ES2929039T3 - Análisis de datos ópticos con ayuda de histogramas - Google Patents

Abstract

El sistema cuenta con una unidad de detección para la detección de intensidades de luz, que son radiadas por áreas parciales de áreas de detección de una unidad de prueba, y una unidad de evaluación que determina la distribución de frecuencias para las intensidades detectadas, donde la distribución tiene un máximo generado por un área parcial no recubierta o un área de referencia y otro máximo generado por un área parcial recubierta. La unidad de evaluación selecciona una de las intensidades en función de la distribución y determina la concentración de un analito a partir de la intensidad seleccionada. También se incluyen reivindicaciones independientes para lo siguiente: (1) un método para determinar la concentración de analito en el fluido (2) un método de control de calidad del área de detección de una unidad de prueba (3) un instrumento para determinar la concentración de analito en el fluido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Análisis de datos ópticos con ayuda de histogramas

Campo técnico de la invención

La invención se encuentra en el campo del análisis óptico de pequeños volúmenes de muestra, como ocurre, por ejemplo, en el diagnóstico de muestras de sangre.

La determinación de la concentración de distintos analitos en muestras fisiológicas tiene una importancia creciente en nuestra sociedad. El examen de muestras de este tipo tiene lugar en distintos campos de aplicación, por ejemplo, en laboratorios clínicos o en el "control desde casa". Esto incluye, sobre todo, la medición de glucosa en el tratamiento de la diabetes, así como la medición del colesterol en cardiopatías y vasculopatías. El hemodiagnóstico médico siempre requiere la obtención de una muestra de sangre del individuo que se va a examinar.

A menudo, el procedimiento analítico llevado a cabo después del procedimiento de punción se lleva a cabo en un pequeño equipo de medición portátil, el llamado "dispositivo de mano", en el que se analizan los elementos de prueba humectados con sangre. Estos dispositivos de mano tienen una gran importancia, por ejemplo, en el diagnóstico de las enfermedades relacionadas con la diabetes. La medición en estos equipos se lleva a cabo, sobre todo, de forma electroquímica u óptica. En el caso de mediciones basadas en óptica, la muestra se ilumina con luz y se detecta la luz reflejada para determinar la concentración de analito. Para ello, se usan, sobre todo, elementos de prueba, como tiras reactivas, que se humectan con la muestra, como sangre o líquido intersticial. A continuación, la muestra reacciona con los reactivos que se aplican a este elemento de prueba. Esto puede dar lugar a un cambio de color que se puede detectar a continuación.

Cuando se usan procedimientos convencionales para analizar los elementos de prueba es de gran importancia que la zona de detección del elemento de prueba se humecte uniformemente por el líquido de prueba. La humectación no uniforme o insuficiente de la zona de detección puede dar lugar a resultados erróneos. En particular, cuando se usa una pequeña cantidad de líquido de prueba, la distribución en el elemento de prueba podría no ser uniforme y solo se humecta una parte de la zona de detección con material de muestra. En los procedimientos de medición convencionales basados en óptica, a menudo, se mide la luz reflejada de toda la zona de detección, lo que da lugar a una alta inexactitud en la glucosa medida, dado que, según la cantidad de muestra aplicada, en la determinación se incluye una cantidad diferente de superficie no humectada. En caso de una humectación insuficiente de la zona de detección, el tamaño de la sección que se va a medir puede ser inferior al necesario para una medición sin errores. Esto puede hacer que sea necesaria una repetición de la medición o que se generen valores de medición falsos.

Los intentos de remediar la humectación insuficiente o no uniforme del elemento de prueba aún no han dado lugar a una solución satisfactoria. En el caso más simple, el paciente se ve obligado a verificar visualmente la humectación del elemento de prueba. Esto no es posible, sobre todo, en el caso de los diabéticos, que, a menudo, ya tienen una visión reducida.

En la memoria descriptiva US 6249593 se describe una detección inmunológica de un analito. A este respecto, una molécula de captura se inmoviliza en una parte del campo de prueba y se une al analito, que a su vez se hace visible ópticamente mediante una molécula marcadora. Durante la iluminación de la zona de detección se generan valores de medición con resolución espacial, escogiéndose la localización con la intensidad de radiación más alta que se utiliza únicamente para la evaluación. Este valor se referencia con una parte humectada del campo de prueba que no contiene ninguna molécula de captura. El inconveniente de este procedimiento es la necesidad de humectar las zonas de campo de prueba con y sin la molécula de captura. De este modo, es necesaria una aplicación dirigida localmente de la muestra, así como una cantidad de muestra que siempre humecte ambas zonas. Además, la determinación del analito se realiza en base a un valor de medición individual. Esto puede dar lugar a grandes errores, dado que no se pueden tener en cuenta posibles no homogeneidades o impurezas en el elemento de prueba.

En la solicitud de patente US 2003/0153023 también se inmoviliza una molécula de captura en la superficie de campo de prueba y se detecta ópticamente una reacción con el analito. Aquí se determina la frecuencia de las intensidades de luz en distintas localizaciones. Se establece un valor umbral que para la evaluación solo tiene en cuenta los valores de medición que están por encima de una intensidad determinada. De este modo, las señales del fondo que no reacciona se pueden diferenciar de las señales útiles. Dado que aquí también tiene lugar una reacción inmunológica, que tiene que tener en cuenta moléculas marcadoras unidas no específicamente, la aplicación de la muestra es necesaria tanto en regiones con moléculas de captura como en regiones sin moléculas de captura.

Documento US 6847451: la solicitud de patente US 6847451 describe un procedimiento para la determinación óptica de un analito en un líquido en un campo de prueba. A este respecto, el analito reacciona con una enzima en el campo de prueba y se forma un colorante que se detecta ópticamente. En esta patente se resuelve el problema de que una cantidad de muestra demasiado pequeña no humecte todo el campo de prueba y dé lugar a resultados falsos en el caso de una evaluación integral. Esto se evita mediante una medición con resolución espacial en la que solo se evalúan las zonas de prueba cuya intensidad supere un valor umbral. Un inconveniente de este procedimiento es la integración en una zona grande del campo de prueba, que puede ser no homogénea en sí misma. Dado que también se deben medir concentraciones pequeñas, el valor umbral no se debe establecer demasiado bajo. De lo contrario, ya no se pueden detectar líquidos con bajas concentraciones de analito. La evaluación de todos los campos humectados también da lugar a resultados inexactos. En el caso de elementos de prueba parcialmente humectados, esta inexactitud se debe del borde de la zona humectada. En esta "zona de borde", a menudo se encuentra una distribución desigual de la muestra y, por tanto, del analito. Si también se evalúa esta zona, como se hace en los antecedentes de la técnica, se obtiene un resultado falseado. Esto es, en particular, crítico cuando la superficie humectada se vuelve muy pequeña y la zona de borde constituye una gran proporción de la zona humectada.

A partir de los inconvenientes de los antecedentes de la técnica resulta el objetivo de desarrollar un sistema que garantice un análisis más simple y exacto.

Descripción general

De acuerdo con la invención, se describe un sistema para determinar la concentración de un analito en un líquido, con una unidad de iluminación o detección para detectar las intensidades de luz que se emiten por zonas parciales de una zona de detección de un elemento de prueba. Además, se describe una unidad de evaluación que determina una distribución de frecuencias para las intensidades de luz detectadas, presentando la distribución de frecuencias al menos un primer máximo provocado por zonas parciales no humectadas o al menos una zona de referencia y un segundo máximo provocado por zonas parciales humectadas, y que identifica zonas humectadas en función de las frecuencias y las diferencia de las zonas no humectadas y selecciona al menos una intensidad de luz en base a la distribución de frecuencias y determina la concentración del analito con pequeños volúmenes de muestra a partir de la al menos una intensidad de luz seleccionada. Mediante la consideración de las frecuencias de intensidades es posible identificar y evaluar zonas humectadas homogéneamente que están poco influenciadas por efectos secundarios como distribución de reactivo y/o muestra no homogénea, propiedades de viscosidad variables del líquido aplicado o contaminación de la muestra y/o del elemento de prueba. De esta forma, se pueden lograr resultados en los que casi están excluidos los errores de medición que se pueden atribuir a las propiedades del elemento de prueba y del líquido.

