CN115097135A - 荧光试纸定量分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了荧光试纸定量分析仪，属于物质浓度判定技术领域，包括：将试纸条定位在检测台上。设定光源的参数，光源照射在试纸条上用于使试纸条上的荧光物质发出待测光。参照光源发出参照光，调整参照光源的参数使参照光的色温和强度均与待测光相同。确定出试纸条上检测线与控制线之间的间距，由间距和参数判断出荧光物质的浓度。本发明提供的荧光试纸定量分析仪无需进行光信号至电信号的转换以及后续的处理即可得到，因此保留的信息更多，使得最终结果更加的准确。

Description

荧光试纸定量分析仪

技术领域

本发明属于物质浓度判定技术领域，更具体地说，是涉及荧光试纸定量分析仪。

背景技术

目前，免疫层析(LFIA)快速检测是建立在层析技术和抗原-抗体特异性免疫反应基础上技术。荧光免疫层析试纸条以荧光色素作为标记物，可广泛应用于现场定量检测，是未来即时检测技术发展的重要方向。

荧光试纸仪检测某种物质的浓度时，被检测的物质就是标的物，标的物会和荧光色素结合，接受激光照射后会发射荧光，标的物浓度高，发射荧光强度大。荧光免疫层析试纸条检测的具体过程是，在试纸条上检测线(T)和控制线(C)区域进行荧光色素染色处理。将试纸条放入检测样品，当检测样品中含有能和荧光色素结合的检测标的物时，T线和C线区域就会发出不同强度的荧光。免疫层析试纸条定量检测分析仪器的工作过程是将试纸条插入卡座，然后驱动直线步进电机扫描试纸条，在扫描过程中发射激发光，接收特定波长发射荧光，获得试纸条CT线的荧光强度，从而分析出测量标的物的浓度等信息。

但是现有的分析仪在数据采集过程中均涉及光信号向电信号的转换，电信号向数字信号的转换，并且还需要对电信号进行一系列的后处理，最终导致无法准确判定出光的强度，导致最终结果的精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供荧光试纸定量分析仪，旨在解决需要进行一系列信号处理，无法准确判定出光的强度，导致最终结果精度较低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供荧光试纸定量分析仪，包括：

将试纸条定位在检测台上；

设定光源的参数，所述光源照射在所述试纸条上用于使所述试纸条上的荧光物质发出待测光；

参照光源发出参照光，调整所述参照光源的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同；

确定出所述试纸条上检测线与控制线之间的间距，由所述间距和所述参数判断出所述荧光物质的浓度。

在一种可能的实现方式中，所述光源照射在所述试纸条上用于使所述试纸条上的荧光物质发出待测光包括：

调整所述光源的照射角度或者在所述试纸条与所述参照光源之间设置挡板，用于避免所述光源发出的光照射或者反射到所述参照光源上。

在一种可能的实现方式中，所述调整所述参照光源的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同包括：

通过色温传感器进行实时检测，调整所述参数直至所述参照光的色温与所述待测光色温相同。

在一种可能的实现方式中，所述调整所述参数直至所述参照光的色温与所述待测光色温相同包括：

通过所述参照光源逐步调整所述参照光的RGB值。

在一种可能的实现方式中，所述调整所述参照光源的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同包括：

通过亮度传感器进行实时检测，调整所述参数直至所述参照光的强度与所述待测光强度相同。

在一种可能的实现方式中，由所述间距和所述参数判断出所述荧光物质的浓度包括：

将所述参照光源、所述亮度传感器和所述色温传感器分别电连接通讯模块；

当所述待测光和所述参照光的色温和强度均相同时，所述通讯模块将所述参数传输至微处理器。

在一种可能的实现方式中，所述确定出所述试纸条上检测线与控制线之间的间距：

获取覆盖所述试纸条的图片；

根据所述图片中的亮度区域，确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置；

将所述中心线的位置设定为所述检测线的位置。

在一种可能的实现方式中，所述确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置包括：

将所述图片调整为灰度图像，设定阈值，将大于所述阈值的所述灰度图像中的像素点保留，保留的像素点组合为所述亮度区域。

在一种可能的实现方式中，所述确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置包括：

在所述亮度区域内排列多个相互平行的线段，多条所述线段与所述试纸条长度方向上平行；多条所述线段的中点的连线即为所述中心线。

在一种可能的实现方式中，所述将所述中心线的位置设定为所述检测线的位置包括：

确定多条所述线段中点相对于所述控制线的距离，将多个所述距离求和取平均后的结果作为所述间距。

本发明提供的荧光试纸定量分析仪的有益效果在于：与现有技术相比，本发明荧光试纸定量分析仪中首先将试纸条定位在检测台上，光源照射在试纸条上使试纸条上的荧光物质发出待测光。参照光源发出参照光，通过调整参数使参照光的色温和强度均与待测光相同。然后确定试纸条上的检测线与控制线的间距，最终通过参数和间距判断出荧光物质的浓度。

