CN110208229A - 微流控生物芯片扫描信号检测装置 - Google Patents
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Abstract
本公开一种微流控生物芯片扫描信号检测装置，包括：原始扫描信号的获取与滤波模块获取微流控生物芯片待测区及流道上的被诱导荧光信号的扫描信号；扫描信号的小波变换模块获取T、C区扫描信号长度；扫描信号的等时间长度确定模块获取T区和C区的有效信号长度；信号提取模块提取T区和C区有效扫描信号；信号均匀化重建模块对T、C区有效扫描信号的均匀化重建；被检物的浓度计算模块，依据T、C区重建后的扫描信号的面积，获取被检物的浓度。上述装置应用于微流控生物芯片扫描式检测过程中，能够解决对被诱导荧光在T区与C区内被提取信号长度不一致、区域内被测信号分布不均匀等的问题。
Description
技术领域
本公开涉及微流控生物芯片的免疫检测技术领域，尤其涉及一种微流控生物芯片扫描信号检测装置。
背景技术
现场即时检测(Point of Care Testing,POCT)是现场采样病人血液样本后、由其他未受专业临床检验训练的人员进行生物检测，快速得到结果的一种检测方式，它对切实强化基层首诊职能，提高基层医院的诊疗水平，解决中国医改困境具有重要的促进意义。POCT检测仪器具有操作简单快捷、结果即时化等突出优点，是近年来体外诊断行业发展较快的细分行业之一。
微流控技术是实现POCT的重要方式之一，它利用尺度在数十至数百微米的微通道结构，处理和操纵微流体。微流控生物芯片是实现微流控技术的主要平台，其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在微米级尺度。将采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上，能有效减少待测样品消耗，并能快速、高效完成生物检测的一系列过程，是集医学检测、生命科学和微机电加工于一体的热点技术领域。典型的微流控生物芯片由加样窗，液体调节器，检测区(T区)，质控区(C区)以及废液仓等部分组成，如图1所示。
微流控生物芯片检测系统根据检测器原理的不同，可分为电化学检测器、质谱检测器及光学检测器等。电化学检测具有灵敏度高、选择性好、装置简单等优点，缺点是要求被测样品有电化学活性且重现性较差。质谱检测能够提供试样组分中生物大分子的基本结构和定量信息，但是质谱检测仪器体积庞大、价格昂贵。光学检测器中的激光诱导荧光检测灵敏度较高，其检测限可达到10-9～10-12mol/L，在微流控芯片检测中应用较为常见。激光诱导荧光检测系统具有灵敏度高、选择性好、线性范围宽、响应速度快及体积小等优点，已成为微流控生物芯片的主要检测手段之一，符合POCT的发展趋势，同时满足对病毒、细菌及其他待测物的检测需求。
激光诱导荧光检测分为扫描式和非扫描式。非扫描式检测利用CCD分别采集微流控生物芯片检测区和质控区的图像，以检测区与质控区的图像灰度之比表示检测结果，但由于CCD灵敏度的限制，非扫描式荧光检测的灵敏度和精度有所降低。扫描式激光诱导荧光检测利用光电二极管、雪崩二极管和光电倍增管等光电探测器对微流控生物芯片进行扫描测量，扫描过程为“流道-检测区-流道-质控区-流道”，以检测区扫描信号的面积与质控区扫描信号的面积之比表示检测结果，其灵敏度和精度较高，已被广泛应用。