Como líquidos (también denominados muestra o líquido de muestra) se han de entender, sobre todo, pero sin limitarse a los mismos, líquidos fisiológicos, como sangre (venosa o capilar), componentes sanguíneos, líquido intersticial, plasma, suero, orina o saliva. En el resto del texto se habla, sobre todo, de la sangre como muestra. Esto se ha considerar ejemplar para el concepto de líquido y no se ha de entender como limitante.

Se requieren muestras de sangre, sobre todo para el autodiagnóstico del paciente que tiene que examinar regularmente un parámetro sanguíneo, como, por ejemplo, en el caso de los diabéticos. Para causar el menor dolor posible al paciente durante el pinchazo, la profundidad de punción se selecciona lo más baja posible. A este respecto, solo se obtiene poca sangre. Por este motivo, los procedimientos analíticos tienen que poder medir con precisión volúmenes de sangre cada vez más pequeños. Por lo tanto, el sistema de acuerdo con la invención es adecuado incluso para el análisis de volúmenes de muestra por debajo de 100 nl. Un intervalo de volúmenes preferente se encuentra entre 1 y 500 nl, un intervalo de volúmenes, en particular, preferente se encuentra entre 10 y 100 nl. Sin embargo, también se pueden medir volúmenes más grandes. En particular, con los instrumentos que contienen un muestreo automatizado después de la punción, la cantidad de muestra que se vaya a analizar todavía se puede encontrar por debajo de 1 nl. Por este motivo, se describe un sistema que posibilita analizar volúmenes de muestra muy pequeños independientemente de su forma aplicada. Esto se hace con ayuda de determinaciones de frecuencia de las intensidades de luz de las zonas que han reaccionado sobre la zona de detección en forma de un histograma.

Se puede utilizar un histograma para ilustrar el principio de evaluación de frecuencias. En este caso, las intensidades de luz se determinan, por ejemplo, en forma de valores de gris y se clasifican en intervalos de intensidades. La frecuencia de la respectiva intensidad de luz en un intervalo de intensidades se representa frente al valor de gris. Para ello, se requiere una unidad de detección o una unidad de irradiación que detecte o irradie la zona de detección con resolución espacial. Se examina una pluralidad de zonas parciales sobre la zona de detección, no teniéndose que usar la información de localización en la evaluación adicional. Estas zonas parciales no son subdivisiones reales de la zona de detección, sino que se originan mediante la medición óptica con resolución espacial de la zona de detección. Por tanto, el número de estas zonas parciales depende del número de regiones irradiadas o detectadas. Cuantas más zonas parciales se examinen, con más exactitud se puede determinar la diferencia de las diferencias de intensidad de distintas zonas. Las intensidades de las zonas parciales humectadas se correlacionan con la concentración del analito en la muestra. En un modo de realización preferente se diferencian 256 intensidades. Este número de niveles de intensidad es suficiente para alcanzar una precisión/resolución suficiente para determinar la concentración del analito. A este respecto, la cantidad de datos se puede mantener en una medida tan pequeña que se puede procesar por medio de pequeños soportes de datos en una unidad de evaluación en el propio detector o en una unidad de evaluación separada del detector. A diferencia de los sistemas de los antecedentes de la técnica, que procesan adicionalmente todos los valores de intensidad para evaluar las mediciones con resolución espacial, en el sistema de acuerdo con la invención para calcular la concentración del analito de forma preferente solo se usan determinadas frecuencias y las intensidades asociadas a las mismas. En particular, en el caso de mediciones con resolución temporal, en las que es necesaria una alta frecuencia de reloj de la adquisición de imágenes, la evaluación de acuerdo con la invención sin almacenamiento de los datos de imagen completos presenta una reducción significativa del requisito de corriente y del requisito de almacenamiento. De esta forma, se puede fabricar un equipo que tenga pocos requisitos de almacenamiento debido al procedimiento de evaluación, con componentes económicos. Por tanto, el equipo se puede fabricar y hacer funcionar de forma más económica que los equipos convencionales.

Antes de la humectación de un elemento de prueba, se puede determinar la distribución de frecuencias de las intensidades sobre la zona de detección. Las zonas parciales de la zona de detección presentan intensidades muy similares o los valores de gris determinados a partir de las mismas. De forma alternativa, las intensidades de zonas parciales se pueden determinar antes o después de la aplicación de la muestra, que se detectan por una zona de referencia. Esta zona de referencia puede ser parte de la zona de detección o encontrarse fuera de la zona de detección. No tiene lugar ninguna reacción en o sobre esta zona de referencia, independientemente de si la zona de referencia se humecta o no por la muestra.

En el histograma, las zonas parciales no humectadas o la zona de referencia se pueden reconocer por un primer máximo, que presenta una distribución estrecha de intensidades o niveles de gris alrededor del máximo. Un máximo de las frecuencias se caracteriza por que la curva que muestra las frecuencias presenta una pendiente de cero en el punto del máximo. Idealmente, un elemento de prueba sin usar presenta intensidades en un pequeño intervalo de intensidades en su zona de detección. Si este es el caso, se puede suponer que solo se pueden encontrar algunos defectos o ninguno sobre la zona de detección. Este es el requisito previo para una medición sin errores de una muestra. Si un número significativo de intensidades se encuentra fuera de este pequeño intervalo de intensidades "normal", entonces se puede suponer que no es posible una medición sin errores con este elemento de prueba. Esto se puede utilizar como control de calidad para excluir elementos de prueba defectuosos de la medición.

Cuando, por ejemplo, se aplica una gota de la muestra sobre la zona de detección, tiene lugar un cambio de la distribución de frecuencias de las intensidades. Esto es independiente de la longitud de onda con la que se irradia la zona de detección. Entonces, se puede usar luz en el rango infrarrojo, en el rango visible como en el UV. También es posible una medición de fluorescencia con este procedimiento. De forma representativa se describe un procedimiento en el que el elemento de prueba se irradia o detecta a una longitud de onda de 660 nm. En este caso, se sitúa un reactivo en o sobre la zona de detección, que está distribuido de la forma más homogénea posible y efectúa una reacción con el analito, liberándose un colorante que absorbe luz a 660 nm. Si el analito se sitúa en el líquido de muestra, entonces el elemento de prueba se oscurece en el intervalo de longitudes de onda detectado en los puntos humectados de la zona de detección. Esto significa una reducción de la intensidad en las zonas humectadas. En el caso de una distribución homogénea del reactivo sobre la zona de detección hay un número correspondiente de campos de prueba que presentan una intensidad similar. En el histograma se puede reconocer una redistribución de frecuencias de intensidades, condicionada mediante la coloración de la zona de detección. A este respecto, tiene lugar una acumulación de valores de gris a una intensidad más baja. En el histograma se puede reconocer un segundo máximo, que se origina en las zonas parciales humectadas. Cuando la zona de detección se humecta por completo, todos los valores de gris del primer máximo se desvían hacia otro valor de gris. Cuanto más homogéneamente se distribuya el reactivo o la muestra, más estrecha será la distribución alrededor del valor de intensidad medio de los valores de intensidad desviados de las zonas humectadas.

Se puede utilizar esta distribución de las frecuencias de intensidad antes y después de la aplicación de la muestra sobre la zona de detección para determinar el analito. En un modo de realización preferente se utilizan las diferencias de intensidad de los valores máximos en la distribución de frecuencias antes y después de la humectación de la zona de detección para determinar la concentración del analito. Un modo de realización preferente adicional es la evaluación en base a las tasas de cambio de las frecuencias de las intensidades de luz emitidas después de la humectación de la zona de detección. Se puede realizar un análisis multivariante, sobre todo, para la consideración temporal del cambio de las frecuencias, pero también para los otros procedimientos de evaluación.

