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Einleitung
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Gerät zur digitalen Ablesung für Schnelltests, insbesondere zur fotometrischen Bewertung eines Teststreifens, eines sogenannten Lateral Flow Assay (LFA). Solche LFA's finden als Schnelltests zunehmende Anwendung, die beschriebene Vorrichtung ist also in der Diagnostik und in der Bioanalytik einsetzbar.
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Hintergrund
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Es gibt ein wachsendes Bedürfnis nach objektiven und entscheidungssicheren Auswertehilfen insbesondere Messvorrichtungen für den Selbstanwender von Schnelltests mit intuitiver Benutzung, die einfach aufgebaut sein müssen und den Testverpackungen (z. B. in Apotheken) beigelegt werden können. Sie sollten möglicherweise auch zum Einmalverbrauch (sog. Disposables) geeignet sein. Bei Geräten für den professionellen Einsatz haben kamerabasierte Geräte ihre Überlegenheit bezüglich Genauigkeit, Messgeschwindigkeit, Reproduzierbarkeit und mechanischer Robustheit bewiesen. Der hohe technische Aufwand und die Kosten erschweren jedoch bisher den Einsatz im Enduserbereich. Bei professionellen Geräten werden außerdem chargen- und testspezifische Kalibrierdaten für die Messungen benötigt, was bei kostengünstigen Systemen bisher schwierig erscheint.
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Immunoassays gehören in der Bioanalytik zu den am weitesten verbreiteten Methoden, weil sie mit geringem Aufwand, Kosten- und Zeitbedarf schnelle diagnostische Vorhersagen, Verlaufskontrollen von Krankheiten, den Nachweis von Giftstoffen oder die Überwachung von Arzneistoffen im Körper ermöglichen.
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Die LFA's (Teststreifen) basieren auf dem Prinzip, dass eine kleine Menge der zu untersuchenden Probenflüssigkeit an der Probenauftragsstelle mit markierten Antikörpern in Kontakt gebracht wird. Wenn in der Probeflüssigkeit eine ausreichende Menge des Analyten vorhanden ist, kann dieser mit dem markierten Antikörper reagieren und einen Immunkomplex bilden. Auf einer Membran sind an definierten Stellen (Testlinie) weitere immunologische Komponenten linienförmig fixiert, die aus der Probe entweder die freien oder komplexierten markierten Antikörper festhalten und dadurch an diesen Linien ein photometrisch messbares Signal (Farbe der Goldpartikel) anreichern. Während für manche Analyte eine qualitative Aussage und eine visuelle (subjektive) Beurteilung der Testbande ohne Messgerät für die Interpretation ausreicht (Schwangerschaftstest), sind für andere Analyte objektive und reproduzierbare oder gegebenenfalls quantitative Signalauswertungen mit einem entsprechenden Messgerät notwendig. Der Trend geht dahin, auch bei qualitativen Tests Geräte zur Objektivierung der Aussage zu verwenden.
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Solche Teststreifen werden in Testkassetten (9) eingebaut. In eine dafür vorgesehene Öffnung der Testkassette wird eine Probeflüssigkeit, zum Beispiel Blut oder Speichel im Falle eines diagnostischen Schnelltests aufgebracht, auf dem Streifen kommt es zu einer Antikörperreaktion, in der Folge kommt es in zwei Streifen im Beobachtungsfenster der Testkassette zu einer Verfärbung. Die Verfärbung der Testlinie gibt Auskunft über die Konzentration des Analyten, die Kontrolllinie C zeigt die Gültigkeit des Tests an. Solche Schnelltests finden zunehmend Anwendung in der humanen Diagnostik, bei der Analyse von Lebensmitteln (Mykotoxine), in der Drogenanalytik und in der Allergiediagnostik.