但微流控生物芯片的扫描式检测过程中，对被诱导荧光信号的提取方面，仍存在如下问题：①提取的检测区(T区)与质控区(C区)信号长度不一致；由于T区和C区点样长度不等、或区域内流动特性的差异造成对抗原的捕获能力不同，导致T区和C区有效长度不一致。②检测区和/或质控区内被测信号分布不均匀；在基于夹心法的荧光标记过程中，由于团聚与未偶联接枝，导致与被测物的生化反应与捕获过程不一致，造成信号分布不均匀；其中团聚会造成信号分布密集，未偶联接枝会造成信号分布稀疏，这样芯片上会出现信号的无效区域，在T区和/或C区内带有团聚和/或稀释区域的荧光信号图像，如图2(a)所示；检测区或质控区内均匀分布的荧光信号图像，如图2(b)所示，能够利用有效信号区域去均匀补偿无效信号区域，对提高测量精度起着至关重要的作用。因此，对被诱导荧光扫描信号的提取与重建，仍是微流控生物芯片检测技术中亟待解决的重要问题之一，也是将免疫荧光标记分析法与微流控生物芯片技术无缝结合的有效途径之一，对POCT的发展与促进具有重要意义。
发明内容
在具有高精度、高灵敏度的微流控生物芯片扫描式检测过程中，针对被诱导荧光在检测区(T区)与质控区(C区)内被提取信号长度不一致、区域内被测信号分布不均匀等问题，本申请实施例中提供了一种微流控生物芯片扫描信号检测装置。
第一方面，本申请提供了一种微流控生物芯片扫描信号检测装置，包括：
原始扫描信号的获取与滤波模块，利用光荧探测器，对微流控生物芯片待测区及流道上的被诱导荧光信号，进行扫描式传感获取，并将获取的原始扫描信号fN(t)进行预处理，获得扫描信号f0(t)；
扫描信号的小波变换模块，用于采用双正交小波db1函数对对扫描信号f0(t)进行分解，并借助分解后的小波分解系数确定扫描信号中T区的起始点、终止点对应的时刻，以及C区的起始点、终止点对应的时刻；以及获取T区扫描信号长度ΔtT，C区扫描信号长度ΔtC；
扫描信号的等时间长度确定模块，用于根据所述T区的起始点、终止点对应的时刻，以及质控区即C区的起始点、终止点对应的时刻；以及获取T区扫描信号长度ΔtT，C区扫描信号长度ΔtC，获取T区和C区的有效信号长度；
信号提取模块，根据T区和C区的有效信号长度，提取T区和C区有效扫描信号，所述T区有效扫描信号和C区有效扫描信号为等时间长度的信号；
信号均匀化重建模块，根据T区有效扫描信号和C区有效扫描信号，并采用二次多项式的曲线拟合方法对T、C区有效扫描信号的均匀化重建；
被检物的浓度计算模块，依据T区重建后的扫描信号的面积、C区重建后的扫描信号的面积获取被检物的浓度。
可选地，所述原始扫描信号的获取与滤波模块中的将获取的原始扫描信号fN(t)进行预处理，包括：
对原始扫描信号fN(t)依次进行数/模转换和低通滤波器平滑处理，并将滤波后的信号作为扫描信号f0(t)；
其中，扫描信号表示微流控生物芯片的“流道-检测区即T区-流道-质控区即C区-流道”中各区域内被诱导荧光的信号强度。
可选地，扫描信号的小波变换模块，具体用于：
采用双正交小波db1函数，对扫描信号f0(t)在尺度5下进行一维分解，5级分解后扫描信号的近似分量记为a5，以及利用小波分解系数a5在高频范围内时间分辨率高的局部化优势，确定T区和C区扫描信号的起始点和终止点在时间轴上所对应的时刻；并获取T区扫描信号长度ΔtT，C区扫描信号长度ΔtC。
可选地，扫描信号的等时间长度确定模块，具体用于：
在时间轴t上，通过比较T区与C区扫描信号长度ΔtT与ΔtC的大小，取二者的最小值为有效信号长度，即有效信号的等时间长度，记为Δtmin，即Δtmin＝Min{ΔtT，ΔtC}。
可选地，信号提取模块，具体用于：
所述T区有效扫描信号的提取过程包括：
在时间轴t上，从T区扫描信号f0(t)的起始点(A)所对应t0时刻起，以扫描信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0(t)进行面积分，记为ST(0)；
再将起始点(A)右移至t0+iΔt时刻，以扫描信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0(t)进行面积分，记为ST(i)，其中，Δt＝Δtmin/N,N为正整数，i＝0,1,…N；一直右移积分起始点，直到T区扫描信号f0(t)的终止点(B)所对应t1时刻结束；