Un modo de realización preferente adicional para determinar la concentración de analito es determinar la pendiente de la trayectoria de intensidad entre la intensidad más baja y la intensidad más frecuente de la zona humectada. A este respecto, por ejemplo, para determinar el analito se puede utilizar la intensidad que presente la mayor frecuencia de un intervalo de intensidades o valor de gris.

Un modo de realización preferente adicional para determinar la concentración del analito se puede llevar a cabo en base a intensidades que superen un valor umbral de frecuencia. Con este valor umbral de frecuencia se asegura que se utilice la zona para la evaluación que presente la coloración más homogénea de la superficie humectada.

Además, el sistema presenta una posibilidad para el control de calidad debido a la distribución de frecuencias. Como ya se menciona, la distribución de las intensidades es pequeña en el caso de una distribución ideal del reactivo sobre el elemento de prueba. Cuanto más amplia sea esta distribución de intensidades, con menos homogeneidad ha tenido lugar la reacción. La no homogeneidad de la reacción es dependiente tanto de la distribución del reactivo en o sobre la zona de detección como de la propagación de la gota sobre la zona de detección. Según la viscosidad y la distribución de los componentes de la sangre, esta gota puede presentar una zona de borde de diferentes tamaños sobre la zona de detección. La reacción de la sangre en esta zona de borde con los reactivos en o sobre la zona de detección se puede comportar de forma diferente que en el centro de la gota de muestra.

De acuerdo con la invención, se describe igualmente un procedimiento para determinar la concentración de un analito en un líquido. Para ello, se determina una frecuencia de intensidad de la zona de detección no humectada del elemento de prueba. Esto se puede producir antes de aplicar una gota de muestra o después, dependiendo de si la zona de detección se humecta completamente o no. Además, el procedimiento comprende la detección de intensidades de luz de la luz emitida desde al menos una zona parcial de la zona de detección. Estas intensidades de luz se evalúan en base a sus frecuencias como se describe anteriormente.

La evaluación de las intensidades de luz por medio de un histograma se puede usar en distintos sistemas en los que las intensidades de luz cambian en función de la presencia de un analito. Un ejemplo de un sistema de este tipo es la determinación de glucosa en una muestra biológica, como, por ejemplo, sangre, plasma, suero o líquido intersticial. Con ayuda de este procedimiento de evaluación se pueden medir volúmenes de muestra de entre 1 y 500 nl. Un intervalo preferente se encuentra entre 10 y 100 nl y un intervalo, en particular, preferente se encuentra entre 10 y 50 nl.

Además, se describe un instrumento que presenta una unidad de detección para la detección de las intensidades de luz que se emiten desde zonas parciales de una zona de detección de un elemento de prueba, así como una unidad de evaluación que determina la concentración del analito en base a frecuencias de intensidades de luz de la luz emitida por las zonas parciales, en el que la unidad de detección puede contener un detector CMOS, cuyo píxel esté conectado con al menos un convertidor A/D. Además, la unidad de evaluación se puede conectar con una unidad de visualización o la unidad de visualización se puede integrar en la unidad de evaluación. En un instrumento preferente, la unidad de detección y la unidad de evaluación están integradas en un chip. Esto ofrece la ventaja de que el instrumento se puede integrar fuertemente y, por tanto, construirse de forma que ahorre espacio. Dado que el requisito de almacenamiento para la evaluación es muy pequeño debido a la reducida cantidad de datos, además, el requisito de corriente de un elemento integrado de este tipo también es significativamente más bajo que en los instrumentos convencionales.

En equipos convencionales para determinar un parámetro sanguíneo se pueden usar elementos de prueba, como se conocen a partir de los documentos EP-A 0885591, EP-B 0535480 y EP-B 0477322. El elemento de prueba contiene una zona de detección. Esta zona de detección contiene preferentemente todos los reactivos y opcionalmente sustancias auxiliares necesarios para la reacción de detección del analito objetivo en la muestra. El elemento de detección también puede contener solo partes o incluso ninguno de los reactivos o sustancias auxiliares. Para el experto en la técnica familiarizado con la técnica de los elementos de prueba analíticos o soportes de prueba diagnósticos son conocidos dichos reactivos y sustancias auxiliares como se describen, por ejemplo, en los documentos EP-A 0885 591, EP-B 0535 480 y EP-B 0477 322. Para analitos que se han de detectar enzimáticamente, por ejemplo, enzimas, sustratos enzimáticos, indicadores, sales tampón, cargas inertes y similares pueden estar contenidos en el elemento de detección. El elemento de detección se puede construir a partir de una o varias capas y opcionalmente contener un soporte inerte, preferentemente en el lado del elemento de prueba que no entra en contacto con la muestra. Para el caso, en particular, preferente de que la reacción de detección dé lugar a un cambio de color observable (que también se puede encontrar fuera del rango visible), que en este contexto se debe entender como el cambio de color, la aparición de un color o la desaparición de un color, se ha de asegurar que el soporte permita una observación visual u óptica de la reacción de detección mediante medidas adecuadas. Para ello, el material de soporte del propio elemento de detección puede ser transparente, por ejemplo, una película de plástico transparente, como, por ejemplo, una película de policarbonato, o poseer un rebajo transparente en el lado de detección. Los elementos de prueba como se describen en la solicitud de patente WO 99/29429 se pueden usar en la medición de reflexión preferente. Estos contienen una capa de pigmento (preferentemente TiO2) en la capa de detección. Esta capa de TiO2 de dispersión difusa provoca un aumento de la reflexión de la luz, lo que da lugar a una mayor interacción de la luz incidente con los reactivos. De este modo, se puede alcanzar una amplificación del efecto de medición, como, por ejemplo, la absorción de la luz. En un modo de realización, en particular, preferente el colorante formado absorbe preferentemente luz a una longitud de onda de 660 nm.

En un modo de realización preferente adicional, se usa un elemento de prueba que sirve para analizar volúmenes de muestra muy pequeños. Este elemento de prueba puede estar presente en un sistema, en el que la aplicación de muestra se realiza por el sistema. Para ello, la muestra se transporta de forma preferente mediante el sistema hacia el elemento de prueba y la aplicación se transfiere desde una localización de recogida de muestra al elemento de prueba. Durante esta transferencia, la gota de muestra en el elemento de prueba adopta una forma determinada siempre que se alcance una cantidad de muestra suficiente. Con ayuda de la evaluación del histograma, esta gota de muestra se puede evaluar independientemente de su forma.

La iluminación de la zona de detección se puede producir por una o varias fuentes de luz. A este respecto, la zona de detección puede estar iluminada homogéneamente o solo en zonas parciales. Al usar solo una fuente de luz se puede mejorar una iluminación homogénea de la zona de detección mediante el uso de un vidrio esmerilado u otras unidades de dispersión.

Una alternativa a la iluminación de la zona de detección con al menos una fuente de luz es usar la luz ambiental (luz solar o iluminación artificial) para iluminar la zona de detección. Dado que la luz ambiental es multiespectral, se puede usar un filtro entre el elemento de prueba y el detector para detectar solo un intervalo de longitudes de onda determinado.

