免疫层析检测系统、样本成像方法及样本图像的分析方法与流程

本发明涉及医学研究与应用技术领域，具体而言，涉及一种免疫层析检测系统、样本成像方法及样本图像的分析方法。

背景技术：

即时检验(point-of-caretesting，poct)是指在病人旁边进行的临床检测，在采样现场即时进行分析，不需要复杂的实验室样本处理从而得到检测结果的新方法。由于poct检测方法具有速度快、使用简单、成本较低等特点，使其在临床检测领域中生物标记物检测上的应用越来越广泛。

免疫层析检测法被认为是poct领域里最为普遍使用的分析方法之一，由于其免疫学特性是生理学独有的特征，因此在快速检测领域占有绝对的优势和地位。

目前的生物免疫层析检测仪大多都是以电脑为处理数据的核心载体，先用led光源照射试纸条，然后用工业相机(ccd镜头)作为图像采集设备，将获取的试纸条图像传给电脑，在电脑上用专门的图像处理软件进行检测和分析，最终得到检测结果。也有采用手机等移动终端设备采集图像进行分析的设备和方法。采用上述的测量和数据分析载体，检测通道少、数据传输方式单一、单位时间测量效率低。

所以，如何改进免疫层析检测设备和数据分析方法，提高多通道检测能力是本领域技术人员亟待解决的问题。

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、样本成像方法及样本图像的分析方法，以解决现有技术中的免疫层析检测设备和方案存在的检测通道少、数据传输方式单一、单位时间测量效率低等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种免疫层析检测系统，包括壳体以及设置于所述壳体内的激光光源、试纸安装座、层析试纸条和摄像头；所述层析试纸条放置于所述试纸安装座上，所述激光光源产生的光线用于照射所述层析试纸条，所述摄像头用于捕获所述层析试纸条被照射后产生的荧光信号。

以红色、绿色量子点微球分别标记游离型psa(f-psa)检测抗体、结合型psa(c-psa)检测抗体，免疫层析试纸条的检测线(t线)包被总psa(t-psa)捕获抗体。当样本只含有f-psa抗原时，红色量子点微球免疫复合物被捕获于t线，经激发显示红色；只含有c-psa抗原时，绿色量子点微球免疫复合物被捕获于t线，经激发显示绿色；同时含有f-psa抗原和c-psa抗原时，红色和绿色量子点微球免疫复合物均被捕获于t线，经激发显示橙黄色；不含有f-psa抗原和c-psa抗原时，t线不显色。免疫层析检测系统工作时，层析试纸条在激光光源发出的光线照射下，因样本含有不同的抗原种类，而激发出不同颜色的荧光信号，此时，利用摄像头捕获该荧光信号可用于样本分析处理。

在上述技术方案的基础上，进一步，所述激光光源包括紫外光光源和激发滤光片；所述激发滤光片设置在所述层析试纸条和所述紫外光光源之间。

该技术方案的技术效果在于：激发滤光片能够筛选可用的光，滤除照射到层析试纸条的杂散光，降低了干扰，提高检测信噪比。优选的，紫外光光源为紫外led光源。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括电源组件；所述电源组件设置在所述壳体内，与所述激光光源电连接。

该技术方案的技术效果在于：与外接电源相比，电源组件设置在壳体中，方便设备的移动。具体地，电源组件可选择使用燃料电池或者可充电电池，体积较小且方便维护和更换。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，所述摄像头为手机自带摄像头，所述手机设置在所述壳体的外侧。

该技术方案的技术效果在于：就技术水平而言，目前常见的手机自带摄像头能够满足光线信号收集需求，其显示屏也具备有效的成像和数据显示条件。利用手机的无线信号传输功能还方便远程无线传输测量和分析结果。优选方案可在壳体和手机机身之间设置手机安装壳，利于一种成型的壳体匹配多种不同类型的手机。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括多带通滤光片；所述多带通滤光片设置在所述摄像头与所述层析试纸条之间。

该技术方案的技术效果在于：滤光片进一步筛选进入手机摄像头的荧光信号，避免激光光源、杂散光以及无效荧光的影响。另外，可在摄像头外设置平凸透镜以收集荧光信号，并大幅减少物距以实现检测仪的小型化。对应于多个不同的待测标志物，该滤光片应采用多带通滤光片。