最后，取其中最大面积值作为提取的T区信号面积，记为ST_Max，即ST_Max＝Max{ST(0),…ST(i),…,ST(N)}；
ST_Max在T区扫描信号f0(t)上所对应的起始点(E)在时间轴t上为tE时刻；ST_Max在T区扫描信号f0(t)上所对应的终止点(F)在时间轴t上为tF时刻；在时间轴t的[tE,tF]区域上，所对应的扫描信号f0(t)即为所提取的T区有效扫描信号；
所述C区有效扫描信号的提取过程包括：
从C区扫描信号f0(t)的起始点(C1)所对应t2时刻起，以信号等时间长度Δtmin为范围，即到其终止点D所对应t3时刻为止，对C区扫描信号f0(t)进行面积分，记为SC，SC为所提取的C区信号面积；
SC在C区扫描信号f0(t)上所对应的起始点在时间轴t上为t2时刻；SC在C区扫描信号f0(t)上所对应的终止点在时间轴t上为t3时刻；在时间轴t的[t2,t3]区域上，所对应的扫描信号f0(t)即为所提取的C区有效扫描信号。
可选地，信号均匀化重建模块，具体用于：
所述T区有效扫描信号的均匀化重建过程包括：
在时间轴t的[tE,tF]区域上，对所提取的T区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1T(t)，即f1T(t)＝aT*t2+bT*t+cT，其中aT、bT、cT分别为f1T(t)对应的二次、一次及常数项拟合系数；
所述C区有效扫描信号的均匀化重建过程包括：
在时间轴t的[t2,t3]区域上，对所提取的C区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1C(t)，即f1C(t)＝aC*t2+bC*t+cC，其中aC、bC、cC分别为f1C(t)对应的二次、一次及常数项拟合系数。
可选地，被检物的浓度计算模块，具体用于：
根据公式(1)进行获取；
被检物的浓度w，
第二方面，本申请还提供一种微流控生物芯片，包括上述任一所述的微流控生物芯片扫描信号检测装置
有益效果：
本发明采用小波变换对扫描信号进行有效提取，再根据有效区域内信号的曲线拟合方法，对被诱导荧光的扫描信号进行重建。利用本发明所述的检测装置，在对扫描信号提取时，利用小波变换在高频范围内时间分辨率高的优点，能有效提高被提取信号的长度一致性和精确性；在进行被诱导荧光信号的重建时，能使重建信号的可靠度提高，误差降低，进而可降低区域内被测物分布的不均匀性，同时提高后续浓度测量的精度和灵敏度，且加快计算速度。
本发明解决上述背景技术记载的现有微流控生物芯片扫描信号检测技术中存在的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的微流控生物芯片的结构示意图；
图2(a)为现有技术中的在T区和/或C区内带有团聚和/或稀释区域的荧光信号图像的示意图；
图2(b)为现有技术中在T区和/或C区内均匀分布的荧光信号图像的示意图；
图3为本发明的微流控生物芯片扫描信号检测的过程示意图；
图4为采用本发明的方法的一个应用实例过程示意图；
图5为本发明的微流控生物芯片扫描信号检测装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本发明在保留高精度、高灵敏度扫描式激光诱导荧光检测法优点的基础之上，根据“流道-检测区(T区)-流道-质控区(C区)-流道”的扫描信号特征，和以检测区与质控区扫描信号面积之比表示检测结果的表征方法，分别将其与基于小波变换的信号长度提取法，和基于有效区域内信号的曲线拟合法相结合，进而提高激光诱导荧光扫描式检测的灵敏度和精度。
在对T区和C区扫描信号提取时，利用小波的带通特性，将信号分解到各个频带上，同时保留信号各分量的时间信息，根据小波在高频范围内时间分辨率高的局部化优势，选择适当的小波函数及其尺度值，从扫描信号的起始位置开始，将小波函数和信号进行比较，进而获得小波分解系数；同时沿时间轴移动小波函数，在新的位置计算小波分解系数，直到信号的终点；依次往复，不断优化尺度值。通过小波变换对两区域内的扫描信号，在时间尺度上进行分解，并对分解后的T区和C区信号进行等时间长度(有效信号长度)提取，降低或消除被检区(T区和C区)信号长度的不一致性。