De forma alternativa, el sistema para la iluminación secuencial del elemento de prueba puede estar provisto de distintas unidades de iluminación. Sin embargo, esto no es absolutamente necesario. Por ejemplo, como fuente de luz puede servir un diodo láser simple combinado con un reflector que se puede regular mediante micromecánica. Con ayuda del reflector, el haz de luz puede explorar el elemento de prueba sin huecos. De forma alternativa, se puede usar una matriz de láser, preferentemente una matriz de VCSEL (láser de cavidad vertical y emisión superficial). En este caso, cada láser en la matriz se puede direccionar individualmente. Los VCSEL ofrecen la ventaja de que la luz se emite con pequeña divergencia de haz. Estas estructuras láser presentan una divergencia de haz de aproximadamente 5-8°. De esta forma, no solo se ha de irradiar una superficie pequeña, adicionalmente la cantidad de luz en esta superficie es muy alta. Una posibilidad adicional es una matriz de diodos láser. En este caso, la luz se puede acoplar en un conductor de imagen que guía la luz de excitación al elemento de prueba o la luz se enfoca en las diferentes zonas del elemento de prueba por medio de una matriz de microlentes que está dispuesta entre la matriz de LED y el elemento de prueba. También podría servir un OLED (diodos orgánicos emisores de luz) de tipo tablero de ajedrez como una unidad de iluminación adicional. En este caso, se pueden disponer directamente de forma contigua un LED de iluminación y un detector. Mediante la disposición de varias unidades de iluminación/de detector de este tipo, se puede iluminar una superficie grande de forma plana o secuencial y detectar la reflexión. Dado que tanto la iluminación como la detección están dispuestas con un ángulo similar respecto al elemento de prueba, esta disposición es adecuada preferentemente para la medición de fluorescencia, dado que en este caso la luz de excitación y la luz emitida por la zona de detección se pueden separar fácilmente entre sí por medio de filtros.

La unidad de iluminación puede consistir en una fuente de radiación monocromática o multiespectral, coherente o incoherente. La radiación de la unidad de iluminación sirve para penetrar en la zona de detección, también denominada localización de muestra, para medir el analito directamente o la reacción de color de un reactivo con el analito. Preferentemente, la unidad de iluminación consiste en uno o varios LED cuya luz en la localización de muestra proporcione una distribución de intensidades espacial especialmente seleccionada o una iluminación homogénea. Para obtener información sobre la profundidad, la iluminación se puede diseñar de forma enfocada. Entonces, el foco se desvía en la dirección de la dimensión de profundidad. Opcionalmente, la excitación se puede realizar por una matriz de LED multiespectral. También es concebible una excitación coherente con diodos láser, por ejemplo, en el rango espectral azul/ultravioleta, en particular, en la fluorimetría. En un modo de realización preferente se usa luz con una longitud de onda de aprox. 660 nm. Esto se puede implementar mediante la selección de la fuente de luz o mediante la instalación de unidades formadoras de imágenes, como filtros, que solo son transparentes para un intervalo de longitudes de onda definido.

Se puede instalar una unidad de formación de imágenes entre la unidad de iluminación y la zona de detección. Esta unidad de formación de imágenes consiste en elementos ópticos formadores de imágenes como lentes, espejos, diafragmas, prismas, elementos conductores de luz u holográficos. De este modo, se garantiza una iluminación de la zona de detección. Una unidad de formación de imágenes adicional sirve para proyectar el cuerpo de muestra irradiado sobre la unidad de detección. Esta unidad de formación de imágenes consiste igualmente en elementos ópticos formadores de imágenes como lentes, espejos, prismas, diafragmas, elementos conductores de luz u holográficos. Opcionalmente, se puede usar una matriz de lentes microóptica en la que cada elemento individual forme imágenes de zonas espaciales delimitadas del elemento de prueba sobre elementos individuales de la unidad de detección. Cuando se usa una fuente de luz multiespectral es razonable fijar un filtro delante del detector o delante del elemento de prueba.

Las unidades de detección para su uso en la presente invención pueden consistir en un elemento de forma plana o lineal que posibilite la medición con resolución espacial y temporal de la radiación dispersada proyectada por la zona de detección. Este elemento es preferentemente una matriz de CMOS bidimensional, una matriz de CCD o una matriz de diodos lineal, en la que la formación de imágenes con resolución espacial de la zona de detección se lleva a cabo por medio un procedimiento de exploración. A menudo, un fotodiodo simple sin resolución espacial puede ser suficiente. Esto se puede usar, por ejemplo, en combinación con una irradiación con resolución espacial de la zona de detección.

La unidad de detección convierte la cantidad de luz incidente sobre una superficie ópticamente sensible del detector en una señal eléctrica. Esta señal eléctrica se puede transmitir directamente a la unidad de evaluación y procesarse allí. En el caso de un detector con resolución espacial, la superficie ópticamente sensible se subdivide en zonas parciales, que también se denominan píxeles. Cuanto mayor sea el número de píxeles, más pequeñas serán las zonas parciales del objeto detectado que se pueden diferenciar. En un modo de realización preferente se usa un detector CMOS, que puede poseer más de 1 millón de píxeles. Un intervalo preferente se encuentra entre 100 y 100.000 píxeles y un intervalo, en particular, preferente se encuentra entre 1000 y 10.000 píxeles. Estos píxeles están dispuestos de forma preferente en forma cuadrada o rectangular y forman una matriz bidimensional. La matriz consiste en al menos una fila y al menos una columna. A este respecto, el número de filas y el número de columnas pueden diferir entre sí. Según la geometría del objeto que se va a detectar, la matriz también puede adoptar una forma redonda u ovalada. Una disposición preferente de los píxeles es una matriz de 256 por 256 píxeles.

En un modo de realización adicional, se puede fijar adicionalmente un convertidor A/D a cada píxel. En un modo de realización preferente, cada fila o cada columna de la matriz está conectada con un convertidor A/D. De esta forma, las señales se pueden leer en columnas o filas. Además, el detector CMOS se puede integrar en un chip junto con al menos un convertidor A/D. A este respecto, este chip puede ser un chip de silicio conocido a partir de los antecedentes de la técnica, como se describe en "CMOS-Bildesensoren" de D. Scheffler y J. Seijnaeve en Laser+Photonik; mayo de 2005; pág. 32-35.

El convertidor A/D convierte la señal eléctrica analógica en un valor digital. Esto está suficientemente descrito en los antecedentes de la técnica. En un modo de realización preferente, se usa un convertidor A/D de 8 bits conocido en los antecedentes de la técnica. Este convertidor A/D convierte las señales eléctricas en 256 niveles de intensidad distintos. A este respecto, los niveles de intensidad son respectivamente iguales. De esta forma, los valores de medición detectados se pueden procesar adicionalmente con un esfuerzo de almacenamiento significativamente menor. Adicionalmente o de forma alternativa, se puede integrar un amplificador en cada píxel. Esto da lugar adicionalmente a la amplificación de las señales y, por tanto, a la posibilidad de detectar cambios de señal más pequeños. Con ayuda de esta conversión de datos y/o amplificación, se puede reducir fuertemente la cantidad de datos que se transmite a la unidad de evaluación. De ello resultan las siguientes ventajas:

1. es posible una lectura rápida de los datos,

2. se pueden leer zonas determinadas de forma dirigida,

3. después de una exploración aproximada de la zona de detección, se pueden establecer y leer zonas, en particular, interesantes, llamadas "ROI" (región de interés).

Las señales recibidas por la unidad de detección se transmiten a una unidad de evaluación. Esta unidad de evaluación puede estar integrada en la unidad de detección o estar presente por separado. De nuevo, la unidad de evaluación puede estar conectada con una unidad de visualización o la unidad de visualización puede estar integrada en la unidad de evaluación. Las señales eléctricas de cada píxel de la unidad de detección se cuentan en la unidad de evaluación. Si las señales no se han convertido ya en valores digitales en la unidad de detección, esto se puede producir en la unidad de evaluación. Además, las señales se pueden amplificar adicionalmente. A este respecto, el nivel de la señal individual corresponde a una intensidad de la luz que se detectó por píxeles individuales.

