	0.108	0.148
0	0.002	0.065	0.075

从上表中可以看出温度对T/C值的影响很大，不同温度时如果使用同样一条标准曲线计算样品浓度，结果会非常不准确。因此可以在不同温度下设置不同的标准曲线，提高检测样品浓度的准确性。例如选取其中温度为10℃的折线图，进行数据拟合，数据拟合可以采用不同的拟合算法，例如ELISA Calc回归/拟合计算程序，回归/拟合的模型选用logistic曲线拟合(四参数)得到曲线方程。

方程：y＝(A-D)/[1+(x/C)^B]+D

A＝1.30507

B＝-1.21543

C＝27.40012

D＝0.00222

r^2＝099979

注，本发明“^”表示为上标，^B，即为B次方，r^2即为r的平方，以下实施例中类似。

hFABP在10℃拟合的标准曲线如附图5。

实施例2：不同温度对降钙素原的检测

采用降钙素原(PCT)定量检测试剂盒(批号：20151230)分别在10℃、25℃、45℃的环境中反应并检测，检测样本的浓度分别为50ng/mL、25ng/mL、5ng/mL、2ng/mL、1ng/mL、0ng/mL，每个浓度点检测2个平行卡，计算T/C均值。检测结果见表2。

表2不同温度、浓度下PCT的T/C值

根据表2结果以浓度ng/mL为x轴，T/C值为y轴作图，得到不同温度条件下PCT的反应曲线，见图6。

从图中可以看出温度对T/C值的影响，选取其中温度为10℃的折线图，进行四参数Logistic曲线拟合，得到曲线方程

方程：y＝(A-D)/[1+(x/C)^B]+D

A＝14.88493

B＝-0.75320

C＝310.78037

D＝0.01263

r^2＝0.99968

PCT在10℃拟合曲线见附图7，以浓度ng/mL为x轴，T/C值为y轴。

实施例3：不同温度对肌红蛋白的检测

采用肌红蛋白(Myo)定量检测试剂盒(批号：20160505)分别在10℃、25℃、40℃的环境中反应并检测，检测样本的浓度分别为500ng/mL、250ng/mL、125ng/mL、50ng/mL、1ng/mL，每个浓度点检测2个平行卡，计算T/C均值。检测结果见表3。

表3不同温度、浓度下检测Myo的T/C值

Myo浓度ng/ml	10℃	25℃	40℃
				1.00	0.1486	0.4071	0.3155
50.00	0.2443	0.6659	1.2039
				125.00	0.5708	1.5077	2.4140
250.00	1.3417	3.0167	4.0051
				500.00	2.0650	4.4332	6.1359

根据表3结果以浓度ng/mL为x轴，T/C值为y轴作图，得到不同温度条件下Myo的反应曲线，见图8。

从图8中可以看出温度对T/C值的影响，选取其中温度为40℃的折线图，进行四参数Logistic曲线拟合，得到曲线方程。

方程：y＝(A-D)/[1+(x/C)^B]+D

A＝13.02524

B＝-1.04401

C＝586.04291

D＝0.29908

r^2＝1.00000

Myo在40℃拟合曲线见附图9，以浓度ng/mL为x轴，T/C值为y轴。

实施例4：利用温度校准曲线计算待测样品心肌肌钙蛋白I浓度

配制心肌肌钙蛋白I(cTnI)50ng/mL、25ng/mL、12.5ng/mL、3.125ng/mL、0.39ng/mL、0ng/mL标准浓度样本，采用心肌肌钙蛋白I(cTnI)定量检测试剂盒(批号：20160101)以0.5℃为间隔，在10℃至45℃环境中反应并分别测定以上系列浓度的样本(每个浓度点检测2个平行卡.计算均值)，绘制T/C与浓度的标准曲线。检测结果见表4。

表4cTnI温度梯度T/C测值

表4(续)

表4(续)

表4(续)

表4(续)

表4(续)

表4(续)

表4(续)

例如，以21℃结果为例绘制T/C浓度标准曲线。以T/C值为x轴，浓度ng/mL为y轴拟合曲线，运用Excel“添加趋势线”中的“多项式”拟合模型进行数据拟合，得到21℃下cTnI的标准曲线及其回归方程，标准曲线见附下图10。当待测试样品在21℃环境下进行检测时，仪器调用以上标准曲线进行计算，例如待测样品在21℃下T/C值为0.37，调用该曲线方程(y＝60.801x²+28.65x-0.2527)代入后计算得到浓度值为：18.67ng/ml。