本申请中，通过调整参数来使参照光与待测光相同，此时的参数即为荧光物质所发出光的信息，该信息无需进行光信号至电信号的转换以及后续的处理即可得到，因此保留的信息更多，使得最终结果更加的准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的荧光试纸定量分析仪的结构示意图。

图中：1、试纸条；2、参照光源；3、色温传感器；4、亮度传感器；5、摄像头。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的荧光试纸定量分析仪进行说明。荧光试纸定量分析仪，包括：

将试纸条1定位在检测台上。

设定光源的参数，所述光源照射在所述试纸条1上用于使所述试纸条1上的荧光物质发出待测光。

参照光源2发出参照光，调整所述参照光源2的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同。

确定出所述试纸条1上检测线与控制线之间的间距，由所述间距和所述参数判断出所述荧光物质的浓度。

本发明提供的荧光试纸定量分析仪的有益效果在于：与现有技术相比，本发明荧光试纸定量分析仪中首先将试纸条1定位在检测台上，光源照射在试纸条1上使试纸条1上的荧光物质发出待测光。参照光源2发出参照光，通过调整参数使参照光的色温和强度均与待测光相同。然后确定试纸条1上的检测线与控制线的间距，最终通过参数和间距判断出荧光物质的浓度。

本申请中，通过调整参数来使参照光与待测光相同，此时的参数即为荧光物质所发出光的信息，该信息无需进行光信号至电信号的转换以及后续的处理即可得到，因此保留的信息更多，使得最终结果更加的准确。

现有的在对荧光物质进行扫描和分析时先用紫外光激发试纸条1上的扫描点，然后利用光电传感器读取扫描点的荧光强度值，在整个试纸条1扫描结束后获得荧光分布图谱，最后利用算法在图谱中检测出试纸条1的检测线(T线)和控制线(C线)位置以及对应的荧光强度值，最后微控制器根据荧光强度值并结合检测线和控制线位置等信息得到荧光物质的浓度。

为了实现上述的效果，通过光源驱动电路使系统能够发出可控的激发光，电机驱动电路使扫描采集过程中试纸条1速度稳定可控，信号电路模块使微弱的光信号转换为微弱电信号，并实现微弱电信号的调理和放大功能。模数转化电路和微控制系统能够将电信号值量化为数字信号，最后由微处理器进行数字运算和处理，而相应的测量结果由输出控制单元进行显示。

为了更加清楚的进行说明，现有技术的一个实施例为，以主控板为控制和计算核心，以紫外LED为荧光物质的激励光源，以硅光电二极管为信号探测器，并包括其它的必要接口和外设来实现了整个硬件电路的系统方案。

首先主控板是整个分析仪的大脑，负责所有硬件的运行。硬件电路包括紫外LED驱动、电机驱动和光电门驱动几个模块。紫外LED驱动电路驱动紫外LED发射出激发光，同时能够保证供至紫外LED的电流稳定且强度可控。光电传感器将光信号转换为电信号，信号调理模块对光电转换得到的微弱电信号进行放大，模数转换器放大后的电信号转换为数字信号并送给微控制器处理。电机在扫描过程中为载物台的水平运动过程提供动力支持，电机驱动模块一方面则将微控制器输出的电机驱动电信号放大到足以驱动电机的强度，另一个面驱动模块设置有电机的转速控制和转向控制接口，系统可以通过该控制接口灵活的控制电机工作模式。

AD采集模块是将光信号转换为电信号，信号调理模块对光电转换得到的微弱电信号进行放大，模数转换器放大后的电信号转换为数字信号，最终将采集的数据传输到单片机。

光源产生与荧光标记物的吸收波长相近的单色光，单色光通过光学系统后照射在试纸条1的单个扫描点上。扫描点附近的荧光物质会发射荧光，采集光路将荧光收集并聚焦到光电传感器的有效接收靶面内。采集光路除了透镜实现聚焦功能外，还设置了滤光片来滤除非荧光波段的可见光干扰，提高测量精度。

