一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器及其应用
【专利摘要】本发明涉及一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器及其应用，所述胶体金试纸条检测结果自动读取仪器包括框架，所述框架内设有胶体金试纸条、控制单元、图像采集单元和结果显示单元，所述控制单元分别与图像采集单元和结果显示单元连接。本发明还提供了使用上述读取仪器自动读取胶体金试纸条检测结果的方法，所述方法具体为：以所述图像采集单元采集胶体金试纸条上显色区域的图像，然后所述控制单元对所采集的图像进行分析，得到所述沙丁胺醇溶液的浓度，再由所述结果显示单元显示所述浓度的具体信息。本发明可实现自动、准确、快速的读取胶体金试纸条上沙丁胺醇溶液的浓度，避免了人工对比比色卡的误差，提高结果读取的准确性和可靠性。
【专利说明】
一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器及其应用
技术领域
[0001]本发明涉及一种药物检测读值装置，尤其涉及一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器及其应用。
【背景技术】
[0002]沙丁胺醇是人工合成的水杨醇类β-肾上腺素，对动物具有促进骨骼肌(瘦肉)生长，减少脂肪蓄积、提高饲料转化率等作用，因此常在现代猪肉养殖中被用作“瘦肉精”，来提高生猪的瘦肉产量。但是，食品中沙丁胺醇的残留能引起心悸、头疼、目眩、呼吸困难等症状，严重影响人们的健康。2002年始，沙丁胺醇被列为养殖行业违禁药物，不得在畜禽养殖中添加。
[0003]目前对动物体内沙丁胺醇残留的检测方式有很多种，其中胶体金检测方式由于其快速方便以及时间短的优点，成为当前最主要的检测方式。胶体金检测方式是一种低成本、方便快捷、灵敏高效、稳定性强的快速检测技术，广泛应用于食品药品、医疗卫生领域。该技术以20?10nm的金纳米粒子为显色标记物，通过抗原抗体的特异性结合来判断有无沙丁胺醇残留以及残留浓度大小。
[0004]传统的读取沙丁胺醇金标试纸条检测结果的方式为人工目测判读，通过与标准比色卡比对来半定量确定兽药残留的浓度。由于环境光照变化，不同的人对颜色的敏感度、生理周期以及经验和心理状态的不同，使得该方法的准确率不高，难以实现准确的定量测量。
[0005]此外，由于其他瘦肉精类药物溶液的浓度也多采用人工目测判读试纸条，然后与标准比色卡比对来定量确定溶液浓度的方式，其仍然存在准确率低，可靠性差的问题。
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器及其应用，使用该仪器可以自动、快速、准确地读取胶体金试纸条上样品溶液的浓度。
[0008](二)技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器，其包括框架，所述框架内设有胶体金试纸条插槽、用于采集胶体金试纸条信息的图像采集单元、控制单元和结果显示单元，所述控制单元分别与图像采集单元和结果显示单元连接。
[0010]使用时，本发明所述胶体金试纸条检测结果自动读取仪器是在所述控制单元控制下，由图像采集单元采集所述待测胶体金试纸条上显色区域的图像，然后利用所述控制单元对所采集的图像进行分析处理，得到胶体金试纸条上样品的浓度信息，再由所述结果显示单元显示该浓度信息。
[0011]优选的，所述胶体金试纸条插槽设有检测视窗，所述胶体金试纸条插槽用于固定胶体金试纸条，所述检测视窗用于遮挡所述胶体金试纸条上的干扰背景，突出显色区域，可进一步确保检测结果的精准度。
[0012]本发明所述图像采集单元可采用现有技术公开的多种常见用于采集并存储图像的已知结构，所述图像采集单元可为摄像头，摄像头通常包括镜头和图像采集芯片，所述镜头和图像采集芯片相互配合，共同用于采集胶体金试纸条上显色区域的图像;更优选的，所述图像采集芯片为C⑶图像传感器。
