JP6407821B2

JP6407821B2 - 用紙ベースのセンサのロバストな比色分析処理方法

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Publication number: JP6407821B2
Application number: JP2015160367A
Authority: JP
Inventors: ジン・ジョウ; ナンシー・ワイ・ジア; ウェイ・ホン; マンダキニ・カナンゴ; シン・リュー
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2035-08-17
Also published as: EP2990782A2; US20160057413A1; CN105388144B; EP2990782A3; JP2016045200A; CN105388144A; US9686540B2

Description

本発明は、用紙ベースのセンサのロバストな比色分析処理方法に関する。

用紙ベースの検知（すなわち、用紙ベースの検査装置）は、コスト及び多重化の点で従来の検査片に対する利点を有する新たな技術である。比色測定に起因する用紙ベースのセンサ及び用紙検査片における精度不良の懸念は、定量的なアプリケーションからそれらを制限している。既存の検査片アプリケーションにおいて、ユーザは、基準カード上の色のセットに対して結果として得られた色を手動で比較しなければならない。これは、ユーザフレンドリではなく信頼性もない。最近、携帯電話のカメラを使用して検査片の読み取りプロセスを自動化するために携帯電話の「アプリ」をいくつかの企業が開発している。

本開示は、用紙ベースのセンサの比色分析処理方法において、比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの色チャネルを識別することと、各色チャネルにおける染料と基準色との間の既知の吸収率を識別することと、非検査エリアからチャネルにおける各検査エリアを分離することと、空間的変動を除去するためにほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化することと、合成画像における基準色及び基板白によって読み取る検査エリアをキャリブレーションすることと、各検査エリアにおけるキャリブレーションされた読み取り値に基づいて検査物質検体の濃度を報告することとを備える方法を提供する。

本開示は、さらに、用紙ベースのセンサの比色分析処理方法において、カメラを使用して比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの色チャネルを識別することと、各色チャネルにおける染料と基準色との間の既知の吸収率を識別することと、非検査エリアからチャネルにおける各検査エリアを分離することと、空間的変動を除去するためにほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルをキャリブレーションすることとを備える方法を提供する。比色分析用紙センサは、生物医学的用紙センサである。用紙センサは、複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを備え、軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれは、ワックスインク障壁によって分割される。軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれは、その中に固有の試薬を含むことができる。基準領域は、複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを囲み、基準領域は、軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのうちの１つ以上に対して比較するための予め判定可能な色を含むキャリブレーション色エリアを含む。

本開示は、さらに、用紙ベースのセンサの比色分析処理方法において、比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの色チャネルを識別することと、各色チャネルにおける染料と基準色との間の既知の吸収率を識別することと、非検査エリアからチャネルにおける各検査エリアを分離することと、空間的変動を除去するためにほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化することとを備える方法を提供する。比色分析用紙センサは、生物医学的用紙センサである。用紙センサは、複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを含むことができ、軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれは、ワックスインク障壁によって分割される。軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれは、その中に固有の試薬を含むことができる。基準領域は、複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを囲むことができる。全装置エリアは、基準領域エリア及び軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアの合成エリアを含むことができる。軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアは、全装置エリアの少なくとも３７．５％とすることができる。基準領域エリアは、さらに、軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアとキャリブレーション色エリアとを分離する基板領域を含む。

本開示は、さらにまた、用紙ベースのセンサの比色分析処理方法において、比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの色チャネルを識別することと、各色チャネルにおける染料と基準色との間の既知の吸収率を識別することと、非検査エリアからチャネルにおける各検査エリアを分離することと、空間的変動を除去するためにほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化することとを備える方法を提供する。比色分析用紙センサは、生物医学的用紙センサである。

図１は、用紙ベースのセンサ又は検査装置の１つの種類を示している。図２は、図１の用紙ベースのセンサの拡大部分断面を示している。図３は、基準キャリブレーション色エリア、複数の検査ゾーン、複数のインク障壁及びラベルエリアを含む例示的な用紙ベースの検査装置の平面図を示している。図４は、図３に示される例示的な用紙ベースの検査装置の底面図を示している。図５は、本開示にかかる用紙ベースのセンサの分解図である。図６は、例示的なトリグリセリド検査用紙センサである。図７は、用紙センサ装置の代表的な表示及び使用するための方法の図である。図８は、その関連する赤、緑及び青チャネル又はスペクトル範囲を含む第１の携帯電話カメラからの複数のセンサ画像を示している。図９は、検査領域をみつけるために使用可能な赤チャネルからのバイナリ画像である。図１０は、正規化画像（赤チャネルによって正規化された青チャネル）及びその関連するセグメント化された検査エリアである。図１１は、他の又は第２の携帯電話カメラからの図８に示されるのと同じセンサ画像である。図１２は、第１の携帯電話カメラ及び第２の携帯電話カメラからの処理されたカメラ読み取り値をプロットしたトリグリセリド濃度に対する得られた信号のグラフである。