在进行被诱导荧光信号的重建时，根据选定的有效信号长度，分别在对应的T区和C区内选定最大面积区域，作为有效信号的面积；然后在选定的有效信号区域内，对信号进行曲线拟合，完成被诱导荧光扫描信号的重建过程。拟合信号与原选定最大信号的区域面积大体等同。通过信号重建过程进而有效降低检测区和/或质控区内被测信号分布的不均匀性，提高后续浓度的检测精度和加快后续信号的处理速度。
实施例1
本发明的基于小波变换的微流控生物芯片扫描信号的检测装置主要包括：原始扫描信号的获取与滤波模块、扫描信号的小波变换模块、扫描信号的等时间长度确定模块、信号提取模块、信号均匀化重建模块和被检物的浓度计算模块，如图5所示，具体步骤如图3所示。
在本发明中，所述原始扫描信号的获取与滤波模块主要处理过程是：利用光荧探测器，对微流控生物芯片待测区及流道上的被诱导荧光信号，进行扫描式传感获取，并对其进行放大，放大后的原始扫描信号记为fN(t)，如图3(a)所示，之后对原始扫描信号fN(t)依次进行数/模转换和低通滤波器平滑处理。滤波后信号记为f0(t)，如图3(b)所示，本发明中称为扫描信号f0(t)。
所述扫描信号f0(t)是建立在对微流控生物芯片的“流道-检测区(T区)-流道-质控区(C区)-流道”这一扫描过程中，代表各区域内被诱导荧光的信号强度。
在本发明中，所述扫描信号的小波变换模块主要处理过程是：采用双正交小波db1函数(数学家Daubechies提出的)，对扫描信号f0(t)在尺度5下进行一维分解，5级分解后扫描信号的近似分量记为a5，其小波分解系数a5的示意图，如图3(c)所示。利用小波分解系数a5在高频范围内时间分辨率高的局部化优势，分别确定T区和C区扫描信号的起始点和终止点所对应的时刻。
所述T区扫描信号的起始点记为A，对应时间轴t上的t0时刻，其终止点记为B，对应时间轴t上的t1时刻；T区扫描信号长度记为ΔtT，ΔtT＝t1-t0+1。
所述C区扫描信号的起始点记为C，对应时间轴t上的t2时刻，其终止点记为D，对应时间轴t上的t3时刻；C区扫描信号长度记为ΔtC，ΔtC＝t3-t2+1。
在本发明中，所述扫描信号的等时间长度确定模块主要处理过程是：在时间轴t上，通过比较T区与C区扫描信号长度ΔtT与ΔtC的大小，取二者的最小值为有效信号长度，即信号的等时间长度，记为Δtmin，即Δtmin＝Min{ΔtT，ΔtC}。
本发明所述的微流控生物芯片中，C区扫描信号长度ΔtC一般小于ΔtT，以下就这种情况进行说明。
在本发明中，所述信号提取模块主要完成T区和C区有效扫描信号的提取。
所述T区有效扫描信号的提取过程如下：
首先，在时间轴t上，从T区扫描信号f0(t)的起始点A所对应t0时刻起，以信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0(t)进行面积分，记为ST(0)。
再将起始点右移至t0+iΔt时刻，以信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0(t)进行面积分，记为ST(i)，其中，Δt＝Δtmin/N,N为正整数，i＝0,1,…N；一直右移积分起始点，直到T区扫描信号f0(t)的终止点B所对应t1时刻结束。
最后，取其中最大面积值作为提取的T区信号面积，记为ST_Max，即ST_Max＝Max{ST(0),…ST(i),…,ST(N)}；如图3(d)所示，所提取的T区信号面积ST_Max，在T区扫描信号f0(t)上所对应的起始点，记为E，对应时间轴t上的tE时刻；其所对应的终止点，记为F，对应时间轴t上的tF时刻。在时间轴t的[tE,tF]区域上，所对应的扫描信号f0(t)即为所提取的T区有效扫描信号。