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Ursprünglich wurden diese Schnelltests für einfache Ja/Nein-Aussagen entwickelt, zum Beispiel für einen Schwangerschaftstest. Mit zunehmendem technischen Fortschritt gelang es aber immer mehr, diese Tests quantifizierbar zu gestalten, d. h. die Stärke des Farbumschlages korreliert mit der Konzentration des Analyten und ermöglicht damit Aussagen über die Schwere eines Ereignisses. In der Anfangszeit legten die Hersteller der Tests für die Verbraucher in der Test-Verpackung Farbtafeln als Auswertehilfen bei. Die Testnutzer sollten anhand dieser farbigen Piktogramme das Ergebnis bezüglich der Farbintensität bewerten und damit das Ergebnis feststellen. Für den professionellen Einsatz wurden Geräte zur quantitativen Bewertung dieser Tests entwickelt, sogenannte Reader. In solchen Readern erfolgt die Bewertung anhand von chargen- und testspezifischen Kalibrierkurven, die im Gerät hinterlegt sind, und mit denen der Messwert elektronisch verglichen wird. Aufgrund der komplexen technischen Problematik und der erforderlichen Genauigkeit sind solche Geräte aber für den Endverbraucher zu aufwändig.
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Der Endanwender, der in der Apotheke einen Selbsttest kauft, muss in der Regel weiterhin auf Farbtafeln zurückgreifen, die den Verkaufsverpackungen beiliegen. Der Endanwender fühlt sich bei der Selbstauswertung aber oft unsicher, er wünscht sich eine eindeutige ablesbare Aussage, die keine Entscheidungsunsicherheit enthält. Auf dem Markt existieren nur für ausgewählte Tests einfache, für die Endanwender konzipierte Geräte zur Auswertung von Tests, zum Beispiel für Schwangerschaftstests oder für ausgewählte Tests in den USA.
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Allen Auswertegeräten ist funktionell gemeinsam, dass die Teststreifen beleuchtet werden und das reflektierte Licht fotometrisch in einem definierten Pixelraster bewertet wird. Dazu werden linienförmige (zweidimensionale) oder flächenhafte (dreidimensionale) Scans in dem Testfeld durchgeführt und von jedem Pixel (Bildpunkt) die Lichtintensität gemessen und digital gespeichert. Aus der Höhe des Reflexionssignals der Testlinie wird über den rechnerischen Vergleich mit einer im Speicher hinterlegten Kalibrierungskurve die Konzentration des Analyten in der Probe ermittelt und zur Anzeige gebracht.
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Professionelle Geräte im Laboreinsatz, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, arbeiten entweder nach dem Scanner- oder nach dem Kameraprinzip. Beim Scannerprinzip befinden sich Sender- und Empfangseinheiten in einem sehr engen Raster (als Chip) mit geringem Abstand zueinander. Bei der Relativbewegung zwischen dem abzubildenden Objekt und der Sende- und Empfangseinheit, einem optomechanischen Vorgang, wird das Objekt gemäß dem definierten Raster abgetastet und als Bild elektronisch aufgenommen. Scanner sind häufig mechanisch anfällig, aber in großen Stückzahlen günstig verfügbar.
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Beim Kameraprinzip wird das Objekt mittels einer Optik auf einen Photoempfänger mit einer Fülle von Empfangspixeln z. B. einer CCD-Matrix und Zeile elektronisch ausgelesen, übertragen, und ausgewertet. Vorteile des Kameraprinzips sind seine mechanische Robustheit und die schnelle Bildaufnahme. Die Aufnahme von Bildern in definierter Frequenz ermöglicht Filmaufnahmen.
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Gute Kamerasysteme dagegen sind selten kostengünstig verfügbar. Bei preiswerten kamerabasierten Auswertesystemen kauft der Anwender einfache und kostengünstige Webcams zu und verarbeitet die Bilder mit herkömmlichen Betriebssystemen. Diese Systeme sind aufgrund des unzuverlässigen Weiss-Abgleichs und der Anfälligkeit der komplexen Software (z. B. bei der Verwendung von Windows-Bildverarbeitungssoftware) nicht zuverlässig.
