用于在自动校准环境中执行及量化由特定浓度的生物分析物诱发的色彩改变的方法及设备的制造方法
【专利说明】用于在自动校准环境中执行及量化由特定浓度的生物分析物诱发的色彩改变的方法及设备
[0001]相关串请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2012年8月8日申请的标题为“多分析物快速诊断测试及使用方法(Mult1-Analyte Rapid Diagnostic Test and Method of Use)，，的第 61/680，842 号美国临时专利申请案的权益，所述美国临时专利申请案特此以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及用于使用诊断仪器检测流体样品中的多种分析物的存在或不存在，且明确地说，用于通过诊断仪器的数字图像的图像分析确定诊断测试结果的系统及方法。
【背景技术】
[0004]试剂试纸(dipstick)及免疫分析已结合用于在护理点快速诊断健康状况的方法用于医疗诊所中达数十年。在临床环境中，试纸已用于诊断尿路感染、惊厥前期、蛋白尿、脱水、糖尿病、内出血及肝脏问题。众所周知，试纸为含有在暴露于分析物溶液时改变色彩的试剂的层压纸片。试纸上的每一试剂测试垫用已知在特定反应物存在下改变色彩的化合物进行化学处理。举例来说，在尿分析的情况下，试纸将通常包含用于检测或测量存在于例如尿等生物样品中的分析物的试剂垫片，所述分析物包含葡萄糖、胆红素、酮、比重、血液、PH值、蛋白质、尿胆红素、亚硝酸盐、白细胞、微量白蛋白及肌酸酐。
[0005]此色彩改变的量级与患者流体中的分析物浓度成比例。通常通过比较测试条带与彩色参考卡片来用肉眼对试纸进行解释。然而，此类色彩比较可由于一些原因而引起用户迷茫及错误，包含周围照明的改变以及大部分人群的色觉已受损害。
[0006]此项技术中已知用于解释已暴露于样品溶液的试纸及免疫分析的测试结果的自动方法及设备。举例来说，陈(Chen)等人的第2012/63652号美国专利申请公开案(下文中称为“ '652公开案”)揭示一种用于对生物材料进行基于色彩的反应测试的方法，但其是在未经校准环境中进行，具体是通过在单个图像中并排地俘获测试条带及彩色参考卡片两者的数字图像。通过在测试条带的反应区域与色彩参考卡片之间执行简单的色彩匹配来自动地获得测试条带的测试结果以确定生物材料的分析物浓度。
[0007]在使用'652公开案所揭示的方法时，用户必须在俘获数字图像之前恰当地对准测试条带与色彩参考卡片。因此，用户必须在暴露的测试条带被例如尿、血液或大便等生物样品污染之后与所述测试条带接触，并将其相对于色彩参考卡片放置在适当位置。因此，为辅助放置测试条带及/或卡片，自动解释设备常常包含例如盒子或毡纸等额外定位元件，以将测试条带及卡片两者定位在正确定向中。
[0008]鉴于当前可用的用于自动地阅读测试条带的方法所存在的问题，存在对于自动测试方法的需要，其使用在未经校准环境中所俘获的数字图像。所述系统或方法应经配置以自动地校准数字图像以校正任何色彩不足、假影或其它不明确性。所述方法还应自动地识别数字图像的相关部分，而不管测试条带及/或色彩参考在数字图像中如何定位。最后，所述方法应最小化对受生物流体污染的样品的操纵。本发明的方法及系统解决已知的自动检测装置、系统及方法的这些不足。
【发明内容】
[0009]大体提供一种用于对通过将多个测试条带暴露于生物材料/流体而诱发的色彩改变执行定量评估的方法及电子用户装置。优选地，所提供的系统及方法准许自动校准已暴露于样品溶液的多个测试介质的数字图像，以便确定某些分析物是否呈现于所述样品溶液中。更优选地，本发明提供一种用以量化通过暴露于样品而在各种测试条带中诱发的色彩改变的方法及电子用户装置。此量化是基于自动校准协议，独立于外部环境的变化。本发明产生准确、精确且具成本效益的测量，同时最小化与生物样品的用户交互。此方法经设计以在旨在最小化错误的领域中支持符合FDA及EU法规的医疗科学仪器。