En un modo de realización preferente, la señal máxima que puede recibir el detector se establece en un nivel de gris de 255. Si el detector no recibe ninguna luz, entonces la señal corresponde al valor de gris 0. Todas las intensidades que se encuentran entre el valor máximo de gris 255 y el valor mínimo de gris 0 se subdividen en 254 niveles de gris. De acuerdo con la invención, se describe una evaluación de histograma que puede determinar la concentración de un analito en base a frecuencias de intensidades de luz, convertidas en valores de gris, de la luz emitida por las zonas parciales. Al medir una muestra, la zona de detección del elemento de prueba se puede medir, en primer lugar, sin muestra. A este respecto, se determina una distribución de frecuencias de valores de gris. Si el elemento de prueba no humectado presenta algunos defectos o ninguno, en el histograma se encuentra una estrecha distribución de frecuencias alrededor del valor de gris más frecuente.

Cuando la muestra se aplica sobre la zona de detección, al menos una parte de la zona de detección se humecta con el líquido de muestra. En esta al menos una zona parcial puede tener lugar una reacción entre el analito en la muestra y el reactivo sobre la zona de detección. A partir de ahí se puede producir un cambio de una propiedad óptica (como, por ejemplo, un cambio de color) del reactivo. En un modo de realización preferente se produce un oscurecimiento de la zona parcial humectada. Este oscurecimiento se debe a la liberación de un colorante cuando el analito reacciona con el reactivo de detección. El colorante liberado absorbe la luz irradiada sobre la zona de detección, con lo que se refleja menos luz en la zona de detección y, por tanto, se detecta. Este oscurecimiento da lugar a un cambio de los valores de gris de estas zonas parciales. Esto se puede reconocer en el histograma mediante una desviación de los valores de gris, al menos de una parte de las frecuencias. Si los reactivos y la muestra están distribuidos de forma muy homogénea en la zona de detección, casi todas las zonas parciales de la zona de detección humectada presentarán un valor de gris similar, lo que se muestra en el histograma como un segundo máximo además del primer máximo de las regiones no humectadas en términos de frecuencias en este valor de gris.

La concentración del analito se puede determinar en función del cambio de las distribuciones de frecuencias antes y después de la humectación de al menos una parte de la zona de detección. Para ello, se efectúa una referenciación de la desviación de los valores de gris. A este respecto, se puede seleccionar libremente el al menos un valor de gris para calcular la concentración de analito. Un valor de gris es suficiente para determinar la concentración del analito, sin embargo, también se pueden seleccionar varios. Sin embargo, se debería conocer la relación del valor o valores de gris seleccionados con respecto a la concentración de analito que se vaya a analizar. Esta relación se denomina referenciación. La referenciación puede tener lugar en una desviación de los valores de gris del al menos un valor de gris seleccionado en relación con una zona parcial no humectada o en relación con una zona de referencia. En el caso de esta referenciación se determina la desviación de los valores de gris, es decir, la diferencia entre el valor de gris seleccionado de la muestra que se va a analizar y el valor de gris de la zona parcial no humectada o de la zona de referencia. Esta desviación de los valores de gris o diferencia se compara con las desviaciones de los valores de gris para distintas concentraciones de glucosa conocidas. A partir de esta comparación se puede inferir inmediatamente la concentración de glucosa en la muestra. Para garantizar una relación reproducible entre el valor de gris seleccionado de la muestra que se va a determinar y el valor de gris del sistema de referencia, se debe procurar que este valor de gris seleccionado sea representativo de la concentración de glucosa. Un ejemplo de un valor de gris representativo, de las zonas parciales humectadas, lo representa el valor de gris con una frecuencia máxima.

Una posibilidad para establecer esta desviación de los valores de gris a partir de los valores medidos es determinar la distancia de los valores máximos de las frecuencias antes y después de la humectación. De forma alternativa, se puede tomar uno de los al menos un valor de gris que presente un determinado porcentaje, por ejemplo, un 50, 60, 70 u 80 % de la frecuencia de la frecuencia máxima. También se pueden usar los valores medios de varios valores de gris con una determinada frecuencia.

En un modo de realización, la evaluación de la zona de detección debe tener lugar después de la reacción transcurrida por completo. Para ello, se debe determinar un punto final de la reacción. Esto se puede producir mediante observación de las tasas de cambio de las frecuencias durante el procedimiento de reacción. A este respecto, se puede establecer que la reacción se ha completado cuando la tasa es inferior a un valor umbral de tasa para la tasa de cambio. En este punto de tiempo se puede suponer que la reacción ha transcurrido en más de, por ejemplo, un 95 %.

Una posibilidad adicional de usar la distribución de frecuencias para determinar la concentración del analito es determinar el valor de gris en el que la pendiente de la trayectoria de intensidad entre la intensidad más baja y la intensidad más frecuente sea mayor. Aquí también se pueden utilizar las frecuencias que alcanzan un determinado porcentaje (por ejemplo, un 50 %) de la pendiente máxima.

De forma alternativa, la concentración del analito se puede determinar en base a los valores de gris que superan un valor umbral de frecuencia. Mediante la selección de valores de gris con una frecuencia suficiente se evita evaluar zonas que presenten una homogeneidad insuficiente de la muestra y/o del reactivo. Un ejemplo de una zona con una distribución de muestra no homogénea es la zona de borde de las zonas humectadas de la zona de detección. Para eliminar un falseamiento de los resultados de medición mediante esta zona no homogénea, el valor umbral de frecuencia se puede seleccionar de modo que la zona de borde no se incluya en el análisis. Pero, a este respecto, solo se deben utilizar valores de gris que sean representativos de la zona humectada. Dado que este valor umbral de frecuencia también se puede superar en la zona no humectada, se tiene que usar un valor umbral de nivel de gris para el nivel de gris para delimitar los valores de gris de la zona de detección humectada. En un modo de realización preferente, solo las frecuencias de los valores de gris que se encuentran por debajo del valor umbral del nivel de gris se usan para la determinación del analito. En un modo de realización adicional, se determina una frecuencia media, que se utiliza para evaluar la concentración, a partir de las frecuencias de la zona humectada que se encuentran por encima del valor umbral de frecuencia.

Un modo de realización preferente adicional es la evaluación en base a las tasas de cambio de las frecuencias de las intensidades de luz emitidas después de la humectación de la zona de detección. Para ello, es necesaria una observación temporal del cambio de la distribución de frecuencias después de la humectación de la zona de detección. A este respecto, la intensidad de las zonas parciales se determina en intervalos de tiempo especificados antes y/o después de la humectación de la zona de detección y la distribución de frecuencias del valor de gris se puede calcular a partir de las intensidades. En un modo de realización preferente, en el que se origina un colorante cuando el analito reacciona con un reactivo sobre la zona de detección, el cambio de la distribución de frecuencias de los valores de gris tiene lugar más rápido cuanto más analito haya en la muestra. Esta diferente tasa de formación de colorante en dependencia de la concentración de analito se puede usar para llevar a cabo una determinación de la concentración mediante la tasa de oscurecimiento de la zona de detección. La tasa de oscurecimiento se refleja en la tasa de desviación de las frecuencias.

Un modo de realización preferente adicional para determinar la concentración del analito se puede producir en base a al menos una parte de las frecuencias que presentan una intensidad más baja que el valor máximo del segundo máximo, provocado por las zonas parciales humectadas.

Este al menos un valor de gris seleccionado para determinar la concentración se puede comparar con un sistema de referencia correspondiente y se puede inferir a partir del mismo la concentración del analito.

Con ayuda de la distribución de frecuencias se puede determinar adicionalmente si ha tenido lugar una humectación suficiente de la zona de detección. Para ello, se determina si un número suficiente de píxeles ha experimentado una desviación de los valores de gris. Al superar un número determinado de todas las intensidades desviadas, se puede comprobar una humectación suficiente de la zona de detección.