实施例5：通过温度系数的方式计算待测样品心肌型肌酸激酶同功酶的浓度

采用心肌型肌酸激酶同功酶(CKMB)定量检测试剂盒(批号：20151107)分别在10℃、25℃、45℃的环境中反应并检测，检测样本的浓度如下表，每个浓度点检测2个平行卡，记录检测的T/C值，计算温度系数(用检测温度下的T/C值除以25℃下的T/C值)及温度系数均值。检测结果见表5。

表5不同温度、浓度下检测CKMB的T/C值

CKMB在25℃拟合曲线见附图11，以浓度ng/mL为x轴，T/C值为y轴。曲线方程：Equation：Sigmoidal，Logistic，4Parameter

公式：f＝if(x＜＝0，if(b＜0，y0，y0+a)，if(b＞0，y0+a/(1+abs(x/x0)^b)，y0+a*abs((x/x0))^(abs(b))/(1+(abs(x/x0))^(abs(b)))))

参数：

a 1.5755

b -1.0826

x0 28.8177

y0 0.0267

注：“*”表示乘以，“^”表示上角标。

温度与温度系数拟合曲线是方程：Polynomial，Quadratic

公式：f＝y0+a*x+b*x^2

参数：

y0 0.6575

a 0.0144

b -3.0000E-005(即为-0.00003)

例如，温度为45℃时，测得T/C值为1.689，则，将45℃带入温度系数公式，得到温度系数为1.225，通过系数运算，1.689/1.225＝1.379，将1.379带入25℃时的计算公式，得出实际浓度为150ng/ml。

通过温度与温度系数，两者的曲线见图12及函数关系如下，其中横坐标X为温度℃，纵坐标为温度系数，温度系数是对预设标准曲线进行的修正。实际操作中，通过检测温度，计算出温度系数；将检测的T/C值除以温度系数得到校正的T/C值，再带入25℃标准曲线，得出校正的浓度值。

尽管已用于解释说明的目的公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员可理解，可做出各种改变、增添和替换，而不脱离如后附权利要求所公开的本发明的范围和精神。

Claims (16)

1.一种校准检测试纸的待测样本浓度的方法，其特征在于该方法包括温度校准的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述温度校准的步骤包括：

A)输入温度值，调取与该温度最适合的标准曲线或根据该温度对预设标准曲线进行修正；

B)依据标准曲线计算样本的浓度值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述温度校准的步骤包括：

A)通过不同温度下所对应的温度系数对检测的信号值进行校准，然后计算出待测样品浓度值；或

B)输入温度值和样本检测信号值，通过运算输出校准后的浓度值。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述方法还包括如下步骤：

A)采集试纸信号；

B)对所获取的测试区或/和控制区的信号值进行相关的运算得到运算结果γ；

C)采集温度值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于该方法中步骤A是指通过信号采集元件采集试纸信号。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于该方法中步骤B是指通过运算元件计算比值γ。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于该方法中步骤C的采集温度值是通过手工输入或通过嵌入在检测分析仪的温度采集元件读取。

8.一种分析检测试纸数据的检测装置，其特征在于所述装置包括如下组件：

信号采集元件，其中所述信号采集元件用于采集试纸信号；

输入元件，其中在所述输入元件中输入一种或多种选自以下信息：A)获取试纸测试区和控制区的信号；对所获取的测试区和控制区的信号进行相关的运算得到信号值；B)温度；和C)含有产品批号的信息；

存储元件，其中所述存储元件用于存储试纸的温度或/和校准曲线的数据；

分析元件，其中所述分析元件通过调取输入元件的信息值和存储元件的数据库，进行相关的运算并分析校准；

输出元件，其中所述输出元件将校准后的数据存储并输出。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于该检测装置中存储元件、分析元件或/和输出元件通过数据线或互联网的形式与检测装置连接。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于该装置还包括：

温度采集元件，其中所述温度采集元件用于检测环境温度或反应区域温度。

11.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于该装置输入元件中信号值为光信号、磁信号、电信号或图像信号。

12.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于该装置的存储元件为硬盘、存储卡或内存卡，其中内存卡为内存、ROM、RFID卡、IC卡、NFC等数字化信息存储单元。

13.如权利要求10、11或12所述的装置，其特征在于该装置中还包括检测试纸条。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于该装置中用于测试的试纸条为免疫层析、酶学或化学显色试纸条。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于该装置中所述试纸条包括识别码，识别码为二维码、条形码或其他用于区分试纸的类型和批次信息的识别编码。

16.如权利要求14或15所述的装置，其特征在于试纸条为测试C反应蛋白、心型脂肪酸结合蛋白、降钙素原、N末端脑钠肽前体、D-二聚体、心肌肌钙蛋白I、肌红蛋白或肌酸激酶同工酶的试纸条。