基于数字图片比色法的便携式智能分析仪和检测方法

本发明属于微量显色反应体系的检测，具体涉及一种基于数字图片比色法的便携式智能分析仪和检测方法，用于实现样品的自动化传送与数据的自动化采集与分析。

背景技术：

1、血清对于维持人体的生理健康具有重要作用，其中含有丰富的标志物，包括糖类、蛋白、核酸、代谢物等，是一种非常重要的生物检材。血清中生物标志物的含量升高或降低与疾病的发生与发展息息相关。因此检测分析血清中的一些标志物有利于疾病的早期诊断与长期监测。目前，用于血清中疾病标志物检测的仪器主要包括全自动生化分析仪、免疫分析仪、酶标仪等，这些大型仪器具有检测范围广、准确度高等优点，在大型医院和科研单位中广泛应用，但也存在缺点，例如仪器体积大，成本昂贵，需要专业技术人员的操作，数据分析依赖电脑、获取报告时间长等。

2、酶标仪是临床检验科常用的免疫学检测仪器之一，通过对样品吸光度的测定，对待检测标本作出定性或定量报告，可对微孔板中发生的比色反应进行方便、快速的高通量检测。随着酶标仪功能的不断完善，目前可用于血液检验、食品安全、微生物定量等多个领域。普通的酶标仪内部通常包含多个光学和电子元器件，精密且复杂的设计使得仪器体型通常较大，成本居高不下，也不方便随时携带，因此限制了其在即时检测与基层医疗中的广泛应用。近年来，随着智能手机设备的不断普及，性能的不断升级优化，构建基于智能手机的检测设备受到了广泛的关注，且在生化检测领域得到了快速的推广应用。智能手机不仅可替代复杂的光学检测系统，采集高分辨的比色图像，也可替代电脑完成检测结果的计算和数据导出。此外，近年来随着智能传感器和互联网技术的迅速发展，便携式智能检测仪器凭借其体积小、成本低、功耗低、数据分析智能化等优势，在工业自动化、化工、军事、通讯、医疗、电子等行业被广泛地应用。结合智能手机的优势以及对即时检测仪器的需求，因此研发一种基于智能手机的便携式微孔板分析仪具有非常重要的应用价值。

3、目前，已有一些科研工作者致力于微孔板检测设备的研发，也取得了一些进展。2013年，mcgeought团队采用台灯作为辅助照明工具，智能手机作为光学检测仪器，对微孔板中的待测样品进行拍照，将得到的图像转为rgb色彩空间，实现了人血清中c反应蛋白的定量检测。但是将台灯作为辅助光源，并不能为所有的微孔提供均匀的光照环境，图像质量易受环境光的影响。2014年，vashist团队设计了一个暗盒，使用平板阅读器作为面光源，利用智能手机对微孔板中的待测样品进行拍照，将获得的图片进行比色分析生化分子的定量检测。暗盒的设计与面光源的使用，改善了装置内部的照明环境，但是智能手机与微孔板距离的限制，使得该设备只能对部分微孔进行成像。2019年，上海理工大学戴博教授团队通过探究智能手机与微孔板间的距离，发现二者相距180mm时，能采集32个微孔的全部图像，但是若要对96微孔进行全部成像，则需要很大范围地增大智能手机与96微孔板的间距。同年，浙江大学王平教授团队设计了一种基于光纤的便携式酶标仪，通过智能手机拍摄显色图像，采用特定算法进行分析用于样品检测。但其将96根光纤分别精准地接到微孔中央，并将光纤采集的颜色图像进行整合处理是十分复杂的，不仅增加了仪器成本，也给检测程序的编写带来了很大的挑战。

4、针对上述问题，微量显色反应体系迫切需要研发一种便携式智能微孔板分析仪，实现96微孔板的一次性全范围高质量成像，最终实现血清标志物即时准确检测。

技术实现思路

1、基于血清标志物即时检测的需要以及基层医疗面临的困境，本发明所要解决的技术问题为：提供一种便携、快速、操作简便、成本低的便携式智能微孔板分析仪，以实现血清标志物高通量即时检测。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于数字图片比色法的便携式智能分析仪，包括：分析仪本体、控制电路和成像分析设备，所述分析仪本体包括底座，所述底座内设置有照明机构，所述照明机构上设置有微孔板载物台，所述微孔板载物台上设置有光学透镜架，所述光学透镜架上设置有盖板，所述盖板的侧板向下延伸至所述底座，用于封闭所述底座形成暗盒；