Además, el punto final de la reacción se puede determinar determinando el cambio de la distribución de frecuencias a lo largo del tiempo después de la aplicación de la muestra. Si la distribución de frecuencias cambia durante un periodo de tiempo determinado solo dentro de una zona determinada se puede suponer que la reacción se ha completado. Este intervalo de tiempo se puede encontrar en el intervalo de minutos, sin embargo, en un modo de realización preferente, se encuentra dentro de 1-10 segundos. El intervalo, en el que la distribución de frecuencias todavía se puede modificar en este caso, se encuentra en un pequeño porcentaje y no debe sobrepasar un 5 %.

Una posibilidad alternativa de determinar la concentración de analito es realizar un seguimiento de la distribución de frecuencias de intensidades o valores de gris a lo largo del tiempo después de la humectación de la zona de detección. Para ello, se pueden utilizar procedimientos de evaluación multivariantes, como se conocen en los antecedentes de la técnica. Por ejemplo, es posible una evaluación de los histogramas con respecto a distintos puntos de tiempo de la reacción que transcurre con ayuda del procedimiento de "mínimos cuadrados parciales" (MCP) o el procedimiento de "regresión en componentes principales" (RCP), como se describen en la publicación de H. Martens y T. Naes, "Multivariate Calibration", ISBN 0471 90979 3. También se pueden utilizar otros procedimientos estadísticos para ello.

Además, la distribución de frecuencias de intensidades se puede usar para el control de calidad. Según el tamaño de la cantidad de sangre y de la distribución del analito sobre la zona de detección, los efectos de borde en forma de una zona de borde pueden desempeñar un papel decisivo y alterar el resultado de la medición. Entonces se puede hablar de una zona de borde sobre todo si la zona de detección no está humectada por completo. La zona de borde entre las acumulaciones de intensidad alrededor del máximo de frecuencia de la parte no humectada y humectada de la zona de detección se muestra en el histograma. Dado que la zona de borde está caracterizada por una distribución no homogénea de la muestra sobre la zona de detección, puede comprender un intervalo de valores de gris de diferente amplitud según la concentración de analito en la muestra. A pesar de una distribución, en gran medida, homogénea de la muestra en el centro de la mancha, se encuentra una distribución de muestra cambiada en las zonas de borde. En estas zonas de borde puede tener lugar un intercambio de analito cambiado entre la gota de sangre y la capa de reactivo. Dado que la mayoría de las veces se trata de una perturbación del intercambio de analito, tiene lugar una conversión del analito más pequeña. En un modo de realización preferente, la conversión del analito más pequeña significa una mayor intensidad detectada en la zona de borde. Este cambio es dependiente de muchos factores, entre otros, la viscosidad, así como la distribución de la concentración de distintos parámetros sanguíneos, como, por ejemplo, glucosa y hematocrito en la muestra. Otra causa para la no homogeneidad es la naturaleza del elemento de prueba en la zona de detección. Estas no homogeneidades también pueden dar lugar a un intercambio cambiado del analito con los reactivos. En particular, en el análisis de volúmenes pequeños, en los que la relación borde/superficie aumenta fuertemente a favor de los bordes, un simple promedio de la mancha de la muestra da lugar a resultados de medición fuertemente falseados. Un promediado de todas las zonas parciales humectadas homogénea y no homogéneamente podría dar lugar a una exactitud insuficiente de los resultados de medición en el caso de cantidades de muestra muy pequeñas. En el caso de volúmenes de muestra muy pequeños, la zona de borde de la gota en su extensión puede ser de tamaño similar a la zona de núcleo homogéneo de la gota. Esto puede dar lugar a que ningún valor de gris de las zonas parciales humectadas supere un valor umbral de frecuencia inferior. Si este es el caso, se puede aplicar un algoritmo adicional que tenga en cuenta las frecuencias de la zona de borde.

Dependiendo de si la zona de detección se mide desde el lado en el que se aplica la sangre o desde el lado opuesto, el comportamiento de reflexión puede ser diferente. Así se pudo comprobar que, en particular, en las zonas de borde, la distribución no homogénea descrita de la muestra da lugar a diferentes acumulaciones de distintos componentes en distintas zonas de la zona de detección. En un modo de realización preferente, por ejemplo, se usan elementos de prueba que presentan una zona de detección que contiene varias capas. Una de las capas está diseñada para impedir que los componentes grandes de la muestra, como, por ejemplo, los glóbulos sanguíneos en una muestra de sangre, penetren adicionalmente. Desde esta capa, la luz se refleja de forma diferente en la zona de borde que desde el lado opuesto de la zona de detección. En un modo de realización preferente, la zona de detección se mide desde el lado opuesto a la aplicación de sangre. Por el contrario, se detecta la medición de la transmisión en el lado de aplicación de sangre.

Para llevar a cabo una evaluación óptima de una zona de detección de un elemento de prueba, es posible llevar a cabo un control de calidad antes de usar el elemento de prueba. Para ello, el elemento de prueba se mide con resolución espacial antes de la humectación con ayuda de la unidad de detección. Mediante la distribución de frecuencias de las intensidades medidas de las distintas zonas parciales se puede examinar si el elemento de prueba presenta suficiente homogeneidad y si el elemento de prueba es adecuado para el uso. Para ello, se pueden utilizar distintos criterios de calidad. Un criterio de calidad es el número de intensidades dentro de un intervalo de intensidades especificado. La proporción de frecuencias de las intensidades que se encuentran dentro del intervalo especificado tiene que superar un valor umbral de intervalo para que el elemento de prueba se pueda autorizar para el uso. Si, por ejemplo, se han hallado menos de un 90 % de las intensidades medidas en este intervalo, entonces el elemento de prueba se puede excluir del uso, dado que se teme que los resultados de medición se perturben por las irregularidades de la zona de detección. En este caso, la amplitud del intervalo de intensidades depende de las propiedades de la zona de detección. A este respecto, la inadecuación del elemento de prueba se puede indicar al paciente por el sistema mediante una señal de advertencia, como, por ejemplo, una señal acústica u óptica.

Una segunda posibilidad de verificar la calidad de la zona de detección, de forma alternativa o adicionalmente, es comparar la intensidad —o el valor de gris— que pertenece a la frecuencia media o máxima con un valor umbral de calidad. Si el valor gris, que corresponde a la frecuencia media o máxima, se encuentra por debajo del valor umbral de calidad, entonces se puede suponer que el elemento de prueba en la zona de detección está sucio y, por este motivo, no se debe utilizar para el uso.

Una posibilidad adicional del control de calidad es la comparación de la frecuencia máxima con un valor umbral de referencia. Si no se supera este valor umbral de referencia, se puede suponer que demasiados píxeles presentan un valor de gris cambiado debido a la suciedad y podrían falsear la medición después de la humectación.

Breve descripción de las figuras:

Figura 1a: representación esquemática de un sistema para iluminar un elemento de prueba incluyendo una unidad de detección para detectar la radiación reflejada, así como una unidad de evaluación

Figura 1b: representación esquemática de un sistema para iluminar un elemento de prueba incluyendo una unidad de detección para detectar la radiación transmitida, así como una unidad de evaluación

Figura 1c: representación esquemática de un sistema para iluminar con resolución espacial un elemento de prueba incluyendo una unidad de detección para detectar la radiación reflejada, así como una unidad de evaluación Figura 2a: distribución de valores de gris de una tira reactiva no humectada

Figura 2b: distribución de valores de gris después de la humectación de una parte de la zona de detección Figura 3: representación de una curva de referencia para la determinación de concentraciones de analito en muestras desconocidas

Figura 4a: representación de una gota sobre una zona de detección

Figura 4b: representación de la distribución de intensidades (convertida en valores de gris) de la gota de 4a en un histograma

Figura 4c: representación de los puntos más oscuros de la zona de detección en un histograma

Figura 4d: representación de los valores de gris representados con más frecuencia en la zona humectada en un histograma

Figura 4e: representación de la zona de borde de la gota aplicada en un histograma

Figura 4f: representación de la zona no humectada sobre la zona de detección en un histograma.

