TW202004163A - 用於校準和使用攝影機來偵測樣品中的分析物之方法及系統 - Google Patents

用於校準和使用攝影機來偵測樣品中的分析物之方法及系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭示用於校準及使用一攝影機(116)來偵測一樣品(131)中之一分析物之方法、電腦程式及系統(110、112、114)。用於校準一攝影機(116)來偵測一樣品(131)中之一分析物之校準方法包括： a. 提供一色彩座標系集，該色彩座標系集包括經組態用於描述一物件之一色彩之複數個不同色彩座標系； b. 提供具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品(122)； c. 將測試樣品(124)施加至一組測試元件(126)，各測試元件(128)具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場(130)，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該等測試樣品(124)之各者創建至少一個著色測試場(130)； d. 藉由使用該攝影機(116)來獲取該等著色測試場(130)之影像； e. 藉由使用該色彩座標系集之該等色彩座標系，為該等著色測試場(130)之該等影像產生色彩座標，由此為該等測試樣品(124)及該等色彩座標系創建一色彩座標集； f. 提供一編碼函數集，該編碼函數集包括用於將一測試場(130)之色彩座標變換成該樣品中之該分析物之一對應濃度之複數個編碼函數； g. 藉由使用該編碼函數集來將步驟e.中產生之該色彩座標集變換成一經量測濃度集；及 h. 比較該經量測濃度集與該組測試樣品(122)之該等測試樣品(124)之該等已知濃度且測定該色彩座標系集之一最佳匹配色彩座標系及該編碼函數集之一最佳匹配編碼函數，其中該經量測濃度集與該等已知濃度最佳地匹配。

Description

用於校準和使用攝影機來偵測樣品中的分析物之方法及系統
本申請案涉及一種用於校準一攝影機來偵測一樣品中之一分析物之校準方法。本發明進一步關於一種用於偵測一樣品中之一分析物之偵測方法及一種具有用於執行校準方法或偵測方法之程式構件之電腦程式。此外，本發明係關於一種用於校準一攝影機以藉由使用攝影機來偵測一樣品中之一分析物之校準系統、一種用於藉由使用至少一個測試元件來偵測一樣品中之一分析物之偵測系統及一種用於偵測一樣品中之一分析物之系統。根據本發明之方法、電腦程式及系統可用於醫學診斷以便定性地或定量地偵測一或多種體液中之一或多種分析物。本發明之其他應用領域係可能的。
在諸多情況下，醫學診斷需要在一體液(諸如血液、間隙液、尿液、唾液或其他類型之體液)之樣品中偵測一或多種分析物。待偵測分析物之實例係葡萄糖、三酸甘油酯、乳酸鹽、膽固醇或通常存在於此等體液中之其他類型之分析物。一般而言，熟習此項技術者已知之用於偵測分析物之裝置及方法使用包括一或多種測試化學物之測試元件，該一或多種測試化學物在存在待偵測分析物之情況下能夠執行一或多個可偵測之偵測反應，諸如光學可偵測之偵測反應。關於此等測試化學物，可參考例如J. Hoenes等人：2008年The Technology Behind Glucose Meters: Test Strips, Diabetes Technology & Therapeutics第10卷第1附刊S-10至S-26。若必要，則可根據分析物之濃度及/或存在選擇一適當治療。
通常，監測測試化學物中之一或多個光學可偵測變化，以便自此等變化導出至少一種待偵測分析物之濃度。為了偵測測試場之光學性質之至少一個變化，此項技術中已知各種類型之偵測器。因此，已知用於照射測試場之各種類型之光源以及各種類型之偵測器。除使用具體而言經開發用於光學地偵測對應測試元件所包括之測試化學物之變化之客製化偵測器之外，新近發展旨在使用廣泛可用裝置，諸如智慧型電話。
作為一實例，Li Shen等人：「Point-of-care colorimetric detection with a smartphone」, Lab Chip, 2012, 12, 4240-4243、「The Royal Society of Chemistry」及晶片實驗室之對應電子補充材料(ESI) 「The Royal Society of Chemistry」提出利用一智慧型電話執行一比色偵測。比色診斷之色彩利用一智慧型電話試驗或量化以允許在寬範圍之環境條件下進行高準確度量測。使用色度值代替直接使用由智慧型電話拍攝之一彩色影像之紅色、綠色及藍色(RGB)強度來構建分析物濃度之校準曲線。此外，為了可在不同照明條件下採用該方法，開發一種用來補償歸因於環境光可變性所致之量測誤差之校準技術。
通常，當使用具有一攝影機之智慧型電話或其他消費性電子產品來評估分析量測時，攝影機之個別校準係必要的。因此，Ali K. Yetisen等人：「A smartphone algorithm with inter-phone repeatability for the analysis of colorimetric tests」, Sensors and Actuators B 196 (2014) 156-160提出一種具有電話間可重複性用於分析比色測試之智慧型電話演算法，需要一使用者藉由將資訊鍵入至智慧型電話中來執行一校準輸入且使用智慧型電話之攝影機捕獲各種校準點之一影像。校準需要在預定義條件下執行。隨後，可使用完全相同於執行校準之條件執行比色量測。應用程式藉由比較目標資料值與校準曲線來運算最終量測。此係藉由類似於運算幾何中之最近鄰居問題之一插值演算法來達成。
在WO 2014/037820 A2中提出另一校準方法，其揭示一種用於分析比色測試條及疾病管理之系統及方法。該系統可包含可操作地耦合至一行動裝置之一附件，該行動獲取及/或分析比色測試條之影像。燈箱附件可以可拆卸地附接至行動裝置，或保持附接至行動裝置，但具有出於一般攝影目的而自攝影機之視場移除燈箱附件之能力。在其他實施例中，獲得包含已知校準色彩及試劑區域之一影像，而燈箱不將該影像與一先前校準影像進行比較以模型化環境照明條件下之變化且測定一色彩校正函數。可將校正應用於經偵測之試劑區域色彩以在經偵測之試劑區域色彩與參圖上之參考色彩之間進行匹配。
儘管該等優點涉及校準及使用一攝影機(例如，消費性電子產品所包括之一攝影機)來偵測一樣品中之一分析物之目的，但仍存在若干技術挑戰。一般而言，攝影機系統中之色彩表示適於例如藉由內部後處理由攝影機捕獲之原始資料來提供在人類色彩感知方面最佳化之影像。然而，當旨在準確地測定樣品中之分析物濃度時，歸因於人類色彩感知所致之此後處理可能並不理想。另外，非線性因素(諸如市場上可購得之龐大數目個攝影機之不同照明條件或個別技術及光學性質)可能對分析物濃度之測定具有一影響且因此需要予以考量。 待解決問題
因此，期望提供方法、電腦程式及系統，其等解決上述技術挑戰，用於校準一攝影機來偵測一樣品中之一分析物，例如用於校準行動裝置(諸如消費性電子產品行動裝置，具體而言並非專用於分析量測之多用途行動裝置(諸如智慧型電話或平板電腦))所包括之攝影機。具體而言，應提出廣泛適用於可用攝影機且適於增加量測準確度及使用者便利性之方法、電腦程式及系統。
藉由具有獨立技術方案之特徵之方法、電腦程式及系統解決此問題。在附屬技術方案中列出可以一隔離方式或以任何任意組合實現之有利實施例。
如下文中所使用，以一非排他方式使用術語「具有」、「包括」或「包含」或其等任何任意語法變體。因此，此等術語可指代其中除由此等術語引入之特徵之外在此內文中所描述之實體中不存在進一步特徵之一情況及其中存在一或多個進一步特徵之一情況兩者。作為一實例，表達「A具有B」、「A包括B」及「A包含B」可指代其中除B之外A中不存在其他元件之一情況(即，其中A僅僅且非排他地由B組成之一情況)及其中除B之外實體A中亦存在一或多個進一步元件(諸如元件C、元件C及D或甚至進一步元件)之一情況兩者。
此外，應注意，指示一特徵或元件可存在一或多次之術語「至少一個」、「一或多個」或類似表達通常將在引入各自特徵或元件時僅使用一次。在下文中，在大多數情況下，當提及各自特徵或元件時，將不重複表達「至少一個」或「一或多個」，但事實係各自特徵或元件可存在一或多次。
此外，如下文中所使用，術語「較佳地」、「更佳地」、「特別而言」、「更特別而言」、「具體而言」、「更具體而言」或類似術語係結合可選特徵使用，而不限制替代可能性。因此，由此等術語引入之特徵係可選特徵且並非意欲於以任何方式限制申請專利範圍之範疇。如熟習此項技術者將認知，本發明可藉由使用替代特徵來執行。類似地，由「在本發明之一實施例中」或類似表達引入之特徵意欲為可選特徵，而對本發明之替代實施例沒有任何限制，對本發明之範疇沒有任何限制且對組合以此方式引入之特徵與本發明之其他可選或非可選特徵之可能性沒有任何限制。
在本發明之一第一態樣中，揭示一種用於校準一攝影機來偵測一樣品中之一分析物之校準方法。該方法包括具體而言可以給定順序執行之以下步驟。又，一不同順序亦係可能的。可進一步完全地或部分地同時執行兩個或更多個方法步驟。可進一步一次或重複地執行一或多個方法步驟或甚至全部方法步驟。該方法可包括本文中未列出之額外方法步驟。通常，該校準方法包括以下步驟： a. 提供一色彩座標系集，該色彩座標系集包括經組態用於描述一物件之一色彩之複數個不同色彩座標系； b. 提供具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品； c. 將測試樣品施加至一組測試元件，各測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該等測試樣品之各者創建至少一個著色測試場； d. 藉由使用該攝影機來獲取該等著色測試場之影像； e. 藉由使用該色彩座標系集之該等色彩座標系，為該等著色測試場之該等影像產生色彩座標，由此為該等測試樣品及該等色彩座標系創建一色彩座標集； f. 提供一編碼函數集，該編碼函數集包括用於將一測試場之色彩座標變換成該樣品中之該分析物之一對應濃度之複數個編碼函數； g. 藉由使用該編碼函數集來將步驟e.中產生之該色彩座標集變換成一經量測濃度集；及 h. 比較該經量測濃度集與該組測試樣品之該等測試樣品之該等已知濃度且測定該色彩座標系集之一最佳匹配色彩座標系及該編碼函數集之一最佳匹配編碼函數，其中該經量測濃度集與該等已知濃度最佳地匹配。
如本文中所使用，術語「用於校準一攝影機來偵測一樣品中之一分析物之校準方法」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於測定由一攝影機提供之資訊與樣品中之一或多種特定分析物之存在或缺失或濃度之間的一關係之程序。因此，通常，攝影機將產生資訊，諸如電子資訊，諸如一或多個影像(諸如至少一個測試場之一或多個影像)，如下文將進一步詳細解釋。通常，諸如當攝影機拍攝由樣品潤濕之一測試場之一或多個影像時，資訊或其部分與樣品中之分析物之存在、缺失或濃度之間可能存在一關係。測定此關係之程序可稱為校準方法。由於校準方法，可諸如藉由定義以下一或多者來定義關係：定義關係之至少一個方程式；用於定義關係之至少一個表，諸如至少一個查找表；或至少一個圖形關係，諸如至少一個校準曲線。
