基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置的制作方法

本发明涉及生物医学检测领域，具体地说是一种基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置，尤其涉及基于荧光的医学检测。

背景技术：

乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)是严重危害人类健康的肝炎病毒之一，是重要的肝脏致病因子。HBV基因分型对预测预后、评价药物治疗反应和选择治疗方案等有很重要的指导意义。

目前，HBV基因分型方法主要基于核酸基因分析的原理，即先通过对乙肝病毒的DNA序列进行扩增，然后再对扩增后的DNA序列进行检测与分析来确定其基因型。这种方法首先需要依靠PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)扩增反应来得到足够多的乙肝病毒DNA片段，然后再采用杂交、荧光标记等方法进行检测，该方法不足之处在于：检测设备多、时间长、操作复杂、成本高，难以推广。因此，为了造福乙肝患者，改善治疗效果，实现临床可以接受的病毒性疾病的个性化诊疗，需要研究提出更加简单、方便、可靠、准确、低成本的病毒基因分型检测装置。

技术实现要素：

针对多重免疫检测原理，发明了基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置，直接利用智能设备的摄像头进行荧光图像采集，并由智能设备进行图像处理和结果显示，有效简化了HBV基因分型装置的结构，具有体积小、检测快速、操作简单、成本低、易于推广的优点。

本发明提供了一种基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置，智能设备通过蓝牙与STM32核心控制单元通信；激发光源用于激发侧向流多重检测试剂上的荧光物质，其激发光强度由STM32核心控制单元设置电流调节单元实现；在检测过程中荧光图像直接由智能设备摄像头采集并由图像处理子功能进行处理，最后由智能设备的结果显示子功能显示检测结果，有效的简化了检测步骤，降低了检测复杂度，减小了检测时间，节约了检测成本。

根据本发明，提供了一种基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置，该装置包括智能设备1、通信单元2、核心控制单元3、电流调节单元4和激发光单元5，其中：

智能设备1与核心控制单元3通过通信单元2交互连接，核心控制单元3与电流调节单元4连接，电流调节单元4与激发光单元5连接。

智能设备1用于实现激发光单元5工作电流的设定、荧光图像的采集、处理、分析以及结果信息的显示；

通信单元2通过蓝牙方式，实现智能设备1与核心控制单元3的数据交换；

核心控制单元3用于控制电流调节单元4；核心控制单元3为STM32核心控制单元。

电流调节单元4用于调节激发光单元5产生的激发光强度；

激发光单元5用于产生激发光，激发侧向流多重检测试剂6上的荧光信号。

智能设备1为智能设备或平板电脑或其它智能端。

智能设备1包括电流设定子功能、图像采集子功能、图像处理子功能、结果显示子功能；其中，

电流设定子功能用于设定激发光单元5的工作电流；

图像采集子功能用于通过智能设备1的摄像头采集侧向流多重检测试剂6的荧光图片；

图像处理子功能用于处理分析智能设备1采集到的荧光图片，并基于相应的基因分型规则判断侧向流多重检测试剂的基因型；

结果显示子功能用于显示图像处理子功能处理后的图片以及侧向流多重检测试剂的检测结果。

在一个实施例中，智能设备1的图像处理子功能包括检测区域划分单元、边缘检测单元、平均灰度值计算单元和减法单元，其中：

检测区域划分单元根据侧向流多重检测试剂的各测试线理论位置完成区域分割；

边缘检测单元通过调用内部的边缘提取算法在各检测区域内确定各测试线的边界；

平均灰度值计算单元通过调用内部的平均值算法求取各测试线的绝对灰度值；

减法单元通过求取各测试线的绝对灰度值与其附近背景的绝对灰度值的差值得到各测试线的相对灰度值。

在一个实施例中，激发光单元5包含两组光源，每组光源含有一个UV LED灯，在智能设备1摄像头两侧对称分布，提供相同波长且均匀分布的激发光，激发光的中心波长为365nm。

在一个实施例中，通过使用蓝牙4.0实现智能设备1与核心控制单元3的数据交换，实现电流调节功能。

在一个实施例中，智能设备1分析由摄像头采集到的荧光图片，如果侧向流多重检测试剂6上对应的测试线条带的荧光信号强度出现饱和，则自适应调整UV LED灯的工作电流，使得所有测试线条带的荧光信号均脱离饱和区。