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In der
europäischen Patentanmeldung 09820077.7-1524 „Gerät und Verfahren zur Auswertung und Bewertung eines Teststreifens” wird eine Lösung vorgeschlagen, bei der das Bild von der CCD-Matrix direkt von einem Mikroprozessor ausgelesen wird. Im Sichtbereich der Kamera befinden sich farbstabile Kalibriernormale, mit denen bei jedem Gerätestart das Gerät neu kalibriert wird. Die test- und chargenspezifischen Daten sind auf einer dazugehörigen SD-Karte gespeichert, ein Barcodescanner prüft die Testidentität auf der Rückseite der Testkassette und schließt damit Vertauschungen von Tests aus.
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Nachteilig bei diesen Geräten ist der damit verbundene hohe technische Aufwand. Die genaue Abbildung erfordert eine hochwertige Optik, eine aufwändige CCD-Matrix und einen 32-Bit-Prozessor mit zusätzlichen Speichermöglichkeiten.
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Es gibt folgende technische Lösungsansätze für Endkunden-Selbsttests, die das gleiche Ziel haben, mit möglichst wenigen optischen Komponenten eine Bewertung vorzunehmen.
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Eine Gruppe dieser Lösungsansätze schlägt vor, möglichst nur einzelne Fotodioden zur Auswertung zu verwenden. So werden zum Beispiel beim Clearblue Schwangerschaftstest (
US-Patent 5,622,871 ) jeweils Kontrolllinie und Testlinie mit einzelnen PIN-Fotodioden zur Auswertung der Testfelder erkannt. Diese Fotodioden haben bei der Auswertung keinen relativen Messbezug, liefern aber eine einfache ja/nein-Aussage. Die vertreibende Firma wirbt damit, dass sich ¼ der Frauen bei der Auswertung ohne Messvorrichtung irren, und dies mit der elektronischen Anzeige ausgeschlossen werden kann.
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Aus dem
EP 2385369A1 ist ein Assay Reader bekannt, der unter dem Namen „Alverix” vertrieben wird, der nur mit einer Lichtquelle und einer Fotodiode ausgestattet ist. Das Gerät weist einen Schacht auf, in die die Testkassette zur Messung eingeschoben wird. Mit diesem Gerät wird ein linienförmiger Scan rechtwinklig durch Test- und Kontrolllinie durch die Relativbewegung während des Einführens des Tests in den Messschacht erzeugt. Dazu wird mit nur einem Beleuchtungselement (LED) und einer Fotodiode entlang der Diode ein eindimensionaler Scan durch das Sichtfenster der Kassette erzeugt. Nachteilig bei dieser Lösung ist es, dass keine Ortsinformationen zugeordnet werden können, anhand des Scans kann nur ein relatives Bild ausgewertet werden, d. h. die Maxima können zueinander oder zum Grundwert ins Verhältnis gesetzt werden. Ein anderer wesentlicher Nachteil ist, dass die Genauigkeit des Scans und der Werte von die Einschubgeschwindigkeit des Bedieners abhängig ist: Wird der Test mit hoher Geschwindigkeit eingeschoben, muss die Fotodiode sehr schnell messen, was zu Fehlmessungen führen kann.
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Beschreibung
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Es besteht die Aufgabe, eine technische Lösung und eine Anordnung für ein Mess- und Anzeigegerät zu finden, dass als elektro-optisch unterstützte Messvorrichtung für LFA-Schnelltests für Endanwender dient:
- – das die Vorteile eines Kamerasystems nutzt und trotzdem kostengünstig herstellbar ist,
- – nur aus wenigen Komponenten besteht,
- – so kostengünstig herstellbar ist, dass es dem Testnutzer zum Gebrauch in der Verpackung beigelegt werden kann,
- – das trotzdem weitestgehend die Funktionalität eines mobilen Auswertegerätes hat,
- – das nur für einen Test in vorher bestimmbaren Zeitraum nutzbar sein soll.