如本文中所使用，術語「攝影機」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於經組態用於記錄空間解析光學資料(諸如一或多個影像)之一裝置。攝影機具體而言可包括成像裝置之一或多個攝影機晶片，諸如一或多個CCD及/或CMOS晶片。攝影機通常可包括一維或二維影像感測器陣列，諸如像素。作為一實例，攝影機可包括至少一個維度中之至少10個像素，諸如各維度中之至少10個像素。然而，應注意，其他攝影機亦係可行的。本發明具體而言適用於常用於行動應用(諸如筆記型電腦、平板電腦或具體而言行動電話(諸如智慧型電話))中之攝影機。因此，具體而言，攝影機可為一行動裝置之部分，除包括至少一個攝影機之外該行動裝置亦包括一或多個資料處理裝置，諸如一或多個資料處理器。然而，其他攝影機係可行的。除包括至少一個攝影機晶片或成像晶片之外，攝影機亦可包括進一步元件，諸如一或多個光學元件，例如一或多個鏡頭。作為一實例，攝影機可為具有相對於攝影機固定地調整之至少一個鏡頭之一定焦攝影機。然而，替代地，攝影機亦可包括可自動地或手動地調整之一或多個可變鏡頭。
如本文中所使用，術語「偵測一樣品中之一分析物」(通常亦稱為「分析量測」)係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於樣品中之至少一種分析物之一定性及/或定量測定。作為一實例，分析量測之結果可為分析物之一濃度及/或待測定分析物之存在或缺失。
如本文中所使用，術語「影像」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於藉由使用攝影機記錄之資料或資訊，諸如來自成像裝置(諸如攝影機晶片之像素)之複數個電子讀數。因此，作為一實例，影像可包括一維或二維資料陣列。因此，影像本身可包括像素，作為一實例與攝影機晶片之像素相關之影像像素。因此，當提及「像素」時，參考由攝影機晶片之單個像素產生之影像資訊之單位或直接參考攝影機晶片之單個像素。
攝影機具體而言可為一彩色攝影機。因此，諸如針對各像素，可提供或產生色彩資訊，諸如三種色彩R、G、B之色彩值。更大數目個色彩值亦係可行的，諸如各像素之四種色彩。熟習此項技術者通常已知彩色攝影機。因此，作為一實例，攝影機晶片之各像素可具有三個或更多個不同色彩感測器，諸如如同一個紅色像素(R)、一個黃色像素(G)及一個藍色像素(B)之色彩記錄像素。針對像素之各者，諸如針對R、G、B，可由像素取決於各自色彩之強度記錄值，諸如0至255範圍內之數位值。作為一實例，可使用四元組(諸如C、 M 、Y 、K)代替使用色彩三元組(諸如R 、G、 B)。可藉由濾色器或藉由攝影機像素中使用之感測器元件之適當固有靈敏度產生像素之色彩靈敏度。熟習此項技術者通常已知此等技術。
如本文中所使用，術語「分析物」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於一或多種特定化學化合物及/或其他待偵測及/或量測參數。作為一實例，至少一種分析物可為參與代謝之一化學化合物，諸如葡萄糖、膽固醇或三酸甘油酯之一或多者。另外或替代地，可測定其他類型之分析物或參數，例如一pH值。
如本文中所使用，術語「樣品」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於任意待分析材料之一量，諸如一液體、固體或氣體材料之一或多者。更具體而言，該術語可指代一體液(諸如血液、間隙液、尿液、唾液或類似者之一或多者)之一量。然而，另外或替代地，可使用其他類型之樣品，諸如水。
如本文中所使用，術語「色彩座標系」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於一任意座標系，可藉由該任意座標系特性化(諸如數學上或物理上)一物件之一色彩，諸如一測試場之一色彩或由一攝影機記錄之一影像之一色彩。熟習此項技術者通常已知各種色彩座標系，諸如由CIE定義之色彩座標系。下文將給出各項實例。色彩座標整體上可諸如藉由定義三個或四個基本向量來跨越或定義一色彩空間。
為了提供色彩座標系，作為一實例，此等色彩座標系可經儲存於一資料儲存裝置或資料庫中及/或可由具有一或多個參數之座標系之一通用公式定義。色彩座標系可自動地提供或藉由人為動作提供。色彩座標系可為由一校準方法使用者提供之一校準方法輸入。
如本文中所使用，術語「測試樣品」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於其中具有一分析物之一經測定或可測定數量或濃度之一樣品。
如本文中進一步使用，術語「組」通常指代定義數量之相同或類似物件或元件，其中各物件或元件具有已知或可測定性質。因此，通常，各組可包含兩個或更多個、更佳地三個或更多個物件或元件。該組可包含有限數目個物件或元件或無限數目個物件或元件。
因此，作為一實例，該組測試樣品通常可包含複數個(至少兩個)定義或可測定量之樣品。作為一實例，該組測試樣品可在其中包含具有一第一已知或可測定濃度之分析物之第一數量之測試樣品，以及具有一第二已知或可測定濃度之分析物之至少一個第二數量之測試樣品，其中第二濃度不同於第一濃度。視情況，第三、第四等量之測試樣品可包含於其中包含第三、第四等濃度之分析物之該組測試樣品中。因此，作為一實例，該組測試樣品可在測試樣品中包含三種或更多種不同濃度之分析物。作為一實例，可在小瓶或其他容器中提供該組測試樣品。藉由預先測定此等濃度(諸如藉由使用經認證或可靠實驗室分析及/或藉由憑藉使用已知量之組分製備測試樣品)可知道濃度。替代地，諸如藉由憑藉使用經認證或可靠實驗室分析方法之後續分析對測試樣品進行後處理，可在稍後時間點知道濃度。
提供測試樣品可包含製備測試樣品或提供此等測試樣品之其他手段，諸如自一適當提供者購買此等測試樣品。提供測試樣品之其他手段係可行的。
該方法可進一步包括提供一組測試元件，各測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，至少一種測試化學品經組態用於與分析物執行一光學可偵測之偵測反應。
如本文中所使用，術語「測試元件」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於具體而言在上文所給出之定義之意義上經組態用於偵測樣品中之分析物之一任意元件或裝置。作為一實例，測試元件可包括至少一個測試場經施加至其或經整合於其中之至少一個基材，諸如至少一個載體。作為一實例，至少一個載體可為條形的，由此使測試元件成為一測試條。此等測試條通常廣泛使用且可購得。一個測試條可攜帶其中包括相同或不同測試化學品之單個測試場或複數個測試場。此項技術已知若干測試元件，其等包括在存在至少一種待偵測分析物之情況下經歷一著色反應之至少一種測試化學品，亦稱為測試試劑。例如在J.Hönes等人：2008年Diabetes Technology and Therapeutics第10卷第1附刊第10至26頁描述亦可在本發明之範疇內使用之關於測試元件及試劑之一些基本原理。
如本文中進一步使用，術語「測試場」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於測試化學品諸如對具有一或多個材料層之一場(例如一圓形、多邊形或矩形形狀場)之一相干量，其中測試場之至少一個層在其中包括測試化學品。可存在提供特定光學性質(諸如反射性質)、提供用於散佈樣品之散佈性質或提供諸如用於分離樣品之顆粒組分(諸如細胞組分)之分離性質之其他層。
如本文中所使用，術語「測試化學品」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於一化學化合物或複數種化學化合物，諸如適於在存在分析物之情況下執行一偵測反應之化學化合物之一混合物，其中偵測反應可藉由特定手段(諸如光學地)偵測。偵測反應具體而言可為分析物特定的。在本情況下，測試化學品具體而言可為一光學測試化學品，諸如在存在分析物之情況下色彩變化之一變色測試化學品。色彩變化具體而言可取決於樣品中存在之分析物之量。作為一實例，測試化學品可包括至少一種酶，諸如葡萄糖氧化酶及/或葡萄糖脫氫酶。另外，可存在其他組分，諸如一或多種染料、介體及類似者。熟習此項技術者通常已知測試化學品且可再次參考J.Hönes等人：2008年Diabetes Technology and Therapeutics第10卷第1附刊第10至26頁。然而，其他測試化學品亦係可行的。
該組測試元件具體而言可包括複數個(至少三個)測試元件，諸如相同設定之至少三個測試元件。其中，測試元件之一設定可由一特定架構(包括一定義基材、一定義幾何形狀以及包含一或多種定義測試化學品之測試場之一定義頂部)定義。具體而言，該組測試元件之測試元件可選自相同批次之製造，由此提供測試元件之最高可能程度之相同特性。
方法步驟c.包括將測試樣品施加至一組測試元件。因此，作為一實例，可將測試樣品之一液滴施加至測試場，或可由測試樣品藉由其他手段(諸如藉由將測試元件浸入至測試樣品中)來潤濕測試場。由此，作為一實例，產生其中測試樣品經施加至其等測試場之一組經潤濕測試元件，其中作為一實例，存在具有不同測試樣品經施加至其等各自測試場之至少三個測試元件。作為一實例，可提供具有一第一測試樣品經施加至其之一第一測試元件或一第一測試場，可提供具有一第二測試樣品經施加至其之一第二測試元件或一第二測試場，且可提供具有一第三測試樣品經施加至其之一第三測試元件或一第三測試場。可將進一步測試樣品施加至進一步測試元件或測試場。由此，在施加測試樣品之後，該組測試元件可包含相同類型之複數個測試場，其中提供具有不同測試樣品經施加至其等且因此在已發生偵測反應之後具有不同色彩之至少三個測試場。因此，通常，術語「著色測試場」具體而言可指代其中在施加一樣品或測試樣品之後已發生偵測反應之一測試場，其中由偵測反應之結果測定測試場之色彩。
如本文中進一步使用，如步驟d.中所使用之術語「藉由使用攝影機來獲取著色測試場之影像」通常指代藉由使用攝影機根據上文所給出之定義來記錄至少一個影像之程序。其中，具體而言，可自步驟c.中產生之著色測試場之各者獲取至少一個影像。又，亦可省略一或多個測試場。通常，在步驟d.中，可創建一影像集，其包含具有至少一個第一測試樣品經施加至其之至少一個第一測試場之至少一個影像、具有至少一個第二測試樣品經施加至其之至少一個第二測試場之至少一個影像及較佳地具有至少一個進一步測試樣品(諸如至少一個第三測試樣品)經施加至其之至少一個進一步測試場之至少一個進一步影像(諸如至少一個第三測試場之至少一個影像)。
在步驟e.中，藉由使用該色彩座標系集之色彩座標系來為著色測試場之影像產生色彩座標，由此為測試樣品及色彩座標系創建一色彩座標集。因此，作為一實例，可為由一測試樣品潤濕且因此形成為一著色測試場之各測試場產生根據色彩座標系集之色彩座標系之色彩座標。具體而言，可為著色測試場之影像之各者或色彩測試場之各者之至少一個影像之各者產生色彩座標，各色彩座標描述各自著色測試場之著色。作為一實例，可產生色彩座標(Fi,j , mi,j , bi,j )、(Ai,j , Bi,j , Ci,j )或(Ai,j , Bi,j , Ci,j , Di,j )，其中i表示該色彩座標系集之色彩座標系之身份且j表示著色測試場之身份及/或測試樣品之身份。其中，可使用該色彩座標系集之色彩座標系之各者或可使用包含該色彩座標系集之色彩座標系之一選擇之一子集。此外，可分析影像之各者或一影像子集。