在一个实施例中，激发光单元5与散热铝板12贴合，用于将激发光单元5产生的热量迅速导出，防止激发光单元5温度过高影响激发光单元5内部的激发光单元的稳定性。

在一个实施例中，在侧向流多重检测试剂6和智能设备1摄像头之间设置580nm高通滤光片7，确保中心波长为610nm的荧光信号能够进入智能设备1的摄像头，克服其他波长光对荧光检测过程的干扰。

在一个实施例中，智能设备1通过无线网络通讯端与各医疗机构的接收端相交互，进而将检测结果快速上传至各医疗机构，实现试剂检测数据的快速分析与管理。

在一个实施例中，智能设备1与其他子功能相互配合工作，完成一次HBV基因分型的时间仅需3s左右。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置一个实施例的原理示意图。

图2为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置照射光路和检测光路一个实施例的示意图。

图3为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置设备和侧向流多重检测试剂位置在一个实施例中的示意图。

图4为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置一个实施例的结构示意图。

图5为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置的图像处理子功能示意图。

图6为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置的基因分型规则示意图。

附图标记说明：

1、智能设备 2、通信单元 3、核心控制单元

4、电流调节单元 5、激发光源 6、侧向流检测多重试剂

7、高通滤光片 8、卡槽 9、卡槽固定件

10、边缘固定件 11、外壳 12、散热铝板

501、激发光源1 502、激发光源2

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置一个实施例示意图。如图1所示，基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置主要包括智能设备1、通信单元2、核心控制单元3、电流调节单元4和激发光单元5，本实施例中的智能设备1为智能设备。

智能设备1包含电流设定子功能、图像采集子功能、图像处理子功能和结果显示子功能，各子功能相互联系用于实现电流的调节，荧光图像采集，图像处理以及结果显示功能；

通信单元2，通过蓝牙方式，实现智能设备1与核心控制单元3数据交换；

核心控制单元3，用于控制电流调节单元4正常工作；

电流调节单元4，用于调节激发光源产生的激发光强度；

激发光单元5，用于产生激发光，激发侧向流多重检测试剂上的荧光信号。

基于本发明上述实施例提供的基于智能设备的HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置，智能设备1电流设定子功能通过蓝牙向核心控制单元3发送信号，由核心控制单元3控制电流调节单元4设置激发光的强度，激发光单元5产生激发光，激发侧向流多重检测试剂6上的荧光信号；荧光信号通过高通滤光片7，由智能设备1的图像采集子功能采集荧光图像，如果侧向流多重检测试剂6上对应的测试线条带的荧光信号强度出现饱和，则自适应调整UV LED灯的工作电流，使得所有测试条带的荧光信号均脱离饱和区，由图像处理子功能根据内置算法处理图像，由结果显示子功能显示处理后的图片及检测结果信息；检测结果通过智能设备1的无线网络通讯功能，快速上传至各类医疗机构，实现数据的快速分析与管理。

优选的，光源为UV LED(Ultra-Violet LED)灯。在一个优选实施例中，激发光单元5提供的激发光中心波长为365nm。该波长区间作为激发光源，荧光物质的激发效率较高。

优选的，激发光单元5的两组光源对称分布在智能设备1摄像头的两侧。

优选的，荧光标记物产生的荧光波长为610nm。

优选的，如图2所示，侧向流多重检测试剂6与激发光单元5之间的垂直距离为55mm-65mm；激发光源的两组光源，激发光源1和激发光源2之间的距离为50mm-60mm；在侧向流多重检测试剂6和智能设备1摄像头之间设置有580nm的高通滤光片7，确保中心波长为610nm的荧光信号能够进入智能设备1摄像头，防止其他波长的光对荧光检测的干扰。

优选的，如图3所示，侧向流多重检测试剂6的中心位置与智能设备1摄像头的中心位置对齐。

优选的，如图4所示，在侧向流多重检测试剂卡槽8两侧设有卡槽固定件9，智能设备侧边设有边缘固定件10，保证在检测过程中，不会因为侧向流多重检测试剂与智能设备位置发生改变，影响检测结果。