図１及び図２に示されるように、用紙ベースのセンサ又は用紙ベースの検査装置１０は、血液、尿及び唾液などの検査流体又は検査液体において生物学的検定を分析することができる用紙、ワックス及び試薬からなる小型の生物医学的装置である。一連の検査領域３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、流体入口４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、輸送流路５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７及びミキサ又は試薬などの様々な流体成分を形成して分離（すなわち、分割）するために疎水性障壁１６、１８が用紙２０の厚さ全体を浸透するワックス（すなわち、親水性マトリクス）から構成されている。輸送流路５０−５７は、親水性マトリクス紙２０を通って延在する疎水性（すなわち、ワックス）チャネルとすることができる。様々な及び／又は異なる濃度を有する様々な試薬は、検査領域３０−３７上に予め被覆させることができる。診断プロセス中において、毛管管力は、関連する複数の検査領域３０−３７に対して及び予め被覆させた試薬を接触させることによって検査流体７０の一部を引っ張り、検査流体７０の各部と反応する。信号、色変化又は色合いは、特定の検体が検査流体７０に存在する場合に生成される。例えば、色濃度が検体の濃度の結果として変化する場合に色合い又は色変化が生じる。色変化又は色合いは、スマートフォンやカメラ電話などの撮像装置によって撮像されて記録されることができ、そして、装置のキャリブレーション曲線又はカラースケールに基づいて、各検体の濃度を計算するためのアルゴリズムによって処理されることができる。（画像処理及び診断分析がサーバ側で行われる場合）診断結果及び／又は生データは、データサーバにアップロードされることができ、ユーザ又は患者の履歴は、照会のために記憶されることができ、高度なデータ分析が行われることができることができ、不利な健康状態／疾患を検出して防止するのに役立つ。ユーザのデータ分析又は予測分析は、傾向監視、人間ドック、リスク評価などに使用可能であることが理解されるべきであり、その結果は、不利でない健康状態を含むことができる。

用紙ベースのセンサは、従来の検査片に比べていくつかの利点を有する。検査片は単一である（片あたり１回の検査）一方で、用紙センサは、多重化（１つの装置において複数の検査）することができる。従来の検査片は、用紙センサよりも比較的多くの検査流体を必要とする。検査片は、アナログ技術によって製造される一方で、用紙センサは、ディジタル的に印刷され、定量的に分析されることができ、より多くのカスタマイズ及びパーソナライズを可能とする。

用紙ベースのセンサを使用することは、コスト及び多重化の点で従来の検査片を超える利点を提供する新たな技術である。現在の用紙ベースのセンサは、検査の精度を保証するために所定量の検査液体（血液、尿など）を提供するようにユーザに要求する。多重化のレベルは、典型的には、印刷解像度、印刷ワックス垂直壁／障壁の真直度によって制限される。さらに、比色情報を読み取る現在の方法は、別個の手動の基準カードを使用するか又は個々の読み取り装置（カメラ、照明、光条件、周囲の光条件など）についての変動を被る可能性がある市販のモバイルアプリケーションを使用する。市販されている現在の装置よりも高いレベル多重化を達成することができ、個々の読み取り装置からの変動にかかわらず、より高い読み出し精度を提供することができる用紙ベースのセンサについての新規な設計を思い付くことが重要である。

本開示（図３−図７を参照）は、全固定装置エリアに対して増加した全検査エリアを有する用紙センサ又は検査装置１００の設計及び構成を提供する。この新規な設計及び構成は、多重化の程度を増加させ、読み出し精度を向上させる。本開示は、いくつかの固有の機能を含む装置１００を提供する。向上した読み出し精度のために装置がより高いレベルの多重化を達成することができ且つ全装置エリアに対してより大きな全検査エリアを含むことができるように、ワックス障壁の解像度は高い。キャリブレーション色エリアを含む基準領域は、各検査領域における対応する比色反応に対して直接並べて比較するために用紙センサに直接印刷されることができる。これは、用紙ベースのセンサの「読み取り」及び解釈のためにこれまで必要であった別個の基準カードの使用を排除することができる。

