基于人类感知的侧流分析读取器以及与其相关的方法与流程

本申请涉及在2016年11月30日提交的并且题为“基于人类感知的侧流分析读取器以及与其相关的方法”的美国临时申请序列号62/428,174，其公开内容通过引用并入本文并且由此要求其优先权。

本发明大体涉及用于确定流体样品中分析物的存在、不存在或量的装置和方法，并且更具体地涉及用于检测侧流分析装置中的颜色变化的读取器以及与其相关的方法。

背景技术：

侧流分析装置2在本领域中是公知的并且被广泛地用于人类医学领域和兽医领域，以用于针对一种或多种目标分析物的存在、不存在或量来测试血液样品（即，全血、血浆或血清）或其他体液（例如，尿、唾液、乳汁等）。目标分析物可以包括例如抗体、抗原、激素、小分子、药物残留等。当对抗体或抗原进行测试时，上述标记物的存在通常指示正在接受血液测试的患者有传染病。在授予robertw.eisinger等人的美国专利号4,943,522中公开了这种侧流分析装置2的一个示例。在授予scottm.clark的美国专利号5,726,010中公开了侧流分析装置2的另一示例，其被构造成实现样品的双向毛细流，缅因州的韦斯特布鲁克的爱德士实验室公司（idexxlaboratories,inc.ofwestbrook,maine）以snap®商标制造或分销后一专利装置。在现有技术中公知并记录了侧流分析器的其他示例，诸如使用胶体金来在视觉上指示目标分析物的存在、不存在或量的侧流分析器。上述专利的每一者的公开内容均通过引用并入本文。

许多这种侧流分析装置2在装置2的暴露的观察区域或读取区域中表现出人类可感知的比色变化作为对血液样品中分析物的存在、不存在或量的指示。在snap®装置中，使用洗涤缓冲液和底物溶液来增强对装置的读取区域中的颜色变化的可见感知。洗涤溶液从装置2的流动基质中去除任何未结合的组分、样品碎片和未反应的共轭试剂，从而在装置2的读取区域中留下基本上干净的白色背景。底物溶液引起酶促反应，其在装置2的读取区域中产生明显的一个或多个蓝色点，这些点易于在白色基质的背景下观察。当颗粒在测试线和/或对照线处累积时，利用胶体金作为标记物的侧流装置通常具有微红色/棕色。

附图的图1是snap®4dx®plus侧流分析装置2的一部分的俯视图，该侧流分析装置被用于针对六种媒介传播的疾病来筛查犬。在装置2的读取区域4中，出现在上部区段中的蓝色点6指示正接受测试的样品中存在a.phagocytophilum/a.platysab（嗜吞噬细胞无形体/片状边虫抗体）。在读取区域4的右侧上（当从前部观察装置2时）的蓝色点8指示样品中存在心丝虫ag（抗原）。在装置2的读取区域4的中下部分中的蓝色点10指示存在莱姆病ab（抗体），并且在读取区域4的左侧上（当从前部观察装置2时）的蓝色点12指示存在e.canis/e.ewingiiab（犬艾利西体/文氏埃立克体抗体）。在装置2的读取区域4的左上角中，定位有阳性对照点14，在装置2正常地工作的情况下，该阳性对照点将变成蓝色。

还存在读取侧流分析装置2并对正在执行的测试进行评估的仪器，而不是使人类从指示器或检测点6、8、10、12在视觉上确定该测试结果是阳性或是阴性。例如，由爱德士实验室公司制造并分销的snap®读取器分析器是包括数字相机的图像分析仪器。该分析器根据针对与该分析器一起使用而设计的特定的、单独的snap®测试的流程来存储和处理snap®测试的图像。snap®读取器分析器然后使用定制软件来评估正在运行的测试的结果并报告该结果。该分析器在产生测试结果时拍摄数字图片，并且该分析器的软件使用对该测试而言特定的算法从这些数字图像计算测试结果。存在用于基于胶体金技术来读取侧流装置的其他分析器，诸如：加利福尼亚州的卡尔斯巴德的dcn科技（dcntechnologies,carlsbad,california）；以及来自荷兰芬洛的qiegen公司（qiegennv,venlow,netherlands）的esequanttm侧流读取器。