此外，作為一實例，測試樣品及色彩座標系之色彩座標集可包含色彩座標系集之各色彩座標系中之各著色測試場或測試樣品之色彩座標(F, m, b)，因此導致至少p·q個色彩座標，其中p係著色測試場或測試樣品之數目且其中q係色彩座標系集中之色彩座標之數目，其中亦可採用單個著色測試場之多個影像，因此導致數目p增加。其他選項亦係可行的。
在步驟f.中，提供一編碼函數集，該編碼函數集包括用於將一測試場之色彩座標變換成樣品中之分析物之一對應濃度之複數個編碼函數。
如本文中所使用，術語「編碼函數」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於用於將一測試場之色彩座標(具體而言，由一待分析樣品潤濕之一著色測試場)變換成樣品中之分析物之一對應濃度之一任意變換演算法。出於此目的，作為一實例，編碼函數可包括一或多個分析函數，諸如將由拍攝著色測試場之一影像之一攝影機量測之一或多個或全部色彩座標變換成樣品中之至少一種分析物之濃度之一函數。另外或替代地，編碼函數可包括用於將色彩座標之向量變換成至少一個分析物之濃度之一或多種矩陣演算法或操作。再者，另外或替代地，編碼函數亦可包括用於將色彩座標變換成分析物之濃度之一或多個曲線，諸如一或多個一維、二維、三維或四維曲線。此外，另外或替代地，編碼函數亦可包括用於將分析物之濃度指派給色彩座標之各自值或值範圍之一或多個查找表或其他表。
如下文將進一步詳細解釋，該編碼函數集具體而言可藉由提供具有一或多個待指定參數之類似函數來定義。因此，具體而言，該編碼函數集可由一或多個參數定義，該一或多個參數可經測定用於指定該編碼函數集中之一特定編碼函數。下文將給出實例。
在步驟g.中，藉由使用該編碼函數集來將步驟e.中產生之色彩座標集變換成一經量測濃度集。如本文中所使用，術語「經量測濃度」通常可指代基於一或多個實驗資料項(諸如一或多個量測值，在本情況下具體而言一或多個色彩座標)指示一樣品中之一濃度之一實驗結果。因此，在步驟g.中，將步驟f.中提供之編碼函數集之編碼函數應用於上述步驟e.中產生之色彩座標。其中，編碼函數可應用於步驟e.中產生之全部色彩座標，或可應用於步驟e.中產生之此等色彩座標之僅一子集。此外，步驟f.中提供之編碼函數集之全部編碼函數或編碼函數之僅一子集可應用於色彩座標。因此，作為一實例，在由一或多個參數定義編碼函數之情況下，諸如藉由將參數範圍細分為離散步驟，可應用該編碼函數集之可能編碼函數之僅一子集，諸如由一或多個或甚至全部參數之一參數範圍之一或多者及/或至少一個參數之有限數目個值(諸如將參數範圍細分成離散步階)定義之一子集。通常，在步驟g.中，產生一經量測濃度集。因此，作為一實例，可為具有不同濃度之分析物之複數個測試樣品諸如為該編碼函數集之編碼函數之各者或編碼函數子集之編碼函數之各者產生至少一個經量測濃度。作為一實例，在評估著色測試場之n個影像之情況下及/或在藉由潤濕對應測試場且產生其等色彩座標來評估不同濃度之n個測試樣品由此導致n個色彩座標或n個色彩座標向量之情況下及在m個編碼函數包含於編碼函數集或用於評估之編碼函數子集中之情況下，可在步驟g.中產生n·m個經量測濃度。
在步驟h.中，比較該經量測濃度集與該組測試樣品之測試樣品之已知濃度。如本文中所使用，術語「比較」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於測定至少一個第一待比較項與至少一個第二待比較項之間的一定性或定量關係或類似性程度之任何類型。在比較中，作為一實例，可產生指示至少兩個待比較項之間的一類似性或同一性程度之至少一個資訊項。作為一實例，指示類似性或同一性程度之至少一個資訊項可包含至少一個統計資訊項，諸如一標準偏差。作為一實例，指示經量測濃度集與已知濃度集之間的類似性或同一性程度之統計資訊項可包含以下方程式：
Figure 02_image001
(0) 其中
Figure 02_image003
係編碼函數i及色彩座標系j之經量測濃度
Figure 02_image005
與對應已知濃度
Figure 02_image007
之間的類似性程度之一量測，其中k係指示該組測試樣品之濃度之一數值。其他類型之比較通常係可行的且熟悉此技術者通常已知。針對圖示，作為一實例，可對比各自測試樣品中之分析物之濃度繪製經量測濃度，由此作為一實例導致各自測試樣品之各已知濃度之一經量測濃度群組。
步驟h.進一步包括測定該色彩座標系集之一最佳匹配色彩座標系及該編碼函數集之一最佳匹配編碼函數，其中經量測濃度集與已知濃度最佳地匹配。如其中所使用，術語「匹配」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於兩個或更多個項類似或相同之品質。因此，如本文中所使用，術語「最佳匹配」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於來自至少兩個項集之項之一選擇，其中在上文所給出之定義之意義上之比較指示最高類似性或同一性程度，包含項在一預定義範圍內匹配之選項。因此，作為一實例，利用上文所給出之公式，最佳匹配編碼函數i*及最佳匹配色彩座標系j*可為編碼函數集中之編碼函數及色彩座標集中之色彩座標系，其中最小化上述統計指示符
Figure 02_image003
。測定一最佳匹配之其他手段通常在統計學領域中係已知的且亦可應用於步驟h.中。
因此，校準方法之結果可為最佳匹配編碼函數之指示及最佳匹配色彩座標系之指示。此結果具體而言可為攝影機特定的且可特定於待使用測試元件之類型。因此，各種類型之攝影機(諸如具有一特定攝影機之各可攜式裝置或智慧型電話)可能需要執行校準方法，且各種類型之測試元件(諸如各製造批次之測試元件)可能需要執行校準方法。諸如各種已知類型之待使用智慧型電話及各種類型之待使用測試元件可預先執行校準方法且因此，可能已在特定智慧型電話上運行之一對應電腦程式中(諸如在一對應應用程式中)預程式化或提供校準方法之結果。應用程式或電腦軟體亦可經組態用於偵測運行其之智慧型電話或可攜式裝置之類型且可選擇已知係待使用測試元件及攝影機之最佳匹配之一對應編碼函數及色彩座標系。
如上文所概述，攝影機具體而言可為一可攜式電子裝置之一攝影機，諸如一可攜式電腦之一攝影機，例如一筆記型電腦或一模板電腦之一攝影機。然而，具體而言，攝影機可為一智慧型電話之一攝影機，因為諸多使用者在白天期間攜帶一智慧型電話且因此智慧型電話係用於測定分析物(諸如血糖)高度有利之一無所不在之量測裝置。
如上文所概述，如本文中之各種情況下所使用之術語「集」通常可指代有限或無限數目個元件。在色彩座標系之內文中，如上文所概述，具體而言可由用於變換色彩座標之一參數化函數集(即具體而言由具有一或多個參數之一或多個函數)定義色彩座標系集。具體而言，一或多個參數化函數可用於將由攝影機提供之色彩座標變換成經變換色彩座標。經變換色彩座標具體而言可為攝影機無關經變換色彩座標。通常，參數化函數之一或多個參數之一集可特性化色彩座標系之各者。
藉由使用該色彩座標系集之色彩座標系且為測試樣品及座標系創建一色彩座標集來為色彩測試場之影像產生色彩座標之方法步驟e.可為單個步驟或可包含多個子步驟。具體而言，該步驟首先可包含將如由攝影機提供之影像之色彩座標(其等通常係攝影機相關的)變換成無關色彩座標。因此，作為一實例，攝影機可包含一攝影機晶片，該攝影機晶片在利用此攝影機晶片記錄影像之評估之後創建色彩座標(R, G, B)或一色彩座標四元組，此通常取決於攝影機晶片、攝影機之光學設定或用於記錄影像之電子產品組件之實體性質。因此，作為一實例，攝影機晶片之靈敏度可取決於光譜範圍。因此，該方法可包含將由攝影機提供之色彩座標變換成攝影機無關色彩座標(諸如避免攝影機之光譜靈敏度且在當由不同攝影機評估同一著色測試場之影像時具有一給定容差、相同或至少相當之意義上相當之色彩座標)之一方法步驟。因此，如本文中所使用，攝影機無關色彩座標可為可自不同攝影機自同一著色測試場拍攝之不同影像獲得之色彩座標。其中，通常，可使用標準化攝影機無關色彩座標系，諸如CIE座標系。然而，通常，如上文所概述，方法步驟e.可包括以下子步驟： e1. 為該等著色測試場之該等影像產生攝影機相關色彩座標； e2. 藉由使用一第一變換演算法來將該等攝影機相關色彩座標變換成與攝影機無關色彩座標； e3. 藉由使用一第二變換演算法來將該等攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標系集之該等色彩座標系之色彩座標，由此為該等測試樣品及該等色彩座標系創建該色彩座標集。
如本文中所使用，術語「攝影機相關色彩座標」通常指代藉由使用一攝影機對一著色物件成像而產生之色彩座標，其中結果取決於攝影機及/或其中所包含之一攝影機晶片(諸如一CCD及/或CMOS晶片)之特定性質。作為一實例，攝影機晶片可包含記錄各種色彩之值之色彩感測器，諸如如同RGB之三元組或如同CMYK之四元組，其中值取決於攝影機晶片之靈敏度。因此，當藉由使用不同攝影機來記錄同一著色物件之影像時，由此等攝影機產生之攝影機相關色彩座標可能不同。
因此，通常，步驟e1.包含評估著色測試場之影像，即由測試樣品潤濕且歸因於測試場中之後續偵測反應而著色之測試場之影像。作為一實例，可評估各著色測試場之至少一個影像來導出其等(諸如各著色測試場之各影像)攝影機相關色彩座標。由此，作為一實例，可產生複數個攝影機相關色彩座標(Ri , Gi , Bi )，其中i係自1至p之一整數，其中p係經評估之著色測試場或測試樣品之數目。
如本文中進一步使用，術語「攝影機無關色彩座標」係一廣義術語且對一般技術者賦予其普通及慣常含義且不限於一特殊或客製化含義。該術語具體而言可指代但不限於至少對於一預定容差不取決於攝影機或攝影機晶片之靈敏度之色彩座標。換言之，直至一可容忍差異，同一物件之攝影機無關色彩座標不取決於所使用攝影機之靈敏度。
為了執行步驟e2.，可使用一校準程序，或可應用一預定校準函數。作為一實例，第一變換演算法可包含藉由使用一矩陣M之一矩陣運算，具體而言用於藉由使用以下變換來將攝影機相關色彩座標(R, G, B)變換成攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)之一矩陣運算： (X, Y, Z)=MT ·(R, G, B) (1) 其中M可指示可藉由一獨立校準程序產生之一變換矩陣。作為一實例，參考色場可用於校準攝影機且用於測定變換矩陣M及/或此變換矩陣之係數。作為一實例，攝影機無關色彩座標X 、Y 、Z可為基於人眼感知之座標，諸如CIE色彩座標。在使用座標四元組之情況下，亦可使用類似於方程式(1)之一矩陣變換。通常例如自F.König：2001年「Die Charakterisierung von Farbsensoren」 Dissertation, Logos Verlag, Berlin第48至49頁知道色彩座標之矩陣變換。
在步驟e2.中，可將一攝影機相關色彩座標(Ri , Gi , Bi )集 (其中i=1...p且p係經評估之著色測試場或測試樣品之數目)變換成攝影機無關色彩座標(Xi , Yi , Zi )。類似地，色彩座標四元組之變換係可行的。
第二變換演算法可包括藉由使用參數化函數來將攝影機無關色彩座標(諸如座標X, Y, Z)變換成該色彩座標集之色彩座標。因此，作為一實例，第二變換演算法可包括藉由使用以下參數化函數來將攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)變換成色彩座標(F, m, b)集：
