一种免疫层析检测系统及其背景识别方法与流程

本发明涉及一种免疫层析检测系统及其背景识别方法。

背景技术：

专利（申请号：201810134327.6）提出一种干式免疫层析检测仪及其检测方法，其中包括荧光检测机构、运动机构、扫描机构、判断机构、开关机构、信息采集模块以及主控模块等。该设计通过软件算法实现t、c线判断及t/c面积比值，定量检测样本浓度。专利（申请号：201711404592.3）提出一种便携式荧光免疫层析试条成像检测系统，包括光学系统、数据传输系统和数据处理系统。检测系统对显微镜采集到的高清晰荧光试条图像信息，通过图像分割算法分割出试条图像中的t线、c线和背景区域。专利（申请号：201610835153.7）提出一种基于荧光免疫层析技术的定量检测计算方法，依次经过led光源照射、滤光片滤光处理、光电探测器检测、电信号处理、ad转换处理、滤波算法处理、基线拟合、寻峰处理、计算t/c面积比值、计算浓度的过程，从而通过计算的浓度结果进行判断。在背景选取中采用最小二乘拟合选定背景基线，定量检测待测样本浓度。

上述技术存在问题或缺陷：

临床上待测样本在理化特性上存在不同程度的差异，导致免疫层析试条检测区域背景基线不稳定，影响检测结果的准确性。因此，准确的选取背景基线是实现定量检测的前提。现有免疫层析检测系统中，背景基线选取方法如下：1、通过基线拟合选定背景基线；2、通过二阶微分法判定特征曲线拐点，并将拐点对应的基线值作为背景基线；3、通过免疫试条起始位置连续采集取平均，作为背景基线。前两种方法为离线数据处理方法，需要依靠pc的运算能力，难以在现场快速检测设备上实现这些功能；最后一种方法只能削弱实际检测中的偶然误差，对于传统基线选取方法本身存在的系统误差则无能为力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种免疫层析检测系统及其背景识别方法，提高了免疫层析检测系统的检测范围和精度；同时，极大得降低了临床上待测样本理化特性差异导致的影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种免疫层析检测系统，包括主控单元、光学测量单元、背景采集单元；所述主控单元包括主控cpu及与该主控cpu连接的驱动电路、显示模块，所述光学测量单元包括光学检测装置、与所述驱动电路连接的传动装置，所述背景采集单元包括与所述光学检测装置连接的背景信号输入模块、与所述背景信号输入模块连接的调理滤波模块、与所述调理滤波模块连接的调理放大模块，所述调理放大模块还与所述主控cpu连接；所述光学检测装置包括光源、第一透镜、二向色镜、柱面镜、滤光片、第二透镜、光电传感器，光源激发的光经第一透镜聚焦后被二向色镜全反射，而后经柱面镜整形转变为矩形光斑，并作用于置于所述传动装置上的待测免疫层析试条表面，待测免疫层析试条表面反射的光信号经二向色镜、滤光片，由第二透镜聚焦到光电传感器，转换为电信号。所述矩形光斑尺寸与待测免疫层析试条的显色线尺寸相近。图4显示了本发明光学机构照射试条检测窗口的光斑示意图。令光斑宽度为l，检测带宽度为lt，控制带宽度为lc，检测带与控制带之间距离为ltc，设计光斑时，使其宽度l趋近于lt与lc，且远小于ltc，即，合理的光斑形状及大小，使光学机构扫描试条时，检测带和控制带的光信号不产生干扰且利于背景区域的划分，提高检测精度。

本发明还提供了一种基于上述所述的一种免疫层析检测系统的背景识别方法，包括如下步骤：

步骤s1、待测免疫层析试条测量时，光源打开，光源激发光第一透镜聚焦后被二向色镜全反射，而后经柱面镜整形转变为矩形光斑，作用于待测免疫层析试条表面；

步骤s2、主控cpu控制传动装置来回运动，使矩形光斑在待测免疫层析试条表面的检测窗口来回扫描，并将检测窗口上的光信号通过二向色镜、滤光片，由第二透镜聚焦到光电传感器，转换为电信号；

步骤s3、背景信号输入模块接收到光电传感器传输的电信号，将其传输给调理滤波模块、调理放大模块实时处理，并最终传输给主控cpu进行a/d转换；

步骤s4、主控cpu根据a/d转换后的信号，识别出背景区域，将该背景区域的扫描长度作为控制变量存储在主控cpu中，通过调整传动装置的步进电机的行进步距，使每次光斑扫描的动态范围控制在理论上的背景区域时开始采样处理，而后通过试条移动速度、试条窗口长度和光斑位置识别的方法，找到稳定的背景区域，并将确定的背景区域采样结果作为最终背景基线，最后由算法进行均值计算，作为待测免疫层析试条背景区域的基线值。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提高了免疫层析检测系统的检测范围和精度；同时，极大得降低了临床上待测样本理化特性差异导致的影响；本发明实用性强，可广泛应用于医学床旁检测、食品安全检测等领域，有效的解决了免疫层析试条因基线问题导致的仪器性能降低的缺点。

