CN108139318A

CN108139318A - 分析仪器、相关系统以及方法

Info

Publication number: CN108139318A
Application number: CN201680052946.XA
Authority: CN
Inventors: 桑德拉·奥斯特; 约翰·坎宁
Original assignee: Australia Sensor And Identification System Pte Ltd
Current assignee: Australia Sensor And Identification System Pte Ltd
Priority date: 2015-09-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2018-06-08
Also published as: EP3347695A4; US20190154566A1; AU2016321445A1; EP3347695A1; WO2017041129A1; US10458902B2

Abstract

公开一种分析部件和相关的系统和方法。分析部件可与配有检测光的检测器的电子设备一起使用。该部件包括：样本架，用于保持样本；检测器位置，检测器或电子设备的检测器部分被定位于检测器位置以检测样本反射的光；和结构部件，将样本架与检测器位置隔开预定的距离；其中分析部件配置成允许来自光源的光照射样本，使得被样本反射的光能被检测器接收以分析样本。相关的系统包括该分析部件和检测所述样本反射的光的检测器。相关的方法包括提供该系统，将分析部件相对于电子设备定位以使得检测器或电子设备的检测器部分被放置于检测器位置处；将样本插入到样本架中；用光源照射样本；聚焦检测器的光学系统使得样本的至少部分图像在检测器的检测平面上形成；使用检测器接收样本反射的光和分析所接收的光以确定样本的成分。

Description

分析仪器、相关系统以及方法

技术领域

本公开涉及一种用于智能分析的仪器，仪器包括分析部件，和例如但不限于智能手表、智能贴片、智能鞋、手持式电子设备、平板电脑、智能腰带、智能手套、智能眼镜、智能手机、无线电话、移动电话、iPad、智能冰箱、智能电视等的智能设备。本公开还涉及一种分析部件本身以及相关的方法。

背景技术

智能设备例如智能手机和平板电脑在日常生活中日益地突出。包括智能眼镜和智能家用产品在内的其他设备也开始被人们所接受。智能设备使用的增加不仅是因为它们通常便携且配备有无线通信以促进和其他设备的连接，也是因为智能设备通常配备有信号检测和处理能力。例如，智能手机通常具有内置相机并运行程序以分析相机所获得的图像。

智能设备使用的增长使得智能设备在多种行业中都实现了实用性。例如，在健康与健身行业中，智能手机可以用于追踪个人的健身计划。又例如，在音乐行业中，智能手机可以用于记录和编辑声音。

最近，尤其是随着个人化医疗这一概念的形成，提出了在医疗行业中智能设备作为诊断工具的潜力。

发明内容

第一方面，本发明提供了一种用于与配备有检测光的检测器的智能设备，如手持式智能手机设备一起使用的分析部件和/或仪器，部件包括：

样本架，用于保持样本；

检测器位置，检测器或电子设备的检测器部分被定位于检测器位置以检测样本反射的光；

结构部件，将样本架与检测器位置间隔开预定的距离；

其中分析部件配置成允许来自光源的光照亮样本，使得被样本反射的光能够被检测器接收以分析样本。

该分析部件可以通过蓝牙无线技术、声呐、自由空间光学器件或其他远程操作手段或无线通信远程地由智能手机操作。

分析部件的结构部件可配置成将样本架与检测器位置间隔开预定的距离或距离范围，以使得在使用中，样本在与检测器相关联的或形成所述检测器一部分的光学系统的焦距处或附近被检测。自动对焦系统可以放宽对距离的要求。

使检测器能在检测器的光学系统的焦距附近捕捉样本的图像可以实现更精确测量的优势。这对于基于诊断量化之前的可视化的结果尤为重要。

根据一个实施例，部件/仪器可以以检测器的检测平面(即检测器的部分包括传感器)或电子设备的检测部分的检测平面面向远离样本架的形式使用。在另外的实施例中，部件在使用时，检测器或检测器的部分可以与样本架成大约90°的方向。

分析部件可包括配置成将样本架所保持的样本所反射的光偏转向检测器位置的光学装置。光学装置可包括一个或多个反射镜。反射镜可以是一个反射任意波长的光和/或热的反射结构。反射镜也可以为衍射结构，例如光栅。反射镜可以为任何可以重新导向光的对象，包括但不限于弯曲的波导。反射镜可以为平面镜或曲面镜。反射镜可以被定位为相对于所述检测器位置的锐角。另外地，或额外地，光学装置可以包括透镜。

检测器可包括位于分析部件的壁的窗。另外，分析部件可以包括分隔器，分隔器在使用时将样本架与手持式电子设备隔离。将样本架与检测器位置间隔开的结构部件可以是分隔器的一部分。检测器位置可以限定在分隔器内。分隔器还包括开口区域以使得设备的光源可以照射到样本。

样本架可以包括至少两个能够接收样本的样本接收元件，并且样本接收元件被定位于相对于检测器位置不同的距离上。至少两个样本接收元件为样本架的结构部件内的细长凹槽的形式。

分析部件可包括用于将分析部件可拆卸地固定于手持式电子设备的附接件。附接件可包括围壁，其中围壁的一部分具有弹性且配置成可拆卸地接合与电子设备的边缘。另外，附接件包括具有用于接收包括检测器的手持式电子设备的至少一个端部的狭槽的围壁。根据这些和其他的实施例，因此分析部件可以提供能够适合、接附于、或用于任意尺寸的手机、平板电脑或其他设备的优势。

围壁的至少一部分的内表面可以绕着样本架延伸，并且可包括一个或多个光学部件，用于加强样本架上样本的照明。一个或多个光学部件可以将光源的光导向样本架。

分析部件可以包括反射光栅，反射光栅相对于样本架被定位使得当样本被照射时，样本的图像被投影到反射光栅上，以形成要被分析的图像的光谱。

分析部件的深度可以具有小于分析部件的长度和宽度的尺寸。

分析部件可以包括用于储存样本的隔间。

电子设备可以为手持式设备，其可集成智能设备，例如智能手机或平板电脑(或iPad等)，或可穿戴式智能设备，例如智能手表、智能服装、智能腰带等。

电子设备可以为智能设备，例如智能手机或平板电脑(或iPad等)，或可穿戴式智能设备，例如智能手表、智能服装、智能腰带等。

根据第二方面，本发明提供了一种分析样本的系统，包括：

根据第一方面的分析部件；和

用于检测样本反射的光的检测器。

系统可以包括智能设备，智能设备包括安装有用于使用例如行扫描、波长补充行扫描等特定的过程进行诊断的软件应用程序。

因此分析部件和智能设备可以是作为科学仪器或者独立诊断仪器的组合设备。智能设备可以作为仪器的内置计算机和/或部件。独立仪器可包括其他部件，包括电子电路、光学部件和芯片组(例如Arduino^TM芯片、Raspberry Pi^TM计算设备)。独立仪器也可以通过蓝牙无线电通信设备、声呐或其他无线通信由第二个智能设备操作或与第二个智能设备通信。也可以与声呐连接的云服务或其他接收声呐的技术通信。在一个实施例中，声呐可以用于在本地网络中桥接计算机、设备和部件。在其他实施例中声呐可以在水环境中更好地起作用。

在其他例子中，可以使用射频识别(RFID)芯片来分离和处理数据，并通过独立于智能手机的无线通信来操作系统，例如从远程位置操作。RFID芯片也提供设备的信号识别。Arduino^TM设备有时包括RFID芯片。

在其他例子中，可以使用光通信。在一个实施例中光通信可以耦合到光纤传感器系统。在另一个实施例中可以使用自由空间光通信，例如通过检测调制的LED和/或激光发射在两个只能设备之间的通信。这对于需要保密和隐私的直接通信特别地有用。

根据一个实施例，样本架的一部分和结构部件形成第一平面，并且检测器的检测平面大致平行于第一平面。

检测器可以为手持式电子设备的检测器，电子设备被布置为将与检测到的光相关的信息转移到另外的配置成分析所检测到的光的设备。

系统可包括与分析部件一起使用的手持式电子设备，并且检测器可以为该电子设备的检测器。

电子设备可配置成分析所检测到的由样本所反射的光。

电子设备可配置成分析由检测样本反射光而形成的图像。

根据一个实施例，分析部件和电子设备均具有纵轴，并且部件相对于电子设备被定位使得部件的纵轴大致平行于设备的纵轴。

另外地，根据另一个实施例，分析部件和电子设备均具有纵轴，部件相对于电子设备被定位使得部件的纵轴大致垂直于设备的纵轴。

电子设备可包括用于照射样本的光源，以使得检测器检测光源被样本所反射的光。

系统可包括用于照射样本的发光二极管(LED)，以使得检测器检测LED被样本所反射的光。

电子设备可包括前表面上的用户界面和相对的后表面，其中分析部件被定位成使得检测器位置抵靠后表面。

另外地，手持式电子设备可包括前表面上的用户界面和相对的后表面，其中分析部件被定位成使得检测器位置抵靠后表面。用户界面可以包括照明屏幕，照明屏幕能够照射样本使得检测器可检测屏幕的由样本所反射的光。另外，分析部件可以延伸到用户界面的一部分，以使得用户界面余下的部分可以在分析部件就位时使用。