従来の用紙ベースのセンサ１０（図１−図２）は、典型的には、手動のオーブンプロセスを介して構成される。疎水性チャネル５０−５７におけるワックスは、用紙を通る全透過を達成するためにより横方向（リフロー）に拡散する必要がある。結果として、検査エリア３０−３７のサイズ及び多重化のレベルは、ワックスの非制御リフローによって生じる不均一な／大きなチャネル変動に起因して全固定装置サイズに対して制限される。対照的に、Ｏ’Ｎｅｉｌらによって２０１４年６月２３日に提出され且つ「ＳＹＳＴＥＭＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＦＯＲＭＩＮＧＨＹＤＲＯＰＨＯＢＩＣＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＩＮＡＰＯＲＯＵＳＳＵＢＳＴＲＡＴＥ」と名称が付された米国特許出願第１４／３１１，９０９号に記載された制御されたプロセスを使用して製造される装置は、より高い解像度及び優れたチャネル均一性を有する。これらの利点は、用紙ベースのセンサが後述するような設計及び構成を達成するのを可能とする。

ここで図３及び図４を参照すると、本願明細書に開示された用紙ベースのセンサ１００のいくつかの特徴は、従来のセンサと比較して全固定サイズ装置エリア１０２に対してセグメント化された検査ゾーン１３０、１３１、１３２、１３３、１３４を含むより大きな検査エリア１１０と、血液からの血漿の向上した分離のための装置の背面における完全に利用される血漿分離膜層１１２とを含む。用紙ベースのセンサ１００は、より大きな検査サンプル（すなわち、血液）を必要とすることなく読み出し精度及び多重化レベルを増加させるチャネル構造エリア１２４を含むことができる。基準又はキャリブレーション基準色エリア１２６は、異なるエリアを含むことができ、チャネル構造の一部として又は追加パターンとして装置上に直接印刷されることができる。補助情報エリア１２８は、検査エリア１１０を囲むことができる。

他の例示的な実施形態（図５）において、用紙センサ装置２００は、以下の要素を含むことができる。構造形成層２１６、任意のフィルタ膜層２１２及び少なくとも２つのラミネート層２１８、２２０。構造形成層２１６は、チャネル構造エリア２２４、検査エリア２１０、キャリブレーション基準エリア２２６及び補助情報エリア２２８を含むことができる。

検査ゾーン又は検査エリア２１０は、１からｎ（ｎ≧２）個の個々のセグメント化された検査ゾーン２３０、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５を含むことができる。セグメント化された検査ゾーン２３０−２３５は、軸対称又は軸方向に放射状に広がって配置されることができる。全検査エリア２１０は、全装置エリア２０２の約２５％から約６０％であり、好ましくは少なくとも３７．５％である。個々の検査ゾーン２３０−２３５の最小面積は、約５ｍｍ^２とすることができる。従来の装置（図１）と比較すると、本開示の個々の検査ゾーン２３０−２３５は、少なくとも３倍大きい。検査ゾーン２３０−２３５は、装置２０２の制限された空間やエリアに対して検査領域又はゾーン２３０−２３５の面積を最大化するために、約１００μｍの壁幅を有するワックスインク障壁２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１（すなわち、固体インク障壁）によって囲まれて分割される。検査サンプルの大部分の容積が利用されて検査ゾーン２３０−２３５のそれぞれにおいて試薬に到達、すなわち反応することが理解されるべきである。

１つの例示的な検査パネルは、トリグリセリド、総コレステロール、ＨＤＬ（すなわち、３つの個々の検査ゾーン）のレベルを測定するために検査ゾーン２３０−２３５において各試薬を含むことができる。他の例示的な検査パネルは、脂質パネル、すなわち、トリグリセリドのレベル、総コレステロール、ＨＤＬ、ヘモグロビンＡ１Ｃ（ＨｂＡ１Ｃ値）、グルコース（すなわち、５つの個々の検査ゾーン）を測定するために検査ゾーンにおいて各試薬を含むことができる。上述したように、各検査ゾーン２３０−２３５は、異なる試薬を有する。各検査ゾーンは、単一の生物学的検定の異なるレベルを測定するために異なる濃度の同じ試薬を代わりに有することができることが理解されるべきである。

各検査ゾーン２３０−２３５における検査の種類を示す補助情報又は識別テキスト（例えば、ＧＬ、ＴＧ、ＨｂＡ１Ｃ、ＨＤＬ、ＴＣラベル、製造業者名及び日付など）は、外側に印刷され、検査ゾーン又は領域（すなわち、補助情報エリア２２８）に隣接することができる。補助情報又は識別テキスト（例えば、ＧＬはグルコースを表し、ＴＧはトリグリセリドを表し、Ａ１Ｃはヘモグロビンを表し、ＨＤＬはＨＤＬコレステロールを表し、ＴＣは総コレステロールを表す）は、各検査ゾーン２３０−２３５において検査の種類をラベリングし、外側に印刷され、検査ゾーン又は領域（すなわち、基準領域）に隣接することができる。