所述C区有效扫描信号的提取过程如下：
从C区扫描信号f0(t)的起始点C所对应t2时刻起，以信号等时间长度Δtmin为范围，即到其终止点D所对应t3时刻为止，对C区扫描信号f0(t)进行面积分，记为SC，如图3(d)所示，SC为所提取的C区信号面积。在时间轴t的[t2,t3]区域上，所对应的扫描信号f0(t)即为所提取的C区有效信号。
所提取的T区和C区有效扫描信号是等时间长度的扫描信号，进而有效降低或消除被检区(T区和C区)信号长度的不一致性。
在本发明中，所述信号均匀化重建模块主要完成T、C区有效扫描信号的均匀化重建。
所述T区有效扫描信号的均匀化重建过程如下：
在时间轴t的[tE,tF]区域上，对所提取的T区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1T(t)，即f1T(t)＝aT*t2+bT*t+cT，其中aT、bT、cT分别为f1T(t)对应的二次、一次及常数项拟合系数。
所述C区有效扫描信号的均匀化重建过程如下：
在时间轴t的[t2,t3]区域上，对所提取的C区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1C(t)，即f1C(t)＝aC*t2+bC*t+cC，其中aC、bC、cC分别为f1C(t)对应的二次、一次及常数项拟合系，如图3(e)所示。
通过对所提取的T区和C区有效扫描信号，分别在所对应时间轴t的[tE,tF]和[t2,t3]等时间长度区域上，采用二次多项式的曲线拟合方法，实现T区和C区有效扫描信号的均匀化重建，进而有效降低检测区和/或质控区内被测信号分布的不均匀性，提高后续浓度的检测精度。
在本发明中，所述被检物的浓度计算模块过程如下：
被检物的浓度w，以重建后检测区扫描信号的面积与重建后质控区扫描信号的面积之比表示，即
式(1)将复杂的积分过程简化为有限项的乘除运算，有效加快了信号的处理速度。
本发明所述的微流控生物芯片中，若C区扫描信号长度ΔtC大于ΔtT时，对处理区域进行互换后，上述检测装置对应的检测方法同样有效。
实施例2
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明一种基于小波变换的微流控生物芯片扫描信号的检测装置，进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，激光被聚焦在微流控生物芯片表面，并沿着流道进行扫描，扫描过程为“流道-检测区(T区)-流道-质检区(C区)-流道”，所述检测区上有被荧光染料标记的被测物，所述质检区上有被荧光染料标记的参考物，产生的被诱导荧光通过共聚焦光路结构被荧光探测器接收。
为解决被诱导荧光在检测区(T区)与质控区(C区)内被提取信号长度不一致、区域内被测信号分布不均匀等问题，本发明提出了一种基于小波变换的微流控生物芯片扫描信号的检测装置。参阅图3和图4，该方法及装置主要包括：原始扫描信号的获取与滤波模块、扫描信号的小波变换模块、扫描信号的等时间长度确定模块、信号提取模块、信号均匀化重建模块和被检物的浓度计算模块。
下面采用本发明所述检测装置，结合一个实际应用过程，进行详细说明，请参阅图4。
在所述原始扫描信号的获取与滤波模块中，其主要处理过程是：
利用荧光探测器，对微流控生物芯片待测区及流道上的被诱导荧光信号，进行扫描式传感获取，并对其进行放大，放大后的原始扫描信号记为fn，如图4(a)所示，之后对原始扫描信号fn依次进行数/模转换和低通滤波器平滑处理。滤波后信号记为f0，如图4(b)所示，它代表各区域内被诱导荧光的信号强度，本发明中称为扫描信号。
在上述步骤中，所述荧光信号探测器不限，只要能够将荧光信号转换为电信号。在本发明实施例中，所述荧光信号探测器选用光电二极管模块。在本实例中，所述的用于平滑处理低通滤波器的截至频率为30Hz。