系统中的电子设备可以被布置为处理从反射光栅产生的光谱并且基于该光谱产生对于光亮度和波长的比较。根据一些实施例，电子设备可以被布置为分析由反射光栅分离的各个颜色。

系统的检测器可检测样本所反射的红外光，或另外地，检测样本所反射的可见光。

根据第三方面，本发明提供了一种分析样本的方法，包括：

提供具有用于保持样本的样本架的分析部件，分析部件还包括检测器位置，检测器或电子设备的检测器部分被定位于该检测器位置以检测样本反射的光；

将所述分析部件相对于配备有用于检测光的检测器的电子设备定位，以使得检测器或电子设备的检测器部分被放置于检测器位置处；

将样本插入到样本架中；

用光源照射样本；

聚焦检测器的光学系统以使得样本的至少一个部分的图像在检测器的检测平面上形成；

使用检测器接收样本所反射的光；和

分析所接收的光以确定样本的成分。

针对电子设备中的差异，可以使用参考例如行参考或颜色参考来执行校准过程。这可以是但不限于前述的测试条和/或并入的亮度参考、颜色参考、颜色RGB分离参考、或颜色图表。因此本方法可以包括在样本插入样本架之前或之后通过内部或外部的眼侧参考执行检测器的校准。方法可包括其组合。

方法还包括将关于所接收的光的信息发送到另外的电子设备，以使得的另外的电子设备分析所接收的光。

分析所接收的光的步骤可以由电子设备所执行。电子设备可以为手持式电子设备。

分析所接收的光的步骤可以由光学设备执行。光学设备可以为手持式光学设备。

方法还可以包括使用探测到的光形成样本的图像。

分析所接收的光的步骤包括对样本的图像执行比色分析。比色分析可包括获取样本的图像的红-绿-蓝(RGB)值。另外地，比色分析可包括获取样本的图像的色调-饱和度-明度(HSV)值。

定位分析部件的步骤可包括将分析部件接附于电子设备。

在检测器接收样本所反射的光之前，方法可包括将分析部件定位于一个平面表面上以使得部件位于手持式电子设备和该平面表面之间。

方法可包括从样本后方照射样本，以将样本的图像投影到反射光栅上以生成要被分析的样本的光谱。应该理解的是，后方照射不限于光谱分析，也可以用于比色应用以实现均匀分布的照明和避免反射。

方法可包括在检测器接收样本所反射的光之前过滤掉样本反射的光的一部分。滤波器可以为气态物质的透明容器的形式，样本所反射的光的至少一部分可以通过该容器。

方法可包括对信号的电子或光子处理以模拟参考。

电子设备可以为智能手机或平板电脑或任意智能设备，包括但不限于智能手表、智能腰带、智能冰箱、智能电视、智能贴片、智能帽、智能眼镜、智能汽车。方法可包括使用智能手机或平板电脑的光源照射样本，或使用智能手机或平板电脑的照射的用户界面照射样本。

另外地，方法可包括使用发光二极管照射样本。

将样本插入到样本架中的步骤可包括插入包含待分析的体液或组织的容器。另外地，样本插入到样本架中的步骤可包括插入包含待检测的人的呼吸的样本的容器。

根据本公开的方法的实施例，即时数据收集由可以便于样本的图像捕捉的软件应用所执行。二次过程可以分析该图像数据。

在一个实施例中，数据的快速收集可以涉及但不限于在线测试条的情况下在单个方向上执行行扫描，或在方形测试条的情况下在两个方向上执行行扫描的应用。在另外的实施例中，行扫描可涉及用于RGB分量的单独行扫描，其可以通过每个RGB分量之间的增加或减少或执行其他功能以改善信噪比。

也公开了在智能手机、平板电脑或其他智能设备上实现的分析应用，和处理数据的方法，其中处理包括对于特定的应用的特定的途径。途径可以是瞬时的和/或基于时间的，随着时间检测样品的例如疾病或感染的演变(但不限于)。这种时间依赖性可以提供疾病的传播率的信息，因此可以用于网络的生物医学映射和分析。这是该仪器物联网功能的一个例子。

值得注意的是，为了本公开的目的，术语“颜色”包括所有的波长，例如但不限于可见光、红外光、近红外光和紫外光。

也公开了一种分析样本的方法，包括：

将分析部件相对于配备有用于检测光的检测器的电子设备定位，以使得检测器或电子设备的检测器部分被放置于检测器位置处；

将样本插入到样本架中；

用可见光中红、绿、或蓝光谱带的光照射样本；

使用检测器接收样本所反射的光；和

分析所接收的光以确定样本的成分。

该方法可以包括聚焦检测器的光学系统以使得样本的至少一个部分的图像在检测器的检测平面上形成。

附图说明

参考附图，通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1为分析部件与手持式电子设施一起使用的一个实施例的侧面立体图；

图2为图1中显示的分析部件的从“P”视角的立体图；

图3为根据另一实施例的分析部件的立体图；

图4为根据另一实施例的分析部件的正视图；

图5A和图5B为根据另一实施例的，使用中的分析部件的立体图；

图5C为图5A和5B中显示的分析部件的正视图；

图5D为图5A和5B中显示的分析部件的后视图；

图6A为根据另一实施例的分析部件的正视图；

图6B为图6A中显示的分析部件的后视图；

图6C为图6A和6B中显示的分析部件的立体图；

图7为根据另一实施例的，使用中的分析部件的立体图；

图8A为根据另一实施例的分析部件的后视图(左)和前视图(右)，示出了分析部件的位置如何相对于设备进行调节；

图8B显示了图8A中显示的分析部件的立体图(左)和后视图(右)；

图9A显示了根据另一实施例的分析部件的前视图；

图9B显示了图9A中显示的分析部件的立体图；

图10A显示了根据一个实施例，与分析部件一起使用的照明设备的正视图；

图10B显示了图10A中显示的与分析部件一起使用的照明设备的后视图；

图11A至11C为根据不同的实施例的分析设置的示意图；

图12为根据一个实施例，分析物浓度和来源于HSV值的1/色调的曲线图的示例；

图13为根据本发明的一个方面的方法的流程图；

图14A显示了可以使用根据本发明的一个实施例的系统和方法分析的样本的示意图和相关的行扫描；

图14B显示了图14A中显示的行扫描相关的光谱；

图14C显示了可以使用根据本发明的一个实施例的系统和方法分析的样本的另一个示意图和相关的行扫描；

图15A显示了可以使用根据本发明的一个实施例的系统和方法分析的样本的测试条的示意图；

图15B显示了可以使用根据本发明的一个实施例的系统和方法分析的样本的测试条的示意图；

图16显示了本发明可扭转的适配器的示意图；

图17A为根据本发明的一个实施例的系统的俯视图；

图17B为图17A中显示的系统的分析部件的后视图；

图17C为图17A和17B中显示的系统的分析部件的立体图；

图17D为图17A中显示的系统的立体图。

具体实施方式

参见图1和图2，显示了用于配备有用于检测光的检测器112的手持式电子设备110的分析部件100。在这个实施例中，手持式电子设备为移动电话或智能手机110，并且检测器为智能手机内置的相机112。分析部件100包括用于保持样本116的样本架114，检测器位置118，用于定位相机112(或其一部分，如外镜头)，和结构布局，将样本架114与检测器位置118分隔开预设的距离“D”。分析部件100还配置成使得来自光源的光能照射样本116。因此来自光源的光可以被样本116反射并被探测器或相近116接收或捕捉，以用于分析样本116的目的。在这个实施例中，光源为与相机112配合的智能手机的内置相机闪光灯120。