本发明还提供一种样本成像方法，样本的图像通过免疫层析检测系统生成，包括如下步骤：

步骤一、用不同颜色的量子点微球免疫结合不同生物标志物并被捕获固定在所述层析试纸条的检测线上；

步骤二、用所述激光光源照射所述层析试纸条，使量子点微球受激发产生所述荧光信号；

步骤三、所述摄像头捕获所述荧光信号并成像。

本发明还提供一种样本图像的分析方法，该样本图像由上述样本成像方法获得，包括如下步骤：

第一步、根据所述摄像头的图像，计算不同颜色的所述荧光信号的平均值；

第二步、根据不同颜色的所述荧光信号的平均值，计算各种生物标志物在待测溶液样本中的浓度以及全部生物标志物在待测溶液样本中的总浓度。

在上述技术方案的基础上，进一步，在第一步之前，计算所述荧光信号的背景信号值，并在所述荧光信号的平均值中减去所述背景信号值。

该技术方案的技术效果在于：即使壳体完全封闭，也难以避免内部激发光源的背景杂散光干扰，为了去掉背景信号在成像中的消极因素，提高信噪比，应在测量前减去背景信号值。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，在第二步之前，利用标准浓度的待测溶液样本计算拟合标准曲线的参数。

该技术方案的技术效果在于：若干次的测量数值，难免存在测量误差，在计算浓度前，利用标准浓度的待测溶液样本可拟合出标准曲线的常数，利于获取完整且实际的浓度数值。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，在第一步中，单独测量各个通道的所述荧光信号的平均值，或者，测量各个通道交叉的所述荧光信号的平均值，或者，分别在缓冲液和血清样本中同时测量各个通道的所述荧光信号的平均值。

该技术方案的技术效果在于：同时检测多个指标可简化操作流程，降低人力成本，有效减少样本及试剂使用量，并消除因多次检测产生的批间误差，提高检测准确率及重复性。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的免疫层析检测系统、样本成像方法及样本图像的分析方法，利用激光光源照射由不同颜色的量子点微球标记检测多种生物标志物的层析试纸条，能够一次性同时测量多个待测标志物并成像以供数据分析，而通过对多个通道荧光信号进行计算可获得各个待测标志物的浓度以及浓度数据之间的关系，其检测过程高效，测量结果准确，有利于获得人体疾病的诊断结果。

本发明的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本发明的具体实践可以了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图；

图2为本发明实施例二提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图；

图3为本发明实施例三提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图；

图4为本发明实施例四提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图；

图5为本发明实施例五提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图；

图6为本发明实施例五提供的免疫层析检测系统的外形结构示意图；

图7为本发明实施例六提供的样本成像方法流程图；

图8为本发明实施例七提供的样本图像的分析方法流程图；

图9为不同类型psa在免疫层析试纸条上受照射激发产生荧光的原理图；

图10为第一种样本在免疫层析检测系统中的检测分析结果；

图11为第二种样本在免疫层析检测系统中的检测分析结果。

图标：1-壳体；2-紫外光光源；3-激发滤光片；4-试纸安装座；5-层析试纸条；7-电源组件；8-手机；9-多带通滤光片；10-步骤一；11-步骤二；12-步骤三；13-第一步；14-第二步。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

本实施例提供了一种免疫层析检测系统，其中：图1为本发明实施例一提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图。

如图1所示，免疫层析检测系统包括壳体1以及设置于壳体1内的激光光源、试纸安装座4、层析试纸条5和摄像头(未标注)；层析试纸条5放置于试纸安装座4上，层析试纸条5用于设置多个待测生物标志物的捕获抗体，多个待测生物标志物的检测抗体分别由不同颜色的量子点微球标记；激光光源产生的光线用于照射层析试纸条5，多个待测生物标志物的量子点微球免疫复合物在光线照射下产生不同颜色的荧光信号，摄像头用于捕获荧光信号。

实施例二：

本实施例提供了一种免疫层析检测系统，其中：图2为本发明实施例二提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图。