附图说明

图1是免疫层析检测系统的光学结构。

图2是免疫层析光信号采样曲线的区域分配图。

图3是本发明免疫层析检测系统原理框图。

图4是本发明光学机构照射试条检测窗口的光斑示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种免疫层析检测系统，包括主控单元、光学测量单元、背景采集单元；所述主控单元包括主控cpu及与该主控cpu连接的驱动电路、显示模块，所述光学测量单元包括光学检测装置、与所述驱动电路连接的传动装置，所述背景采集单元包括与所述光学检测装置连接的背景信号输入模块、与所述背景信号输入模块连接的调理滤波模块、与所述调理滤波模块连接的调理放大模块，所述调理放大模块还与所述主控cpu连接；所述光学检测装置包括光源、第一透镜、二向色镜、柱面镜、滤光片、第二透镜、光电传感器，光源激发的光经第一透镜聚焦后被二向色镜全反射，而后经柱面镜整形转变为矩形光斑，并作用于置于所述传动装置上的待测免疫层析试条表面，待测免疫层析试条表面反射的光信号经二向色镜、滤光片，由第二透镜聚焦到光电传感器，转换为电信号。所述矩形光斑尺寸与待测免疫层析试条的显色线尺寸相近。

本发明还提供了一种基于上述所述的一种免疫层析检测系统的背景识别方法，包括如下步骤：

步骤s1、待测免疫层析试条测量时，光源打开，光源激发光第一透镜聚焦后被二向色镜全反射，而后经柱面镜整形转变为矩形光斑，待测免疫层析试条表面；

步骤s2、主控cpu控制传动装置来回运动，使矩形光斑在待测免疫层析试条表面的检测窗口来回扫描，并将检测窗口上的光信号通过二向色镜、滤光片，由第二透镜聚焦到光电传感器，转换为电信号；

步骤s3、背景信号输入模块接收到光电传感器传输的电信号，将其传输给调理滤波模块、调理放大模块实时处理，并最终传输给主控cpu进行a/d转换；

步骤s4、主控cpu根据a/d转换后的信号，识别出背景区域，将该背景区域的扫描长度作为控制变量存储在主控cpu中，通过调整传动装置的步进电机的行进步距，使每次光斑扫描的动态范围控制在理论上的（非最佳）背景区域时开始采样处理，而后通过试条移动速度、试条窗口长度和光斑位置识别的方法，找到稳定的背景区域，并将确定的背景区域采样结果作为最终背景基线，最后由算法进行均值计算，作为待测免疫层析试条背景区域的基线值。

以下为本发明的具体实现过程。

如图3所示，本发明的一种免疫层析检测系统，主要由光学测量模块、背景采集模块、主控模块构成。如图1所示为免疫层析检测系统的光学结构。试条测量时，光源打开，激发光经过聚焦后被二向色镜全反射，经柱面镜整形转变为矩形光斑，并作用于待测试条表面。随后主控模块的主控cpu控制载有试条的传动装置来回运动，使宽度长度调整合适的矩形光斑在待测试条的检测窗口来回扫描，并将检测窗口上的光信号通过二向色镜和滤光片，由聚焦镜聚焦到光学传感器，最终转换为电信号。通过分析光斑扫描检测区域的光电信号分布规律，实现背景区域动态识别。

本发明系统的工作原理如下：

由于待测试条上的显色线显现的大小为矩形条状，为充分利用前端光路系统对检测窗口试条信号量的提取，光源的出射光经光路后，聚焦在试条检测窗口的光斑应设计为矩形光斑，矩形光斑的尺寸根据试条检测窗口大小设计。在进行检测时，主控cpu通过控制载有试条的传动装置来回运动，使矩形光斑在待测试条的窗口来回扫描，并将扫描的光电信号通过接收器（图1的光电传感器）输入背景采集与调理电路进行实时处理，并最终传输到主控cpu进行a/d转化。如图2所示，为免疫层析光信号采样曲线的区域分配图，由于检测窗口的上下边缘区域的反射系数与背景区不同，导致接收的背景信号存在漂移，故不能作为背景选择的区域。同理，应排除检测窗口中的t线区域和c线区域，那么剩下的区域理论上应成为背景区域。首先将该背景区域的扫描长度作为控制变量存储在cpu中，通过精确控制步进电机的行进步距，使每次光斑扫描的动态范围控制在理论上的（非最佳）背景区域时开始采样处理，再对采样数据进行滤波去噪处理，其次通过试条移动速度、试条窗口长度和光斑位置识别的方法，找到稳定的背景区域，并将确定的背景区域采样结果作为最终背景基线，最后由算法进行均值计算，作为试条背景区域的基线值。

本发明的使用方式：

本发明的原理框图如图3所示。插入免疫层析试条后，按下测量按钮，主控cpu接收命令，开始通过驱动电路控制传动装置行进固定的步距，实现在背景区域的准确定位与检测，并将信号通过光学机构传给背景采集电路。经调理滤波、调理放大输入cpu进行a/d转化，并最终确定背景基线。光斑扫描结束后，cpu将根据扫描过程中的光信号变化，进行特征量提取并在lcd液晶屏幕上显示。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。