换言之，在这个实施例中分析部件100为智能手机110中的相机112提供了结构布置，以捕捉样本116的图像用于后续分析。电子设备或智能手机110可配置成分析所检测到的由样本所反射的光。在这个实施例中，检测到的光形成样本116的图像，图像可显示在智能手机110的显示器122上。图像可以由安装于智能手机或其他计算设备的合适的程序或应用处理，例如利用比色分析技术。

在说明书中，术语“比色分析”或其变体指的是基于检测到的样品的颜色或颜色的变化定量或定性评估样品成分的方法。颜色的探测或颜色的变化可以在单不限于电磁光谱的可见、紫外、近红外或中红外部分中。

另外，在说明书中，术语“检测器”指的是任意以检测或感测某事物如物体、物质、或能量的存在的方式来操作的设备、装备、仪器或其部件。例如，在说明书中，相机被考虑为是一种检测器是因为它通过检测或感测物体所反射的光来操作。

提供上下文，已知在医学或其他应用中使用比色或试剂测试条，其根据施用到测试条上的样本中的分析物浓度和成分改变颜色。这样的测试也应用于但不限于农业和食品工业、工业安全、和国防中，例如防御生物武器。然后通常将测试条与颜色图表相比较以提供分析物的浓度或成分的指征。本发明的实施例通过在适合于比色分析的设备捕捉待评估图像的样本的图像时，提供将样本保持在所需位置的分析部件，方便了样本中分析物的比色分析。

再参见图1和图2显示的分析部件100，根据该实施例，分析部件包括用于方便样本分析的第一部分124，和用于将部件100附接于智能手机的第二部分126。

在这个实施例中，第二部分126尺寸设置为以包住智能手机110的形式接收智能手机110，同时使显示器122可见并露出以与用户交互。特别地，第二部分126包括周围侧壁132，周围侧壁132配置成与智能手机的周围边缘相配合。侧壁132可具有弹性以便于第二部分126装配到智能手机110。

部件还包括以分割壁128的形式的分隔器，以及外围壁130。分割壁128位于第一部分124和第二部分126之间，并因此将分析部件100分隔为第一部分124和第二部分126。分隔壁128有效地用于将样本架114和样本116与智能手机110隔离。在使用中，如果智能手机显示器122被视为智能手机110的正面，则第一部分从第二部分126的背面延伸。

外围壁130从分割壁128延伸并与分割壁128垂直。外围壁围绕分析部件100中用于样本分析的区域，包括样本架114和检测器位置118.外围壁130与周围侧壁132对齐，并且因此壁130和132可以被视作一个单独的、整体的壁。因此，部件100包括与智能手机110相似的长度和宽度尺寸。因此，分析部件100的深度尺寸均小于分析部件的长度和宽度。这可以提供人体工程学和紧凑设计的优势。

特别地，参见图2，在这个实施例中，检测器位置118包括位于分隔壁128上的窗或开口132。窗132可以位于沿着光路长度的任意位置。在这个实施例中，窗132的大小和位置被设置为使得当智能手机110被接收在第二部分126时，位于智能手机110背面的相机112与窗132对齐。相似地，在这个实施例中，另外的窗或开口134位于分割壁128上，它的位置对齐于和相机112相关的闪光灯120。

样本架包括多个以细长并且优选地平行的凹槽136的形式的样本接收元件，用于接收样本116。根据这个实施例，样本116为以包括被施用了分析物的具有多个测试垫(如9至12)的条或测试棒的形式、或另外的测试线。可以理解的是，样本基座，即用于分析的目的而施用或接收分析物的任意物质，可以是条状之外的其他形状或形式。

多个测试垫使得同样的测试具有多个实例以建立统计可信度。另外地，多个测试垫使得多个测试可以同时进行。测试垫可包括不同的试剂用于不同的分析物或分析物的不同特性。特别是尿液测试条可以用于检测不同的特性，例如血、pH、酮、蛋白质、皮质醇等，同时提供一个整体的评估。在其他的实施例中，在可能存在常见疾病的情况中，多个测试垫可以方便来自各方的不同时间的多个现场测试。

更具体地，每个凹槽136大致地跨越分割壁128的宽度，并配置成接收测试条的长条边缘，因此将样本116保持在所需要的位置。样本架114还包括多个样本端口140，样本端口140为位于外围壁130，与一个或多个凹槽136相对齐的开口的形式。在使用中，如图2所示，测试条116可以通过插入其中一个样本端口140并且滑入相对应的凹槽136，来放置于样本架114内。当放置于样本架114时，测试条116的测试垫138面对窗132，因此面对着相机112。多个凹槽使得样本被放置于相对于相机112的不同位置。

可以理解的是，由于图2中所显示的这种特定的布置，尽管凹槽136和相机窗132基本上在样本平面中，在使用中，设备110的相机112指向与测试垫128垂直的方向。换言之，检测器位置配置成在检测器位置112上，检测器的检测平面(即传感器的阵列)面向或面向远离样本架，并且优选地，大致地与样本架114偏离90°。因此检测平面与凹槽136和检测器位置118所在的分割壁128平行。因此，为了让相机捕捉测试垫138的图像，分析部件还包括以反射镜142的形式的光学部件，用于将测试垫138所反射的光传导到相机112。在这个实施例中的反射镜142为长条形反射镜，基本地跨越分割壁128的宽度。

特定地，反射镜142定位于相机112附近，相对于分割壁128呈锐角以使得反射镜的反射表面144部分地面对于测试垫138，也面对相机112。因此样本架114和反射镜142大致地放置于分析部件100的第一部分124的相对的端部上，使得测试垫138和反射表面144稍微彼此相对。相机窗132放置于样本架和反射镜142之间，但更靠近反射镜142，反射镜142与相机具有夹角，例如相对于分割壁呈45°至60°角之间。可以理解的是，如果闪光灯120被放置于靠近相机112，来自闪光灯120的光也会通过反射镜142被传导向样本。

因此，在使用中，用户将测试条116插入其中一个凹槽136并且使用智能手机120的相机112拍照。拍照时，闪光灯120操作以照射样本并且使得光被测试垫138反射并沿着智能手机的长度行进到反射镜142的反射表面144，反射表面144又反过来将光传导至相机122。作为结果，相机112捕捉到测试垫138的图片，特别是彩色图片，用于之后使用比色技术分析。

根据本实施例和其他实施例，本发明的显著优势在于相机窗132(和相机112)以预定的距离“D”从样本架114(和样本)分隔开，使得相机132在相机132的焦点处或焦点附近捕捉样本的图像。已知智能手机的相机具有大约24mm至30mm的焦距，近似于样本架114与窗112之间的距离“D”。因此，样本架114和窗112之间的部分分割壁128可以被认为是分析部件100的结构部件，将样本架114与检测器位置118分隔开。

通过将样本116放置在相机112的焦点或焦点附近，本发明的实施例可以改善样本的成像和智能手机110或其他配置于数字比色分析的设备在后续的信号处理。相反地，样本没有放置在焦点会导致颜色值产生变化，导致降低结果的重复性。

使用反射镜142将样本116所反射的光转向到相机也提供了优势，使得样本116可以在相机116的焦点或焦点附近成像，避免了需要将样本直接放置在相机112的前方。因此，在使用中，第一部分可以沿着手机的长度放置，因此提供了紧凑的设计和人体工程学设计，并且也具有用户友好性。

另外地，由于各制造商的智能手机及其相机之间有着差异，通过具有多个定位于不同的相对于检测器位置118的固定距离上的平行凹槽136，用户可以通过将样本移动到离相机窗132更近或更远的其他凹槽，调节样本116和相机112之间的距离。

在使用中，接附于智能手机110的分析部件100可以以图1所显示的方式定位，外围壁130在平面表面上，以在捕捉图像时阻挡大部分来自外界的光。在这个位置上，用户也可以使用用户界面122或屏幕来操作收款，例如操作相机和查看分析的结果。另外地，部件100可包括可移除的覆盖物，例如附接在外围壁130上的铰接盖，以关闭住第一部分124。

本发明的实施例也提供了避免或降低在整个分析过程中样品接触到智能手机的可能性的优势，对于某些样品，与智能手机接触可能会是不可取的，例如包含尿液或血液的样品。因此，分割壁128将样本架114与智能手机110分离，因此样本116只接触分析部件100的第一部分124。另外，在一些实施例中，第一部分124和第二部分126相互之间可拆卸，因此使得第一部分124可被分离以进行清洁。另外地，第一部分124(或整个部件)可以为一次性的，因此使用后可以被简单地被丢弃并用新的第一部分代替。