Figura 5: representación de una trayectoria temporal de la distribución de gris al humectar una parte de la zona de detección

En la figura 1a está representado un sistema que contiene un elemento de prueba (1) con una zona de detección (2) que se irradia por una fuente de luz (3). Las unidades formadoras de imágenes, como, por ejemplo, lentes y/o diafragmas, se pueden fijar entre la fuente de luz (3) y el elemento de prueba (1). En este ejemplo, tanto un diafragma (4) como una lente (5) están dispuestos entre la fuente de luz y la zona de detección (2) del elemento de prueba (1) para iluminar la zona de detección (2) de la forma más homogénea posible. La luz emitida desde la zona de detección (2) se capta por un detector (6). Este detector (6) debe contener al menos 10 píxeles (17) para poder detectar la zona de detección (2) con resolución espacial. Las señales del detector (6) se evalúan en una unidad de evaluación (7) que está conectada al detector (6). Un modo de realización preferente del detector es un detector CMOS que contiene al menos un convertidor A/D para convertir las señales eléctricas analógicas en señales digitales. Estas señales digitales se pueden transmitir a la unidad de evaluación (7) para someterse allí a las distintas evaluaciones. Los valores de medición calculados se pueden visualizar en una unidad de visualización (7b) que está conectada a la unidad de evaluación o integrada en esta. En un modo de realización preferente, se usa un detector (6) que presenta un convertidor en un intervalo de 8 bits a 12 bits. Con ayuda del detector (6), el intervalo de medición se divide en 256 valores de gris entre su valor cero y su valor máximo. La unidad de evaluación (7) está diseñada para contar las frecuencias de los 256 valores de gris. Estas frecuencias se pueden representar en un histograma (10) frente a los intervalos de intensidades, que también se denominan valores de gris (11). A cada intervalo de intensidades se le asigna, en este caso, un valor de gris.

En la figura 1 b se representa un sistema para la medición de la transmisión. Aquí el elemento de prueba (1) con su zona de detección (2) se sitúa entre la fuente de luz (3) y el detector (6). Aquí también se pueden usar unidades formadoras de imágenes tanto entre el elemento de prueba (1) y la fuente de luz (3) como entre el elemento de prueba (1) y el detector (6). En este ejemplo, se sitúan tanto un diafragma (4) como una lente (5) entre la fuente de luz (3) y el elemento de prueba (1), así como una lente (5a) entre el elemento de prueba (1) y el detector (6). El detector (6) puede igualmente realizar mediciones con resolución espacial, por lo que presenta una pluralidad de píxeles (17). El detector (6) está conectado de nuevo con una unidad de evaluación (7). De nuevo, una unidad de visualización (7b) está conectada con la unidad de evaluación (7) o integrada en esta. Esta disposición de transmisión se puede usar de forma preferente para mediciones de fluorescencia. En una disposición de este tipo está previsto un filtro (8) que bloquea la luz de excitación entre el elemento de prueba (1) y el detector (6).

La figura 1c representa un sistema para la iluminación con resolución espacial de la zona de detección (2). En esta disposición, se usa una fuente de luz (3) que solo ilumina una zona parcial de la zona de detección (2). Si solo se usa una fuente de luz (3), entonces la luz se enfoca en distintas zonas parciales de la zona de detección (2) por un reflector (no representado aquí). En el sistema aquí representado, distintas fuentes de luz (3), que, como se representa aquí, están dispuestas en una matriz (3a), se dirigen sobre la zona de detección (2). De esta forma, al menos una zona parcial de la zona de detección (2) se puede iluminar secuencial o simultáneamente. Si la zona de detección (2) se ilumina secuencialmente, lo que también se denomina exploración, entonces se puede usar un fotodiodo individual como detector (6). Sin embargo, si la zona de detección (2) se ilumina simultáneamente mediante más de una fuente de luz (3) de la matriz (1a), entonces se requiere un detector (6) con resolución espacial para una medición con resolución espacial. Aquí, el detector (6) también está conectado con una unidad de evaluación (7) que obtiene las señales de medición del detector (6) para una evaluación adicional. Una unidad de visualización (7b) está conectada con la unidad de evaluación (7) o integrada en esta.

Todas las mediciones adicionales, que se representan en las figuras 2-5, se miden con un aparato como se describe en la figura 1c.

La distribución de valores de gris (9) de un elemento de prueba (1) no humectado está representada en la figura 2a. La representación tiene lugar en forma de histograma (10), representándose los valores de gris (11) (en el ejemplo representado, 256) en el eje X (11a), mientras que el número de los valores de gris (12) detectados se muestra en el eje Y (12a). Mediante la distribución de los valores de gris (11) se puede inferir la homogeneidad de la zona de detección (2) del elemento de prueba (1). En este ejemplo, los valores de gris (11) se encuentran entre 0 y 200, encontrándose el valor de gris más frecuente de la zona de detección no humectada en 173. Esto se puede ver en el máximo (13) del histograma de valores de gris (10) en la figura 2a. Cuanto mayor sea el valor de gris (11), más brillante será el objeto correspondiente. Si ahora la zona de detección (2) se humecta parcialmente, una parte de la zona de detección (2) y, por tanto, su imagen en el detector (6), se oscurece en algunos píxeles.

La figura 2b muestra un oscurecimiento de la zona de detección (2) después de la aplicación de una gota de muestra. Dado que la zona de detección (2) solo se ha humectado en una parte, en este caso algo más de la mitad de las zonas parciales, el histograma (10) presenta dos máximos (13) y (13a) de valores de gris (11). Debido a este oscurecimiento, la intensidad de la luz emitida por las zonas parciales humectadas disminuye y los píxeles del detector que miden estas zonas parciales detectan una señal más baja. Esto da lugar a valores de gris más bajos en el histograma (10). La parte más pequeña de los píxeles, que corresponde a la zona no humectada, sigue presentando un valor de gris (11) de aprox. 173, mientras que una parte más grande de los píxeles ahora presenta como media un valor de gris (11) de 115. La diferencia entre el valor de gris (11) medio de la zona no humectada de la zona de detección (2) y el valor de gris (11) de la zona más oscura después de la humectación depende de la coloración de la zona de detección (2) y, por tanto, de la concentración de glucosa. Por tanto, se puede inferir directamente la concentración de glucosa a partir del cambio de los valores de gris (11).

En la figura 3 está representada una curva de referencia (15) típica, como se requiere para calcular la concentración del analito (en este ejemplo, glucosa) en una muestra por medio del análisis de histograma descrito. Para determinar esta curva de referencia (15) se examinan muestras líquidas con una concentración conocida con ayuda de uno de los procedimientos descritos anteriormente. A este respecto, por ejemplo, se le asigna una desviación de las frecuencias de los valores de gris (llamada A GW) (16) de los máximos (13) y (13a) a una concentración de glucosa. Esta solo es una representación esquemática de una curva de referencia (15) de este tipo, puesto que los valores absolutos pueden variar según los valores de gris (11) usados del histograma (10).

Mediante esta curva de referencia (15) se puede ilustrar cómo la desviación de las frecuencias de los valores de gris (16) se puede convertir en una concentración. Así una gran desviación de las frecuencias (16) corresponde a una alta concentración de analito y viceversa.

Para el cálculo en una muestra desconocida, el valor de A GW se determina en la unidad de evaluación (7) con ayuda de las intensidades de la zona de detección (2) humectada medidas por el detector (6). Esto se lleva a cabo con el mismo procedimiento que para determinar la curva de referencia (15). Dado que la curva de referencia (15) está almacenada en la unidad de evaluación (7), la concentración de analito se puede leer allí inmediatamente.