[0010]因此，根据本发明的优选且非限制性的实施例，提供一种用于量化诊断仪器上的至少一个测试介质的色彩改变的计算机实施方法。所述方法包含俘获已暴露于生物样品的诊断仪器的至少一部分的数字图像的步骤。所述诊断仪器包含包括不同色彩的多个参考样品的至少一个色彩参考及含有试剂的至少一个测试介质，所述试剂在生物样品中存在特定分析物的情况下改变色彩。所述方法进一步包含以下步骤:识别用于所述诊断仪器中的所述至少一个介质的参考样品中的至少一者；确定参考样品的优势相机俘获色彩及所述至少一个测试介质的优势相机俘获色彩；基于至少部分地从所述参考样品的所述优势相机俘获色彩导出的校正因子对所述至少一个测试介质的所述优势相机俘获色彩进行色彩校正以确定经校正测试介质色彩；以及比较所述经校正测试介质色彩与对应于预定分析物浓度的一组可能测试介质色彩以确定包含所测试的所述生物样品的分析物浓度的测试结果。
[0011]根据本发明的另一实施例，一种用于确定在诊断仪器上的相对位置的计算机实施方法包含俘获已暴露于生物样品的所述诊断仪器的至少一部分的数字图像的步骤。所述诊断仪器包含含有试剂的至少一个测试介质，所述试剂在生物样品中存在特定分析物的情况下改变色彩。所述方法进一步包含以下步骤:扫描所述数字图像以识别预定区域在所述诊断仪器上的位置；至少部分基于所述预定区域的所述位置识别所述数字图像上的所述至少一个测试介质；以及通过比较所述至少一个测试介质的色彩与对应于预定分析物浓度的一组可能测试介质色彩来确定测试结果以确定所测试的所述生物样品的分析物浓度。
[0012]根据本发明的另一实施例，一种用于验证诊断仪器的方法包含在将所述诊断仪器暴露于生物样品之前俘获所述诊断仪器的至少一部分的预用数字图像的步骤。所述诊断仪器包含包括不同色彩的多个参考样品的至少一个色彩参考及含有试剂的至少一个测试介质，所述试剂在生物样品中存在特定分析物的情况下改变色彩。所述方法进一步包含以下步骤:识别所述诊断仪器的所述预用数字图像中的所述至少一个测试介质；比较所述至少一个测试介质的色彩与尚未暴露于分析物的试剂的一组可能测试介质色彩；以及至少部分基于所述至少一个测试介质的所述色彩确定所述诊断仪器是否处于使用状况。
[0013]根据本发明的另一实施例，提供一种用于通过测试单个患者流体而识别多个测试结果的诊断仪器。所述仪器包含:仪器外壳；包括不同色彩的多个参考样品的色彩参考，其粘附到所述外壳或与所述外壳相关联以用于从所述诊断仪器的数字图像确定所述测试结果；以及多个测试介质，其贴附到所述外壳，含有色彩改变试剂，所述色彩改变试剂在生物样品中存在特定分析物的情况下改变色彩。
[0014]根据本发明的另一实施例，提供一种用于诊断医疗病况的系统。所述系统包含:诊断仪器；以及便携式电子装置，其具有用于俘获所述诊断仪器的至少一部分的数字图像的相机传感器及处理器。所述诊断仪器包含具有不同色彩的多个参考样品的色彩参考及含有试剂的多个测试介质，所述试剂在生物样品中存在特定分析物的情况下改变色彩。所述便携式电子装置的所述处理器经配置以:识别所述参考样品中的至少一者及所述诊断仪器的所述数字图像上的所述测试介质中的至少一者；确定参考样品的优势相机俘获色彩及至少一个测试介质的优势相机俘获色彩；基于至少部分地从所述参考样品的所述优势相机俘获色彩导出的校正因子对所述至少一个测试介质的所述优势相机俘获色彩进行色彩校正以确定经校正测试介质色彩；以及比较所述经校正测试介质色彩与对应于预定分析物浓度的一组可能测试介质色彩以确定包含所测试的所述生物样品的分析物浓度的测试结果。