参考图3，描述本发明的其他实施例。对于与图1和图2中相同或相似的特征，使用相似的标号。

根据另一个实施例，另一个调节路径长度的方法为使用光学透明但高折射率的块，其可以放置于样本和检测器之间。

根据另一个实施例，代替反射镜142，图3显示了一个曲面镜310.7。使用弯曲的或曲面的镜对于将更长的测试条或具有更多测试垫的条安装入成像窗是特别有利的。

照射分析部件中的样本100时需要一致的照明条件，以优化结果的准确性。例如，更加一致的照明条件可以通过散射或过滤掉不需要的光而实现，因此改善相对于由检测器或相机检测的光信号的信噪比(SNR)。可以使用各种光学部件来进行这种优化，例如反射镜、反射光栅、多路光学器件和/或波导。

作为另一个例子，可以利用被设计为将不需要的光从检测器或相机散射的扇材料或远离检测器倾斜的表面来时间更加一致的照明条件。例如，这种不需要的光可能来自表面的背反射。额外地或另外地，可以利用第一部分124的内表面的周期性散射点、位置或区域来漫射光并保证均匀的光照。

例如，参见图4，在一个实施例中，可以通过第二部分124的内部的光散射来实现照明条件的改善。这里，光管或光波导408接附于分析部件110的第一部分124的外围壁130的内部，以沿着外围壁130的长度释放不同量度的光412，以实现对于样本116更均匀的照明。光管408可以由3D打印出，因此可以做得非常小。另外地，可以使用外围壁内部的反射器来增强样品的照明。

放置在合适位置的屏障也可以减少激发光到达相机112。例如，可以在光源和相机112之间放置屏障以减少激发光。相似地，屏障可以放置在样本的光可能散射向相机112的一侧。

过滤掉不需要的光并优化比色读数的准确性的另外的技术为使用光学器件，例如多个波导，来从测试条中隔离或“选择”特定的颜色(即过滤掉其他的颜色)并且直接在检测器或相机上成像。这可以提供更快的测量并且也减少检测器112接收到不与所需要的测量相关的波长。这也可以去除由测试条的测试区域周边所散射的额外的不需要的光。例如，绿色滤波器只允许绿光到达检测器，使得对于绿光信号的测量不会受背景光所稀释。

可以使用设计为与特定的测试条相配的简单开口来屏蔽来自测试条区域的不需要的光散射。作为另一个非限制性的例子，近红外传输滤波器可以用来允许近红外光传导并且减少所有的可见波长。相比于近红外，可见光波长通常在检测器上有更高的信号产生并且因此产生不需要的背景信号，因此会减少信噪比。

另一种将不需要的光从检测器位置转移出的方法是使用多个焦点，使得焦点处只收集跟着正确轨迹的光线。还有一种方式是使用基于标准具的滤波器以收紧到达检测器或相机所需的路径长度。

根据另一个实施例，提供可连接的照明设备，例如发光二极管(LED)来照射样本，而不是使用智能手机或其他电子设备的相机闪光灯112。使用LED来替代相机闪光灯120可以最小化额外的光散射。由于其光谱，LED对于白光早已“过滤”，因此将会对于某些测试提供更好的信噪比。手持式电子设备可以装配有LED，或者LED也可以设置为与电子设备分离的部件。另外地或额外地，LED可以设置为分析部件的一部分。

例如，参见图10A与图10B，LED设备1010可包括连接器1012，例如USB(通用串行总线)、微型USB、闪电或雷电连接器、或其他合适的连接器。连接器1012位于设备1010的一段并且可以与相对应的智能手机110的输入插口1014连接，用于从智能手机获取给LED的电力。设备1010还包括长条形布线部分1016和在与连接器1012相对的端上的LED。分析部件100的外围壁130可以具有开口，设备1010的LED端可以通过开口进入第一部分124的内部以照射样本116。在图10所示的实施例中，LED放置于靠近样本的位置。

LED可以操作为相机112捕捉样本图像时的闪光灯LED和/或操作为提供恒定的照明。其他特种LED可以在不同的应用中使用，例如发射特定颜色的光、激发荧光、或近红外(IR)波长探测。例如，绿色LED可以用于照射样本以突出与红色样本的颜色对比。在另一个例子中，紫外光可以用于激发绿色荧光。在其他接下来会讨论的例子中，进红外和中红外可以在某些应用中使用。

参见图5A至图6C，根据本发明的另一个实施例，分析部件100配置成与智能手机110或其他可移动设备配合以使得智能手机110的屏幕被用于照明。图5A至5D显示了分析部件500。分析部件500中与分析部件100相似的特征用相似的标号标出。

部件500和部件100的区别之一是，与分割壁128跨越了部件100的整个长度不同，部件500的壁528跨越部件500的长度的一部分并终止在边缘542，留出了空隙“G”。然而，壁528用于将用于捕捉样品的图像的第一部分524与用于接收智能手机110的第二部分524分隔开。

另一个主要的区别是，部件500的外围壁530包括狭槽546，狭槽546位于部件500的端部550上，而智能手机110的周围边缘被完全地接收于部件100的第二部分126的周围侧壁132内。狭槽546具有允许智能手机110首先将上端滑入部件500的第二部分526的宽度。特别地，狭槽526使得智能手机110以屏幕122面向壁528的形式被接收于部件中。

由于上述的区别，部件500使得智能手机的屏幕122透过空隙“G”照射部件的第一部分524。另外地，智能手机通常在智能手机110的前面设置有屏幕相机512，并且如上文所讨论的，智能手机110的后面有相机112。因此，在这种布置下，由于智能手机110朝向第一部分524，可以在屏幕122照射样本的同时利用屏幕相机512捕捉样本116的图像。就此而言，壁528也可设置窗532，屏幕相机512可以在呈角度的反射镜142的协助下通过窗532照到样本116。

图5A至5D中显示的实施例提供了具有更大的、离样本116更近的照明源(智能手机屏幕122)的优势。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括本文所述分析部件和与分析部件一起使用的电子设备的系统。电子设备可以是手持式电子设备。电子设备可以是智能设备，例如智能手机或平板电脑。这样的智能设备可以被配备为对于待分析的样本执行比色分析。另外地，智能设备可以被配备为将与捕捉的样本的图像相关的信息转移到另外的配置成分析该图像的设备，例如台式计算设备。在另一个替代方式中，电子设备可以是相机或其他可以检测光的设备，例如红外读取器，然后可以被配备为将与检测的光相关的信息转移到另一个能够执行比色分析的设备上。在一个实施例中，分析部件和电子设备形成一个单独的、整体的设备。

再参见图6A至6C，显示了分析部件600的另一个实施例。与部件500类似，图6A至6C中显示的实施例被配置以使得可以利用智能手机110的屏幕122来照射样本。与部件500的主要区别是部件600的整体长度“L”小于部件500。

因此，在使用中，当部件500覆盖了智能手机110的屏幕区域122的大部分时，部件600覆盖屏幕122的大约一半区域。因此，智能手机屏幕122在使用时区域“A”留在部件600的外部。这提供了智能手机110的用户可以在智能手机110被接收于部件600时可以一下使用屏幕的一部分(区域A)的优势。因此，智能手机110的屏幕122可以被有效地划分以执行不同的功能：照射样本；和用户界面。

根据一个实施例，在屏幕的不同部分可以分别地使用三个RGB二极管以执行对于不同物种的不同激发。

在图6A和图6C中，根据另一个实施例，值得注意的是，反射光栅542被定位于部件500的端部550的内表面，并且样本116的测试垫138面向光栅542。反射光栅导致入射到其上的光色散产生光谱。在这个实施例中，测试条116可以从后方被照射，例如被屏幕122的光照射并且被投影到反射光栅542，因此产生样本116的光谱。之后样本光谱的图像被反射在反射镜142上并且可以由相机512捕获。之后图像可以使用智能手机中合适的软件应用处理，以得出亮度对应波长的图像。可以选择结果中图像的峰并且与已知的峰特性的数据库进行比较以确定样本的成分。电子设备可以被布置为分析由反射光栅分离的单独颜色。在另一个例子中，由于这种设置中从测试条到检测器的距离较短，有必要使用反射镜来代替光栅542。因此光栅542或该反射镜被定位以使得其反射向反射镜142。或者，反射光栅542可以由反射镜代替，而且反射镜142可以由反射光栅代替。如果路径长度足够在没有第二个反射镜(即光栅542)的请款下到达焦距，则其可以被移除并且只需要相机旁边的光栅，并且测试条面对反射镜/光栅142。