在所述扫描信号的小波变换模块中，其主要处理过程是：
采用双正交小波db1函数，对扫描信号f0在尺度5下进行一维分解，5级分解后扫描信号的近似分量记为a5，其小波分解系数a5的示意图，如图4(c)所示。利用小波分解系数a5在高频范围内时间分辨率高的局部化优势，分别确定T区和C区扫描信号的起始点和终止点所对应的时刻。
所述T区扫描信号的起始点记为A，对应时间轴t上的t0时刻，t0＝230；其终止点记为B，对应时间轴t上的t1时刻，t1＝800；T区扫描信号长度记为ΔtT，ΔtT＝t1-t0+1＝571。
所述C区扫描信号的起始点记为C，对应时间轴t上的t2时刻，t2＝1027；其终止点记为D，对应时间轴t上的t3时刻，t3＝1376；C区扫描信号长度记为ΔtC，ΔtC＝t3-t2+1＝350。
在本发明中，所述扫描信号的等时间长度确定模块主要处理过程是：在时间轴t上，通过比较T区与C区扫描信号长度ΔtT与ΔtC的大小，取二者的最小值为有效信号长度，即信号的等时间长度，记为Δtmin，即Δtmin＝Min{ΔtT，ΔtC}＝Min{571，350}＝350。
本发明所述的微流控生物芯片中，C区扫描信号长度ΔtC一般小于ΔtT，以下就这种情况进行说明。
在本发明中，所述信号提取模块主要完成T区和C区有效扫描信号的提取。
所述T区有效扫描信号的提取过程如下：
首先，在时间轴t上，从T区扫描信号f0的起始点A所对应t0时刻起，以信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0进行面积分，记为ST(0)。
再将起始点右移至t0+iΔt时刻，以信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0进行面积分，记为ST(i)，其中，Δt＝Δtmin/N,N为正整数1000，i＝0,1,…N；一直右移积分起始点，直到T区扫描信号f0的终止点B所对应t1时刻结束。
最后，取其中最大面积值作为提取的T区信号面积，记为ST_Max，即ST_Max＝Max{ST(0),…ST(i),…,ST(N)}；如图4(d)所示，所提取的T区信号面积ST_Max，在T区扫描信号f0上所对应的起始点，记为E，对应时间轴t上的tE时刻，tE＝321；其所对应的终止点，记为F，对应时间轴t上的tF时刻，tF＝670。在时间轴t的[321,670]区域上，所对应的扫描信号f0即为所提取的T区有效扫描信号。
所述C区有效扫描信号的提取过程如下：
从C区扫描信号f0的起始点C所对应t2时刻起，以信号等时间长度Δtmin为范围，即到其终止点D所对应t3时刻为止，对C区扫描信号f0进行面积分，记为SC，如图4(d)所示，SC为所提取的C区信号面积。在时间轴t的[1027,1376]区域上，所对应的扫描信号f0即为所提取的C区有效信号。
所提取的T区和C区有效扫描信号是等时间长度的扫描信号，进而有效降低或消除被检区(T区和C区)信号长度的不一致性。
在进行被诱导荧光信号的重建时，根据选定的有效信号长度，分别在对应的T区和C区内滑移选定最大面积区域，作为有效信号的面积；然后在选定的有效信号区域内，采用二次多项式的形式，对信号进行曲线拟合，完成被诱导荧光扫描信号的重建过程。拟合信号与原选定最大信号的区域面积大体等同。通过信号重建过程进而有效降低检测区和/或质控区内被测信号分布的不均匀性，提高后续浓度的检测精度和加快后续信号的处理速度。
在本发明中，所述信号均匀化重建模块主要完成T、C区有效扫描信号的均匀化重建。
所述T区有效扫描信号的均匀化重建过程如下：
在时间轴t的[321,670]区域上，对所提取的T区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1T(t)，即f1T(t)＝aT*t2+bT*t+cT，其中aT＝-9.89e-06、bT＝0.009857、cT＝-1.807分别为f1T(t)对应的二次、一次及常数项拟合系数。