Figure 02_image009
(2.1)
Figure 02_image011
(2.2)
Figure 02_image013
(2.3) 其中：
Figure 02_image015
Figure 02_image017
Figure 02_image019
Figure 02_image021
Figure 02_image023
且其中P1 至P11 係參數，具體而言實數及/或有理數。
其中在步驟e2.之情況下，產生一攝影機無關色彩座標(Xi , Yi , Zi )集，其中i=1...p且p係經評估之著色測試場或測試樣品之數目，步驟e3.之結果可為一參數集化色彩座標(Fi , mi , bi )集。
攝影機無關色彩座標具體而言可為基於人眼之靈敏度之色彩座標，具體而言根據一標準(更具體而言一CIE標準)之色彩座標。具體而言，攝影機無關色彩座標可為三色刺激值。
第二變換演算法亦可考量測試場之一照射。第二變換演算法具體而言可具體而言藉由偵測至少一種參考色彩(具體而言一白色場之一參考色彩)來考量測試場之照射。因此，作為一實例，可藉由使用以下方程式之一或多者來將照射相關色彩座標(F, m, b)變換成相對色彩座標(Frel , mrel , brel )：
Figure 02_image025
(3.1)
Figure 02_image027
(3.2)
Figure 02_image029
(3.3)
Figure 02_image031
(3.4)
Figure 02_image033
(3.5)
Figure 02_image035
(3.6)
Figure 02_image037
(3.4)
Figure 02_image039
(3.5)
Figure 02_image041
(3.6) 其中(FR , mR , bR )係自一經照射參考場之一影像導出之色彩座標。
由此，可產生一相對色彩座標(Fi, rel , mi, rel , bi, rel )集，其中i=1...p且p係經評估之著色測試場或測試樣品之數目。
可在一攝影機校準程序中藉由獲取具有已知攝影機無關色彩座標之至少一個參考色場之至少一個影像來測定第一變換演算法，具體而言矩陣M。因此，作為一實例，可提供具有已知攝影機無關色彩座標之複數個參考色場，諸如根據一色標之色場或類似者。可記錄此等參考色場之影像，且由此可產生一方程組以導出矩陣M之係數或用於任何其他變換演算法。具體而言，再者，參考色彩場之已知色彩座標可為已知CIE座標及/或三色刺激值。然而，其他實施例係可行的。
如上文所概述，在步驟h.中，比較經量測濃度集與該組測試樣品之測試樣品之已知濃度，且測定該色彩座標系集之最佳匹配色彩座標系及該編碼函數集之一最佳匹配編碼函數，其中經量測濃度集與已知濃度最佳地匹配。其中，具體而言，可執行步驟h.使得在一預定量測濃度範圍內，等距濃度之樣品導致最佳匹配色彩座標系中之色彩座標具有本質上等距之色彩差異。因此，亦可將如同CIE座標系之光度座標系之理念之一者轉移至濃度之量測上。具體而言，在預定量測範圍內，具有不同濃度cp 、cν 之分析物之測試樣品在施加至測試場時可導致具有一色彩差異之著色測試場之色彩座標(Fp , mp , bp )、(Fν , mv , bν )
Figure 02_image043
(4) 其中
Figure 02_image045
係一預定範圍。
Figure 02_image045
之精確值可能取決於選定色彩空間。作為一實例，存在歸一化為絕對值100之色彩空間，而其他色彩空間可經歸一化為絕對值1。為了對座標F、m及b賦予相同權重，甚至可藉由加權因子來加權色彩座標。通常，可選擇
Figure 02_image045
顯著小於
Figure 02_image047
，即
Figure 02_image049
，諸如
Figure 02_image051
、
Figure 02_image053
或類似者。
Figure 02_image045
之精確值通常並非該方法預定或所需。
該色彩座標系集之色彩座標系及該編碼函數集之編碼函數(其中經量測濃度集與已知濃度最佳地匹配)具體而言可形成包括最佳匹配色彩座標系及最佳匹配編碼函數之一對。此對具體而言可為攝影機特定的且可諸如經由應用程式或其他軟體提供至包含攝影機之一行動裝置。
如上文所概述，該編碼函數集具體而言可包含色彩座標之參數化多項式函數。作為一實例，參數化多項式函數可選自由以下方程式組成之群組：
Figure 02_image055
(5) 其中當著色測試場具有色彩(F, m, b)時，
Figure 02_image057
係分析物之一經量測濃度，其中N係正整數，且
Figure 02_image059
係多項式函數之參數。然而，應注意，亦可使用其他類型之編碼函數且此外，該編碼函數集亦可包含其中具有參數之不同類型之編碼函數之一混合。然而，多項式函數之使用簡化計算且為分析物量測提供良好結果，如下文將進一步詳細概述。
如上文進一步概述，步驟c.中使用之該組測試元件之測試元件具體而言可為相同類型，諸如具體而言設定全部相同。具體而言，此等測試元件可為相同製造批次。校準方法可進一步包括定義至少一個標準測試元件設定，標準測試元件設定定義包括至少一種測試化學品之至少一個測試場之至少一種類型之測試化學品，至少一種測試化學品經組態用於與分析物執行一光學可偵測之偵測反應。標準測試元件設定可進一步包括其上施加有測試化學品之一定義基材。
如上文所概述，該組測試樣品具體而言可包括提供至少三種不同濃度之分析物之至少三種不同測試樣品。具體而言，濃度可等距地分佈於一量測範圍內。分析物具體而言可為葡萄糖。然而，如上文所概述，亦可偵測其他類型之分析物。樣品具體而言可為一體液，諸如血液或間隙液。然而，應注意，其他類型之樣品亦係可行的。該組測試樣品可包含0 mg/dl至600 mg/dl之一預定量測範圍內之不同濃度之測試樣品。因此，作為一實例，針對血液或間隙液及作為分析物之葡萄糖之樣品，量測範圍可為0 mg/dl至600 mg/dl，且測試樣品之濃度可諸如等距地分佈於量測範圍內。
如下文將進一步詳細概述，具體而言可藉由使用一電腦或電腦網路來執行校準方法。因此，具體而言，步驟a.、d.、e.、f.、g.或h.之至少一者可藉由使用一電腦或電腦網路來執行及/或可以軟體編碼。
在本發明之一進一步態樣中，揭示一種用於偵測一樣品中之一分析物之偵測方法。如下文將進一步詳細概述，該方法使用如上文所論述之校準方法。因此，針對可能定義及實施例，可參考上文所給出或下文進一步詳細給出之揭示內容。該方法包括具體而言可以給定順序執行之以下步驟。又，一不同順序亦係可能的。可進一步完全地或部分地同時執行兩個或更多個方法步驟。可進一步一次或重複地執行一或多個方法步驟或甚至全部方法步驟。該方法可包括本文中未列出之額外方法步驟。通常，用於偵測樣品中之分析物之方法包括以下步驟： A. 提供一攝影機； B. 藉由使用該校準方法來校準該攝影機； C. 將該樣品施加至一測試元件，該測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該樣品創建至少一個著色測試場； D. 獲取該至少一個著色測試場之至少一個影像； E. 藉由使用最佳匹配色彩座標系來產生該測試場之色彩座標； F. 藉由使用最佳匹配編碼函數來將該等色彩座標變換成該樣品中之該分析物之一量測濃度。
至於方法步驟A.及B.，可廣泛地參考如上文所給出之校準方法之描述。針對方法步驟C.，該步驟可以非常類似於上述方法步驟c.之一方式執行，除通常樣品及其中分析物之含量未知之事實之外。方法步驟C.中使用之測試元件具體而言可為等同或相同於上述方法步驟c.中使用之測試元件類型，較佳相同製造批次。歸因於在存在待偵測分析物之情況下之偵測反應，作為一實例取決於樣品中之分析物之濃度(包含樣品中不存在分析物之可能性)，測試元件之測試場變成一著色測試場。通常，可由至少一個樣品潤濕一或多個測試場。
針對方法步驟D.，可參考上述方法步驟d.之描述。在方法步驟D.中獲取一影像可以一類似方式進行。
至於方法步驟E.及F.，使用如上述步驟h.中測定之最佳匹配色彩座標系及最佳匹配編碼函數。再者，產生測試場之色彩座標可為單步驟程序或可為多步驟程序。在後一種情況下，作為一實例，攝影機首先可以類似於上述步驟e1.之一方式為測試場產生攝影機相關色彩座標，諸如(R, G, B)。接著可將此等攝影機相關色彩座標變換成攝影機無關色彩座標，其中可參考上述步驟e2.之描述。因此，例如，可為著色測試場產生攝影機無關座標(X, Y, Z)。此外，接著例如藉由使用上述方程式(2.1至2.3)或(3.1至3.6)之一或多者與參數P之最佳匹配集，可將攝影機無關色彩座標變換成最佳匹配色彩座標系之色彩座標，諸如(F, m, b)。隨後，在步驟F.中，接著例如藉由使用上述方程式(5)與最佳匹配參數，可將色彩座標變換成分析物之經量測濃度。
具體而言，可重複地執行步驟C.至F.。步驟B.最初可針對步驟C.至F.之複數次重複僅執行一次或每次在執行步驟C.至F.之前執行。
如上文所概述，步驟C中使用之測試元件具體而言可與校準方法之步驟c中之該組測試元件之測試元件類型相同。因此，測試元件可具有相同於用於校準方法之設定或可在相同批次中製造。
再者，可由一電腦或一電腦網路(諸如一可攜式裝置之一電腦或一電腦網路，諸如一模板電腦、一筆記型電腦或一行動電話(諸如一智慧型電話)之一或多者)支援偵測方法。具體而言，一電腦或電腦網路可用於執行步驟B.、D.、E.或F.之一或多者。
本文中進一步揭示及提出一種包含電腦可執行指令之電腦程式，該等電腦可執行指令用於在一電腦或電腦網路上執行該程式時在本文中所含之一或多項實施例中執行根據本發明之方法。因此，如上文所概述，電腦程式具體而言可包含用於執行校準方法之一或多個或甚至全部步驟之電腦可執行指令。具體而言，電腦程式可包含用於執行校準方法之一或多個或甚至全部步驟a.、d.、e.、f.、g.或h.之電腦可執行指令。另外或替代地，提出一種具有用於執行偵測方法之至少一些或甚至全部方法步驟(諸如偵測方法之一或多個或甚至全部步驟B.、D.、E.或F.)之電腦可執行指令之電腦程式。具體而言，電腦程式可經儲存於一電腦可讀資料載體上。
本文中進一步揭示及提出一種具有程式碼構件以便在一電腦或電腦網路上執行該程式時在本文中所含之一或多項實施例中執行根據本發明之方法(諸如上文在電腦程式之內文中所描述之一或多個方法步驟)之電腦程式產品。具體而言，程式碼構件可經儲存於一電腦可讀資料載體上。
本文中進一步揭示及提出一種其上儲存有一資料結構之資料載體，在載入至一電腦或電腦網路中(諸如載入至該電腦或電腦網路之一工作記憶體或主記憶體中)之後，該資料結構可諸如藉由執行在電腦程式之內文中所論述之一或多個上述步驟來執行根據本文中所揭示之一或多項實施例之方法。
本文中進一步揭示及提出一種電腦程式產品，其具有儲存於一機器可讀載體上之程式碼構件以便在一電腦或電腦網路上執行該程式時執行根據本文中所揭示之一或多項實施例之方法，諸如在電腦程式之內文中所論述之一或多個上述步驟。如本文中所使用，一電腦程式產品將程式稱為可交易產品。該產品通常可以一任意格式(諸如以一紙質格式)存在或存在於一電腦可讀資料載體上。具體而言，電腦程式產品可經分佈於一資料網路上。