尽管现有技术的分析读取器提供对分析物的存在、不存在或量的快速的且容易的并且高度可靠的指示，但是在实践中，可能存在结果可能难以识别的情形。例如，对于装置2而言，一个或多个蓝色检测点6、8、10、12可能未完全地形成；即，这些蓝色检测点可能是新月形，而不是纯圆形。或者，点6、8、10、12可能被零星地着色，例如，表现出蓝色不连贯的散斑。存在检测点6、8、10、12可能被仅仅轻微地着色的时候。胶体金侧流装置会发生类似的情形。现有技术的分析器的软件将向由读取区域的相机拍摄的被分析的数字图像应用算法规则，并且作出关于以下的确定：所测试的血液样品是否含有目标分析物，或者该结果是否是不确定的以及是否需要执行新的测试。由现有技术中的分析器的软件应用的确定性规则是大体高度准确的，但不是基于本发明所涉及的人类感知。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于基于对装置中的比色变化的人类视觉感知来读取侧流分析装置的仪器。

本发明的另一目的是提供一种用于通过基于人类感知检测侧流分析装置的颜色变化来读取侧流分析装置的方法。

本发明的又另一目的是提供用于读取侧流分析装置的方法和仪器，所述侧流分析装置包括检测区，在所述检测区中会发生可在视觉上感知的比色变化，所述仪器和方法将分析装置的检测区的图像与存储的数据库中的对参考分析装置的比色变化的人类视觉感知的样品读数进行比较，以确定分析装置是否检测到所测试的流体样品中分析物的存在、不存在或量。

根据本发明的一种形式，提供一种用于读取侧流分析装置的仪器。侧流分析装置执行分析以确定流体样品中分析物的存在、不存在或量。分析装置被放置成在光学上接近所述仪器，并且还具有样品沉积区，待测试的流体样品被放置在所述样品沉积区上。该分析装置还具有检测区，当分析装置检测到流体样品中分析物的存在、不存在或量时，在所述检测区中会发生可在视觉上感知的比色变化。

本发明的仪器包括光学模块。该光学模块具有至少一个相机，相机被定位在该仪器上以观察被放置成在光学上接近该仪器的分析装置的检测区。所述至少一个相机产生输出信号，所述输出信号表示分析装置的检测区的图像并且所述输出信号指示分析装置的检测区中的比色变化。

本发明的仪器还包括与该光学模块电通信的信号处理器。该信号处理器接收来自所述至少一个相机的输出信号，并且将信号转换成所测量的比色数据。

本发明的仪器还包括与该信号处理器电通信的存储存储器。存储存储器在其中存储了参考分析装置的样品读数的数据集，所述参考分析装置在结构和功能上类似于由该仪器读取的分析装置的结构和功能。这些样品读数基于对参考分析装置的检测区中的比色变化的人类视觉感知。

形成本发明的仪器的一部分的比较器电路与该信号处理器电通信。该比较器电路将与由该仪器读取的分析装置有关的所测量的比色数据与存储的样品读数的数据集进行比较，所述样品读数基于对参考分析装置的比色变化的人类视觉感知。然后，比较器电路响应于该比较产生比较信号。

信号处理器接收来自比较器电路的比较信号并且响应于该比较信号产生确定信号，所述确定信号指示由分析装置测试的流体样品中分析物的存在、不存在或量，所述分析装置由所述仪器读取。

在本发明的替代性实施例中，仪器的光学模块可以包括至少一个光源和光检测器。所述至少一个光源发射光并且被定位在该仪器上，以将所述光引导到被放置成在光学上接近该仪器的分析装置的检测区上。光检测器接收响应于由所述至少一个光源引导到分析装置的检测区上的光而源自分析装置的检测区的反射光或荧光。光检测器响应于由光检测器接收的反射光或荧光而产生输出信号，所述输出信号指示分析装置的检测区中的比色变化。该输出信号被提供给仪器的信号处理器。