[0013]本发明所述图像采集单元中，镜头和CCD图像传感器共同用于采集胶体金试纸条上显色区域的图像;镜头和CCD图像传感器相互配合，其空间结构与胶体金试纸条插槽的检测视窗区域相对应;镜头与被测胶体金试纸条之间的相对距离与镜头的焦距和视场角相互关联;通过调节镜头焦距和镜头与胶体金试纸条插槽内被测胶体金试纸条之间的相对距离，使镜头与被测胶体金试纸条之间的检测距离在尽量小的范围内最佳，图像显示最清晰，图像检测区域最恰当。
[0014]如前所述，本发明所述控制单元主要用于接收图像采集单元所采集的图像信息，并经过分析处理后得到胶体金试纸条上样品的浓度信息，然后向结果显示单元输出检测结果，具体的，所述控制单元包括ARM开发板3A和软件;所述ARM开发板3A用于运行所述软件；所述软件用于控制所述图像采集单元采集图像，并对所采集的图像进行分析处理，得到所述样品溶液的浓度。
[0015]本发明所述结果显示单元包括触摸显示屏，所述触摸显示屏用于显示所述图像采集单元的图像采集过程、控制单元的图像处理过程，以及所述样品溶液的浓度。
[0016]优选的，所述自动读取仪器还包括光源单元，所述光源单元用于为所述图像采集单元提供光源/辅助光源，所述光源单元选择LED灯，基于更好的照明效果，所述光源单元设置于所述摄像头后端。
[0017]本发明所述自动读取仪器还包括用于为所述控制单元、图像采集单元和结果显示单元供能的电源单元，所述电源单元可设置于所述框架上。
[0018]优选的，所述框架设有外壳，所述外壳用于隔绝外界光线，所述控制单元、图像采集单元、结果显示单元、光源单元和电源单元均设置于外壳上。
[0019]本发明同时提供了上述胶体金试纸条检测结果自动读取仪器在检测药物浓度中的具体应用。所述自动读取仪器可用于检测瘦肉精类药物浓度，尤其是检测沙丁胺醇溶液浓度，可自动、准确、快速地读取胶体金试纸条上待测沙丁胺醇样品溶液的浓度信息，避免人工目测判读方式带来的准确率低的缺陷。
[0020]具体而言，本发明还提供了一种使用上述胶体金试纸条检测结果自动读取仪器读取胶体金试纸条检测结果的方法，即，先由所述图像采集单元采集胶体金试纸条上显色区域的图像，然后所述控制单元对所采集的图像进行分析，得到胶体金试纸条所载样品的浓度，最后由所述结果显示单元显示所述浓度信息。
[0021]具体的，所述控制单元在对所采集图像进行分析时，首先经过图像处理获得胶体金试纸条显色区域的横向平均灰度值的分布曲线，然后分别提取所述曲线上对应于胶体金试纸条上质控线和测试线位置的平均灰度峰值Pl和P2，然后依据p2/pl得出所测样品的浓度。
[0022]优选的，在提取所述平均灰度峰值pi和P2之前，先对所述分布曲线进行去背景处理。通过去背景的步骤可突出显色区域，进一步确保检测结果的精准度。
[0023]优选的，该方法可适用于检测瘦肉精类药物溶液的浓度，所述瘦肉精类药物是一类药物的统称，主要是肾上腺类、β激动剂、兴奋剂(β-agonist)，用于治疗支气管哮喘、慢性支气管炎和肺气肿等疾病，大剂量用在饲料中可以促进猪的增长，减少脂肪含量，提高瘦肉率，但食用含有瘦肉精的猪肉对人体有害。
[0024]更优选的，该方法尤其适用于检测沙丁胺醇溶液浓度，并通过下述公式得出沙丁胺醇溶液的浓度c:
[0025]c = -3.7491n(p2/pl)-4.8767。
[0026]需要说明的是，对于其他瘦肉精类药物溶液浓度的计算也是基于pi和p2的比值得出的，对于其他相关药物溶液浓度的计算方式也都属于本发明的保护范围。
[0027]本发明通过针对沙丁胺醇溶液浓度的分析，优选上述公式确定其溶液浓度，所得结果精确率高，可靠性好。
[0028](三)有益效果
[0029]本发明的上述技术方案具有以下有益效果:本发明通过控制单元、图像采集单元和结果显示单元，对胶体金试纸条上的显色区域图像进行自动采集、分析处理和结果显示。通过对胶体金试纸条进行图像处理获得胶体金试纸条测试线和质控线的显色深度，提高了数据提取的准确性。由于溶解药物的溶剂常有颜色，使得胶体金试纸条显色时背景区域呈现不均匀的干扰色，为了去除干扰，使用测试线与质控线的显色深度比值为参数建立预测模型，可稳定的预测样品溶液的浓度。因而使用该发明可以准确自动快速的读取胶体金试纸条上样品溶液的浓度，避免了人工对比比色卡的误差，提高结果读取的准确性和可靠性。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例所述胶体金试纸条检测结果自动读取仪器的结构示意图；