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Die Vorteile eines kamerabasierten Systems nutzen bedeutet, einmalige Bilder der Teststreifens zu erzeugen und möglichst mehrfach hintereinander. Es muss eine einfache effiziente Lichtquelle benutzt werden, die das abzubildende Objekt ausreichend ausleuchtet. Es wird eine Abbildung auf einen Empfänger mit mehreren Empfangselementen (Pixeln) zu realisieren. Die Auswertefunktion der Bilder sollte mit einer geräteeigenen Software (embedded System) in einem Gerät vereint werden. Die Werte sollten speicherbar und auf Wunsch mit einem Adapter auslesbar sein. Die Messvorrichtung sollte so einfach aufgebaut sein, dass sie gegebenenfalls auch zum einmaligen Gebrauch einer Verpackungseinheit beigelegt werden kann. Die Messvorrichtung sollte beliebig viele Linien in dem Testfeld und eventuell auch eng beieinander liegende Testfelder scannen können.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere mögliche Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung
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Kern der Neuerung ist die Realisierung einer einfachen Kamera als autonom arbeitende Baugruppe, die intuitiv vom Endverbraucher über das Testfeld positioniert wird, ein objektives Ergebnis liefert und dabei die Vorteile eines Kamerasystems nutzt. Es wurde gefunden, dass mit dem einfachen Mess- und Anzeigegerät bei üblichen Schnelltests eine Messgenauigkeit und Auflösung erreicht werden kann, die an die professioneller Reader heranreicht.
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Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Vorrichtung zur digitalen Messung für Schnelltests besteht aus einem Gehäusegrundkörper und einem Aufsatzteil und enthält eine Lichtquelle, optische Komponenten für die Abbildung (Lochblende), ein Empfangselement, eine Stromquelle, eine elektronische Schaltung (Leiterplatte), eine Anzeigekomponente, eine elektrische Schnittstelle zur Datenübertragung, eine Aufnahmeeinrichtung für den Schnelltest, eine Stromversorgung und ein Bedienelement (Schalter). Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – die optischen Komponenten für die Abbildung im Gehäusegrundkörper integriert sind und
- – dass das Empfangselement als CCD-Zeile ausgebildet ist.
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Eine Variante der Vorrichtung besteht darin, dass als zusätzliche optische Komponente an der Lochblende eine Linse angeordnet ist. Das Empfangselement ist vorzugsweise als flächiger Sensor ausgebildet.
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Von Vorteil ist, dass die Wellenlänge der Lichtquelle an den Test anpassbar ist. Die Aufnahmemöglichkeit (Batteriefach) für die Stromversorgung ist im Gehäusegrundkörper 6 angeordnet.
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Die innere Oberfläche wird so gestaltet, dass sie optisch inaktiv ist. Das erreicht man dadurch, dass die innere Oberfläche mattiert ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die seitliche Beleuchtung in einem solchen Winkel erfolgt, dass es keine störenden Reflexionen gibt.
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Der Aufbau der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Vorrichtung kann auch so erfolgen, dass die Testidentifizierung drahtlos erfolgt. Die beschriebene elektro-optische Messvorrichtung arbeitet nach dem Kameraprinzip, bei der eine kostengünstige CCD-Zeile verwendet wird, und die zur Auswertung ein 8 bit-Mikroprozessor, eine LED zur Beleuchtung, bei der alle Elemente in einer Einheit aus nur 2 Gehäusekörpern angeordnet sind, und die gleichzeitig über eine eigenständige Steuerung des Messablaufes enthält. Weiterhin sind in dieser Einheit eine Batterie, ein Auslöseknopf, und eine 7 Segment-Anzeige montiert. Die gesamte Messvorrichtung arbeitet autonom. Die Vorrichtung besitzt an ihrer Unterseite eine Öffnung, die zum Messvorgang intuitiv auf einen Messfenster aufgesetzt wird. Testkassette und Messvorrichtung besitzen jeweils korrespondierende geometrische Strukturen, die es jedem Bediener intuitiv ermöglichen, den Test an die richtige Messposition zu setzen. Die Messung wird durch einen Tastschalter ausgelöst. Der Messwert wird nach einigen Sekunden zur Anzeige gebracht.