在测量之前，可先成像一个未使用的测试条，以使得测量可以与一个标准相比较。或者，可以使用颜色参考用于这个校准步骤。颜色参考可以是测试条的一部分或者设备的一部分。后文将会更详细地讨论校准过程的一个例子。

根据这个实施例，通过使得样本光谱成像并且得出亮度对应波长的图像，由于化合物和元素具有独特的亮度光谱，可以获得样本成分的更准确的识别。值得注意的是，这种反射光栅布置可以在本发明的其他实施例中实施。

本发明的实施例提供了具有可以直接测量样本的优势的分析组件。因此，可以考虑除了测试条形式之外的其他样本测试。在这方面，分析部件的样本架可以特别地配置成用于其他形式的样本。例如，样本架114的样本端口140和凹槽136可以被更改为接收透明管、小瓶、或其他包含固体、液体或气体的适宜容器。

由于可以分析固体、液体和气体样本，本发明的实施例也提供了使得除了涉及检测可见光谱中的颜色或颜色变化的那些类型之外的比色分析类型成为可能的优势。许多化合物具有不同的红外带或单独地具有紫外活性，并且可以通过检测和与已知特性的数据库比较直接地被确定。因此，考虑使用主要地检测可见光的检测器之外的检测器。例如，可使用近红外、中红外和紫外检测器。

因此，在本发明的一些实施例中，电子设备可以是红外或紫外检测器。这种检测器可以自身被配备为用于比色分析、或至少配置成将有关于检测到的信号的信息(有线或无线地)转移到其他能够实现比色分析的另一台设备。或者，智能设备可以与红外检测器结合。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括本文所述分析部件和与分析部件一起使用的电子设备的系统。电子设备可以是智能设备，例如智能手机或平板电脑。这样的智能设备可以被配备为对于待分析的样本执行比色分析。另外地，电子设备可以是相机或者可以检测光的设备，例如红外读取器，然后可以被配备为将与检测的光相关的信息转移到另一个能够执行比色分析的设备上。在一个实施例中，分析部件和电子设备形成一个单独的、整体的设备。

本发明的一些实施例提供的其他优势是分析部件适用于各种的电子设备，无论它们的形状、尺寸和配置如何。对此而言，分析部件可以包括柔性的附接件或元件，用于将分析部件固定于智能设备上。例如，由于它们用于接收智能手机110，有弹性的附接件可以分别是部件100和500的第二部分126和526。第二部件的柔性特性可以有助于适应不同尺寸的智能手机。第一部分126或526可以为刚性或柔性。由于可以使用3D打印机的柔性细丝，可以通过3D打印制造分析部件。

或者,参见图7，根据一个实施例，分析部件不包括用于接收电子设备的一部分的第二部分。而是，在这个实施例中分析部件700有效地只包括部件100的第一部分124。由于部件700不再限于与适合附接部例如第二部分126的设备一起使用，因此部件700可以自由地定位于相对设备的任意位置，例如配备有相机712的平板电脑710上。

显著地，分析部件700的相机窗732可以自由地定位于平板电脑710的相机712的确切位置，以捕捉样本116的图像。可选地，部件700也可在壁128的表面设置附接元件，例如夹子、吸盘或临时粘合剂，以便在使用中可拆卸地将部件600固定于平板电脑710。

图8A和图8B显示了另外一个分析部件800的实施例。在这个实施例中，部件800与部件500相似之处在于包括第一部分824，用于捕捉样本116的图像、第二部分826，用于接收智能手机810、和在周围壁832上的狭槽，用于接收智能手机。然而，与部件500不同，代替或除了狭槽设置于端部850，周围壁832的侧部852设置了狭槽846。因此如图8A和8B所示，智能手机810的上端854可以通过侧部852中的狭槽846插入并被部件800接收。换言之，分析部件800配置成以例如智能手机的纵轴“X”垂直于部件800的纵轴“Y”的方式接收智能手机810。另外，狭槽的宽度“W”延伸超过智能手机810的宽度。因此，在使用中，部件800可以相对于智能手机810以标记为“R”、“L”和“U”的方向移动。这提供了允许相机窗832定位在智能手机相机812的确切位置处以解决不同智能手机设计上的变化的优势。

另外，在图8A和图8B显示的实施例中，部件800还包括一端可操作地连接在智能手机810的相机闪光灯820上的光管890。光管890的另一端设置在样本116附近，更具体地位于样本116后方，以将来自闪光灯的光引导到样本附近的区域，给样本提供更好的照明。光管824的长条形中间部分892可以设置在第一部分824内，但远离相机到样本的实现。例如，如图9所示，中间部分804接附于外围壁830的内表面。还值得注意的是，这个实施例中的反射镜842被定位于智能手机800的闪光灯820和相机812之间。

参见图9A和9B，根据另外的实施例，分析部件900可包括两个可以彼此相对移动的部分。部件900与图8A和图8B中显示的部件800相似。然而，在这个实施例中，第一部分902可以配置成接收或以其它方式可移除地附接到智能手机，并且第二部分904可以相对于第一部分902沿着部件900的纵轴线性移动或滑动。在这个例子中，这种移动通过包括长条形凹槽或引导线908的第一部分的侧壁906的内表面实现，以接收第二部分904的侧壁910的外表面上的互补部分。因此，样本架114和样本116到检测器位置118的距离是可调节的。

根据另外的实施例，公开了一种消毒分析部件的内部的方法，包括但不限于使用温度或紫外光或其组合，例如使用紫外LED以消毒病菌、细菌或病毒。另一种替代方式是使用设计为具有抗生素或抗菌性能的塑料。消毒环境对于医学应用是必要的，但也用于其他领域，以避免可能会破坏测量准确性的交叉污染。也可以使用更多更好地为特定应用定制的无菌材料，例如硅基的支架。在分析部件的多个实施例中也可以使用抗菌涂层。这可以通过使用抗菌细丝在3D打印的过程中实现或通过之后添加抗菌涂层来完成，例如使用抗菌涂层喷雾。额外地，可以使用防水(疏水性)表面涂层以擦拭清洁或在使用后在部件施用抗菌喷雾。分析部件的各实施例也可以包括防水表面以便于清洁和防止样本里的物质交叉污染。这可以通过使用合适的组成材料、激光过程或结构材料来完成。

根据另外的实施例，处于实际原因，分析部件包含额外的用于存储测试条的隔室。这个隔室符合正确的条件，即温度范围在2–30℃之间、并存在干燥剂例如硅胶避免受潮。在使用中，热电偶或其他温度传感器可以设置在分析部件内部以监测温度。

作为另一个如何通过分析部件的实施例获取更加准确的测量的例子，可以认识到颜色的变化取决于测量是的温度。因此，温度控制可以提高比色样本分析的准确性和敏感性，特别是如果在不同温度下的响应可以提高分辨率测定。对此而言，公开的实施例的各个实施例可以使用绝缘硬件材料，其使得可以将温度维持在一定范围内并且屏蔽极端的热或冷。合适的绝缘材料包括泡沫和多孔塑料。多孔塑料可以是可以由细丝的形式，其可以由3D打印出。泡沫可以是喷雾绝缘泡沫。

防止温度高于30℃和低于0℃可以为测试条提供更好的存储，并且防止用于比色分析的测试条或其他样本中使用的某些染料的分解。温度控制也可以通过结合主动加热或制冷元件来实现，例如珀尔帖设备、镍铬合金加热丝、风扇等。

作为另一个实施例，样本容器例如比色皿可以由多孔材料，例如硅树脂或其他聚合物制成，材料具有与人类皮肤相当的孔径通道(～1nm)，或由被设计为用于特定的物种以作用为分子筛的材料制成。优选的为光学透明的材料，或者材料可以被加热以释放所吸收的化学物质以用于在智能设备光谱仪(紫外-可见光谱、近红外或中红外)中识别。样品容器中特性的变化，例如阻抗、电阻和/或电容也可以用于帮助监测材料。

接下来讨论随后分析由合适的检测器捕捉的样本图像的各方面。如上文所述，该分析可以由手持式电子设备、或可以从配备为能转移读数(例如，无线地)的手持式设备接收比色读数的单独的设备进行。

首先，在分析之前可能需要校准特定的智能设备的相机。为了校准目的可以成像一个参考样本，例如不包含分析物或包含需要测试的分析物之外的分析物的测试条。之后参考的图像可以与标准颜色图表比对，例如孟塞尔颜色系统。安装在智能手机或其他设备上的分析程序可以包括合适的功能、在算法中编码的合适的参考图表、或者直接作为用于比较的图像来校准照相机。颜色图表可以作为测试的一部分或者嵌入或附接到分析部件中以便于参考。