最後，本文中揭示及提出一種調變資料信號，其包含可由一電腦系統或電腦網路讀取之指令以執行根據本文中所揭示之一或多項實施例之方法，諸如在電腦程式之內文中所論述之一或多個上述步驟。
參考本發明之電腦實施態樣，可藉由使用一電腦或電腦網路來執行根據本文中所揭示之一或多項實施例之方法之一或多個方法步驟或甚至全部方法步驟。因此，通常，可藉由使用一電腦或電腦網路來執行包含提供及/或操縱資料之任何方法步驟。通常，此等方法步驟可包含任何方法步驟，通常除需要手動工作之方法步驟之外，諸如提供樣品及/或執行實際量測之特定態樣。
具體而言，本文中進一步揭示： - 一電腦或電腦網路，其包括至少一個處理器，其中該處理器適於完全地或部分地執行根據本發明描述中所描述之一項實施例之一種方法， - 一電腦可載入資料結構，其適於在一電腦上執行該資料結構時完全地或部分地執行根據本發明描述中所描述之一項實施例之一種方法， - 一電腦程式，其中該電腦程式適於在一電腦上執行該程式時完全地或部分地執行根據本發明描述中所描述之一項實施例之一種方法， - 包括程式構件之一電腦程式，該等程式構件用於在一電腦或一電腦網路上執行該電腦程式時完全地或部分地執行根據本發明描述中所描述之一項實施例之一種方法， - 包括根據前述實施例之程式構件之一電腦程式，其中該等程式構件經儲存於可讀取至一電腦之一儲存媒體上， - 一儲存媒體，其中一資料結構經儲存於該儲存媒體上且其中該資料結構適於在已經載入至一電腦或一電腦網路之一主及/或工作儲存器中之後完全地或部分地執行根據本發明描述中所描述之一項實施例之一種方法，及 - 一電腦程式產品，其具有程式碼構件，其中該等程式碼構件可儲存或經儲存於一儲存媒體上以若在一電腦或一電腦網路上執行該等程式碼構件，則完全地或部分地執行根據本發明描述中所描述之一項實施例之一種方法。
在本發明之一進一步態樣中，揭示一種用於校準一攝影機之校準系統，以藉由使用該攝影機來偵測一樣品中之一分析物。該校準系統包括至少一個電腦或電腦網路。該校準系統經組態用於在本文中所描述之任一項實施例中諸如藉由該電腦或電腦網路之適當軟體程式化來執行根據本發明之校準方法。此外，該校準系統可包括具有已知濃度之分析物之一組測試樣品及一組測試元件，各測試元件具有至少一個測試場。此外，該校準系統可包括該攝影機。
在本發明之一進一步態樣中，揭示一種偵測系統，用於藉由使用至少一個測試元件來偵測一樣品中之一分析物，該至少一個測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應。該偵測器系統包括至少一個攝影機，諸如一行動裝置(例如一智慧型電話)之一攝影機。該偵測器系統進一步包括至少一個電腦或電腦網路，具體而言至少一個智慧型電話。該偵測系統經組態用於執行根據本文中所描述之任一項實施例之偵測方法。此外，該偵測系統可包括至少一個樣品及至少一個測試元件，該測試元件具有至少一個測試場。此外，該偵測系統可包括具有已知濃度之分析物之一組測試樣品及一組測試元件，各測試元件具有至少一個測試場。
此外，揭示一種包括指令之電腦程式，該等指令在由如上文所描述或下文將進一步更詳細描述之校準系統或由如上文所描述或下文將進一步更詳細描述之偵測系統執行該電腦程式時，引起如上文所描述或下文將進一步更詳細描述之校準系統或如上文所描述或下文將進一步更詳細描述之偵測系統分別實行如上文所描述或下文將進一步更詳細描述之校準方法或如上文所描述或下文將進一步更詳細描述之偵測方法之步驟。
在本發明之一進一步態樣中，揭示一種包括指令之電腦程式，該等指令在由一電腦或電腦網路執行該電腦程式時引起該電腦或電腦網路實行如上文所描述或下文將進一步更詳細描述之校準方法之至少一個步驟a.、d.、e.、f.、g.或h.或偵測方法之一或多個步驟B.、D.、E.或F.。
在本發明之一進一步態樣中，揭示一種用於偵測一樣品中之一分析物之系統。該系統包括根據本發明之校準系統及偵測系統。
根據本申請案之方法、電腦程式及系統可提供優於用於校準及/或使用一攝影機來偵測一樣品中之一分析物之已知應用之大數目個優點。因此，特定而言，本發明可改良一分析物濃度值之一測定之一準確度。特定而言，本申請案可提供在演算法中用於測定一樣品中之一分析物濃度(例如用於測定一血糖濃度)之一特別適合色彩空間。具體而言，本申請案可提供一特別適合色彩空間以在測試條之一色彩與一分析物濃度之間創建一線性關係，具體而言在測試條之色彩與其所得數值表示之間創建一線性關係。適合色彩空間之線性關係可在整個量測值範圍內達成一均勻準確度。此外，本申請案可替代地允許在一定義量測值範圍內特定而言在一預定義量測值範圍內測定分析物濃度之一特別高準確度。
此外，本申請案可改良一分析物濃度值之一光學測定之一有效性。具體而言，與自此項技術已知之應用相比，可改良一光學量測之一有效性。特定而言，本申請案中提供之特別適合色彩空間可基於外部測定之分析物濃度。更特定而言，本發明方法、電腦程式及系統可藉由最佳化色彩空間且使其適於外部測定之分析物濃度(例如一實驗室中測定之分析物濃度)來提供特別適合色彩空間，具體而言從而允許經測定分析物濃度之一特別高有效性，因此使用適合色彩空間改良光學測定之分析物濃度之有效性。與此相反，先前技術通常旨在基於人類色彩感知進行最佳化。
此外，與先前技術已知之其他方法相反，可在根據本申請案之方法、電腦程式及系統中考量對樣品中之分析物之偵測具有一影響之非線性因素。因此，本申請案可最小化或甚至消除非線性因素對樣品中之分析物之偵測之影響。具體而言，可在根據本申請案之方法、電腦程式及系統中考量非線性因素，諸如市場上可購得之龐大數目個攝影機之不同或可變照明條件或個別技術及光學性質。
概括且不排除進一步可能實施例，可設想以下實施例：
實施例1. 一種用於校準用於偵測樣品中之分析物之攝影機之校準方法，包括： a. 提供一色彩座標系集，該色彩座標系集包括經組態用於描述一物件之一色彩之複數個不同色彩座標系； b. 提供具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品； c. 將測試樣品施加至一組測試元件，各測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該等測試樣品之各者創建至少一個著色測試場； d. 藉由使用該攝影機來獲取該等著色測試場之影像； e. 藉由使用該色彩座標系集之該等色彩座標系，為該等著色測試場之該等影像產生色彩座標，由此為該等測試樣品及該等色彩座標系創建一色彩座標集； f. 提供一編碼函數集，該編碼函數集包括用於將一測試場之色彩座標變換成該樣品中之該分析物之一對應濃度之複數個編碼函數； g. 藉由使用該編碼函數集來將步驟e.中產生之該色彩座標集變換成一經量測濃度集；及 h. 比較該經量測濃度集與該組測試樣品之該等測試樣品之該等已知濃度且測定該色彩座標系集之一最佳匹配色彩座標系及該編碼函數集之一最佳匹配編碼函數，其中該經量測濃度集與該等已知濃度最佳地匹配。
實施例2. 根據前述實施例之校準方法，其中該攝影機係一智慧型電話攝影機。
實施例3. 根據任一實施例之校準方法，其中由用於變換色彩座標、具體而言用於將由該攝影機提供之色彩座標變換成經變換色彩座標、更具體而言變換成攝影機無關經變換色彩座標之一參數化函數集定義該色彩座標系集，其中該等參數化函數之一參數集特性化該等色彩座標系之各者。
實施例4. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中步驟e.包括： e1. 為該等著色測試場之該等影像產生攝影機相關色彩座標； e2. 藉由使用一第一變換演算法來將該等攝影機相關色彩座標變換成與攝影機無關色彩座標； e3. 藉由使用一第二變換演算法來將該等攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標系集之該等色彩座標系之色彩座標，由此為該等測試樣品及該等色彩座標系創建該色彩座標集。
實施例5. 根據前述實施例之校準方法，其中該第一變換演算法包含藉由使用一矩陣M之一矩陣運算，具體而言用於藉由使用以下變換來將該等攝影機相關色彩座標(R, G, B)變換成攝影機無關色彩座標( X, Y, Z)之一矩陣運算： (X, Y, Z)=MT ·(R, G, B) (1)
實施例6. 根據兩項前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該第二變換演算法包括藉由使用參數化函數來將該等攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標集之該等色彩座標。
實施例7. 根據前述實施例之校準方法，其中該第二變換演算法包括藉由使用以下參數化函數來將該等攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)變換成該色彩座標(F, m, b)集：
Figure 02_image009
(2.1)
Figure 02_image011
(2.2)
Figure 02_image013
(2.3) 其中：
Figure 02_image015
Figure 02_image017
Figure 02_image019
Figure 02_image021
Figure 02_image023
且其中P1 至P11 係參數，具體而言實數及/或有理數。
實施例8. 根據四項前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該第二變換演算法考量該等測試場之一照射。
實施例9. 根據五項前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該等攝影機無關色彩座標係基於人眼之靈敏度之色彩座標，具體而言根據一標準更具體而言一CIE標準之色彩座標。
實施例10. 根據前述實施例之校準方法，其中該等攝影機無關色彩座標係三色刺激值。
實施例11. 根據前述實施例之校準方法，其中該第二變換演算法具體而言藉由偵測至少一個參考色彩具體而言一白色場之一參考色彩來考量該等測試場之該照射。
實施例12. 根據前述實施例之校準方法，其中藉由使用以下方程式之一或多者來將照射相關色彩座標(F, m, b)變換成相對色彩座標(Frel , mrel , brel )：
Figure 02_image025
(3.1)
Figure 02_image027
(3.2)
Figure 02_image029
(3.3)
Figure 02_image031
(3.4)
Figure 02_image033
(3.5)
Figure 02_image035
(3.6)
Figure 02_image037
(3.4)
Figure 02_image039
(3.5)
Figure 02_image041
(3.6) 其中(FR , mR , bR )係自一經照射參考場之一影像導出之色彩座標。
實施例13. 根據九項前述實施例中任一實施例之校準方法，其中在一攝影機校準程序中藉由獲取具有已知攝影機無關色彩座標具體而言已知CIE座標及/或三色刺激值之至少一個參考色場之至少一個影像來測定該第一變換演算法，具體而言該矩陣M。
實施例14. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中執行步驟h.使得在一預定量測濃度範圍內，等距濃度之樣品導致該最佳匹配色彩座標系中之色彩座標具有本質上等距之色彩差異。