[0031]图2为本发明实施例图像处理提取的金标胶体金试纸条上显色区域的横向平均灰度值的分布曲线，图中所示分别为测试线灰度峰值Pl和质控线灰度峰值P2;
[0032]图3为本发明实施例模型验证结果示意图；
[0033]其中，IA、外壳；IB、胶体金试纸条插槽；IC、检测视窗；2、触摸显示屏；3A、ARM开发板;4A、镜头;4B、Cd)图像传感器;5、光源单兀;6、电源单兀。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0035]实施例1
[0036]本设计实例提供了一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器，如图1所示，其包括框架，所述框架内设有胶体金试纸条插槽1B、用于采集胶体金试纸条信息的图像采集单元、控制单元和结果显示单元，所述控制单元分别与图像采集单元和结果显示单元连接。
[0037]所述胶体金试纸条上含有待测沙丁胺醇溶液，胶体金试纸条插槽IB用于固定胶体金试纸条，限制其位置，使显色区域便于检测;胶体金试纸条插槽IB设有检测视窗1C;检测视窗IC为胶体金试纸条插槽IB的一部分，用于遮挡胶体金试纸条上的干扰背景，突出显色区域，便于检测和处理;框架设有外壳1A，胶体金试纸条插槽1B、控制单元、图像采集单元和结果显示单元均设置于外壳IA上，外壳IA用于隔绝外界光线，形成遮光暗室。
[0038]所述图像采集单元为摄像头，所述摄像头与检测视窗IC的相对距离为6cm，所述摄像头包括6mm镜头和500万像素的彩色CCD图像传感器，所述镜头和CCD图像传感器相互配合，共同用于采集胶体金试纸条上显色区域的图像。
[0039]在摄像头后端还设有一光源单元5，光源单元5以功率为IW的4个白光LED灯为光源，其发光强度分布均匀，发光功率稳定，足以照亮检测视窗IC内的被测胶体金试纸条显色区域，并且节约能耗;发光光谱范围包含可见光区域光谱，可以准确反映被测胶体金试纸条显色的特征。
[0040]在外壳IA上设有电源单元6，电源单元6用于为控制单元、图像采集单元和结果显示单元供能；其作为仪器的供能单元，可提供5V，2.5A的电流，供各个耗电组件的正常稳定工作；电源单元6为可充电电源单元，充满电后的持续工作时长为8小时；同时仪器也可以使用5V，2.5A的电源单元转接头，在外接电源单元的情况下工作。
[0041]控制单元分别与图像采集单元和结果显示单元连接;所述控制单元包括ARM开发板3A和软件(图中未示出)；所述ARM开发板3A用于运行所述软件;所述软件用于控制所述图像采集单元采集图像，并对所采集的图像进行分析处理，得到所述沙丁胺醇溶液的浓度，然后将所述沙丁胺醇溶液的浓度输出至所述结果显示单元。
[0042]结果显示单元包括触摸显示屏2，触摸显示屏2作为仪器的人机交互单元，用于人机数据交互和显示数据采集、处理过程和胶体金试纸条检测值的结果，即显示所述图像采集单元的图像采集过程、控制单元的图像处理过程，以及所述沙丁胺醇溶液的浓度。
[0043]实施例2
[0044]本实施例提供了一种使用胶体金试纸条检测结果自动读取仪器读取胶体金试纸条上沙丁胺醇溶液浓度的方法，首先在金标胶体金试纸条上滴入未知浓度的沙丁胺醇溶液，过几分钟显色稳定后，将该胶体金试纸条插入胶体金试纸条插槽IB中，启动自动读数。在控制单元控制下，图像采集单元采集所述胶体金试纸条上显色区域的图像，然后控制单元对所采集的图像进行分析处理，得到沙丁胺醇溶液的浓度，再由结果显示单元将沙丁胺醇溶液的浓度显示出来。
[0045]具体为，在封闭遮光的框架内，由光源单元5提供稳定照明，通过镜头4A采集胶体金试纸条插槽IB内的被测胶体金试纸条显色区域图像，经过图像处理算法获得显色区域的横向平均灰度分布曲线，参见图2，横轴代表胶体金试纸条显示区域图像的水平像素，纵轴代表平均灰度值。由于有背景色干扰，对曲线进行去背景处理，然后分别提取曲线上对应于胶体金试纸条上质控线和测试线位置的平均灰度峰值Pl和P2。最终建立了被测胶体金试纸条上沙丁胺醇浓度的检测结果c与测试线和质控线的平均灰度值之比(p2/pl)的相关关系:c = -3.7491n(p2/pl )-4.8767，进而得到沙丁胺醇溶液的浓度，通过软件3B将该检测结果输出至触摸显示屏2，然后通过触摸显示屏2将沙丁胺醇溶液的浓度显示出来。