荧光聚焦到光电传感器接收面后，光电传感器将荧光强度转换为微弱电信号。为了能够有效的测量微弱电信号的值，系统中的信号放大电路对电信号进行放大。之后模数转换器将电信号结果转换为数字信号并送给送到微处理器进行计算和定量分析。在荧光分析仪测量层析试纸条1的过程中，需要检测出试纸条检测线和控制线的荧光强度分布。

光电探测器利用物质的光电效应将光信号转换为电信号。对于光电探测器，需要其在工作波长处具有较高的光谱灵敏度，且要求稳定度好，响应速度快，并具有较好的线性度。目前主流的光电探测器具有光敏电阻、光电倍增管、光电二极管等。

光敏电阻测量法，光敏电阻受到光辐射后其电导率发生变化，这一特性具有光谱响应范围宽、工作电流大、所测光强范围广和灵敏度高等优点。该电阻与其他电器原件一起组成一个整体电路。通过测量光敏电阻对应的电阻值，就能转化为对应的数值，检测结果得到量化。这种测量方案光敏电阻的光敏特性表示光敏电阻对不同波长的光照敏感程度，光谱响应最敏感的波长称为光谱响应峰值，所以光源应选用光敏电阻的光谱响应峰值附近的光源。

光电倍增管是基于电子光学理论、二次电子发射和外光电效应的原理上的一种检测元器件，能够将微光的光信号转换为较大的、可测量的电流或电压信号。具有灵敏度高、噪声小、响应速度快等优点。它结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，而且可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区。

通过以上叙述可知，为了能够确定荧光物质的浓度，需要由一定频率的光源照射扫描点，光电传感器读取荧光强度值，并将光信号转换为电信号，然后通过对电信号进行处理，生成微处理器能够进行运算的数字信号。整个过程存在光信号转化至电信号，再由电信号转化为数字信号。信号的每一次转换均对丢失一部分的信息，而更为严重的是在传感器在采集光信号时有可能会受到周围环境的影响，并且转化成的电信号可能无法完全反应光信号的全部信息，最终导致结果与实际的存在一定的偏差。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，请参阅图1，所述光源照射在所述试纸条1上用于使所述试纸条1上的荧光物质发出待测光包括：

调整所述光源的照射角度或者在所述试纸条1与所述参照光源2之间设置挡板，用于避免所述光源发出的光照射或者反射到所述参照光源2上。

为了消除在信号采集和转换过程中信息的缺失，本申请中在试纸条1的一侧设置有参照光源2。当一定频率的光照射在试纸条1上的荧光物质上之后，荧光物质会发出荧光。参照光源2会发出与荧光物质同等频率的光，但是不同的是，参照光源2可以调整自身所发出光的色温以及强度。

在实际应用时，光源发生的光照射在试纸条1上，为了避免光源照射在参照光源2上导致参考光照无法正确的调整强度。通常情况下，参照光源2位于光源照射区域的外侧，或者在试纸条1与参照光源2设置挡板，从而避免光源的光对参照光源2的影响。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，请参阅图1，所述调整所述参照光源2的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同包括：

通过色温传感器3进行实时检测，调整所述参数直至所述参照光的色温与所述待测光色温相同。

在实际应用时发现，不同的色温在同一光照强度的情况下，亮度传感器4所采集的数据存在一定的差异，并且不同的色温受到周围环境光线影响的情况也会不同。

为了提高检测的精度以及最终数据的可参考性，在亮度传感器4的一侧可安装色温传感器3，在光源照射的情况下首先由色温传感器3获取荧光物质所发出光的色温，然后调整参照光源2的色温，直至在参照光源2的色温与荧光物质发出的色温相同，此时色温传感器3所检测到的色温数据相同。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，请参阅图1，所述调整所述参数直至所述参照光的色温与所述待测光色温相同包括：

通过所述参照光源2逐步调整所述参照光的RGB值。

色温的调整可通过更改RGB值来变向的实现，然后通过转换来确定色温，RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是运用最广的颜色系统之一。显示装置大都是采用了RGB颜色标准，在显示器上，是通过电子枪打在屏幕的红、绿、蓝三色发光极上来产生色彩的。RGB是从颜色发光的原理来设计定的，通俗点说它的颜色混合方式就好像有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠合的时候，色彩相混，而亮度却等于三者亮度之总和，越混合亮度越高，即加法混合。通常情况下，RGB各有256级亮度，用数字表示为从0、1、2直到255。