實施例15. 根據前述實施例之校準方法，其中在該預定量測範圍內，具有不同濃度cp 、cν 之分析物之測試樣品在經施加至該等測試場時導致具有一色彩差異之著色測試場之色彩座標(Fp , mp , bp )、(Fν , mv , bν )
Figure 02_image043
(4) 其中
Figure 02_image045
係一預定範圍。
實施例16. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該色彩座標系集之該色彩座標系及該編碼函數集之該編碼函數形成包括該最佳匹配色彩座標系及該最佳匹配編碼函數之一對，其中該經量測濃度集與該等已知濃度最佳地匹配。
實施例17. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該編碼函數集包含該等色彩座標之參數化多項式函數。
實施例18. 根據前述實施例之校準方法，其中該等參數化多項式函數選自由以下方程式組成之群組：
Figure 02_image055
(5) 其中當該著色測試場具有該色彩(F, m, b)時，
Figure 02_image057
係該分析物之一經量測濃度，其中N係正整數，且
Figure 02_image061
係該等多項式函數之參數。
實施例19. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中步驟c中使用之該組測試元件之該等測試元件全部類型相同，較佳地全部相同。
實施例20. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該方法進一步包括定義至少一個標準測試元件設定，該標準測試元件設定為包括至少一種測試化學品之該至少一個測試場定義至少一種類型之測試化學品，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應。
實施例21. 根據前述實施例之校準方法，其中該標準測試元件設定進一步包括其上施加有該測試化學品之一定義基材。
實施例22. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該組測試樣品包括提供至少三種不同濃度之該分析物之至少三種不同測試樣品。
實施例23. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該分析物係葡萄糖。
實施例24. 根據前述實施例之校準方法，其中該樣品係一體液。
實施例25. 根據兩項前述實施例中任一實施例之校準方法，其中該組測試樣品包含0 mg/dl至600 mg/dl之一預定量測範圍內之不同濃度之測試樣品。
實施例26. 根據前述實施例中任一實施例之校準方法，其中藉由使用一電腦或電腦網路來執行該校準方法，具體而言以執行步驟a.、d.、e.、f.、g.或h.之至少一者。
實施例27. 一種用於偵測一樣品中之一分析物之偵測方法，該方法包括： A. 提供一攝影機； B. 藉由使用根據前述實施例中任一實施例之校準方法來校準該攝影機； C. 將該樣品施加至一測試元件，該測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該樣品創建至少一個著色測試場； D. 獲取該至少一個著色測試場之至少一個影像； E. 藉由使用最佳匹配色彩座標系來產生該測試場之色彩座標； F. 藉由使用最佳匹配編碼函數來將該等色彩座標變換成該樣品中之該分析物之一量測濃度。
實施例28. 根據前述實施例之偵測方法，其中步驟C.中使用之該測試元件與該校準方法之步驟c.中之該組測試元件之該等測試元件類型相同。
實施例29. 根據涉及一偵測方法之前述實施例中任一實施例之偵測方法，其中重複執行步驟C.至F.，其中步驟B.最初針對步驟C.至F.之複數次重複僅執行一次或每次在執行步驟C.至F.之前執行。
實施例30. 根據涉及一偵測方法之前述實施例中任一實施例之偵測方法，其中藉由使用一電腦或電腦網路來執行該偵測方法，具體而言以執行步驟B.、D.、E.或F.之一或多者。
實施例31. 一種包括指令之電腦程式，該等指令在由一電腦或電腦網路執行該電腦程式時引起該電腦或電腦網路實行根據涉及一校準方法之前述實施例中任一實施例之校準方法或根據涉及一偵測方法之前述實施例中任一實施例之偵測方法之步驟。
實施例32. 一種用於校準一攝影機以藉由使用該攝影機來偵測一樣品中之一分析物之校準系統，該校準系統包括至少一個電腦或電腦網路，該校準系統經組態用於執行根據涉及一校準方法之前述實施例中任一實施例之校準方法。
實施例33. 根據前述實施例之校準系統，其中該校準系統進一步包括具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品及一組測試元件，各測試元件具有至少一個測試場。
實施例34. 根據兩項前述實施例中任一實施例之校準系統，其中該校準系統進一步包括該攝影機。
實施例35. 一種用於藉由使用至少一個測試元件來偵測一樣品中之一分析物之偵測系統，該至少一個測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，該偵測系統包括至少一個攝影機，具體而言一智慧型電話之一攝影機，該偵測系統進一步包括至少一個電腦或電腦網路，具體而言至少一個智慧型電話，該偵測系統經組態用於執行根據涉及一偵測方法之前述實施例中任一實施例之偵測方法。
實施例36. 根據前述實施例之偵測系統，其中該偵測系統進一步包括至少一個樣品及至少一個測試元件，該測試元件具有至少一個測試場。
實施例37. 根據兩項前述實施例中任一實施例之偵測系統，其中偵測系統進一步包括具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品及一組測試元件，各測試元件具有至少一個測試場。
實施例38. 一種用於偵測一樣品中之一分析物之系統，其包括根據兩項前述實施例之校準系統及偵測系統。
圖1中繪示一系統110之一實施例，系統110具有一校準系統112及一偵測系統114。如圖1中所繪示，校準系統112經組態用於校準一攝影機116，例如一智慧型電話118所包括之一攝影機。校準系統112包括至少一個電腦119或電腦網路120。在校準系統112之所繪示實施例中，電腦119具體而言可為一靜止電腦或電腦網路120。替代地，電腦119可例如為一行動或可攜式裝置之一電腦網路，諸如一模板電腦、一筆記型電腦或一行動電話(舉例而言諸如一智慧型電話118)之一或多者。校準系統112進一步經組態用於執行一校準方法，具體而言如圖2及圖3中所繪示之校準方法。此外，圖1繪示一組測試樣品122，具體而言包括一個以上測試樣品124之一組測試樣品122。測試樣品124具體而言可為一體液之樣品，舉例而言諸如血液或尿液。該組測試樣品122所包括之測試樣品124具體而言可具有不同濃度之分析物。特定而言，具體而言當校準攝影機116時，各測試樣品124可具有一已知濃度之分析物。此外，圖1繪示一組測試元件126，各測試元件128具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場130，至少一種測試化學品經組態用於與分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此創建至少一個著色測試場130。
如圖1中所繪示，偵測系統114經組態用於藉由使用具有至少一個測試場130之至少一個測試元件128來偵測一樣品131中之一分析物。樣品131可例如為用於偵測分析物濃度之單個樣品，因此，特定而言，樣品131內分析物之濃度可能未知。具體而言，偵測系統114可經組態用於偵測如被繪示為與圖1中之該組測試樣品122分離之樣品131中之分析物。類似地，具有測試場130之測試元件128可為如被繪示為與圖1中之該組測試元件126分離之測試元件128。測試場130包括至少一種測試化學品，至少一種測試化學品經組態用於與分析物執行一光學可偵測之偵測反應。偵測系統114包括至少一個攝影機116，具體而言一智慧型電話118之一攝影機116。此外，偵測系統114包括至少一個電腦119或電腦網路120。在偵測系統114之所繪示實施例中，電腦119具體而言可為一智慧型電話118。該偵測系統進一步經組態用於執行一偵測方法，具體而言如圖4中所繪示之偵測方法。
一般而言，在校準一攝影機來偵測光學可偵測之偵測反應之時可能發生典型困難。作為一實例，一種用來測定一量測單位以量測用於校準攝影機之一色彩差異之方法可包括以下三個步驟。
例如，第一步驟可包括執行一初始變換。具體而言，第一步驟可包括將攝影機相關色彩座標(例如(R, G, B))變換成攝影機無關色彩座標(舉例而言諸如(X, Y, Z))。實例性地，初始變換可用於聯繫一電磁光譜之一實體大小及一生理色覺。例如，初始變換可使用如上文描述中所揭示之方程式(1)。具體而言，標準演算法(例如基於一參考色彩之一量測之標準演算法)可用於測定方程式(1)中使用之變換矩陣M。再者，可參考F.König：2001年「Die Charakterisierung von Farbsensoren」 Dissertation, Logos Verlag, Berlin第48至49頁。
第二步驟可包括一進一步變換。具體而言，第二步驟可包括將攝影機無關色彩座標(諸如(X, Y, Z))變換成一選定色彩空間，諸如適合於最佳化色彩差異(例如根據人類色彩感知之色彩差異)之一色彩空間，例如根據CIE之一色彩空間。以下方程式實例性地展示將攝影機無關色彩座標變換成CIE L*a*b*色彩空間之一計算。
Figure 02_image063
(6.1)
Figure 02_image065
(6.2)
Figure 02_image067
(6.3) 其中：
Figure 02_image069
Figure 02_image071
Figure 02_image073
Figure 02_image075
第三步驟可包括計算及/或定義一量測單位來量測色彩之間的一差異，例如一色彩差異。例如，可使用以下方程式測定基於L*a*b*色彩空間之一色彩差異，諸如兩個樣品
Figure 02_image077
與
Figure 02_image079
之間的一色彩差異：
Figure 02_image081
(7)
特定而言，可使用用於定義量測單位之其他數學表達式或方程式，諸如非線性方程式，例如考量對色彩差異之可能非線性效應之更複雜非線性方程式。具體而言，考量環境亮度對色彩差異(例如
Figure 02_image083
及
Figure 02_image085
)之一可能效應之非線性方程式可用於測定量測單位來量測色彩差異。
當應用於分析量測時，上述方法通常暗示若干挑戰。因此，應認為，數學表達式(例如用於基於CIE推薦定義量測單位)之數學表達式可旨在於建立人類色彩感知與色彩刺激之實體起源之間建立一聯繫或關係，且因此可能導致等距資料(舉例而言諸如等距分析物濃度)之不規則或非線性表示。特定而言，當用於校準攝影機116來偵測分析物時，該等非線性表示可例如導致一經測定分析物濃度之一非線性或不規則準確度。因此，特定而言可執行一種根據本發明之用於校準攝影機116來偵測樣品131中之分析物之校準方法使得在一預定濃度量測範圍內，等距濃度之樣品導致色彩座標具有本質上等距之色彩差異。圖2中繪示用於校準攝影機116來偵測樣品131中之分析物之校準方法之一流程圖之一實施例。