关于比色分析，一种方法是收集样本的原始RGB数据，并处理数据(例如使用适当的程序)以将数据与已知的参考比对，例如孟塞尔颜色系统。或者，可以使用HSV(色调-饱和度-明度)值代替RGB。就此而言，可以先获取RGB值再转换为HSV,或者可以直接测量HSV值。RGB到HSV的转换是智能手机常见的能力。之后可以选择HSV的色调分量并结合到线性公式中。

例如，分析物的浓度可以表示为色调值的倒数的函数，以实现分析物和色调值之间的线性关系。例子参见图12。就此而言，各自的分析物浓度的色调值可以通过使用已知分析物浓度的溶液来测量(溶液被制备达到特定的浓度)。

之后可以将得到的校准公式引入用于比色分析的软件应用中。HSV值中的明度分量可以以相似的方式使用，其涉及孟塞尔颜色系统。可以使用预定的校准公式来通过色调值确定分析物的浓度。校准公式被预定为用于所有种类的测试条测量并且可以存储云端和从云端获得、存储于电子设备、或在智能手机应用中可用。

换言之，样本颜色和分析物的化学成分的关系可以通过取可能的浓度范围内的几个测试点并且应用最佳拟合曲线来确定。这个功能可以集成于图像处理算法中，将RGB、HSV和化学成分作为结果输出。

可以理解的是，上述描述并不限于色调值的使用，即如果更适合测量(即实现更高的准确度)，也可以使用HSV颜色系统中的饱和度和明度通道。本领域技术人员可以通过测量每个颜色值的校准公式轻易地用实验确定应用哪一种颜色值。

根据一个实施例，在测试过程中“白平衡”被锁定(在具有“自动白平衡”功能的电子设备中，即相机自动获取白平衡点)以避免不希望的信号变化。这是通过对白色样品进行成像并由此将白色设置为用于下一步骤中实际测量的固定值而完成的。或者，也可以使用(真实的或虚拟的)白色背景的颜色参考。

根据另一个实施例，参见图14A至14C,本发明提供了一种方法和系统，其通过在样本的成像应用行扫描来方便颜色定位。如上文所述，测试条116可以包括测试线或测试垫。定位成像的颜色可能会很复杂并且需要全面的算法；然而，根据这个实施例，定位可以通过只选择少量的像素(线宽度、y方向)并且沿着选中的图像的轴线(例如水平线)筛选并由此形成一条“行”的方法，大幅地得到促进。

行扫描过程可以利用本文所述的分析部件并且可以表征测试垫或测试线的图像(即使用电子设备和合适的算法)以比较测试垫或线之间的测量。可以捕捉条116的图像，选择像素“行”1404，其中的单独的颜色值被记录作为强度的函数。一个这些颜色值作为强度的函数的例子显示为跨越多个测试垫138的行扫描1402(见图14A)。之后图像的RGB颜色可以表征在样本上以获得对于每个测试垫或测试线的该条行中每个RGB分量-红(1404)、绿(1406)和蓝(1408)的光谱，如图14B所示。

在一个特定的参见图14C的实施例中，行扫描可以在图像的X和Y方向上进行，这可以是手动收集或由设备程序自动化。线扫描X1、X2、X3、Y1、Y2、和Y3，由此经过样本的每个部分1402两次：一次X方向(水平方向)和一次Y方向(垂直方向)。通过在X方向和Y方向扫描每个样本部分1410，每个X方向扫描和每个Y方向扫描交叉的点定义了样本部分相对于整体样本的位置(即，在X1Y1、X2Y1、X3Y1、X1Y2等)。每个颜色的改变可能不同并且结合以最大化数据和获取的测试垫之间的相对差异的信噪比的测量。

根据一个例子，之后HSV值可以从RGB值中获取，之后可以分析以确定在每个特定的区域内样本的成分。

特定地，由于单独颜色值的量化对于行扫描过程是固有的，即并且得到的数据之后可以转移到合适的公式，根据这个实施例的系统和方法可以用于需要相对强度测量的测试，例如尿液测试和血液测试。这个实施例也帮助改善信噪比。

图15显示了行扫描技术的另一个应用。如之前所描述的，可以使用参考样本用于校准目的，例如不包含分析物的测试条。在图15中，参考样本1504和待测试的样本1506都包括在测试条1502上。因此，当行扫描器沿着测试条1502扫描时，相关联的检测器会检测到均针对参考样本1504和测试样本1506的单独的信号，如行扫描测量1508所示。因此样本1504和1506可以彼此相比对以用于校准目的。获取行扫描读数后可以用于校准的公式的一个例子如下：C＝1-(I_ref–I_sample)/(I_ref)；其中C为相对样本浓度、I_ref为参考样本亮度、和I_sample为测试样本亮度。作为一种代替方案，如上文所述，测量行可以通过测量已知分析物浓度的样本来校准。

另外，还考虑利用智能设备或其他电子设备中的卫星和无线通讯功能来进一步使用比色分析的结果。根据一个实施例，具有GPS的智能设备配置成分析或存储样本的比色分析的结果，之后将结果连接到设备的GPS坐标。之后这样的坐标和连接的结果可以被收集用于数据处理，例如通过中央处理器。例如，这样的数据处理可以涉及实时映射分析结果以允许监测用户数据，例如：

●跟踪疾病或污染物的传播；

●快速确定疾病或污染物的可能的爆发和/或源头；

●监测人群的健康数据等。

参见图16，对于检测样品的检测器与智能手机或其他电子设备分离的实施例，也公开了可旋转的连接器或可扭转的适配器1600。这种检测器，例如用于智能手机的FLIRONE^TM红外相机，可以通过插入智能手机的电源插槽来供电。然而，不同的智能手机具有不同的插槽配置，结果使得检测器相对于相关联的智能设备所面对的方向有变化。相应地，设想旋转的连接器或可扭转的适配器，定位于电源插槽和检测器之间并连接电源插槽和检测器。连接器1600可以通过相对于B扭转连接器的一端A来改变检测器所面对的方向。

另外也公开了对于不同类型或品牌的测试条使用独有的标识。例如，可以使用条形码作为标识，条形码可以通过适宜的软件由智能设备成像和识别。条形码或其他的标识在测试条上可以为可视的或隐形的，并且可以为例如紫外或红外激活的标识。这可以提供某些制造商及其校准图表可以被识别的优势，因为某些测试可能具有特定要求和/或防止质量较差的模拟测试。也可以通过指纹或眼睛测试来完成用户识别。

如上文所述，分析部件的实施例可以用于改善各种应用的光的检测和/或比色和/或光谱样本分析。这样的应用包括：

●食品污染或食品测试(酒、奶粉、油、肉、冷冻浆果)；

●抗生素；

●食品色素(如叶绿素、β-胡萝卜素)；

●健身(如水合状态、盐)；

●有害物质暴露(如苯，那些经常暴露于危险环境的人可以测试其暴露水平，例如通过尿液测试)；

●药品(如药片的可靠性；样本分析结果也可以与医生和/或药物服务方共享)；

●用于需要长时间测试的测量(即24小时尿液测试)；

●体液中的分析物(例如用于疾病检测或药检的尿液、血液、唾液、汗液)；

●疾病和生物危害测试；

●化学测试；

●环境检测和映射；

●水测试(如饮用水或水池)；

●金属离子检测(例如水中的金属污染物)；

●农业；

●土壤检测(例如用于毒素或营养水平)；

●化学武器(例如炭疽)；

●癌症检测(例如宫颈癌，但一般是基于光谱的任何癌症检测)；

●上述的检测、映射和/或物联网分散。

在一个例子中，将讨论本发明的一个实施例的具体的医学应用。在这个实施例中，使用了红外光谱学。

幽门螺杆菌检测用于检测导致胃和小肠上部的溃疡的细菌类型。一种可行的检测幽门螺杆菌的测试是尿素呼吸测试。幽门螺杆菌产生一种叫做脲酶的酶，其将尿酸分解为氨和二氧化碳。在测试中，患者摄入包含尿素的物质(由氮和最小放射性碳制成的化学物质)并且测量一定数量的呼出的二氧化碳，从而提供胃中的幽门螺杆菌的指征。可以通过吹入气球、管或其他合适的容器的方法来收集患者的呼吸。