如先前所述，还公开了一种用于通过基于人类感知检测侧流分析装置的颜色变化来读取侧流分析装置的方法。该方法包括将分析装置放置成在光学上接近分析读取器的步骤，诸如先前所描述的，使得分析装置的检测区能够被分析读取器的至少一个相机观察到。该方法还包括通过所述至少一个相机来产生输出信号的步骤，该输出信号表示分析装置的检测区的图像并且该输出信号指示分析装置的检测区中的比色变化。

然后，根据本发明的方法，分析读取器的信号处理器接收来自所述至少一个相机的输出信号。该方法然后包括通过信号处理器将来自所述至少一个相机的输出信号转换成所测量的比色数据的步骤。分析读取器的比较器电路然后将与由分析读取器读取的分析装置有关的所测量的比色数据与存储在分析读取器的存储存储器中的样品读数的数据集进行比较，所述样品读数基于参考分析装置的比色变化的人类视觉感知。

进一步根据本发明的方法，比较器电路响应于所测量的比色数据与存储的数据集的比较产生比较信号。信号处理器接收来自比较器电路的比较信号，并且根据该方法，信号处理器响应于所接收的比较信号产生确定信号，所述确定信号指示由分析装置测试的流体样品中分析物的存在、不存在或量，所述分析装置被分析读取器读取。

本发明的这些和其他目的、特征和优点将从其说明性实施例的以下详细描述变得显而易见，将结合附图来阅读实施例。

附图说明

图1是侧流分析装置、并且特别是由爱德士实验室公司制造的snap®分析装置的一部分的正视图，并且其示出了在该装置上的读取区域以及形成读取区域的一部分的几个检测区。

图2是根据本发明形成的snap®侧流分析装置和读取器的透视图。

图3是根据本发明的另一形式形成的侧流分析装置读取器的侧上方透视图。

图4是在图3中示出的本发明的侧流分析装置读取器的侧下方透视图。

图5是在图3和图4中示出的本发明的侧流分析装置读取器的后上方透视图。

图6是本发明的侧流分析装置读取器的光学部件和电子部件的框图。

具体实施方式

首先应当参考附图的图2。在图2中，snap®侧流分析装置2被示出为邻近于用于根据本发明构造的装置2的读取器16。当然应当意识到，本文公开的本发明的读取器16不限制于仅仅与snap®分析装置2一起使用，并且本文公开的读取器16的结构以及方法可以与市场上的许多不同类型的侧流分析装置2一起使用，这些侧流分析装置包括可逆（双向）流动色谱结合分析装置、单向侧流分析装置以及具有胶体金颗粒的侧流分析装置。

如在附图的图2中示出的，本发明的读取器16包括壳体18，其优选地呈长方体的形式，该长方体具有倾斜的顶部表面20，显示器22和图形用户界面（gui）24位于该顶部表面上，gui具有开关或用于输入数据和命令并且用于接收关于在侧流分析装置2（诸如，snap®装置）上正在执行的测试的信息的键盘25和指示器。显示器22优选地为液晶显示器（lcd），其有效地提供对显示在分析装置2的读取区域4中的内容的指示，包括对读取区域4的检测区6、8、10、12和对照部分14的显示。显示器22有效地重建在侧流分析装置2的读取区域4上示出的正被测试的内容，该内容由读取器16的相机26观察，所述相机与分析装置2的读取区域4光学通信。壳体18包括在其一侧上的开口或端口28，以用于紧密地接收侧流分析装置2，诸如snap®装置。当被端口28接收时，侧流分析装置2被保持在这样的位置中，使得读取器16的相机26与在分析装置2上的读取区域4的检测区6、8、10、12光学对准。