在圖2中，展示根據本發明之一校準方法。圖2中所繪示之校準方法包括用於提供一色彩座標系集之步驟a. (方法步驟132)，該色彩座標系集包括經組態用於描述一物件之一色彩之複數個不同色彩座標系。校準方法進一步包括用於提供具有已知濃度之分析物之一組測試樣品122之步驟b. (方法步驟134)。具體而言，可提供圖1中所繪示之該組測試樣品122。
此外，校準方法包括用於將測試樣品124施加至一組測試元件126之步驟c. (方法步驟136)。具體而言，可將測試樣品124施加至一組測試元件126，繪示於圖1中。具體而言，可分別將來自該組測試樣品122之測試樣品124之各者施加至來自該組測試元件126之一測試元件128。各測試元件128具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場130，至少一種測試化學品經組態用於與分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為測試樣品124之各者創建至少一個著色測試場130。
校準方法亦包括用於藉由使用攝影機116來獲取著色測試場130之影像之步驟d. (方法步驟138)。具體而言，如圖1中所繪示，一智慧型電話118所包括之攝影機116可用於獲取著色測試場130之影像。此外，校準方法包括步驟e. (方法步驟140)，其藉由使用該色彩座標系集之色彩座標系來為著色測試場130之影像產生色彩座標，由此為測試樣品及色彩座標系創建一色彩座標集。
此外，校準方法包括用於提供一編碼函數集之步驟f. (方法步驟142)。該編碼函數集包括用於將一測試場130之色彩座標變換成測試樣品124中之分析物之一對應濃度之複數個編碼函數。校準方法進一步包括用於藉由使用該編碼函數集將變換步驟e中產生之色彩座標集變換成一經量測濃度集之步驟g. (方法步驟144)。
另外，校準方法包括用於比較經量測濃度集與測試樣品124之已知濃度且測定一最佳匹配色彩座標系及該量測函數集之一最佳匹配編碼函數之步驟h. (方法步驟146)，其中經量測濃度集與已知濃度最佳地匹配。具體而言，特定而言可執行校準方法使得等距濃度之樣品124導致最佳匹配色彩座標系中之色彩座標具有本質上等距之色彩差異。
例如，一個、一個以上或全部色彩座標可自不同色彩座標系獲取，具體而言自來自一色彩座標系集之不同色彩座標系獲取，且可用來跨越最佳匹配色彩座標系。具體而言，最佳匹配色彩座標系可包括一個以上較佳地兩個以上色彩座標。具體而言，多個色彩座標可稱為多維參數。實例性地，為了測定一最佳匹配色彩座標系，具體而言可最小化一差異，例如經量測濃度與已知濃度之間(例如一經量測結果與一參考結果之間)的一誤差。特定而言，例如可藉由調適色彩座標系(例如色彩空間)之參數(例如係數)之一值來最小化誤差。此外，該編碼函數集具體而言可包括一個以上編碼函數，具體而言稱為多維編碼函數。作為一實例，可使用多維程式碼函數來計算結果，例如以測定樣品131之分析物濃度。
在圖3中，展示校準方法之一進一步實施例，其大多數部分對應於圖2之方法。因此，針對大多數步驟，可參考上述圖2之描述。如圖3中所繪示，在校準方法之此實施例中，步驟e. (方法步驟140)可包括三個子步驟。具體而言，第一子步驟e1. (方法步驟148)用於為著色測試場130之影像產生攝影機相關色彩座標，第二子步驟e2. (方法步驟150)用於藉由使用一第一變換演算法來將攝影機相關色彩座標變換成攝影機無關色彩座標，且一第三子步驟e3. (方法步驟152)用於藉由使用一第二變換演算法來將攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標系集之色彩座標系之色彩座標，由此為測試樣品及色彩座標系創建色彩座標集。
圖4繪示用於偵測一樣品124中之一分析物之一偵測方法之一實施例之一流程圖。偵測方法包括用於提供一攝影機116之步驟A. (方法步驟154)。具體而言，可提供如圖1中所繪示之攝影機116。此外，偵測方法包括用於藉由使用校準方法來校準攝影機116之步驟B. (方法步驟156)。特定而言，如圖2或圖3中所繪示之校準方法可用於校準攝影機116。
此外，偵測方法包括用於將樣品施加至一測試元件128之步驟C. (方法步驟158)，測試元件128具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場130，至少一種測試化學品經組態用於與分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為樣品124創建至少一個著色測試場130。具體而言，可將如被繪示為與圖1中之該組測試樣品122分離之樣品124施加至測試元件128，具體而言如被繪示為與圖1中之該組測試元件126分離之測試元件128。
另外，偵測方法包括用於獲取至少一個著色測試場130之至少一個影像之步驟D. (方法步驟160)。偵測方法進一步包括用於藉由使用最佳匹配色彩座標系來產生測試場130之色彩座標之步驟E. (方法步驟162)。特定而言，最佳匹配色彩座標系可包括來自該色彩座標系集之不同色彩座標系之三個或四個色彩座標。此外，偵測方法包括用於藉由使用最佳匹配編碼函數來將色彩座標變換成樣品124中之分析物之一量測濃度之步驟F. (方法步驟164)。
圖5繪示用於校準一攝影機116來偵測一樣品124中之一分析物之一校準方法之一實施例之一流程圖之一部分。該實施例可被認為圖2或圖3中所展示之方法之一特定實施例之一部分。特定而言，可在圖5中繪示包括子步驟e2.及e3. (方法步驟150及152)以及步驟f.、g.及h. (方法步驟142、144及146)之校準方法之實施例之流程圖之一部分。
步驟e2. (方法步驟150)之第一變換演算法可例如包含一矩陣運算。具體而言，第一變換演算法可包含藉由使用一矩陣M之一矩陣運算，特定而言用於將攝影機相關色彩座標(R, G, B)變換成攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)之一矩陣運算。第一變換具體而言可使用方程式1中所給出之變換，特定而言如圖5中左側之第一框中所繪示。
步驟e3. (方法步驟152)之第二變換演算法可例如包括藉由使用參數化函數來將攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標集之色彩座標。特定而言，可藉由使用方程式2.1、2.2及2.3中所給出之變換來將攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)變換成色彩座標(F, m, b)集。如圖5中所繪示，可在執行第一變換演算法之後執行將攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)變換成色彩座標(F, m, b)集。第二變換演算法可具體而言藉由偵測至少一個參考色彩(具體而言一白色場之一參考色彩)來進一步考量測試場之照射。特定而言，可藉由使用方程式3.1至3.6之一或多者來將照射相關色彩座標(F, m, b)變換成相對色彩座標(Frel , mrel , brel )，如圖5中左側之第三框中所繪示。
隨後，可執行步驟f.、g.及h. (方法步驟142、144及146)。具體而言，可執行步驟h. (方法步驟146)使得在一預定量測濃度範圍內，等距濃度之樣品124導致最佳匹配色彩座標系中之色彩座標具有本質上等距之色彩差異。作為一實例，圖5中所展示之最右側框繪示一理想實例，其中樣品124之一實際分析物濃度(c)(x軸)與樣品124之本質上等距之色彩差異(∆E)(x軸)之間存在一線性關係。
此外，圖6繪示指示實際血糖值(c) (例如測試樣品124之預定義血糖值)與攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)之一比率X/(X+Y)之間的一關係之一圖表。在所展示實例中，色彩座標Z經設定為Z=0。具體而言，在圖6中所繪示之圖表之y軸上繪製攝影機無關色彩座標之比率a0 ∙X/(a1 ∙X+a2 ∙Y)，其中參數a0 、a1 及a2 實例性地設定為a0 =1、a1 =1且a2 =1。在x軸上繪製樣品124中之一分析物之一濃度，諸如例如以毫克/分升(mg/dl)給出之實際血糖值(c)。特定而言，該圖表展示攝影機無關色彩座標之比率與實際血糖值之間的一非線性相關性。因此，在所繪示實例中，等距濃度之樣品在選定色彩座標系(X, Y, Z)中不會導致本質上等距之色彩差異。因此，選定色彩座標系可能並非一最佳匹配色彩座標系，且進一步執行如例如圖2及圖3中所繪示之校準方法可能係必要的。
此外，圖7A至圖7E繪示指示實際血糖值(c)與選定CIE座標(舉例而言諸如圖7A中之L*、圖7B中之a*、圖7C中之b*、圖7D中之u’及圖7E中之v’)之間的一關係之圖表之實施例。該等圖表指示實際血糖值與每個CIE座標之CIE座標之間的不同關係。具體而言，如所繪示，不同色彩座標具有用於匹配實際血糖濃度之不同適應性。特定而言，所繪示之等距濃度樣品對於全部圖7A至圖7E係相同的，但不會導致全部所繪示CIE座標之本質上等距之色彩差異。例如，圖7D中所繪示之圖表指示色彩座標u’與樣品之間的一關係，其比圖7B中所繪示基於色彩座標a*之圖表更具線性。
圖8A繪示指示實際血糖值與使用常用方法及系統來測定血糖值所測定之血糖值之間的一關係之一圖表之一實施例。特定而言，圖8A中所繪示之圖表指示實際血糖值(c)與使用CIE色彩座標系L*a*b*測定或量測之血糖值(mBG)之間的關係。
與此相反，圖8B繪示指示實際血糖值與使用根據本申請案之本發明方法及系統來測定血糖值所測定之血糖值之間的一關係之一圖表之一實施例。具體而言，圖8B中所繪示之圖表指示實際血糖值(c)與使用最佳匹配色彩座標系及最佳匹配編碼函數測定或量測之血糖值(mBG)之間的關係。特定而言，圖8A及圖8B之一比較展示當使用最佳匹配色彩座標系及最佳匹配編碼函數而非使用測定血糖濃度之常用方法時之一改良式準確度。具體而言，當使用最佳匹配色彩座標系及最佳匹配編碼函數時，可達成測定血糖值之一較低散射。此外，圖8A及圖8B展示一誤差網格分析之區域A至E，具體而言帕克斯誤差網格之區域A至E，從而與一實際血糖濃度相比量化一經測定血糖濃度之臨床準確度。
此外，圖8A及圖8B展示一誤差網格分析之區域A至E，具體而言帕克斯誤差網格之區域A至E，從而與一實際血糖濃度相比量化一經測定血糖濃度之臨床準確度。例如，血糖值在以下區域內： - 區域A包含參考感測器20%內之值； - 區域B包含20%外但不會導致不適當治療之值； - 區域C包含導致不必要治療之值； - 區域D包含指示偵測低血糖或高血糖之一潛在危險故障之值，且 - 區域E包含將低血糖治療混淆為高血糖治療且反之亦然之值。
有關錯誤網格分析之更多資訊，可參考Clarke WL, Cox D, Gonder-Frederick LA, Carter W, Pohl SL: Evaluating clinical accuracy of systems for self-monitoring of blood glucose. Diabetes Care 10:622-628,1987。