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Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen. In einem Gehäuseteil sind in einer optischen Achse senkrecht zum Messobjekt eine Blende bzw. ggf. eine Linse angeordnet. Die Abstände zwischen Linsenhauptachse bzw. Blende zum Messobjekt bzw. zur CCD sind so dimensioniert, dass eine optimale Abbildung des Messfensters auf die CCD-Linie gewährleistet ist. In diesem Grundkörper befindet sich eine Kammer zur Aufnahme der Batterie. Weiterhin weist der Körper eine Öffnung zur Aufnahme einer LED auf, die gewährleistet, dass die Probe seitlich beleuchtet wird. Die seitliche Beleuchtung erfolgt in einem solchen Winkel, dass Reflexionen von der Oberfläche der Messprobe (zum Beispiel im Falle der Verwendung von Tests, die mit einer durchsichtigen Folie oder einem Fenster geschützt sind), nicht auf den Empfänger geraten.
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Der Grundkörper weist eine Anschlagfläche auf, auf der ein Verdrahtungsträger, bevorzugt eine Leiterplatte, montiert ist. Die Leiterplatte weist als Kernbauelemente den CCD-Sensor, einen 8 bit-Mikroprozessor und ggf. einen Stecker auf.
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Der Gehäusekörper ist so konstruiert, dass er durch eine Spritzgusstechnologie in großen Stückzahlen herstellbar ist.
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Die Vorteile der beschriebenen Vorrichtung resultieren aus der Umsetzung der Kameralösung mit bevorzugten Abmessungen von nur 40 × 40 × 40 mm3 und geringer Masse von nur 80 g. Mit einer Kamera können innerhalb der Bruchzeit einer Sekunde Bilder aufgenommen werden. Der Mikroprozessor liest diese Pixelinformationen aus der CCD-Zeile (oder Matrix) innerhalb von kurzer Zeit aus. Durch die Aufnahme von mehreren Bildern in einem kurzen Zeitabstand können höhere Messgenauigkeiten als beim einmaligen Scannen nach opto-mechanischem Prinzip erreicht werden. Weiterhin lassen sich Bildsequenzen während der Testentwicklung aufnehmen, mit denen bei bekannten Verfärbungs-Verläufen von Tests Vorhersagen über ein zu erwartendes Endergebnis getroffen werden können. Dauert beispielsweise ein vollständiger Tests bis zum „Ausentwickeln” 15 Minuten, lassen sich durch die Auswertung von Bildsequenzen bereits nach wenigen Minuten erste Aussagen über ein zu erwartendes Endergebnis treffen. Die Nutzung der Testdynamik ist besonders dann erfolgversprechend, wenn zum Beispiel in einem System nur eine Zeile und damit wenig Werte zu verarbeiten sind.
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Für kostengünstige Messvorrichtungen für den Endverbraucher wird auf die chargenabhängige Kalibrierung verzichtet. Bei professionellen Geräten werden die Daten per Chip oder SD-Karte in das Gerät eingegeben. Im Speicher der Messvorrichtung müssen im Gegensatz zu den Laborgeräten vom Testhersteller absolute Werte als Vergleichswerte und Entscheidungsschwellen hinterlegt werden.
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Kamerasysteme haben zusätzlich den Vorteil, dass auch mehrere Streifen erkannt werden, somit ist auch ein Barcode erkennbar. Ist eine zusätzliche chargen- oder testspezifische Kalibrierung notwendig, kann mit einem Kamerasystem der Messablauf auch so gestaltet werden, dass vor der eigentlichen Testmessung durch Aufsetzen der Kamera auf eine Fläche mit definierter Farbstufe oder Muster eine einfache Kalibrierung vorgenommen wird. Bei der kamerabasierten Messvorrichtung ist es auch möglich, durch einfache Verfahrensanweisung den Auswertebereich zum Beispiel auf die Rückseite der Testkassette mit einem Barcode aufzusetzen oder auf einer beiliegenden Testkassette eine Kalibriermessung vorzunehmen.
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Da das System durch einen Mikroprozessor gesteuert wird, besteht die Möglichkeit, die Messwerte zu speichern. Durch ein einfaches Schnittstellenkabel können die Werte ausgelesen und auf einen externen Computer übertragen werden.
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Die Lösung der Aufgabe wird an Hand mehrerer Figuren näher erläutert.