结合图3和图4，在一个实施例中，进行HBV基因分型侧向流多重试剂检测时，首先将智能设备1通过装置的边缘固定件10固定在装置的外壳11上，侧向流多重检测试剂6放入装置卡槽8中。智能设备1的电流设定子功能，首先进行蓝牙配对，配对成功后由智能设备向STM32核心控制单元发送信号，由STM32核心控制单元控制电流调节单元4，完成对激发光单元5工作电流的设定。激发光单元5，产生激发光，照射在侧向流多重检测试剂6上，激发侧向流多重检测试剂6上的荧光信号。由智能设备1的图像采集子功能(摄像头)采集经由高通滤光片7滤波后的荧光图像；图像处理子功能首先根据侧向流多重检测试剂的各测试线理论位置完成区域分割，然后通过调用边缘提取算法在各检测区域内确定测试线的边界，再通过调用平均值算法计算各测试线的绝对灰度值，最后通过求取各测试线的绝对灰度值与其附近背景的绝对灰度值的差值得到各测试线的相对灰度值；处理后的图像和结果信息由结果显示子功能显示。用户也可以通过智能设备的无线网络通讯功能，将检测结果快速上传至各类医疗机构，实现数据的快速分析与管理。

图5为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置的图像处理子功能示意图。图像处理子功能获取由智能设备1的摄像头(图像采集子功能)采集的荧光图像，首先由检测区域划分单元根据侧向流多重检测试剂的各测试线理论位置完成各测试条带检测区域的划分；然后由边缘检测单元通过调用边缘提取算法在各检测区域内确定测试线的边界，在此实施例中采用Sobel算子作为边缘检测的主要算法；再由平均灰度值计算单元通过调用平均值算法计算各测试线的绝对灰度值，在此实施例中采用算术平均值算法求取各测试线的绝对灰度值；最后由减法单元求取各测试线的绝对灰度值与其附近背景的绝对灰度值的差值得到各测试线的相对灰度值。

图6为本发明用于HBV基因分型侧向流多重试剂检测装置的基因分型规则示意图。HBV侧向流多重检测试剂上共有6条测试线条带，分别为C控制线、T5检测线、T4检测线、T3检测线、T2检测线和T1检测线。各测试线条带对应的含义如下：

C控制线用于检测质控。当样品正常完成层析反应时，若检测结果中C控制线的相对灰度值不大于第一门限值，则判定为Error。在本实施例中，第一门限值为5(灰度值)，本领域技术人员可以了解的是，针对不同的检测环境，第一门限值可以为其它值。

T5测试线用于HBV病毒抗原检测。在本实施例中当样品正常完成层析反应时，若检测结果中T5测试线的相对灰度值大于第一门限值时，判定样品中存在HBV病毒抗原，即HBV检测为阳性，否则，HBV检测为阴性。

T4测试线用于HBV基因型A的病毒蛋白检测，且与基因型B、C、D的病毒蛋白无特异性反应。在本实施例中当样品正常完成层析反应时，若检测结果中T4测试线的相对灰度值大于第二门限值，且与T1-T3测试线的相对灰度值相比，幅值最大，则判定为基因型A。本实施例中，第二门限值为2，本领域技术人员可以了解的是，针对不同的检测环境，第二门限值可以为其它值。

T3测试线用于HBV基因型B的病毒蛋白检测，且与基因型A、C、D的病毒蛋白无特异性反应。当样品正常完成层析反应时，若检测结果中T3测试线的相对灰度值大于第二门限值，且与T1、T2、T4测试线相比，其幅值最大，则判定为基因型B。

T2测试线用于HBV基因型C、D的病毒蛋白检测，且与基因型A、B的病毒蛋白无特异性反应。当样品正常完成层析反应时，若检测结果中T2测试线的相对灰度值大于第二门限值，且与T1、T3、T4测试线相比，幅值最大，则根据T2测试线与T1测试线的相对灰度值进一步判定侧向流多重检测试剂的基因型。若T2测试线的相对灰度值大于2倍的T1测试线的相对灰度值，则判定为基因型C；若T2测试线的相对灰度值不大于2倍的T1测试线的相对灰度值，则继续判定T1测试线的相对灰度值，若T1测试线的相对灰度值不大于第二门限值，则判定为Error；若T1测试线的相对灰度值大于第二门限值，则判定为基因型D。

T1测试线用于HBV基因型A、D的病毒蛋白检测，其中，基因型D的检测灵敏度显著高于基因型A，且与基因型B、C的病毒蛋白无特异性反应。当样品正常完成层析反应时，若检测结果中T1测试线的相对灰度值大于第二门限值，且与T2-T4测试线相比，幅值最大，则判定为基因型D。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质是只读存储器或磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。