所述C区有效扫描信号的均匀化重建过程如下：
在时间轴t的[1027,1376]区域上，对所提取的C区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1C(t)，即f1C(t)＝aC*t2+bC*t+cC，其中aC＝-7.911e-06、bC＝0.01909、cC＝-11.12分别为f1C(t)对应的二次、一次及常数项拟合系，如图4(e)所示。
通过对所提取的T区和C区有效扫描信号，分别在所对应时间轴t的[321,670]和[1027,1376]等时间长度区域上，采用二次多项式的曲线拟合方法，实现T区和C区有效扫描信号的均匀化重建，进而有效降低检测区和/或质控区内被测信号分布的不均匀性，提高后续浓度的检测精度。
在本发明中，所述被检物的浓度计算模块过程如下：
被检物的浓度w，以重建后检测区扫描信号的面积与重建后质控区扫描信号的面积之比表示，即
式(2)将复杂的积分过程简化为有限项的乘除运算，有效加快了信号的处理速度，且检测精度提高了约20％以上。
本发明所述的微流控生物芯片中，若C区扫描信号长度ΔtC大于ΔtT时，对处理区域进行互换后，上述检测装置对应的检测方法同样有效。
本发明提出的一种基于小波变换的微流控生物芯片扫描信号的检测装置，通过利用小波变换对两区域内的扫描信号进行分解，并对分解后的T区和C区信号进行有效信号长度提取；再采用有效区域内信号的二次曲线拟合方法，对被诱导荧光的扫描信号进行均匀化重建。利用本发明所述的检测装置，在对扫描信号提取时，利用小波变换在高频范围内时间分辨率高的优点，能有效提高被提取信号的长度一致性和精确性；在进行被诱导荧光信号的重建时，能使重建信号的可靠度提高，误差降低，进而可降低区域内被测物分布的不均匀性，同时提高后续浓度测量的精度和灵敏度，且加快计算速度。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种微流控生物芯片扫描信号检测装置，其特征在于，包括：
原始扫描信号的获取与滤波模块，利用光荧探测器，对微流控生物芯片待测区及流道上的被诱导荧光信号，进行扫描式传感获取，并将获取的原始扫描信号fN(t)进行预处理，获得扫描信号f0(t)；
扫描信号的小波变换模块，用于采用双正交小波db1函数对对扫描信号f0(t)进行分解，并借助分解后的小波分解系数确定扫描信号中T区的起始点、终止点对应的时刻，以及C区的起始点、终止点对应的时刻；以及获取T区扫描信号长度ΔtT，C区扫描信号长度ΔtC；
扫描信号的等时间长度确定模块，用于根据所述T区的起始点、终止点对应的时刻，以及质控区即C区的起始点、终止点对应的时刻；以及获取T区扫描信号长度ΔtT，C区扫描信号长度ΔtC，获取T区和C区的有效信号长度；
信号提取模块，根据T区和C区的有效信号长度，提取T区和C区有效扫描信号，所述T区有效扫描信号和C区有效扫描信号为等时间长度的信号；
信号均匀化重建模块，根据T区有效扫描信号和C区有效扫描信号，并采用二次多项式的曲线拟合方法对T、C区有效扫描信号的均匀化重建；
被检物的浓度计算模块，依据T区重建后的扫描信号的面积、C区重建后的扫描信号的面积获取被检物的浓度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原始扫描信号的获取与滤波模块中的将获取的原始扫描信号fN(t)进行预处理，包括：
对原始扫描信号fN(t)依次进行数/模转换和低通滤波器平滑处理，并将滤波后的信号作为扫描信号f0(t)；
其中，扫描信号表示微流控生物芯片的“流道-检测区即T区-流道-质控区即C区-流道”中各区域内被诱导荧光的信号强度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，扫描信号的小波变换模块，具体用于：