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In der 1 ist eine Testkassette (1) dargestellt. In der Testkassette befindet sich ein Teststreifen aus einem saugfähigen Vlies. Die Kassette weist mindestens zwei Öffnungen auf. In die Öffnung (2) wird eine Testflüssigkeit (zum Beispiel Blut oder Speichel) aufgetragen. Diese Flüssigkeit breitet sich auf dem Teststreifen aus und fließt in Richtung der Sichtöffnung (3) Auf dem Streifen sind senkrecht zur Fließrichtung Reagenzien in streifenförmigen Linien aufgebracht, in denen es zu einer Farbumschlagreaktion kommt. Eine erste Linie (4) „Capture line” zeigt die Konzentration des zu detektierenden Analyten an, die zweite Linie, die Kontrolllinie (5) zeigt die Gültigkeit des Tests.
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In der 2 ist die elektro-optische Messvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus zwei Gehäuseteilen, einem Gehäusegrundkörper (6), und einem Aufsatzteil (7). Der Gehäusegrundkörper weist an seiner Unterseite eine Aussparung (8) auf, deren Form mit der der Testkassette korrespondiert. Die Tiefe der Aussparung entspricht der Höhe der Testkassette. An einer Gehäuseseite befindet sich eine kreisförmige Öffnung als Zugang zum Batteriefach, die mit einem Deckel (9) verschlossen ist. Der Deckel weist eine Nut (10) für ein Werkzeug auf, mit der der Deckel durch Schraubbewegung befestigt bzw. entfernt werden kann.
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Im Aufsatzteil (7) befinden sich an deren Oberseite Öffnungen für eine Anzeige (11), einen Drucktaster (12) und einen Mini-USB-Stecker (13).
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Die 3 zeigt perspektivisch den Messvorgang. Die Messvorrichtung wird auf die Sichtöffnung (3) der Testkassette aufgesetzt. Dabei wird die Kamera der Messvorrichtung genau über der Sichtöffnung positioniert. Zur richtigen Lage können entweder Markierungen auf der Testkassette (14a und 14b) oder korrespondierende geometrische Strukturen zwischen Testkassette und Messvorrichtung dienen, zum Beispiele Anschlage oder Ausfräsungen an der Testkassette.
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Die 4 zeigt beispielhaft eine Kassette mit einer Kontur, bei der die Position der Messvorrichtung eindeutig bestimmt wird. Die Testkassette weist einen bogenförmigen, halbmondförmigen Ausschnitt (15) auf. Die Aussparung an der Unterseite (8) ist so geformt, dass die Kassette nur in einer eindeutigen Lage hier drin Platz findet. Durch diese Kontur kann die Messvorrichtung intuitiv aufgesetzt werden, ist sie eindeutig fixiert und kann relativ zum Messfeld nicht verrutschen. Der halbmondförmige Ausschnitt kann auch in die andere Richtung ausgeformt sein, so dass die Kassette in der Mitte breiter ist und der Aussparung an der Unterseite dem angepasst ist.
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Alternativ kann die Kassette auch, wie in 5 dargestellt, zwei dreieckige seitliche Flügel haben, die mit einer Zentrier-Kontur an der Unterseite korrespondieren. Bei der Positionierung liegt hier die Messvorrichtung auf einer ebenen Fläche, und die Kassette wird seitlich unter die Messvorrichtung geschoben. Die Flügel dienen hier der Zentrierung und deuten für den Anwender die Richtung an, in die der Test positioniert wird.
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6 zeigt zwei zueinander rechtwinklige Schnitte durch die Messvorrichtung. Die Achse der optischen Abbildung (16) verläuft senkrecht zur seiner Unterseite der Ablesehilfe (17). Zentrisch im Körper befindet sich ein rotationssymmetrisches Teil (18) mit einer Lochblende (19). Auf dieser kann, wie in 6 dargestellt, eine Linse (20) befestigt sein. In einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbespiel, kann die Lochblende auch direkt in das Gehäuse eingebracht sein, so dass kein zusätzlich zu montierendes Teil notwendig ist.