更具体地，患者被给予含有C¹³的尿素C¹³H₄N₂O样本，其可以与脲酶(如果存在)反应以产生氨和C¹³O₂。之后C¹³O2可以通过各种方式检测以确定感染的存在和程度。例如，值得注意的是“正常”的呼吸中具有C¹²O₂。在正常的呼吸中反应的C¹³O₂产物在较长的波长处吸收至C¹²O₂，因此例如可以通过使用窄线宽的激光或核磁共振(NMR)来区分，通常这需要几天的时间得到结果并且价格昂贵。

根据本发明的某些实施例，利用红外光谱学提供一种相对费用较低的、使用智能手机或者每个计算设备，例如具有无线功能的台式机或笔记本电脑的幽门螺杆菌测试。特定地，公开的分析部件的实施例可以有助于图11A至11C中所示的分析配置。

在图11A的示意图中，收集了C¹²O₂参考样本1160(正常呼吸)和可能包含C¹³O₂的待检测的样本1162。C¹²O₂参考样本1160相对于照射样本的红外LED源1164放置于测试样本1162的前面。LED源可以设置于分析部件或与其分离，并且可以提供照准的红外辐射。用于检测C¹³O₂的存在的适宜的检测器1166涉及于测试样本1160放置。例如，红外检测器可以用于检测样品中由于C¹³O₂的存在而增加的热量。

这里，参考样本1160作用为滤波器，因此只有红外光谱涉及C¹²O₂的部分到达样本1162。测试样本1162中任何C¹³O₂的存在会导致吸收。这种吸收可以通过许多方式测量，例如使用适宜的检测器1166直接测量吸收(由于C¹³的波长较长并且因此通过参考样本，因此到达检测器的信号与样本吸收成比例)、测量样本中由于吸收产生的热量增加、或声音信号的变化。

例如，这种吸收可以在t＝30分钟处测量，这将导致检测器1166处信号的增加。可以理解的是，有其他的方式以增强该衰减，包括使用多路径和光腔衰荡光谱。

在图11B中显示的一种替代的设置中，光通过测试样本1162然后进入C¹³O₂参考样本1168。如果样本中存在C¹³O₂(如在t＝30分钟处)，则会导致衰减，即到达检测器1166的信号强度降低。因此，作为热量和/或声音信号的信号测量到减少，但C¹³O₂参考样本1168处有增加的表观吸收。可以理解的是，有其他的方式以增强该衰减，包括使用多路径和光腔衰荡光谱。

在图11C显示的另一种替代的设置中，显示了上述的图11A和图11B的技术的结合。C¹²O₂参考样本1160作用为滤波器，去除光谱中的LED部分以使得只有用于C¹³O₂的部分到达样本。测试样本1162中的任何C¹³O₂的存在会导致通过样本的信号的衰减。当信号通过C¹³O₂参考样本1168后，这种衰减在检测器1166处进一步增强。因此，例如在t＝0处具有只有正常水平的C¹³O₂被检测到的基本水平，因此在检测器1166处为最大的热量或声音信号。在t＝30处，到达C¹³O₂参考样本1168的光减少，因此检测器1166处的热量和声音信号也减少，尽管C¹³O₂参考样本1168处的表观吸收可能增加。可以理解的是，有其他的方式以增强该衰减，包括使用多路径和光腔衰荡光谱。

参见图13，在本文公开的分析部件和系统之外，也公开了一种相关的分析样本的方法。

方法1300包括步骤1302，提供具有用于保持样本的样本架的分析部件，分析部件还包括检测器位置，检测器或电子设备的检测器部分被定位于该检测器位置以检测样本反射的光。设备的检测部分例如可以是相机的外部镜头。该分析部件可以是根据本文所述的任意实施例的分析部件。

接下来，方法1300包括步骤1304，将分析部件相对于配备有用于检测光的检测器的电子设备定位，以使得检测器(或电子设备的检测器部分)被放置于检测器位置处。手持式电子设备可以是智能手机或平板电脑、或本文描述的任意其他适合与分析部件的实施例一起使用的电子设备。

在一些实施例中，例如图1至图6C所示，当分析部件接附于电子设备时，检测器或设备的检测器部分自动地放置到检测器位置。这是因为在这些实施例中，分析部件以某种方式被设计为适应智能手机，并且检测器位置118定位与智能手机的相机112对齐。在其他的实施例中，用户调节分析部件相对于智能手机的位置，以对齐检测器位置和检测器，如图7至图9所示。

之后方法1300包括将样本插入到样本架中(步骤1306)、用光源照射样本(步骤1308)、和聚焦检测器的光学系统以使得样本的至少一个部分的图像在检测器的检测平面上形成的步骤(步骤1310)。之后方法涉及使用检测器接收样本所反射的光(步骤1312)。

步骤1306可包括根据本文描述的各种实施例将测试条116插入分析部件。另外，步骤1306可包括将测试条定位于分离的样本架内并且将样本架插入狭槽。另外，步骤1306可包括插入或定位不同类型的样本，例如包含固体、液体或气体的管或小瓶。

步骤1308可以通过智能手机或平板电脑的光源照射样本而完成，或者使用智能手机或平板电脑的照射的用户界面照射样本。或者，可以使用LED，例如图10A和图10B中显示的LED设备1010。

步骤1310可以通过光学元件的协助而实现，例如设置于分析部件的高折射率块、透镜等。在一些实施例中，电子设备例如智能手机也可以配置为自动对象所需要成像的物体。

对于步骤1312，检测器可以是电子设备的相机。或者，检测器可以是红外或紫外检测器。

最后，方法包括步骤1413，分析所接收的光以确定样本的成分。这可以通过手持式电子设备实现，如果该设备也配置为用于分析，例如安装有适宜的程序的智能手机或平板电脑。或者，电子设备可以配置成将与探测到的光相关的信息发送到另外的配置成运行分析的电子设备上。在任一方面，作为分析的一部分，可以处理检测到的光以形成样本的图像。分析可以是样本的图像的比色分析，其涉及分析原始RGB值或HSV值，例如使用上文所述的行扫描。

根据一个实施例，方法可以包括进行较长时间段的分析，例如14小时。这种分析例如可以在尿液样本上进行。一个例子是通过测试条测量尿液中的蛋白质或酮。根据一个实施例，方法包括使用例如本文所述的分析样本来测量在24小时时间段内(或其他时间段)分别的排尿获取的每个尿液样本，并且使用合适地编程的软件应用来处理数据，例如根据时间绘制数据和确定平均值。之后应用可以被编程为将在特定的时间范围内得到的单独测量值相加，在分析结束是提供总的结果。每个尿液样本分析完成后可以被丢弃。这样避免了需要在24小时中尿液样本收集并储存在同一容器中。同样的方法可以通过使用建立结果并实现更好的信噪比，用于确定体液中的小浓度的化学物质。

可以设想，本文公开的系统的分析部件、电子设备以及其他部件或设备可以是物联网(IoT)中的物体和/或设备。也就是说，本文公开的部件和设备可以无线地连接到其他设备，以用于例如转移、共享、存储、监测和/或存取测试结果。在一个例子中，设想使用安全的云服务运行该系统并且与数千台设备(不只是智能手机)提供物联网连接。

可以理解的是，本方法可以应用在各种领域中的样本分析。

现在已经描述了本发明的各种实施例，本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的内容和范围的情况下可以做出许多修改。

例如，参见图17A至17D，显示了另一个包括分析部件1700和智能手机1710的系统的实施例。在这个实施例中，分析部件1700包括微控制器芯片1780，微控制器芯片1780可以用于为光扩散器1784后面的LED1782供电，以在使用时照射分析部件1700的内部并因此照射样本1716。可以使用不同颜色的LED，例如使用发射绿光的LED。芯片可以给多个设备供电，例如但不限于热电偶、振动传感器和电阻测量。芯片可以是Arduino^TM芯片、RaspberryPi^TM设备或任意其他合适的芯片。芯片1780通过分股电缆1786由智能手机1710内部供电。分股电缆1786包括连接到智能手机1710的电源插槽的设备连接器1788，具体地如图17A至图17D中所显示；和USB或其他连接器1790用于连接到电源。分股电缆1786也包括从设备连接器1788延伸的另一股，其可以与芯片1780连接，具体地如图17B中所示。因此，芯片1780可以在智能手机1710充电时被供电。