任意のフィルタ膜層２１２は、全検査エリア２１０を被覆する分離膜２１７（すなわち、血漿分離）を有することができる。あるいは、任意のフィルタ膜２１７は、検査サンプルの制御された流れを可能とするために部分的な分離膜及び部分的な「他の材料」（すなわち、用紙）を有することができる。血漿分離膜２１７は、上面及び底面に一連の孔を含むことができる。一連の孔は、上面と底面との間において孔サイズの勾配を有することができる。特に、上面の孔サイズは、底面の孔サイズよりも大きくすることができる。

膜層２１２及び構造形成層２１６は、ラミネートフィルム層２１８、２２０の間に挟持されることができる。膜２１７のサイズよりも小さい孔２２１は、装置（図５）の背面において下部ラミネート層２２０に切断されることができる。血漿分離膜２１７は、装置２００が組み立てられた構成にあるとき、装置２００の背面において視認可能である。

図５を再度参照すると、本開示は、血液、尿及び唾液などの流体中の生体物質の濃度を判定することができる生物医学的用紙センサ２００の設計を提案している。センサ２００は、薄壁を生成するプロセスによって形成されたワックスインク障壁２３６−２４１によって分割された（例えば）パイのスライスと同様に配置された軸方向に放射状に広がった及び／又は軸対称の検査ゾーン２３０−２３５を含むことができる。各検査ゾーン２３０−２３５は、固有の試薬を含むことができ、エリア２２８に印刷されたテキスト（図示しない）によって識別される。検査ゾーン２３０−２３５の装置外側の領域２２６は、均一な基準色によって印刷されることができる。さらに、ワックス壁の色はまた、それが明確でない場合に基準色としての役割を果たすことができる。センサ２００の利点は、より大きな検査ゾーンエリアに起因する生体物質の濃度の測定精度の向上を含む。利点はまた、センサ２００への基準又はキャリブレーション色２２６の統合を含み、検査流体（すなわち、検査サンプル）の濃度の定量化のための視覚的なキャリブレーション検討、確認又は比較を簡便化する。

ここで図６を参照すると、例示的なトリグリセリド用紙センサ３００がその中に表示されている。基準又はキャリブレーション色エリアを識別することは、検査ゾーン１、２、３、４、５とキャリブレーション色エリア又は領域３２６との間に基板領域３２８を含むことができる。エリア３２６、３２７及び３２８は、基準色エリア又はコントラスト色エリアとして使用可能である。エリア３２７及び３２８は、検査ゾーン１−５と基準エリア３２６、３２７及び３２８との間においてコントラスト（黒、カラー、コントラストカラーなど）を提供するために任意の色とすることができる。キャリブレーション基準エリア３２６は、各サブエリア（図示しない）に関連付けられた別個の基準色を含む複数のサブエリアに分離されることができることが理解されるべきである。複数の色基準エリアは、検査ゾーン１−５において異なる色素色を有する試薬の使用を可能とする。あるいは、基準領域は、軸方向の検査ゾーンのうちの１つ以上に対する比較のために第１の予め判定可能な色を含む第１のキャリブレーション色エリアを含むことができる。基準領域は、さらに、軸方向の検査ゾーンのうちの１つ以上に対する比較のために第２の予め判定可能な色を含む第２のキャリブレーション色エリアを含むことができる。第１及び第２のキャリブレーション色エリアは、それぞれ、各検査エリアにおけるキャリブレーションされた読み取りに基づいて少なくとも２つの検査物質検体の濃度を報告するか又は示すための軸方向の検査ゾーンのうちの１つ以上に対する比較のために第１及び第２の予め判定可能な色を含むことができる。１つの実施形態において、基板領域３２８は、検査ゾーン１−５とキャリブレーション色エリア３２６とを区別するために対比色を含むことができる。図６には示されていないが、トリグリセリド用紙センサ３００は、トリグリセリドの異なる濃度に起因する検査ゾーン１−５における色変化の勾配を表示することができる。検査ゾーン１−５の色変化又は色合いは、基準色３２６（すなわち、マゼンタ）と比較されることができる。色変化又は色濃度は、それぞれ、（例えば）関連する検査ゾーン１、２、３、４、５からのトリグリセリドの濃度を表し、１００、１５０、２００、２５０、３００ｍｇ／ｄＬの濃度を含むことができることが理解されるべきである。