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Der Grundkörper weist eine Aussparung auf, die als Batteriefach (21) dient. In dieser werden vorzugsweise 3 Lithium-Dioden-Zellen (22) eingelegt und elektrisch kontaktiert. Das Batteriefach ist mit dem Deckel (9) verschlossen.
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Oberhalb der Linse ist ein elektrischer Verdrahtungsträger (23), vorzugsweise eine Leiterplatte montiert, auf dem das Empfangselement (24), eine CCD-Empfangszeile (oder Matrix) befestigt ist. Auf dieser Leiterplatte befinden sich außerdem noch hier nicht dargestellte Elemente, wie ein 8 bit-Mikroprozessor, der Stecker für das Interfacekabel und der Taster. Die Leiterplatte dient auch der Ansteuerung der Lichtquelle eine LED (26) mit einer angegossenen Linsenkappe. Diese LED ist in Ihrer optischen Achse (25) geneigt und in einer Gehäusekontur im Basisteil befestigt, so dass der Beleuchtungskegel die Sichtöffnung (3) der Kassette optimal ausleuchtet. Die optische Achse der Lichtquelle/LED (26) und deren Neigungswinkel zur optischen Achse (16) ist so gewählt, dass keine Reflexionen aus dem Sichtfenster auf den Empfänger gelangen können.
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An der Unterseite des Aufsatzteiles (7) ist ein Anzeigedisplay (27) befestigt. Das Display wird über eine elektrische Verbindung, in der Skizze nicht dargestellt, angesteuert.
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Weiterhin kann in dem Gehäuse in der Gehäuseaussparung des Grundkörpers (28) ein Signalgeber (29) montiert sein.
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Der Abstand zwischen der Blende bzw. Linse zur detektierenden Ebene auf dem Teststreifen im Messfeld der Kassette (19), die Linsenbrennweite bzw. der Durchmesser der Blendenöffnung und der Abstand zur Ebene des Empfängerelements sind so dimensioniert, dass die optischen Abbildungsbedingungen erfüllt sind. Insbesondere ist die Linsenöffnung bezüglich Lichtstärke, Beugung und Verzeichnung optimiert.
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7 zeigt einen Scan, der mit einer solchen Anordnung aufgenommen wurde: Überraschenderweise hat die Erprobung ergeben, dass die Abbildung mit diesem Aufbau zur Erzielung gut auswertbarer Ergebnisse genügt. Der Scan wurde sogar nur nach dem Prinzip der „Kamera Obscura” d. h. nur mit einer Blende als abbildendes Element, ohne Linse gewonnen. 8 zeigt weiterhin, dass nach dem gleichen Prinzip überraschenderweise auch Barcodes ausgewertet werden können.
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Der Messablauf erfolgt wie folgt: Der Anwender positioniert in der oben beschriebenen Verfahrensweise die Messvorrichtung so über der Testkassette, das die optische Abbildungsachse sich zentrisch über dem Sichtfenster der Kassette befindet. Er löst den Taster aus und startet damit denn Messvorgang, gesteuert durch den Mikroprozessor. Zunächst wird impulsartig die LED bestromt, sie beleuchtet das Testfeld mit den zu messenden Test- und Kontrolllinien. Das reflektierte Licht gelangt durch die Blende und ggf. durch die Linse auf die CCD mit einzelnen fotoempfindlichen Elementen. Die Bildinformation wird vom 8 bit-Prozessor ausgelesen, verarbeitet und zur Anzeige gebracht. Dazu werden die gemessenen Werte mit im Prozessor hinterlegten Werten verglichen und ausgegeben. Ggf. wird das Ende des Messergebnisses mit einem akustischen Signal angezeigt. Die Messwerte werden in einem Speicher hinterlegt. Mit einem speziellen Messkabel können die Werte ausgelesen und an einen externen Rechner übertragen werden.
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Um die Testdynamik, das heißt den Test während der Entwicklung, beobachten zu können, kann der Messvorgang in einer beliebigen Frequenz wiederholt werden. Durch Mehrfachmessungen können außerdem Messfehler verringert bzw. ausgeschlossen werden.