如图2所示，本实施例的免疫层析检测系统，其基本结构与实施例一相同，进一步地，激光光源包括紫外光光源2和激发滤光片3；激发滤光片3设置在层析试纸条5和紫外光光源2之间。

在上述实施例中，激发滤光片3能够筛选可用的光，减少直接照射到层析试纸条5的光线，降低了背景干扰，提高检测信噪比。

实施例三：

本实施例提供了一种免疫层析检测系统，其中：图3为本发明实施例三提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图。

如图3所示，本实施例的免疫层析检测系统，其基本结构与实施例一或二相同，进一步地，还包括电源组件7；电源组件7设置在壳体1内，与激光光源电连接。

在上述实施例中，与外接电源相比，电源组件7设置在壳体1中，方便设备的移动。具体地，电源组件7可选择使用燃料电池或者可充电电池，体积较小且方便维护和更换。

实施例四：

本实施例提供了一种免疫层析检测系统，其中：图4为本发明实施例四提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图。

如图4所示，本实施例的免疫层析检测系统，其基本结构与实施例一、二或三相同，进一步地，摄像头为手机8自带摄像头，手机8设置在壳体1的外侧。

在上述实施例中，就技术水平而言，目前常见的手机8自带摄像头能够满足光线信号收集需求，其显示屏也具备有效的成像和数据显示条件。利用手机8的无线信号传输功能还方便远程无线传输测量和分析结果。优选方案可在壳体1和手机8机身之间设置手机8安装壳，利于一种成型的壳体1匹配多种不同类型的手机8。

实施例五：

本实施例提供了一种免疫层析检测系统，其中：图5为本发明实施例五提供的免疫层析检测系统的内部结构爆炸图；图6为本发明实施例五提供的免疫层析检测系统的外形结构示意图。

如图5、6所示，本实施例的免疫层析检测系统，其基本结构与实施例一、二、三或四相同，进一步地，还包括多带通滤光片9；多带通滤光片9设置在摄像头与层析试纸条5之间。

在上述实施例中，滤光片进一步筛选进入手机8摄像头的荧光信号，避免激光光源、杂散光以及无效荧光的影响。另外，可在摄像头外设置平凸透镜以加强信号手机8性能。对应于多个不同的待测溶液样本，该滤光片应采用多带通滤光片9。

上述任一实施例的免疫层析检测系统，利用激光光源照射由不同颜色的量子点微球标记待测生物标志物的层析试纸条5，能够一次性同时测量多个待测生物标志物并成像以供数据分析。

实施例六：

本发明还提供一种样本成像方法，通过上述免疫层析检测系统生成。其中：图7为本发明实施例六提供的样本成像方法流程图。如图7所示，本实施例提供的样本成像方法，包括如下步骤：

步骤一10、用不同颜色的量子点微球免疫结合不同生物标志物并被捕获固定在所述层析试纸条的检测线上；

步骤二11、用激光光源照射层析试纸条5，使量子点微球受激发产生荧光信号；

步骤三12、摄像头捕获荧光信号并成像。

本实施例的样本成像方法，能够一次性获得多个待测生物标志物的信号数据，大大简化了检测流程，提高了检测效率。

实施例七：

本发明还提供一种样本图像的分析方法，该样本图像由上述样本成像方法获得，其中：图8为本发明实施例七提供的样本图像的分析方法流程图。如图8所示，本实施例提供的样本图像的分析方法，包括如下步骤：

第一步13、根据摄像头的图像，计算各个通道的荧光信号的平均值；

第二步14、根据各个通道的荧光信号的平均值，计算各种生物标志物在待测溶液样本中的浓度以及全部生物标志物在待测溶液样本中的总浓度。

其中，根据成像设备获取的图像计算荧光信号平均值，属于现有常规技术，甚至能够在图像中直接显示读取。而根据荧光信号平均值计算层析试纸条5上各个待测样本的浓度，也属于现有技术。