圖8A及圖8B兩者基於相同樣品，特定而言相同組測試樣品用於測定兩個圖中之血糖值。表1指示根據其等各自區域分類之圖8A及圖8B兩者之經測定血糖值之數目。
Figure 108106263-A0304-0001
 表 1 ： 根據其等各自區域分類之圖 8A 及圖 8B 兩者 之經測定血糖值之數目
具體而言，如圖8A及圖8B中所繪示且如上述表中所給出之經測定血糖值之量化所展示，與使用測定血糖濃度之常用方法相反，當使用最佳匹配色彩座標系及最佳匹配編碼函數時，可改進經測定血糖值之準確度及精度。
110‧‧‧系統 112‧‧‧校準系統 114‧‧‧偵測系統 116‧‧‧攝影機 118‧‧‧智慧型電話 119‧‧‧電腦 120‧‧‧電腦網路 122‧‧‧測試樣品組 124‧‧‧測試樣品 126‧‧‧測試元件組 128‧‧‧測試元件 130‧‧‧測試場 131‧‧‧樣品 132‧‧‧步驟a.提供一色彩座標系集 134‧‧‧步驟b.提供具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品 136‧‧‧步驟c.將測試樣品施加至一組測試元件，各測試元件具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該等測試樣品之各者創建至少一個著色測試場 138‧‧‧步驟d.藉由使用該攝影機來獲取該等著色測試場之影像 140‧‧‧步驟e.藉由使用該色彩座標系集之該等色彩座標系，為該等著色測試場之該等影像產生色彩座標，由此為該等測試樣品及該等色彩座標系創建一色彩座標集 142‧‧‧步驟f.提供一編碼函數集，該編碼函數集包括用於將一測試場之色彩座標變換成該樣品中之該分析物之一對應濃度之複數個編碼函數 144‧‧‧步驟g.藉由使用該編碼函數集來將步驟e.中產生之該色彩座標集變換成一經量測濃度集 146‧‧‧步驟h.比較該經量測濃度集與該等測試樣品之該等已知濃度且測定一最佳匹配色彩座標系及該編碼函數集之一最佳匹配編碼函數，其中該經量測濃度集與該等已知濃度最佳地匹配 148‧‧‧步驟e1.為該等著色測試場之該等影像產生攝影機相關色彩座標 150‧‧‧步驟e2.藉由使用一第一變換演算法來將該等攝影機相關色彩座標變換成與攝影機無關色彩座標 152‧‧‧步驟e3.藉由使用一第二變換演算法來將該等攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標系集之該等色彩座標系之色彩座標，由此為該等測試樣品及該等色彩座標系創建該色彩座標集
在實施例之後續描述中，將較佳地結合附屬技術方案更詳細地揭示進一步可選特徵及實施例。其中，如熟習此項技術者將認知，各自可選特徵可以一隔離方式並且以任何任意可行組合來實現。本發明之範疇不受較佳實施例限制。在圖中示意性地描繪實施例。其中，此等圖中相同元件符號指代相同或功能相當之元件。 在圖中： 圖1繪示一系統之一實施例、一偵測系統之一實施例及一校準系統之一實施例； 圖2及圖3繪示一校準方法之一流程圖之實施例； 圖4繪示一偵測方法之一流程圖之一實施例； 圖5繪示一校準方法之一實施例之一流程圖之部分； 圖6繪示指示實際血糖值與一攝影機無關色彩座標X之間的一關係之一圖表。 圖7A至圖7E繪示指示實際血糖值與選定CIE座標之間的一關係之圖表之實施例；及 圖8A及圖8B繪示指示實際血糖值與經測定血糖值(使用常用方法及系統來測定血糖值(圖8A)及使用根據本申請案之本發明方法及系統來測定血糖值(圖8B))之間的一關係之圖表之實施例。
110‧‧‧系統
112‧‧‧校準系統
114‧‧‧偵測系統
116‧‧‧攝影機
118‧‧‧智慧型電話
119‧‧‧電腦
120‧‧‧電腦網路
122‧‧‧測試樣品組
124‧‧‧測試樣品
126‧‧‧測試元件組
128‧‧‧測試元件
130‧‧‧測試場
131‧‧‧樣品

Claims (15)

  1. 一種用於校準一攝影機(116)來偵測一樣品(131)中之一分析物之校準方法，其包括： a. 提供一色彩座標系集，該色彩座標系集包括經組態用於描述一物件之一色彩之複數個不同色彩座標系； b. 提供具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品(122)； c. 將測試樣品(124)施加至一組測試元件(126)，各測試元件(128)具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場(130)，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該等測試樣品(124)之各者創建至少一個著色測試場(130)； d. 藉由使用該攝影機(116)來獲取該等著色測試場(130)之影像； e. 藉由使用該色彩座標系集之該等色彩座標系，為該等著色測試場(130)之該等影像產生色彩座標，由此為該等測試樣品(124)及該等色彩座標系創建一色彩座標集； f. 提供一編碼函數集，該編碼函數集包括用於將一測試場(130)之色彩座標變換成該樣品中之該分析物之一對應濃度之複數個編碼函數； g. 藉由使用該編碼函數集來將步驟e.中產生之該色彩座標集變換成一經量測濃度集；及 h. 比較該經量測濃度集與該組測試樣品(122)之該等測試樣品(124)之該等已知濃度且測定該色彩座標系集之一最佳匹配色彩座標系及該編碼函數集之一最佳匹配編碼函數，其中該經量測濃度集與該等已知濃度最佳地匹配。
  2. 如請求項1之校準方法，其中該攝影機(116)係一智慧型電話攝影機。
  3. 如請求項1或2之校準方法，其中由用於變換色彩座標之一參數化函數集定義該色彩座標系集，其中該等參數化函數之一參數集特性化該等色彩座標系之各者。
  4. 如請求項1或2之校準方法，其中步驟e.包括： e1. 為該著色測試場(130)之該等影像產生攝影機相關色彩座標； e2. 藉由使用一第一變換演算法來將該等攝影機相關色彩座標變換成與攝影機無關色彩座標； e3. 藉由使用一第二變換演算法來將該等攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標系集之該等色彩座標系之色彩座標，由此為該等測試樣品(124)及該等色彩座標系創建該色彩座標集。
  5. 如請求項4之校準方法，其中該第二變換演算法包括藉由使用參數化函數將該等攝影機無關色彩座標變換成該色彩座標集之該等色彩座標。
  6. 如請求項5之校準方法，其中該第二變換演算法包括藉由使用以下參數化函數將該等攝影機無關色彩座標(X, Y, Z)變換成該色彩座標(F, m, b)集：
    Figure 03_image009
    (2.1)
    Figure 03_image011
    (2.2)
    Figure 03_image013
    (2.3) 其中：
    Figure 03_image015
    Figure 03_image017
    Figure 03_image019
    Figure 03_image021
    Figure 03_image023
    且其中P1 至P11 係參數。
  7. 如請求項4之校準方法，其中該等攝影機無關色彩座標係基於人眼之靈敏度之色彩座標，其中該等攝影機無關色彩座標係三色刺激值，其中該第二變換演算法考量該等測試場之照射，其中藉由使用以下方程式之一或多者來將照射相關色彩座標(F, m, b)變換成相對色彩座標(Frel , mrel , brel )：
    Figure 03_image025
    (3.1)
    Figure 03_image027
    (3.2)
    Figure 03_image029
    (3.3)
    Figure 03_image031
    (3.4)
    Figure 03_image033
    (3.5)
    Figure 03_image035
    (3.6)
    Figure 03_image037
    (3.4)
    Figure 03_image039
    (3.5)
    Figure 03_image041
    (3.6) 其中(FR , mR , bR )係自一經照射參考場之一影像導出之色彩座標。
  8. 如請求項4之校準方法，其中在一攝影機校準程序中藉由獲取具有已知攝影機無關色彩座標之至少一個參考色場之至少一個影像來測定該第一變換演算法。
  9. 如請求項1或2之校準方法，其中執行步驟h.使得在一預定量測濃度範圍內，等距濃度之樣品導致該最佳匹配色彩座標系中之色彩座標具有本質上等距之色彩差異。
  10. 一種用於偵測一樣品(131)中之一分析物之偵測方法，該方法包括： A. 提供一攝影機(116)； B. 藉由使用如請求項1至9中任一項之校準方法來校準該攝影機(116)； C. 將該樣品(131)施加至一測試元件(128)，該測試元件(128)具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場(130)，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，由此為該樣品(131)創建至少一個著色測試場(130)； D. 獲取該至少一個著色測試場(130)之至少一個影像； E. 藉由使用最佳匹配色彩座標系來產生該測試場(130)之色彩座標； F. 藉由使用最佳匹配編碼函數來將該等色彩座標變換成該樣品(131)中之該分析物之一量測濃度。
  11. 如請求項10之偵測方法，其中重複執行步驟C.至F.，其中步驟B.最初針對步驟C.至F.之複數次重複僅執行一次或每次在執行步驟C.至F.之前執行。
  12. 一種用於校準一攝影機(116)以藉由使用該攝影機(116)來偵測一樣品(131)中之一分析物之校準系統(112)，該校準系統(112)包括至少一個電腦(119)或電腦網路(120)、具有已知濃度之該分析物之一組測試樣品(122)及一組測試元件(126)，各測試元件(128)具有至少一個測試場(130)，該校準系統(112)經組態用於執行如請求項1至9中任一項之校準方法。
  13. 一種用於藉由使用至少一個測試元件(128)來偵測一樣品(131)中之一分析物之偵測系統(114)，該至少一個測試元件(128)具有包括至少一種測試化學品之至少一個測試場(130)，該至少一種測試化學品經組態用於與該分析物執行一光學可偵測之偵測反應，該偵測系統(114)包括至少一個攝影機(116)，該偵測系統(114)進一步包括至少一個電腦(119)或電腦網路(120)、至少一個樣品(131)及至少一個測試元件(128)，該測試元件(128)具有至少一個測試場(130)，該偵測系統(114)經組態用於執行如請求項10或11中任一項之偵測方法。
  14. 一種用於偵測一樣品中之一分析物之系統(110)，其包括如請求項12及13之校準系統(112)及偵測系統(114)。
  15. 一種包括指令之電腦程式，該等指令在由如請求項12之校準系統(112)或由如請求項13之偵測系統(114)執行該電腦程式時引起如請求項12之校準系統(112)或如請求項13之偵測系統(114)分別實行如請求項1至9中任一項之校準方法或如請求項10或11中任一項之偵測方法之步驟。
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