図７は、用紙センサ装置４００を使用する方法を表示している。血液サンプルＢは、患者又はユーザから採取され、用紙センサ４００の底部、すなわち検査エリア４１０に配置されるか又は「吸い込まれる」（ステップ１）。用紙センサ４００は、右側上に回転させることができ、血液サンプル処理をみることができる４２０（ステップ２）。血液サンプルＢが検査ゾーン４３０、４３１、４３２、４３３、４３４における各試薬と接触して分析の進行を進める（ステップ３）。サンプルが試薬と反応した後、進行した分析が続いて形成される４４０（ステップ４）。基準又はキャリブレーション色エリアを識別することは、検査ゾーン４３０−４３４とキャリブレーション色エリア又は領域４４６との間に基板領域４４７及び４４８を含むことができる。基板領域４４７及び４４８は、検査ゾーン４３０−４３４とキャリブレーション色エリア４４６とを区別するために対比色を含むことができる。図７に示される例において、用紙センサ４００は、異なる種類の試薬及び／又は異なる濃度の試薬に起因して検査ゾーン４３０−４３４における色変化の勾配を表示することができ、異なるレベルの生物学的検定を測定することができる。検体の各種類（ＧＬ、ＴＧ、ＨｂＡ１Ｃ、ＨＤＬ、ＴＣ）は、異なる試薬を使用することができ、各検体／試薬対は、色基準についての関連するキャリブレーション曲線を有することができることが理解されるべきである。さらに、単一の検体分析判定について、検査ゾーン４３０−４３４における色変化は、各検査ゾーンにおける同じ試薬の異なる濃度に起因することができる。検査ゾーン４３０−４３４は、キャリブレーション又は基準色４４６（すなわち、マゼンタ）と比較されることができる。このように、生物医学的用紙センサ４００は、流体中に含まれる生体物質（すなわち、血液サンプル）の濃度を判定するために使用される。

上述したように、用紙ベースのセンサは、コスト及び多重化の点で従来の検査片を超える利点を提供する。比色測定に起因する用紙ベースのセンサ及び用紙検査片における精度不良の懸念は、定量的なアプリケーションからそれらを制限している。既存の検査片アプリケーションにおいて、ユーザは、基準カード上の色のセットに対して結果として得られた色を手動で比較しなければならない。携帯電話の「アプリ」は、関連する携帯電話のカメラを利用することによって検査片の読み取りプロセスを自動化するために使用可能である。しかしながら、異なる種類及びモデルのカメラは、様々な照明条件とともに、正確な比色測定値を得るための課題を提示する。

従来の検査片は、ユーザに基準色カードと色を手動で測定することを要求し、これは、信頼性がなく、定量的な測定においてそれらのアプリケーションを制限する。ソフトウェアは、携帯電話のカメラを使用して検査片測定プロセスを自動化するように開発されている。プロセスは、（例えば）携帯電話のカメラをキャリブレーションするために使用可能な基準色カードを含み、赤−緑−青（ＲＧＢ）空間及び全強度が濃度測定のために使用可能である。

本開示は、センサ設計の利点をとることができ、濃度測定などの全強度に依存しない比色分析処理方法を提供する。固有のセンサ設計は、以下の２つの特徴を含むことができる。基準色がワックスプリンタによってワックスチャネルの一部として用紙センサ上に直接印刷されること、及び、比色反応において使用される基準色及び染料色が特定のスペクトル範囲（例えば、緑、赤、青）においてそれらのほぼゼロの吸収の点で一致していること。