本申请中色温传感器3和亮度传感器4仅用于对比，即便传感器获取的数据存在误差，由于这个误差对两次检测均会造成影响，从而将误差限定在最小的范围，甚至可以是色温和光强度处于完全相同的水平。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，请参阅图1，所述调整所述参照光源2的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同包括：

通过亮度传感器4进行实时检测，调整所述参数直至所述参照光的强度与所述待测光强度相同。

现有的技术方案是通过传感器来采集荧光物质的光照信息，然后进行相应的转换，但是该做法容易受到周围环境的影响，也即周围环境的光会照射在传感器的检测头上。本申请中由参照光源2发出与荧光物质同频率同强度的光，由于参照光源2所发出的光的强度是可知并且明确的，当参照光源2的光强度与荧光物质发出的光强度相同时，就可以省去信号的采集和转换等一系列操作，将参照光源2此时光的强度即可直接确定出荧光物质所发出的光的强度。

为了将参照光源2所发出的光调整至特定的强度，在试纸条1的上方设置有亮度传感器4，光源发出的光照射在荧光物质上，通过亮度传感器4能够确定此时荧光物质的激发强度。使参照光源2发出同样的光，并通过亮度传感器4检测此时参照光源2的出光强度，调整参照光源2的出光强度直至与激发强度相同，然后读取此时参照光源2所指示的强度值，即为荧光物质的荧光强度值。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，请参阅图1，由所述间距和所述参数判断出所述荧光物质的浓度包括：

将所述参照光源2、所述亮度传感器4和所述色温传感器3分别电连接通讯模块。

当所述待测光和所述参照光的色温和强度均相同时，所述通讯模块将所述参数传输至微处理器。

为了自动实现对参照光源2的色温调节、亮度调节和分析等工作，本申请中亮度传感器4和色温传感器3均电连接通信模块，通过通信模块能够将亮度传感器4和色温传感器3所检测到的数据传输至微处理器，微处理器内嵌有比较模块。

在实际应用时，首先根据光源所发出光源的种类，将参照光源2调整至相近的范围，通过色温传感器3确定出此时试纸条1上荧光物质所发出光的色温，然后以该色温为标准逐步的调整参照光源2的RGB的各值，直至参照光源2发出的光达到荧光物质发出的光相同的色温，此时比较模块将该RGB值进行记录，并输入至微处理器。

在亮度调节时，由亮度传感器4测量荧光物质的亮度，然后逐级调整参照光源2的亮度，直至亮度相同，此时比较模块获取参照光源2所对应的亮度，然后将参照光源2所设置的亮度参数上传至微处理器。微处理在接收到上述数据之后，可用于对荧光物质浓度的判定。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，请参阅图1，所述确定出所述试纸条1上检测线与控制线之间的间距：

获取覆盖所述试纸条1的图片。

根据所述图片中的亮度区域，确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置。

将所述中心线的位置设定为所述检测线的位置。

在分析过程中，需要确定检测线与控制线的位置，检测线相对于控制线的位置是确定物质浓度的重要参考指标，现有的多通过目测或者算法来进行确定。但是上述方法无法准确的判断出检测线的实际位置，因为检测线的位置容易受到光源等的影响，目测容易出现误差，而特有的算法无法准确拾取出检测线真正的位置。

本申请中，当光源照射到试纸条1上之后，通过试纸条1上方的摄像头5可以获取试纸条1的情况，然后通过拍摄的图片拾取出亮度区域以及该亮度区域位于试纸条1的位置。求取该区域的中心线，中心线即可表明检测线的位置，而中心线与控制线之间的距离即为所需确定的检测线与控制线之间的距离。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，所述确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置包括：

将所述图片调整为灰度图像，设定阈值，将大于所述阈值的所述灰度图像中的像素点保留，保留的像素点组合为所述亮度区域。

为了准确识别出亮度区域，为最终确定检测线的位置提供理论支持，因此本申请中位于试纸条1上方的摄像头5能够获取灰度图像。摄像头5将灰度图像传输至微处理器。

在微处理器进行筛选之前设置一个阈值，通过微处理器将大于阈值的像素点进行保留，小于阈值的像素点剔除。最终会得到一块处于高亮状态区域的像素点群，该像素点群即为亮度区域。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，所述确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置包括：