另外，为了便于检测光，可以使用暗色或黑色的样本盒1716代替浅色的盒。根据一个实施例，这涉及目前的测试条的重新设计。与目前通常装在白色塑料支架中的血液测试相反，可以使用暗色样本盒。这可以提供减少不需要的后散射的优势。浅色样本盒可能会重新设计成较暗的颜色。相似地，如图15B中所示，测试条可以重新设计为具有暗色的背景或塑料基座。根据另一个实施例，盒的颜色可以与荧光的颜色相同。例如，如果荧光为绿色，盒的颜色可以与荧光的颜色相同，以使得其他颜色被吸收。

也可以设想，样本架可以包括但不限于测试条支架、比色皿、血液测试支架等。

在另一个变形中，分析部件可以包括多种光学部件例如反射镜，以确保从样本到检测器的“复杂的”或间接的光路，而不是从检测器到样本的主要地直线光路。这个的一个例子是潜望镜配置，其中使用多个反射镜以反射和重新导向光。这可以提供最小化分析部件的优势。在另一个例子中，可以使用倾斜的法布里-珀罗干涉仪或标准具，其包括两个通常平行的反射表面，用于光线通过反射离开表面而从中穿过。

可以理解的是，如果任何现有技术出版物在本文中被引用，这样的参考文献并不构成承认该出版物在澳大利亚或任何其他国家形成本领域公知常识的一部分。

在权利要求和本发明的前述描述中，除了本文另外地由于需要表达语言或必要的含义之外，用语“包括”或诸如“包含”或“含有”的其他变体是以包含性的意义使用，即，用于指明所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施例中存在或添加其他特征。

Claims

1.一种分析部件，用于与配备有用于检测光的检测器一起使用的电子设备，所述部件包括：

样本架，用于保持样本；

检测器位置，检测器或所述电子设备的检测器部分被定位于所述检测器位置以检测所述样本反射的光；

结构部件，将所述样本架与所述检测器位置间隔开预定的距离；

其中所述分析部件配置成允许来自光源的光照射所述样本，使得被所述样本反射的光能够被所述检测器接收以分析所述样本。

2.根据权利要求1所述的分析部件，其特征在于，所述部件被集成到所述电子设备中。

3.根据权利要求1所述的分析部件，其特征在于，所述部件与所述电子设备分离。

4.根据前述任意一项权利要求所述的分析部件，其特征在于，所述结构部件配置成将所述样本架与所述检测器位置间隔开预定的距离，以使得在使用中，所述样本在与所述检测器相关联或形成所述检测器一部分的光学系统的焦距处或附近被检测。

5.根据前述任意一项权利要求所述的分析部件，其特征在于，所述检测器位置被配置使得在使用中，所述检测器的检测平面，或所述电子设备的所述检测器部分的检测平面面向远离所述样本架。

6.根据权利要求5所述的分析部件，其特征在于，所述检测器位置被配置使得在使用中，所述检测器的所述检测平面，或所述电子设备的所述检测器部分的所述检测平面在大致90°的方向上面向远离所述样本架。

7.根据权利要求5所述的分析部件，包括光学装置，配置成将所述样本架所保持的所述样本所反射的光偏转向所述检测器位置。

8.根据权利要求7所述的分析部件，其特征在于，所述光学装置包括反射镜和/或透镜。

9.根据权利要求8所述的分析部件，其特征在于，所述反射镜为平面镜或曲面镜。

10.根据权利要求8或9所述的分析部件，其特征在于，所述反射镜相对于所述检测器位置以锐角来定位。

11.根据前述任意一项权利要求所述的分析部件，其特征在于，所述检测器位置包括位于所述分析部件的壁中或沿所述检测器的光路的任意位置中的窗。

12.根据前述任意一项权利要求所述的分析部件，包括分隔器，所述分隔器在使用中将所述样本架与手持式电子设备隔离。

13.根据权利要求12所述的分析部件，其特征在于，将所述样本架与所述检测器位置间隔开的所述结构部件为所述分隔器的一部分，并且所述检测器位置限定在所述分隔器内。

14.根据前述任意一项权利要求所述的分析部件，其特征在于，所述样本架包括至少两个样本接收元件，每个样本接收元件能够接收样本并且相对于所述检测器位置以不同的距离来定位。

15.根据权利要求14所述的分析部件，其特征在于，所述至少两个样本接收元件采用在所述样本架的结构部件内的细长凹槽的形式。

16.根据权利要求3至15中的任意一项所述的分析部件，包括附接件，用于将所述分析部件可拆卸地固定到所述手持式电子设备。

17.根据权利要求16所述的分析部件，其特征在于，所述附接件包括围壁，所述围壁具有用于接收包括所述检测器的所述手持式电子设备的至少一个端部的狭槽。

18.根据前述任意一项权利要求所述的分析部件，包括反射光栅，所述反射光栅相对于所述样本架被定位使得在使用中当所述样本被照射时，所述样本的图像被投影到所述反射光栅上，因此形成要被分析的所述图像的光谱。

19.根据前述任意一项权利要求所述的分析部件，其特征在于，所述分析部件的深度具有小于所述分析部件的长度和宽度的尺寸。

20.一种用于分析样本的系统，包括：

根据前述任意一项权利要求所述的分析部件；和

用于检测所述样本反射的光的检测器。

21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述结构部件和样本架的一部分限定第一平面，并且所述检测器的检测平面大致平行于所述第一平面。

22.根据权利要求20或21所述的系统，其特征在于，所述电子设备配置成分析由检测到的所述样本反射的光形成的所述样本的图像。

23.根据权利要求20至22中任意一项所述的系统，其特征在于，所述分析部件和所述电子设备每个具有纵轴，以及所述部件相对于所述电子设备被定位使得所述部件的所述纵轴大致平行于或大致垂直于所述设备的所述纵轴。

24.根据权利要求20至23中任意一项所述的系统，其特征在于，所述电子设备包括用于照射所述样本的光源，使得所述检测器检测所述样本反射的来自所述光源的光。

25.根据权利要求20至24中任意一项所述的系统，包括用于照射所述样本的发光二极管(LED)，使得所述检测器检测所述样本反射的来自所述LED的光。

26.根据权利要求20至25中任意一项所述的系统，包括一个或多个光波导，用于将所述样本所反射的光传送至所述检测器。

27.根据权利要求20至26中任意一项所述的系统，包括由所述样本架接收的暗色的样本基座或盒。

28.根据权利要求20至27中任意一项所述的系统，其特征在于，所述分析部件和/或所述电子设备可连接到物联网。

29.根据权利要求20至28中任意一项所述的系统，其特征在于，所述检测器检测所述样本所反射的红外光或可见光。

30.一种分析样本的方法，包括：

提供根据权利要求20至29中任意一项所述的系统；

将所述分析部件相对于所述电子设备定位，使得所述检测器或所述电子设备的检测器部分被放置于所述检测器位置处；

将样本插入到所述样本架中；

用光源照射所述样本；

聚焦所述检测器的光学系统，使得所述样本的至少一个部分的图像在所述检测器的检测平面上形成；

使用所述检测器以接收所述样本所反射的光；和

分析所接收的光以确定所述样本的成分。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，分析所述接收的光的步骤由所述电子设备完成。

32.根据权利要求30所述的方法，包括将关于所述接收的光的信息发送到另外的电子设备，以便所述的另外的电子设备分析所述接收的光。

33.根据权利要求30或32中任一项所述的方法，其特征在于，分析所述接收的光包括首先使用所检测的光形成所述样本的图像。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，分析所述接收的光包括对所述样本的图像执行比色分析。

35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述比色分析包括以下中的一个或两个：获取所述样本的图像的红-绿-蓝(RGB)值；和获取所述样本的图像的色调-饱和度-明度(HSV)值。

36.根据权利要求30至35中任意一项所述的方法，包括在分析所述样本之前对标准样本执行所述检测器的校准。

37.根据权利要求36任意一项所述的方法，包括使用所述电子设备的光源以照射所述样本。

38.根据权利要求37的任意一项所述的方法，包括使用所述电子设备的照射的用户界面以照射所述样本。

39.根据权利要求30至36中任意一项所述的方法，包括用可见光谱中红、绿或蓝光谱带中的光照射所述样本。

40.根据权利要求30至39中任意一项所述的方法，其特征在于，将样本插入到所述样本架中包括插入容器，所述容器包含体液或组织或待分析的人的呼吸样本。

41.一种制造根据权利要求1至29中任意一项所述的分析部件的方法，包括通过3D打印或挤出或注塑成型来制造所述分析部件。