処理方法は、以下の２つの部分に色情報を分割することができる。ほぼゼロの吸収部及び吸収部、並びに、その後に吸収チャネルを正規化するためにほぼゼロの吸収チャネルを使用する。本方法は、以下を含む。ベンダ又はソース固有の比色用紙センサの写真を撮像する；ベンダ固有の用紙センサは、基準色及び染料が比色反応のために少なくとも１つのチャネルにおいてほとんど又はほぼゼロの吸収を有することができる設計を含むことができる；画像処理（すなわち、テキスト、コード、パターン）によって用紙センサの種類を識別する；染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの色チャネルを識別する；各色チャネルにおける染料と基準色との間の既知の吸収率を取得又は識別する；画像処理（すなわち、テンプレートマッチング、特徴認識）によってほぼゼロの吸収チャネルにおいて検査エリアを配置する；非検査エリアから完全チャネルにおける各検査エリアを分離する；空間的な変動（すなわち、用紙変動、照明変動、蒸着化学物質に起因する色合い）を除去するためにほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化する；１つ以上の吸収チャネルから合成画像を構成するために追加のカメラ情報及び／又は所定の重みを選択的に使用する；合成画像における基準色及び基板白によって読み取る検査エリアをキャリブレーションする。基準色又は領域は、各検査エリアにおいてキャリブレーションされた読み取り値に基づいて検査物質（検体）の濃度を報告するか又は示すために検査エリア又はゾーンのうちの１つ以上に対して比較するための予め判定可能な色を有する１つ以上のキャリブレーション色エリアを含むことができる。１つの例示的な構成において、キャリブレーション色エリアは、複数のセクションを含むことができる。各セクションは、特定の検体のために使用される、異なる予め判定可能な色を有することができる。例えば、２つのキャリブレーション色セクションは、１つの赤セクション及び１つの青セクションを含むことができる。１つの例示的な構成において、赤セクションは、ＨｂＡ１Ｃをキャリブレーションするのに使用可能であり、青セクションは、ＨＤＬをキャリブレーションするのに使用可能である。上述した方法は、異なるカメラ及び異なる照明条件による用紙センサにおいて実証されている。図８は、トリグリセリド検査のための例示的な用紙センサを表示している。センサ画像５００は、携帯電話カメラ（すなわち、第１の携帯電話カメラ）から生成された全ＲＧＢセンサ画像を表示する。画像５１０は、携帯電話カメラからのセンサ画像及びその関連する赤チャネルのスペクトル範囲を表している。画像５２０は、携帯電話カメラからのセンサ画像及びその関連する緑チャネルのスペクトル範囲を表している。画像５３０は、携帯電話カメラからのセンサ画像及びその関連する青チャネルのスペクトル範囲を表している。染料及び基準色の双方は、赤チャネル５１０において最小の吸収を示すことができることが理解されるべきである。

図９に示されるように、バイナリ画像６００は、検査エリアを配置するために赤チャネルから使用可能である。さらに、図１０に示されるように、ほぼゼロの吸収チャネルは、画像７００（すなわち、赤チャネルによって正規化された青チャネル）及びそのセグメント化された検査エリアを正規化するために使用可能である。そして、正規化画像は、得られた合成画像を構成することが可能である。他の又は第２の携帯電話カメラが（正規化後）のほぼ同一のセンサ画像を撮像することができ、合成画像が検査物質の一致する濃度を表示することが理解されるべきである。図１１に示されるように、第２の携帯電話カメラからのセンサ画像は、全ＲＧＢチャネル８００、その関連する赤チャネル８１０のスペクトル範囲、その関連する緑色チャネル８２０のスペクトル範囲及びその関連する青チャネル８３０のスペクトル範囲を示している。

図１２に示されるように、２つの別個のカメラからの例示的な読み取り値は、それゆえに、ほぼ同一の画像を表示する。プロットしたとき、同様のトリグリセリド濃度レベルは、２つの別個のカメラの読み取り値から処理される。図１２は、センサ画像５００、８００からの各検査ゾーン１、２、３、４、５のトリグリセリド濃度をそれぞれ表示している。図１２は、第１の携帯電話カメラ５００及び第２の携帯電話カメラ８００からの処理されたカメラの読み取り値をプロットするトリグリセリド濃度に対する得られた信号をプロットしている。

本開示は、用紙ベースのセンサによって得られた検査結果の自動評価を可能とするために画像処理とセンサ設計を結合した比色分析方法を提案している。提案した方法は、スペクトル範囲（例えば、赤、緑、青）におけるそれらの吸収の点で比色反応に使用されるインク色及び染料を一致させることができる。そして、ほぼゼロの吸収チャネルは、吸収チャネルを正規化して合成画像を構成するために使用される。正規化画像は、青及び赤チャネルの双方における基準色の吸収率に関する所定の情報を用いて赤チャネルによって青チャネルを正規化することによって抽出されることができる。本発明の利点は、用紙ベースのセンサによって得られた検査結果を評価するために自動化された方法を可能とすることを含む。

本願明細書における詳細な説明のいくつかの部分は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵ用のメモリ記憶装置及び接続された表示装置を含む従来のコンピュータ要素によって実行されるデータビットに対する操作のアルゴリズム及び記号表現に関して提示される。これらのアルゴリズム記述及び表現は、他の当業者にそれらの動作の本質を最も効果的に伝えるために、データ処理分野における当業者によって使用される手段である。アルゴリズムは、一般に、所望の結果をもたらす首尾一貫した一連のステップとして認識される。ステップは、物理量の物理的な操作を必要とするものである。通常、必須ではないが、これらの量は、記憶、伝送、結合、比較、その他の操作が可能な電気又は磁気信号の形態をとる。ビット、値、要素、シンボル、文字、用語、数字などとしてこれらの信号を参照することは、主に共通使用の理由から時には便利であることが証明されている。