进一步地，在第一步13之前，在步骤一10之前，计算荧光信号的背景信号值，并在荧光信号的平均值中减去背景信号值。

进一步地，在第二步14之前，利用标准浓度的待测溶液样本计算拟合标准曲线的参数。

进一步地，在第一步13中，单独测量各个通道的荧光信号的平均值，或者，测量各个通道交叉的荧光信号的平均值，或者，分别在缓冲液和血清样本中同时测量各个通道的荧光信号的平均值。

本实施例的分析方法，通过对多个通道荧光信号进行计算可获得各个待测溶液样本的浓度以及浓度数据之间的关系，其检测过程高效，测量结果准确，有利于获得人体疾病的诊断结果。

根据上述成像方法和分析方法对前列腺癌的定性分析原理及过程如下：

前列腺特异性抗原(psa)在人血液中主要有2种存在形式：游离型psa(f-psa)和结合型psa(c-psa)，二者之和为总psa(t-psa)。前列腺癌患者血液中f-psa与t-psa比例会下降，二者比值对于判断t-psa浓度处于灰度区(4-10ng/ml)的患者是否患有前列腺癌具有重要参考意义。

1、以红色、绿色量子点微球分别标记游离型psa(f-psa)、结合型psa(c-psa)检测抗体，免疫层析试纸条5的检测线(t线)包被总psa(t-psa)捕获抗体。当样本只含有f-psa抗原时，红色量子点微球免疫复合物被捕获于t线，经激发显示红色；只含有c-psa抗原时，绿色量子点微球免疫复合物被捕获于t线，经激发显示绿色；同时含有f-psa抗原和c-psa抗原时，红色和绿色量子点微球免疫复合物均被捕获于t线，经激发显示橙黄色；不含有f-psa抗原和c-psa抗原时，t线不显色。上述荧光信号经激光光纤激发后经外置透镜聚焦、红绿双带通滤光片后由手机内置摄像头采集。其检测原理如图9，图9为不同类型psa在免疫层析试纸条5上受照射激发产生荧光的原理图。

2、紫外光经过带通滤光片激发t线上的红色和绿色量子点微球，产生荧光信号，经524/628nm双带通滤光片滤除杂散光、外置平凸透镜收集信号，以智能手机8的摄像头为成像元件，对检测结果进行成像。

3、数据分析过程大致为：选择t线附近判读区域；rgb图像分为红色r、绿色g两个通道；2个通道分别计算选择区域内荧光信号之和，以判读区域开始及结束区域的信号值作为平均背景信号，计算总背景信号，并扣除；计算平均信号值；根据标准浓度样本检测信号，计算拟合标准曲线参数；根据r和g通道荧光信号值，分别计算f-psa，c-psa浓度，二者之和为t-psa。

综上，检测分析的具体操作流程设计如下：将红色和绿色羧基化量子点微球经edc/nhs活化后，通过酰胺反应分别偶联f-psa抗体和c-psa抗体，经稀释后分别滴于玻璃纤维素纸上，制成结合物垫。在硝酸纤维素膜上包被t-psa抗体(1.5mg/ml)和羊抗鼠igg(0.5mg/ml)，制成检测线(t线)和控制线(c线)。将底板、硝酸纤维素膜、结合垫、样品垫、吸水垫依次组装，并切割为3mm宽试纸条。将60μl样本滴加于样品垫上，反应15分钟，由本读数仪进行检测分析。以下是不同样本的双色荧光免疫层析读数仪的检测分析结果：

1、样本中只有一种f-psa/c-psa的检测结果。图10为第一种样本在免疫层析检测系统中的检测分析结果。如图10中的a区域部分显示，f-psa(0.1–100ng/ml)，检测线为红色条带；如图10中的b区域部分显示，c-psa(0.1–100ng/ml)，检测线为绿色条带。图10中的c区域和d区域部分为对应的红色和绿色通道信号值。

2、样本中同时含有f-psa和c-psa的检测结果。图11为第二种样本在免疫层析检测系统中的检测分析结果。f-psa：c-psa为1：4，f-psa(0.1–20ng/ml)，c-psa(0.4–80ng/ml)，如图11中的a区域部分显示检测线为橙黄色条带，而图11中的b、c和d区域为对应的红色和绿色通道信号值。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管上述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。另外，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。