在图3到图5中示出了本发明的侧流分析装置读取器16的另一形式。这些图示出了分析读取器16的简化视图，其中，从该分析读取器移除了外部壳体，以有助于理解读取器16的一些主要部件。

更具体地，并且参考附图中的图3到图5，可以看到本发明的侧流分析装置读取器16（与在图2中示出的读取器16一样）通常形成为长方体的形状。读取器16具有带有侧壁32的内部框架30，并且图形用户界面（gui）24被优选地安装在框架的侧壁中的一者上，诸如前部侧壁34。gui24优选地相对于在其上安装有gui24的框架30的侧壁34倾斜，使得分析读取器16的用户可以容易地观察和接近gui24的显示器22以及任何的开关或键盘25、或其他指示器。

如可以从附图的图3和图4看到的，框架30的侧壁32中的一者（诸如横向侧壁36）包括用于形成槽（pocket）38的切口，所述槽具有凸台或支撑表面40，侧流分析装置2可以搁置在该凸台或支撑表面上。形成在框架30中的该槽38与形成在读取器16的外部壳体（未示出）中的开口对准，使得用户可以接近槽38并且将分析装置2放置在槽38的范围内。在被放置在槽38内的支撑表面40上时，分析装置2被保持在使得分析装置2的读取区域4或读取窗口与光学模块42（优选地为相机26）光学对准的位置中，所述光学模块位于所述读取区域4或读取窗口上方并且被安装在固定到框架30的印刷电路板44的下侧上。优选地，侧流分析装置2包括呈标记或标识形式的校准目标46，所述校准目标被放置在包围侧流分析装置2的读取窗口或读取区域4的四个角中。校准目标46被用于确保被放置在读取器16的槽38内的侧流分析装置2的读取窗口或读取区域4与读取器16的光学模块42处于适当的光学对准。优选地，侧流分析装置2还包括条码48或其他标识来识别放置在读取器16中的分析装置2的类型，诸如snap®4dx®plus分析装置、snap®heartwormrt分析装置、snap®felinetriple®分析装置、snap®fiv/felvcombo分析装置、snap®parvo分析装置、snap®giardia分析装置、snap®lepto分析装置、snap®cpl^tm分析装置、snap®fpl^tm分析装置和snap®felineprobnp分析装置，这些分析装置中的每一者均由爱德士实验室公司制造或分销。显然，其他侧流装置制造商可以在其各自的装置上包含条码，以用于适当的识别。

本文所提到的印刷电路板44大体包括包含读取器16的信号处理单元50的电路。信号处理单元50包括中央处理单元（cpu）52和各种存储器，中央处理单元（cpu）52执行读取器16的操作及其各种功能，所述各种存储器包括随机存取存储器（ram）54和只读存储器（rom）56，如将更详细地解释的。一些操作软件被嵌入到ram54中并且测试数据也被存储在ram54中，并且rom56包括参考分析装置的样品读数的数据库或数据集，所述参考分析装置在结构和功能上类似于由分析读取器16读取的分析装置2的结构和功能。样品读数基于对参考分析装置的检测区中的比色变化的人类视觉感知。

分析读取器16的框架30的内腔或槽38可以包括一个或多个漫反射器58，其被安装在框架的侧壁32的内表面上，以确保照亮侧流分析装置2并且由一个或多个光发射装置（诸如光发射二极管（led））或其他结构化照明器60发射的任何光被引导到位于分析读取器16的槽38内的侧流分析装置2的读取窗口或读取区域4上。led照明器60优选地安装在印刷电路板44的下侧上，以将光向下地引导到侧流分析装置2上。光学模块42还安装在印刷电路板44的下侧上并且位于槽38和被容纳在槽中的侧流分析装置2的上方，并且可以包括一个或多个相机26，如先前所提到的。