在所述亮度区域内排列多个相互平行的线段，多条所述线段与所述试纸条1长度方向上平行；多条所述线段的中点的连线即为所述中心线。

在确定出亮度区域之后需要确定出亮度区域的中心线，中心线确定之后即可将中心线的位置作为检测线的位置。在通过灰度值筛选出亮度区域之后，由于在亮度区域内包括多个规格排列像素点，因此首先在亮度区域内标定出试纸条1的长度方向。此时就可以在亮度区域内设置多条与试纸条1长度方向均平行的线段。线段的两端位于亮度区域的边缘上，也即线段的两端均延展至亮度区域的边沿处，然后确定出各线段的中间位置，将各个线段的中点进行连线即可作为中心线。

在本申请提供的荧光试纸定量分析仪的一些实施例中，所述将所述中心线的位置设定为所述检测线的位置包括：

确定多条所述线段中点相对于所述控制线的距离，将多个所述距离求和取平均后的结果作为所述间距。

在拍摄灰度图时，可在试纸条1上的一侧设置刻度线，刻度线与试纸条1长度方向平行。刻度线上标注有刻度以及相应的刻度数。在拍摄灰度图时，刻度也会照射进去。在确定出多条线段的中点之后，在中点为基础，沿垂直与试纸条1长度方向也即垂直刻度线的方向做出射线，射线会与刻度线有交点。通过读取交点的数值，即可确定出中心点的位置。

在确定出多个线段中心点的位置之后，将所有中心点在刻度线上的数值相加并取平均值，得出的数值即为中心线的位置，也即检测线的位置。根据控制线在刻度线上的位置，即可判断出检测线与控制线之间的距离。

本申请中通过求取亮度区域的中心线来拟合检测线，并且将中心线上各点求取的平均值作为检测线的位置，相较于现有技术中通过目测或者通过算法推断而言，检测线与控制线之间距离的判断精度更高，从而能够更准确判断出荧光物质的浓度。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.荧光试纸定量分析仪，其特征在于，包括：

将试纸条定位在检测台上；

设定光源的参数，所述光源照射在所述试纸条上用于使所述试纸条上的荧光物质发出待测光；

参照光源发出参照光，调整所述参照光源的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同；

确定出所述试纸条上检测线与控制线之间的间距，由所述间距和所述参数判断出所述荧光物质的浓度。

2.如权利要求1所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述光源照射在所述试纸条上用于使所述试纸条上的荧光物质发出待测光包括：

调整所述光源的照射角度或者在所述试纸条与所述参照光源之间设置挡板，用于避免所述光源发出的光照射或者反射到所述参照光源上。

3.如权利要求1所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述调整所述参照光源的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同包括：

通过色温传感器进行实时检测，调整所述参数直至所述参照光的色温与所述待测光色温相同。

4.如权利要求3所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述调整所述参数直至所述参照光的色温与所述待测光色温相同包括：

通过所述参照光源逐步调整所述参照光的RGB值。

5.如权利要求3所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述调整所述参照光源的参数使所述参照光的色温和强度均与所述待测光相同包括：

通过亮度传感器进行实时检测，调整所述参数直至所述参照光的强度与所述待测光强度相同。

6.如权利要求5所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，由所述间距和所述参数判断出所述荧光物质的浓度包括：

将所述参照光源、所述亮度传感器和所述色温传感器分别电连接通讯模块；

当所述待测光和所述参照光的色温和强度均相同时，所述通讯模块将所述参数传输至微处理器。

7.如权利要求1所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述确定出所述试纸条上检测线与控制线之间的间距：

获取覆盖所述试纸条的图片；

根据所述图片中的亮度区域，确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置；

将所述中心线的位置设定为所述检测线的位置。

8.如权利要求7所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置包括：

将所述图片调整为灰度图像，设定阈值，将大于所述阈值的所述灰度图像中的像素点保留，保留的像素点组合为所述亮度区域。

9.如权利要求8所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述确定出所述亮度区域的中心线以及所述中心线的位置包括：

在所述亮度区域内排列多个相互平行的线段，多条所述线段与所述试纸条长度方向上平行；多条所述线段的中点的连线即为所述中心线。

10.如权利要求9所述的荧光试纸定量分析仪，其特征在于，所述将所述中心线的位置设定为所述检测线的位置包括：

确定多条所述线段中点相对于所述控制线的距离，将多个所述距离求和取平均后的结果作为所述间距。

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