しかしながら、これらの及び類似の用語の全ては、適切な物理量に関連付けられ、単にこれらの量に適用される便利なラベルにすぎないことが理解されるべきである。特に明記しない限り、本願明細書における説明から明らかなように、説明全体を通して、「処理」又は「計算」又は「算出」又は「判定」又は「表示」などの用語を利用した説明は、コンピュータシステムのレジスタ又はメモリ内の物理（電子的）量として表されるデータを、コンピュータシステムメモリ若しくはレジスタ又は他のそのような情報記憶、伝送又は表示装置内の物理量として同様に表される他のデータへと操作して伝送するコンピュータシステム又は同様の電子計算装置の動作及び処理を指すことが理解される。

例示的な実施形態はまた、本願明細書において説明された動作を実行する装置に関するものである。この装置は、必要な目的のために特別に構成されることができ、又は、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを含むことができる。そのようなコンピュータプログラムは、これらに限定されるものではないが、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及び光磁気ディスクを含む任意の種類のディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気若しくは光カード又は電子命令を記憶するのに適しており且つコンピュータシステムバスにそれぞれ結合された任意の種類の媒体などのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されることができる。

本願明細書において提示されるアルゴリズム及び表示は、本質的に、特定のコンピュータ又は他の装置に関連するものではない。本願明細書における教示にかかるプログラムとともに様々な汎用システムが使用されてもよく、又は、本願明細書に記載された方法を実行するために、より特化した装置を構築するのが便利であることがわかるかもしれない。様々なこれらのシステムについての構成は、上述した説明から明らかである。さらに、例示的な実施形態は、いかなる特定のプログラミング言語も参照して説明されるものではない。様々なプログラミング言語が、本願明細書に記載された例示的な実施形態の教示を実装するために使用可能であることが理解される。

機械読み取り可能な媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形態で情報を記憶又は伝送する任意の機構を含む。例えば、機械読み取り可能な媒体は、いくつかの例を言及すると、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリ装置、及び、電気的、光学的、音響的又は他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、ディジタル信号など）を含む。

明細書全体にわたって図示された方法は、コンピュータ上で実行可能なコンピュータプログラム製品において実装されることができる。コンピュータプログラム製品は、制御プログラムが記録されたディスク、ハードディスクドライブなどの持続性コンピュータ読み取り可能な記録媒体を含むことができる。持続性コンピュータ読み取り可能な媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ若しくは任意の他の磁気記憶媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ若しくは任意の他の光媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ若しくは他のメモリチップ若しくはカートリッジ、又は、コンピュータが読み取って使用可能な任意の他の有形媒体を含む。

あるいは、本方法は、無線及び赤外線データ通信中などに生成されるものなど、音波又は光波などの伝送媒体を使用してデータ信号として制御プログラムが具現化される伝送可能な搬送波などの一時的媒体において実装されることができる。