如可以从附图的图5看到的，分析读取器16可以包括用于连接到外部设备的以太网或互联网连接的连接器或端口62。就爱德士实验室公司的的例子而言，这可以包括与idexxvetlab®工作站的连接，该工作站能够与其他仪器通信，诸如由爱德士实验室公司制造或分销的vettest™、catalystdx™、catalystone™和sedivuedx™分析器。这些连接器62优选地安装在分析读取器16的框架30的后部侧壁64上或外部壳体上。此外，分析读取器16包括向分析读取器16的用户传送可听信息的扬声器或换能器66，扬声器或换能器66也安装在分析读取器18的外部壳体或内部框架30的后部侧壁64或另一侧壁32上。扬声器或换能器66以及以太网和互联网端口62电连接到分析读取器16的信号处理单元50。

图6示出了本发明的分析读取器16的一些电子的和光学部件的框图。如可以从图6看到的，分析读取器16优选地包括光学模块42，如先前所提到的。光学模块42优选地具有被定位在读取器16上以观察在分析装置2的读取区域4中的检测区6、8、10、12（例如，先前所提到的“点”）的至少一个相机26，所述分析装置被放置成在光学上接近该仪器。所述至少一个相机26产生输出信号，所述输出信号表示分析装置2的读取区域4和检测区6、8、10、12的图像并且所述输出信号指示分析装置2的检测区6、8、10、12中的比色变化。检测区不限制于“点”，而是可以包括线或其他形状，在检测区中，捕获试剂设置在样品流过的基质上。

还如先前所提到的，存在形成分析读取器16的一部分的信号处理器50。该信号处理器50与光学模块42电通信。信号处理器50接收来自所述至少一个相机26的输出信号并且将该信号转换成所测量的比色数据。

分析读取器16还包括与信号处理器50电通信的存储存储器（诸如早先所提到的rom56）。存储存储器56在其中存储了参考分析装置的样品读数的数据集，所述参考分析装置在结构和功能上类似于由仪器16读取的分析装置2的结构和功能。所述样品读数基于对参考分析装置的检测区中的比色变化的人类视觉感知。

分析读取器16还包括比较器电路68，比较器电路68与信号处理器50电通信并且该比较器电路可以形成信号处理器50的一部分。比较器电路68将与由仪器16读取的分析装置2有关的所测量的比色数据与存储的样品读数的数据集或数据库进行比较，并且响应于该比较产生比较信号，所述样品读数基于对参考分析装置的比色变化的人类视觉感知。信号处理器50接收来自比较器电路68的该比较信号，并且响应于该比较信号而产生确定信号，所述确定信号指示由仪器16读取的分析装置2测试的流体样品中分析物（例如，抗原或抗体）的存在、不存在或量。

如先前所提到的，光学模块42可以包括至少一个相机26。然而，在本发明的替代性实施例中，分析读取器16的光学模块42可以包括至少一个光源60和光检测器70。光源60和光检测器70可以被形成为例如反射计72或荧光计74。至少一个光源60发射光并且被定位在分析读取器16上（诸如在高架的印刷电路板44的下侧上），以将光引导到被放置成在光学上接近读取器16的分析装置2的读取窗口4的检测区6、8、10、12上。光检测器70接收响应于由所述至少一个光源60引导到分析装置的检测区上的光而源自分析装置2的检测区6、8、10、12的反射光或荧光。光检测器70响应于由光检测器70接收的反射光或荧光而产生输出信号。来自光检测器70的输出信号指示分析装置2的检测区6、8、10、12中的比色变化。该输出信号被提供给分析读取器16的信号处理器50。