[0046]如图3所示，使用0、0.25、0.5、1、2、3、4、5ng/ml共8个浓度的沙丁胺醇溶液分别滴涂在8个胶体金试纸条上，待显色稳定后，作为待测胶体金试纸条插入仪器插槽中检测。建立自动读取的沙丁胺醇浓度与实际浓度的相关关系，横轴代表沙丁胺醇溶液浓度实际值，纵轴代表沙丁胺醇溶液浓度预测值，其相关系数为0.9867，验证了该模型的可靠性。
[0047 ] 综上所述，本实施例通过控制单元、图像采集单元和结果显示单元，对胶体金试纸条上的显色区域图像进行自动采集、分析处理和结果显示。通过对胶体金试纸条进行图像处理获得胶体金试纸条测试线和质控线的显色深度，提高了数据提取的准确性。由于溶解沙丁胺醇药物的溶剂常有颜色，使得胶体金试纸条显色时背景区域呈现不均匀的干扰色，为了去除干扰，使用测试线与质控线的显色深度比值为参数建立预测模型，可稳定的预测沙丁胺醇溶液的浓度。因而使用该发明可以准确自动快速的读取胶体金试纸条上沙丁胺醇溶液的浓度，避免了人工对比比色卡的误差，提高结果读取的准确性和可靠性。
[0048]本发明的实施例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而易见的。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。
【主权项】
1.一种胶体金试纸条检测结果自动读取仪器，包括框架，其特征在于，所述框架内设有胶体金试纸条插槽、用于采集胶体金试纸条信息的图像采集单元、控制单元和结果显示单元，所述控制单元分别与图像采集单元和结果显示单元连接。2.根据权利要求1所述的胶体金试纸条检测结果自动读取仪器，其特征在于，所述胶体金试纸条插槽设有用于遮挡胶体金试纸条干扰背景的检测视窗。3.根据权利要求1或2所述的胶体金试纸条检测结果自动读取仪器，其特征在于，所述结果显示单元包括触摸显示屏。4.根据权利要求1或2所述的胶体金试纸条检测结果自动读取仪器，其特征在于，还包括光源单元和电源单元，所述光源单元和电源单元均设置于所述框架上。5.根据权利要求1-4任一项所述的胶体金试纸条检测结果自动读取仪器，其特征在于，所述框架设有用于隔绝外界光线的外壳，所述控制单元、图像采集单元、结果显示单元、光源单元和电源单元均设置于所述外壳上。6.权利要求1-5任一项所述的胶体金试纸条检测结果自动读取仪器在检测瘦肉精类药物中的应用，优选检测沙丁胺醇溶液浓度。7.一种使用权利要求1-5任一项所述胶体金试纸条检测结果自动读取仪器读取胶体金试纸条检测结果的方法，其特征在于，先由所述图像采集单元采集胶体金试纸条上显色区域的图像，然后所述控制单元对所采集的图像进行分析，得到胶体金试纸条所载样品的浓度，最后由所述结果显示单元显示所述浓度信息。8.根据权利要求7所述的使用胶体金试纸条检测结果自动读取仪器读取胶体金试纸条检测结果的方法，其特征在于，所述控制单元在对所采集图像进行分析时，首先经过图像处理获得胶体金试纸条显色区域的横向平均灰度值的分布曲线，然后分别提取所述曲线上对应于胶体金试纸条上质控线和测试线位置的平均灰度峰值Pl和P2，然后依据p2/pl得出所测样品的浓度。9.根据权利要求8所述的使用胶体金试纸条检测结果自动读取仪器读取胶体金试纸条检测结果的方法，其特征在于，在提取所述平均灰度峰值Pl和P2之前，先对所述分布曲线进行去背景处理。10.根据权利要求8或9所述的使用胶体金试纸条检测结果自动读取仪器读取胶体金试纸条检测结果的方法，其特征在于，所述胶体金试纸条上所载样品为沙丁胺醇溶液，并通过下述公式得出沙丁胺醇溶液的浓度c: c = -3.7491n(p2/pl)-4.87670
【文档编号】G01N33/53GK105911268SQ201610377533
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】彭彦昆, 田芳, 李永玉, 孙宏伟, 王文秀
【申请人】中国农业大学