Claims

用紙ベースのセンサの比色分析処理方法であって、
カメラを使用して比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、
画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、
染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの前記色チャネルを識別することと、
各色チャネルにおける前記染料と前記基準色との間の既知の吸収率を識別することと、
非検査エリアから前記チャネルにおける各検査エリアを分離することと、
空間的変動を除去するために前記ほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化することと、
合成画像における前記基準色及び基板白によって前記検査エリアの読み取り値をキャリブレーションすることと、
各検査エリアにおけるキャリブレーションされた読み取り値に基づいて検査物質検体の濃度を報告することと、
を含む、比色分析処理方法。
画像処理によって、前記ほぼゼロの吸収チャネル内に前記検査エリアを配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
追加のカメラを使用して前記比色用紙センサの他の写真を撮像し、１つ以上の吸収チャネルから合成画像を構成することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
前記比色用紙センサが、流体中の生体物質の濃度を判定するための生物医学的用紙センサであり、
複数の軸対称の検査ゾーンを備え、
前記検査ゾーンが中心点から外側に放射状に広がっており、
前記軸対称の検査ゾーンのそれぞれが、ワックスインク障壁によって分割され、
前記軸対称の検査ゾーンのそれぞれが、その中に固有の試薬を含み、
前記複数の軸方向の検査ゾーンを囲む基準領域を備え、
前記基準領域が、前記軸方向の検査ゾーンのうちの１つ以上と比較するための第１の予め決定可能な色を含む第１のキャリブレーション色エリアを含む、請求項１に記載の方法。
前記複数の検査ゾーンが少なくとも２つである、請求項４に記載の方法。
前記生物医学的用紙センサがさらに、
基準領域エリアと前記軸方向の検査ゾーンエリアの合成エリアを含む全装置エリアを含み、
前記軸方向の検査ゾーンエリアが、前記全装置エリアの少なくとも３７．５％である、請求項４に記載の方法。
前記軸対称の検査ゾーンのそれぞれは面積が少なくとも５ｍｍ ^２である、請求項４に記載の方法。
前記ワックスインク障壁は少なくとも１００μｍの厚さを有する、請求項４に記載の方法。
前記基準領域エリアが、前記軸方向の検査ゾーンエリアと前記キャリブレーション色エリアとを分離する基板領域をさらに含む、請求項６に記載の方法。
前記基準領域が前記軸方向の検査ゾーンのうちの１つ以上と比較するための第２の予め決定可能な色を含む第２のキャリブレーション色エリアをさらに含み、
前記第１及び第２のキャリブレーション色エリアはそれぞれ、前記軸方向の検査ゾーンのうちの１つ以上と比較するための第１および第２の予め決定可能な色を含み、各検査エリアにおけるキャリブレーションされた読み取り値に基づいて少なくとも２つの検査物質検体の濃度が報告される、
請求項４に記載の方法。
用紙ベースのセンサの比色分析処理方法であって、
比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、
画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、
染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの前記色チャネルを識別することと、
各色チャネルにおける前記染料と前記基準色との間の既知の吸収率を識別することと、
非検査エリアから前記チャネルにおける各検査エリアを分離することと、
空間的変動を除去するために前記ほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化することと、を含み、
前記比色用紙センサが生物医学的用紙センサであり、
前記生物医学的用紙センサが複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを含み、
前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれが、ワックスインク障壁によって分割され、
前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれが、その中に固有の試薬を含み、
前記複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを囲む基準領域を含み、
前記基準領域が、前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのうちの１つ以上と比較するための予め決定可能な色を含むキャリブレーション色エリアを含む、比色分析処理方法。
前記生物医学的用紙センサが、
基準領域エリアと前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアの合成エリアを含む全装置エリアを含み、
前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアが、前記全装置エリアの少なくとも３７．５％である、請求項１１に記載の方法。
前記基準領域エリアが、前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアと前記キャリブレーション色エリアとを分離する基板領域をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
用紙ベースのセンサの比色分析処理方法であって、
比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、
画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、
染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの前記色チャネルを識別することと、
各色チャネルにおける前記染料と前記基準色との間の既知の吸収率を識別することと、
非検査エリアから前記チャネルにおける各検査エリアを分離することと、
空間的変動を除去するために前記ほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化することと、を含み、
前記比色用紙センサが生物医学的用紙センサであり、
前記生物医学的用紙センサが複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを含み、
前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれが、ワックスインク障壁によって分割され、
前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのそれぞれが、その中に固有の試薬を含み、
前記複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを囲む基準領域を含み、
全装置エリアが基準領域エリアと前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアの合成エリアを含み、
前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアが、前記全装置エリアの少なくとも３７．５％であり、
前記基準領域エリアが、前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンエリアとキャリブレーション色エリアとを分離する基板領域をさらに含む、比色分析処理方法。
前記基準領域が、前記軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのうちの１つ以上と比較するための予め決定可能な色を含むキャリブレーション色エリアを含む、請求項１４に記載の方法。
用紙ベースのセンサの比色分析処理方法であって、
比色反応のために比色用紙センサの写真を撮像することと、
画像処理によって用紙センサの種類を識別することと、
染料及び基準色の双方が吸収を有する色チャネルであって染料及び基準色の双方がほぼゼロの吸収を有する１つの前記色チャネルを識別することと、
各色チャネルにおける前記染料と前記基準色との間の既知の吸収率を識別することと、
非検査エリアから前記チャネルにおける各検査エリアを分離することと、
空間的変動を除去するために前記ほぼゼロの吸収チャネルによって各吸収チャネルを正規化することと、を含み、
前記比色用紙センサが生物医学的用紙センサである、比色分析処理方法。
検査エリアの数が少なくとも２つである、請求項１６に記載の比色分析処理方法。
前記生物医学的用紙センサがさらに、
基準領域エリアと軸方向の検査ゾーンエリアの合成エリアを含む全装置エリアを含み、
前記軸方向の検査ゾーンエリアが、前記全装置エリアの少なくとも３７．５％である、請求項１６に記載の方法。
前記用紙ベースのセンサが複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンを囲む基準領域を有する構造形成層を含み、
前記基準領域が、複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのうちの１つ以上と比較するための予め決定可能な色を含むキャリブレーション色エリアを含む、請求項１６に記載の方法。
前記基準領域が、前記複数の軸方向に放射状に広がった検査ゾーンのうちの１つ以上と比較するための予め決定可能な色を含む別のキャリブレーション色エリアを含む、請求項１９に記載の方法。
追加のカメラを使用して前記比色用紙センサのさらに別の写真を撮像して１つ以上の吸収チャネルから合成画像を構成することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。