采用双正交小波db1函数，对扫描信号f0(t)在尺度5下进行一维分解，5级分解后扫描信号的近似分量记为a5，以及利用小波分解系数a5在高频范围内时间分辨率高的局部化优势，确定T区和C区扫描信号的起始点和终止点在时间轴上所对应的时刻；并获取T区扫描信号长度ΔtT，C区扫描信号长度ΔtC。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，扫描信号的等时间长度确定模块，具体用于：
在时间轴t上，通过比较T区与C区扫描信号长度ΔtT与ΔtC的大小，取二者的最小值为有效信号长度，即有效信号的等时间长度，记为Δtmin，即Δtmin＝Min{ΔtT，ΔtC}。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，信号提取模块，具体用于：
所述T区有效扫描信号的提取过程包括：
在时间轴t上，从T区扫描信号f0(t)的起始点(A)所对应t0时刻起，以扫描信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0(t)进行面积分，记为ST(0)；
再将起始点(A)右移至t0+iΔt时刻，以扫描信号的等时间长度Δtmin为范围，对T区扫描信号f0(t)进行面积分，记为ST(i)，其中，Δt＝Δtmin/N,N为正整数，i＝0,1,…N；一直右移积分起始点，直到T区扫描信号f0(t)的终止点(B)所对应t1时刻结束；
最后，取其中最大面积值作为提取的T区信号面积，记为ST_Max，即ST_Max＝Max{ST(0),…ST(i),…,ST(N)}；
ST_Max在T区扫描信号f0(t)上所对应的起始点(E)在时间轴t上为tE时刻；ST_Max在T区扫描信号f0(t)上所对应的终止点(F)在时间轴t上为tF时刻；在时间轴t的[tE,tF]区域上，所对应的扫描信号f0(t)即为所提取的T区有效扫描信号；
所述C区有效扫描信号的提取过程包括：
从C区扫描信号f0(t)的起始点(C1)所对应t2时刻起，以信号等时间长度Δtmin为范围，即到其终止点D所对应t3时刻为止，对C区扫描信号f0(t)进行面积分，记为SC，SC为所提取的C区信号面积；
SC在C区扫描信号f0(t)上所对应的起始点在时间轴t上为t2时刻；SC在C区扫描信号f0(t)上所对应的终止点在时间轴t上为t3时刻；在时间轴t的[t2,t3]区域上，所对应的扫描信号f0(t)即为所提取的C区有效扫描信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，信号均匀化重建模块，具体用于：
所述T区有效扫描信号的均匀化重建过程包括：
在时间轴t的[tE,tF]区域上，对所提取的T区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1T(t)，即f1T(t)＝aT*t2+bT*t+cT，其中aT、bT、cT分别为f1T(t)对应的二次、一次及常数项拟合系数；
所述C区有效扫描信号的均匀化重建过程包括：
在时间轴t的[t2,t3]区域上，对所提取的C区有效扫描信号，采用二次多项式模型，进行曲线拟合，拟合曲线记为f1C(t)，即f1C(t)＝aC*t2+bC*t+cC，其中aC、bC、cC分别为f1C(t)对应的二次、一次及常数项拟合系数。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，被检物的浓度计算模块，具体用于：
根据公式(1)进行获取；
被检物的浓度w，
8.一种微流控生物芯片，其特征在于，包括如上权利要求1至7任一所述的微流控生物芯片扫描信号检测装置。
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