与用于读取侧流分析装置2的其他仪器相比，本发明的分析读取器16的重要区别特征之一是分析读取器16“模拟”人类在感知侧流分析装置2的一个或多个检测区6、8、10、12中是否存在颜色变化时将做什么。换言之，本发明的分析读取器16基于对侧流分析装置2的检测区6、8、10、12中是否存在比色变化的确定，其基于人类视觉感知，而不是基于在传统的侧流分析装置读取器中做这种确定的算法规则，所述比色变化指示由分析装置2测试的并由分析读取器16读取的流体样品中分析物的存在、不存在或量。具有与由分析读取器16读取的分析装置2的功能和结构类似的功能和结构的参考分析装置的样品读数的数据集或数据库基本上是对人类所观察的图像的人类视觉调用（即，确定）库。更具体地，在特定实施例中，该存储的人类视觉观察库优选地包括由人类对类似的侧流分析装置作出的约4百万或者更多的样品读数或观察。例如，如果对存储在存储器56中的数据集中的侧流分析装置的图像的大量的手动读数或人工读数反映对新月形的蓝色检测点、或散斑而非完整的圆点、或浅色的检测点的阳性或阴性的确定，那么分析读取器16的比较器电路68以及与比较器电路电通信的信号处理器50将基于对参考分析装置的比色变化的人类视觉感知的所存储的样品读数的数据集来做出类似的确定。由此出发，本发明的分析读取器16并且特别是其信号处理器50产生确定信号，所述确定信号指示由分析读取器16读取的分析装置2测试的流体样品中分析物的存在或量或不存在。

如先前进一步提到的，本文还公开了一种用于通过基于人类感知检测侧流分析装置2的颜色变化来读取侧流分析装置2的方法。该方法由侧流分析读取器16执行，所述侧流分析读取器优选地具有光学模块42、与光学模块42电通信的信号处理器50、与信号处理器50电通信的存储存储器56以及与信号处理器50电通信的比较器电路68。光学模块42具有至少一个相机26。存储存储器56在其中存储了参考分析装置的样品读数的数据集，所述参考分析装置在结构和功能上类似于由分析读取器16读取的分析装置2的结构和功能。数据集的样品读数基于对参考分析装置的检测区中的比色变化的人类视觉感知。

该方法包括以下步骤：将侧流分析装置2放置成在光学上接近分析读取器16，使得分析装置2的检测区6、8、10、12可以被分析读取器16的至少一个相机26观察到。然后，该方法包括通过所述至少一个相机26产生输出信号的步骤，所述输出信号表示分析装置2的检测区6、8、10、12的图像并且所述输出信号指示分析装置2的检测区6、8、10、12中的比色变化。该方法还包括以下步骤：通过分析读取器16的信号处理器50接收来自至少一个相机26的输出信号，并且通过信号处理器50将来自至少一个相机26的输出信号转换成所测量的比色数据。该所测量的比色数据优选地存储在ram54中。

本发明的方法还使用分析读取器16的比较器电路68来将与由分析读取器16读取的分析装置2有关的所测量的比色数据与存储在分析装置读取器16的存储存储器56中的基于对参考分析装置的比色变化的人类视觉感知的样品读数的数据集进行比较。然后，该方法包括以下步骤：通过比较器电路68响应于所测量的比色数据与所存储的数据集的比较来产生比较信号、通过信号处理器50接收来自比较器电路68的比较信号、并且通过信号处理器50响应于所接收的比较信号产生确定信号，所述确定信号指示被由分析读取器16读取的分析装置2测试的流体样品中分析物的存在、不存在或量。

分析读取器16的至少一个相机26可以是电荷耦合装置（ccd）。然而，并且如先前所提到的，光学模块42可以使用至少一个光源60和光检测器70代替相机26。然后，本发明的方法将包括以下步骤：将来自分析读取器16的光学模块42的至少一个光源60的光引导到分析装置16的检测区6、8、10、12上；通过分析读取器16的光学模块42的光检测器70接收响应于由至少一个光源60引导到分析装置的检测区上的光而源自分析装置2的检测区6、8、10、12的反射光或荧光；并且通过光检测器70响应于所接收的反射光或荧光来产生输出信号，该输出信号指示分析装置2的检测区6、8、10、12中的比色变化。来自光检测器70的该输出信号被提供给分析读取器16的信号处理器50并且被信号处理器50转换成所测量的比色数据。

尽管本文已经参考附图描述了本发明的说明性实施例，要理解的是，本发明不限于那些精确的实施例，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以实现实施例的各种其他变化和修改。