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Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Abbildung auch ohne Linse für die Messzwecke ausreichend ist, die Abbildung durch eine Blende nach dem Prinzip der „Camera Obscura” ist ausreichend.
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7 zeigt ein Profil, das mit einer solchen optischen Abbildung ohne Linse aufgenommen wurde. Deutlich ist das Signal von der Testlinie (30) und der Kontrolllinie (31). In dem Diagramm sind die von der CCD ausgelesenen Graustufenwerte als Diagramm dargestellt, die Peakhöhe (32a) zeigt die Graustufe der Testlinie (30) und die Peakhöhe (32b) die Graustufe der Kontrolllinie (31) Die Graustufe der Testlinie kann mit einem kalibrierten und im Gerät hinterlegten Wert verglichen und zur Anzeige gebracht werden. Diese Werte können von der Auswertelogik entweder mit im Speicher hinterlegten absoluten Werten oder mit vorab gemessenen Vergleichswerten verglichen werden. Möglich ist auch, dass das Ergebnis aus dem Verhältnis der Graustufen von beiden Linien zueinander berechnet wird.
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In 8 ist das Bild und der Grauwertscan für einen Barcode dargestellt. Auch hier sieht man überraschend, dass mit der Messvorrichtung und deren Kamera Maxima und Minima deutlich zu erkennen sind. Mit dieser Messvorrichtung können folglich Barcodes erkannt werden. Das bietet sich beispielsweise dann an, wenn der Test auf der Rückseite zur Identifikation einen Barcode aufweist. Außerdem können durch den Barcode Kalibrierungsdaten für die Tests verschlüsselt werden.
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Legende der Figuren:
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1: ist eine Testkassette
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2: Messvorrichtung in perspektivischer Ansicht
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3: Messvorgang mit Messvorrichtung und Draufsicht mit Testkassette
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4: Kassette und Ausschnitt mit bogenförmigem Ausschnitt
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5: Kassette und Ausschnitt mit dreieckiger Führungskontur
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6: Schnitt durch die Messvorrichtung
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7: Aufnahme eines Teststreifens
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8: Bild und Grauwertscan für einen Barcode.
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9: Schematischer Aufbau eines LFA
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Testkassette
- 2
- Öffnung für Einbringung der Testprobe
- 3
- Sichtöffnung für Testauswertung
- 4
- Testlinie („Capture line”)
- 5
- Kontrolllinie
- 6
- Gehäusegrundkörper
- 7
- Aufsatzteil
- 8
- Aussparung auf Unterseite des Gehäusegrundkörpers
- 9
- Deckel für Batteriefach
- 10
- Nut zur Öffnung des Batteriefaches
- 11
- Anzeige
- 12
- Bedienelement (Drucktaster)
- 13
- Mini-USB-Stecker
- 14a und 14b
- Markierungen auf der Testkassette
- 15
- bogenförmiger, halbmondförmiger Ausschnitt
- 16
- Achse der optischen Abbildung
- 17
- Unterseite der Messvorrichtung
- 18
- rotationssymmetrisches Teil
- 19
- Lochblende
- 20
- Linse
- 21
- Batteriefach
- 22
- 3 Lithium-Dioden-Zellen
- 23
- elektrischer Verdrahtungsträger vorzugsweise Leiterplatte
- 24
- Empfangselement, CCD-Empfangszeile
- 25
- optische Achse
- 26
- LED
- 27
- Anzeigedisplay
- 28
- Gehäuseaussparung des Grundkörpers
- 29
- Signalgeber
- 30
- Signal von der Testlinie
- 31
- Signal von der Kontrolllinie
- 32a
- Peakhöhe, Grauwert Testlinie
- 32b
- Peakhöhe, Grauwert Kontrolllinie
- A
- Sample-Pad
- B
- Antikörper-Pad
- C
- Kontroll-Linie
- D
- Saug-Pad
- E
- Test-Linie
- F
- Nitrozellulose-Membran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 09820077 [0012]
- US 5622871 [0015]
- EP 2385369 A1 [0016]