[0015]根据本发明的另一实施例，提供一种用于分析诊断仪器的数字图像的便携式电子装置。所述诊断仪器包含具有不同色彩的多个参考样品的至少一个色彩参考及含有试剂的至少一个测试介质，所述试剂在生物样品中存在特定分析物的情况下改变色彩。所述便携式电子装置包含:至少一处理器；至少一个显示装置；至少一个相机传感器；以及至少一个包含程序指令的计算机可读媒体。在由所述至少一个处理器执行时，所述程序指令致使所述便携式电子装置:用所述相机传感器俘获已暴露于生物样品的所述诊断仪器的至少一部分的数字图像；识别用于所述诊断仪器中的所述至少一个介质的所述参考样品中的至少一者；确定参考样品的优势相机俘获色彩及所述至少一个测试介质的优势相机俘获色彩；基于至少部分地从所述参考样品的所述优势相机俘获色彩导出的校正因子对所述至少一个测试介质的所述优势相机俘获色彩进行色彩校正以确定经校正测试介质色彩；以及比较所述经校正测试介质色彩与对应于预定分析物浓度的一组可能测试介质色彩以确定包含所测试的所述生物样品的分析物浓度的测试结果。
[0016]在参考附图考虑以下描述及所附权利要求书之后，本发明的这些及其它特征和特性以及相关结构元件的操作方法和功能及各部分的组合和制造经济性将变得更加显而易见，所有这些形成本说明书的部分，其中相同参考数字在各图中指代对应部分。然而，应明确地理解，图式仅用于说明及描述目的，且不既定作为本发明的限制的定义。除非上下文另外明确规定，否则在本说明书和权利要求书中所用时，单数形式“一”及“所述”包含多个指示物。
【附图说明】
[0017]为促进理解本发明的目的，附图及描述说明其优选实施例，从所述优选实施例，可理解及了解本发明、其结构、构造及操作方法的各种实施例以及许多优点。
[0018]图1是根据本发明的原理的诊断仪器的一个实施例的俯视图；
[0019]图2是根据本发明的原理的用于使用图1的诊断仪器分析生物样品的系统的一个实施例的不意图；
[0020]图3是用于俘获诊断仪器的图像的方法的实施例的流程图；
[0021]图4是根据本发明的原理的用于从诊断仪器的数字图像确定病患状况的方法的实施例的流程图；
[0022]图5是现有技术中所知的供用于尿分析的制造解释比色卡(ManufacturingInterpretat1n Color Chart, MICC)的不意图；
[0023]图6A到6D是诊断仪器的摄影表示，其中标记指示仪器在相片中相对于x轴、y轴或z轴的的定向。
[0024]图7A到7D是包含如由图4的方法的几何校正计算识别的背景假影的色彩测试垫片的放大视图的不意性表不;
[0025]图8为如由图4的方法的几何校正计算识别的参考色彩条(reference colorbar)的放大摄影表示；
[0026]图9是根据本发明的原理的用于对化学测试垫片的数字图像进行色彩校正的过程的示意图；
[0027]图10是指示来自制造解释比色卡的色彩样品映射到红色-绿色-蓝色(RGB)色彩空间中的示意性表示；
[0028]图11是包含来自MICC的色彩样品及经校正测试介质色彩的图10的RGB色彩空间的不意图；
[0029]图12A是包含从MICC色彩样品导出的色彩轨迹及经校正测试介质色彩的RGB色彩空间的示意图；
[0030]图12B是图12A的色彩轨迹的放大示意图；
[0031]图13是具有所识别的测试结果的制造解释比色卡的摄影表示；
[0032]图14是根据本发明的原理的用于识别与尿白细胞增多有关的患者状况的决策树的一个实施例；
[0033]图15是根据本发明的原理的用于识别与尿蛋白增多有关的病患状况的决策树的一个实施例；
[0034]图16是根据本发明的原理的用于俘获诊断仪器的图像的方法的实施例的流程图；
[0035]图17是根据本发明的原理的描绘用于供用于验证诊断仪器的多个化学测试垫片的最小及最大色彩改变值的表的示意图；以及
[0036]图18是根据现有技术的计算机及网络基础结构的示意图。
【具体实施方式】
[0037]下文出于描述的目的，术语“上部”、“下部”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、
“底部”、“横向”、“纵向”以及其衍生词应涉及本发明实际上在附图中的定向。然而，应理解，本发明可采用替代变化及步骤顺序，明确地指定相反情况除外。还应理解，附图中所说明的