En las figuras 4a a 4e está representada la relación entre la distribución de valores de gris en el histograma (10) y las superficies humectadas asociadas. En la figura 4a se muestra una representación en blanco y negro de una gota (14) que se ha aplicado sobre la zona de detección (2). La zona de detección presenta una extensión de aprox. 650 * 650 |jm. En la figura 4b se muestra el histograma asociado (10), que representa los valores de gris (11) de toda la zona de detección (2). En este caso, se puede reconocer que la mayor parte de la zona de detección (2) sigue sin humectarse, por lo que el mayor máximo (13) de los valores de gris (11) se encuentra en aprox. 173. Un máximo (13a) adicional se encuentra en un valor de gris (11) de aprox. 65. Si, como se representa en la figura 4d, se observan los valores de gris (11) que se encuentran alrededor de este máximo (13a), es decir, están por encima del valor umbral de frecuencia en este intervalo de valores de gris, entonces se reconoce en la representación de la gota (14) en la figura 4d que estos píxeles pertenecen a la zona interior de la gota. Estos píxeles están distribuidos de forma muy homogénea sobre el núcleo de la gota. Junto a esta zona homogénea en el histograma (10) hay unos pocos píxeles que presentan un valor de gris muy bajo, como se representa en la figura 4a en la representación de la gota (14). Estos puntos también se sitúan en el centro de la gota de muestra. En la representación de la gota (14) de la figura 4e, está representada la zona de borde de la gota. Los valores de gris (11) de esta zona de borde se encuentran entre los valores de gris (11) de la zona no humectada y de la zona homogéneamente humectada. Los píxeles de la parte no humectada de la zona de detección (2) están representados en la figura 4f. Dado que solo una parte de la zona de detección (2) está humectada en este ejemplo, la frecuencia de los valores de gris (11) alrededor del valor máximo es muy alta.

La figura 5 muestra una trayectoria temporal de la distribución de valores de gris durante el procedimiento de humectación. En este diagrama, el tiempo está representado en el eje X (11a) frente a los valores de gris (11) en el eje Y (12a). Al comienzo de la medición hasta el punto de tiempo de 4 segundos, la zona de detección (2) no está humectada y presenta un valor de gris (11) de aproximadamente 173. Durante el procedimiento de humectación en aprox. 4 segundos, el valor de gris (11) disminuye brevemente por el oscurecimiento del detector (6) y, a continuación, sigue discurriendo desde el valor de gris (11) en aprox. 173 en dos direcciones distintas. La parte no humectada (14a) de la sección representada en la imagen (14) de una zona de detección (2) parcialmente humectada permanece además en el valor de gris (11) de 173. Los valores de gris medidos con mayor frecuencia de la parte no humectada están representados en la curva (14a'). Todos los valores de gris (11) de la zona no humectada (14a) se encuentran entre las curvas (14a") y (14a'"). Se puede reconocer una distribución similar de los valores de gris (11) alrededor de la frecuencia máxima de los valores de gris (11) de la zona humectada (14b). La mayor parte de las zonas parciales humectadas de la zona de detección (2) se encuentra en la curva (14b). También en la zona parcial humectada (14b) hay píxeles que presentan un valor de gris (11) más pequeño o un valor de gris (11) mayor que los píxeles de la curva (14b'). Este intervalo de valores de gris está limitado mediante las curvas (14b") hacia pequeños valores de gris y mediante la curva (14b'") hacia mayores valores de gris. Mediante esta curva se puede reconocer que la reacción sobre la zona de detección se ha completado en un punto de tiempo de aprox. 15 segundos. Se puede utilizar la trayectoria de la curva (14b') para determinar el analito si se conocen las trayectorias de la curva para distintas concentraciones del analito. Además, se puede utilizar la tasa de cambio de frecuencia para comprobar que se ha completado la reacción. Se puede establecer un valor umbral de tasa para que sea inferior a la tasa de cambio de frecuencia. Si la tasa es inferior a un valor umbral de tasa, entonces se puede usar este punto de tiempo para comenzar la evaluación del analito, si es necesario.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Sistema para determinar la concentración de un analito en una muestra líquida que contiene

- una unidad de detección (6) para detectar intensidades de luz (11) que se emiten por zonas parciales de una zona de detección (2) de un elemento de prueba (1), así como

- una unidad de evaluación (7) que es adecuada para determinar una distribución de frecuencias (9) para las intensidades de luz (11) detectadas, presentando la distribución de frecuencias (9) al menos un primer máximo (13) provocado por al menos una zona parcial no humectada (14a) o al menos una zona de referencia y un segundo máximo (13a) provocado por zonas parciales humectadas (14b), y que es adecuada para identificar zonas humectadas (14b) del elemento de prueba (1) en función de las frecuencias y diferenciarlas de las zonas no humectadas (14a) y seleccionar al menos una intensidad de luz de la zona humectada en base a la distribución de frecuencias (9) y determinar la concentración del analito a partir de la al menos una intensidad de luz seleccionada.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que se determina la concentración del analito en base a frecuencias de intensidad después de la aplicación de la muestra o antes y después de la aplicación de la muestra sobre la zona de detección (2).

3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el elemento de prueba (1) contiene un reactivo que se distribuye lo más homogéneamente posible en o sobre la zona de detección (2).

4. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado por que se usa un volumen de muestra de entre 0,1 y 500 nl.

5. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que se determina la concentración del analito en base a tasas de cambios de las frecuencias de las intensidades de luz (11) emitidas después de la humectación de la zona de detección (2).

6. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que se determina la concentración del analito en base a los valores máximos de la distribución de frecuencias de las intensidades (11) antes y después de la humectación de la zona de detección (2).

7. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la evaluación se realiza con ayuda de procedimientos de análisis multivariantes.

8. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que se utiliza la pendiente de la trayectoria de intensidad entre la intensidad más baja y la intensidad más frecuente para determinar la concentración de analito.

9. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que se determina la concentración del analito en base a intensidades (11) que superan un valor umbral de frecuencia.

10. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que tiene lugar un control de calidad en base a la forma de las distribuciones de frecuencias antes y/o después de la humectación.

11. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que se comprueba una humectación suficiente de la zona de detección (2) en base a la superación de una determinada frecuencia de las intensidades (11) que cambian después de la aplicación de muestra.

12. Sistema de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que se infiere una homogeneidad suficiente de la zona de detección (2) en base a la distribución de frecuencias antes de la humectación de la zona de detección (2).

13. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que se lleva a cabo una evaluación de la zona de detección (2) cuando, después de la aplicación de la muestra sobre la zona de detección (2), la tasa de cambio de las frecuencias se encuentra por debajo de un valor umbral de tasa.

14. Un procedimiento para determinar la concentración de un analito en un líquido, con las etapas

■ aplicación de un líquido a una zona de detección (2) de un elemento de prueba (1),

■ detección de intensidades de luz (11) de la luz emitida por zonas parciales,

■ determinación de una distribución de frecuencias (9) de las intensidades de luz (11) detectadas, presentando la distribución de frecuencias (9) al menos un primer máximo (13) provocado por al menos una zona parcial no humectada (14a) o al menos una zona de referencia y un segundo máximo (13a) provocado por zonas parciales humectadas (14b),

■ identificación y diferenciación de las zonas humectadas (14b) de las zonas no humectadas (14a),

■ cálculo de la concentración del analito en base a al menos una intensidad de luz de la zona humectada (14b), que se seleccionó en función de su frecuencia.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que, antes de aplicar el líquido sobre la zona de detección (2), se determina una distribución de frecuencias de las intensidades de luz.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado por que tiene lugar un control de calidad en base a la distribución de frecuencias.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que se determina una proporción de frecuencias que se encuentran dentro de un intervalo de intensidades determinado.

18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que no se utiliza el elemento de prueba (1) para el uso si la proporción de frecuencias dentro del intervalo no supera un valor umbral de intervalo.

19. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la unidad de evaluación (7) está integrada en un chip.

20. Sistema de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado por que la unidad de detección (6) contiene un detector CMOS que está integrado en el chip junto con al menos un convertidor A/D.