3、所述微孔板载物台上设置有两根平行的导轨，两根所述导轨上设置有可以沿导轨滑动的载物架，所述载物架用于放置微孔板；所述载物架两侧设置有齿条，所述齿条外侧设置有与之配合的齿轮，所述微孔板载物台上设置有用于驱动齿轮的驱动电机；

4、所述照明机构中心与微孔板对应的位置设置有led面光源，所述光学透镜架中心设置有用于聚光的菲涅尔透镜，所述微孔板设置在菲涅尔透镜的一倍焦距内；所述盖板中心设置有用于供成像分析设备采集图像的数据采集孔。

5、所述控制电路包括设置在所述分析仪本体内的控制模块和通信模块，所述控制模块通过所述通信模块接收控制命令，并根据控制命令控制所述驱动电机。

6、所述成像分析设备为智能终端，所述智能终端上设置有：

7、蓝牙控制程序：用于向所述控制模块发送控制命令，实现载物架的自动进出；

8、图像采集程序：用于调用摄像头，对微孔板中的待测样本进行拍照，并根据采集得到的显色图片，读取各微孔对应的rgb值；

9、数据处理分析程序：用于对不同标准样本对应的显色图片中的rgb值统计分析，得到待测物的标准方程，还用于根据待测样本对应的显色图片中rgb值，得到待测样本的浓度值；

10、数据储存程序：用于调用智能手机的存储功能，将得到的检测结果，生成结果记录进行储存；

11、数据查询程序：用于通过搜索检测日期或实验名称，随时进行数据查询与导出。

12、所述菲涅尔透镜焦距为130mm，纹距为0.3mm，尺寸为120mm×90mm。

13、所述led面光源包括光扩散板和多个呈二维阵列式排布的小灯珠。

14、所述导轨上方设置有限位板，所述限位板用于防止载物架倾斜；

15、所述载物架上设置有限位块，所述微孔板载物台上设置有与限位块配合的限位部，进而限制所述载物架在导轨上的滑动行程。

16、所述底座上设置有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板位于底座外周，第二挡板位于led面光源外周，所述控制电路设置所述第一挡板和第二挡板之间。

17、此外，本发明还提供了一种基于数字图片比色法的便携式智能分析仪的检测方法，包括以下步骤：

18、s1、配制多组不同梯度浓度的待测物标准样本以及对照组样本，加入微孔板中的对应微孔中，然后再向各微孔中加入待测物的检测试剂盒，进行孵育反应；

19、s2、打开分析仪开关，led面光源21打开，蓝牙控制载物架弹出，将微孔板放置在载物架上，然后关闭载物架，将智能终端置于数据采集孔采集图像；

20、s3、智能终端根据各个微孔中待物标准样本的浓度，以及其对应的显色图片中的rgb值，进行线性拟合，得到待测物标准方程；

21、s4、将编号后的待测血清样本加入96微孔板的各个微孔中，再向各孔加入待测物的检测试剂盒，进行孵育反应；

22、s5、重复步骤s2，获得待测血清样本的比色图像；

23、s6、智能终端各个血清样本对应的显色图片中的rgb值，进行自动化计算分析，得到所对应的待测物浓度，并生成数据记录进行储存。

24、所述步骤s2中，标准品设置5组不同的浓度梯度，采用磷酸盐缓冲液作为对照样本，各设置3组平行实验；分别加入微孔板中以下区域：b3-b8、c3-c8、d3-d8。

25、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

26、1、本发明提供了一种基于数字图片比色法的便携式智能分析仪，通过在暗盒内部设置阵列式led面光源，能够显著地提高装置内部的亮度，而且还创新性地集成了菲涅尔透镜，这种材料不仅轻薄，成本低，且对光线具有优良的折射汇聚的能力，可提高装置内部光线的均匀度，改善照明条件。

27、2、同时，本发明还集成了步进电机，可以有序地实现待检测微孔板的进样与退出，完善了便携式微孔板分析仪的样品搭载功能，避免了人为因素的干扰。

28、3、本发明在提高分析仪成像性能的基础上，还可通过安装在智能手机端的检测app实现对96微孔板反应的高通量定量检测，使得装置的结构更加简单、成本低；检测过程更加方便、智能化；也显著降低了对操作人员的专业技术要求。

29、4、本发明为临床血清的即时检测带来很大的便利，对于推广应用于家庭健康维护、社区诊所或其余医疗资源匮乏的地区，具有非常重要的意义。