СПОСОБ АНАЛИЗА ИММУНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОБЫ Российский патент 2013 года по МПК G01N33/53 G06K9/18 G06K9/80 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится, в общем, к иммунологическим пробам, и более конкретно, к усовершенствованному анализу хроматографических проб, часто называемых пробой на основе метода латеральной диффузии, и, в частности, к количественному или полуколичественному анализу проб на основе метода латеральной диффузии. Для этих проб в общем используется тестовая полоска с использованием видимых частиц в качестве маркеров детектируемого анализируемого вещества, где, в качестве дополнительного свойства, аналитическая полоска является съемной для считывания количества анализируемых веществ, зарегистрированных на ней, и для архивных целей.

Уровень техники

Иммунологическая проба является хорошо известным лабораторным способом определения количества анализируемого вещества в образце, таком как плазма или моча. Он основан на взаимодействии антител с антигенами, и из-за степени избирательности анализируемого вещества (либо антигена, либо антитела) иммунологическая проба может быть использована для количественного определения очень низких концентраций лекарственных веществ, гормонов, полипептидов, или других соединений, обнаруженных в тестовом образце. На протяжении многих лет опытные лаборанты выполняли иммунологические пробы вручную.

Различные методики хроматографических иммунологических проб уже доступны в течение многих лет. Одним общим аспектом известных устройств, в частности в технологии латеральной диффузии, является то, что проба считывается визуально, то есть с помощью одной или более оптически считываемых линий на тестовой полоске, обычно удерживаемой в носителе, который может иметь различные конфигурации. Один конец тестовой полоски подвергается воздействию образца, обычно биологической жидкости некоторого типа, тестируемого на предмет конкретного интересующего целевого анализируемого вещества. Известно, что конкретные анализируемые вещества указывают, среди прочего, на конкретные биологические, внешние и биологически опасные условия. Например, мочу можно тестировать на предмет беременности или овуляции, и если целевые анализируемые вещества присутствуют, тест является положительным. Биологические жидкости можно тестировать на присутствие других анализируемых веществ, указывающих на биологические условия или указывающих на присутствие веществ, таких как лекарственные вещества. Другим примером является тестирование воды на предмет загрязнителей. Примеры способов и устройств для проб на основе метода латеральной диффузии, в которых считывание проводится оптически, раскрыты в патентах США №№5591645; 5798273; 5622871; 5602040; 5714389; 5879951; 4632901; и 5958790.

С недавнего времени многие компании начали производство автоматизированных анализаторов иммунологических проб. Автоматизация процедур иммунологических проб была затруднена из-за большого количества этапов, которые необходимо было выполнять. Например, образец смешивается с реагентом и располагается на твердой подложке с инкубированным антигеном или антителом так, чтобы соответствующий антиген или антитело в образце и маркированный антиген или антитело, обеспеченный в реагенте, могли быть связаны с антигеном или антителом на твердой подложке, затем твердая подложка тщательно промывается, а маркер (флуоресцентный, радиоактивный, хемилюминесцентный или подобный) детектируется подходящим механизмом, и, наконец, интересующее анализируемое вещество (антиген или антитело) представляется в количественной форме из детектированного маркера.

Одной из проблем со считыванием кассет латеральной диффузии и других подобных кассет является отсутствие достоверного общего считывающего устройства. Все доступные сегодня на рынке считывающие устройства сконструированы для группы кассет со сходными свойствами. Следовательно, пользователю необходимо использовать различные инструменты для разных форм, пользовательский интерфейс и соединение с системами печати и журналов. Отсутствие общего инструмента ограничивает возможность использования измерительных кассет низкой стоимости.

Общий инструмент должен быть способен обрабатывать кассеты различных форм и цветов. Система на основе сканера или камеры может быть способна считывать кассеты различной формы настолько долго, насколько возможно располагать кассеты на планшете сканера или другом подходящем месте для захвата изображения камерой. Контраст между кассетой и фоном может быть высоким или низким в зависимости от цвета кассеты и цвета фона. Изображение может также содержать тени на гранях кассеты. Изображение может быть несфокусированным или искаженным. Фон планшета сканера обычно либо белый, либо черный, но при сканировании с приподнятой крышкой сканера (кассета не совсем плоская), изображение может также содержать окружающее освещение от источников света вне сканера. При захвате изображения камеры фон может являться чем угодно, что пользователь сочтет подходящим. Может оказаться сложным управлять окружающим освещением при захвате изображения устройства камерой.

Использование штрих-кодов становится широко распространенным, включая использование штрих-кодов для идентификации многих различных типов вещей, включая, но не в качестве ограничения, коммерческие товары, такие как продовольственные товары, продуктовые упаковки различных типов, печатные материалы для чтения. Штрих-код обычно назначает уникальный идентификатор конкретному товару.

Штрих-код является графическим идентификатором, используемым для кодирования множества цифр или символов. Штрих-код содержит последовательность полос и промежутков, которые могут иметь различную ширину согласно различным правилам кодирования, таким как спецификация стандартного товарного штрих-кода EAN13.

В биомедицинской области штрих-код описывается как передающий специфическую информацию о пациенте, включая историю болезни, и как уникальный идентификатор образцов, относящихся к пациенту, в дополнение к категории проводимой для пациента пробы, а также для целей отслеживания и контроля.

Из вышеописанного должно быть понятно, что остается потребность в области техники в общем, простом, эффективном средстве для расположения, калибровки и идентификации устройств биологического тестирования.

Сущность изобретения

Согласно одному аспекту изобретения способ полуколичественного или количественного анализа проб содержит этапы, на которых:

назначают, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный уникальным штрих-кодом, на тестовой полоске пробы,

получают изображение, содержащее, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный штрих-кодом, вместе с зонами реакции, генерируемыми пробой,

идентифицируют, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный уникальным штрих-кодом, в полученном изображении, и используют это изображение текстового сегмента, закодированного штрих-кодом, в качестве объекта оптической калибровки,

используют информацию калибровки для детектирования положений линий результата тестирования в соответствующих зонах реакции, генерируемых пробой.

В одном предпочтительном варианте осуществления использование объекта оптической калибровки содержит использование схемы штрих-кодирования для кодирования текста, обеспечивающей одинаковые области белого пространства и черного пространства в текстовом сегменте, закодированном штрих-кодом.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления использование объекта оптической калибровки содержит идентификацию уникального текста, содержащегося в, по меньшей мере, одном текстовом сегменте, закодированном штрих-кодом, и использование уникального текста для идентификации предварительно сохраненной версии идентифицируемого текста вместе с информацией о геометрическом размере текстового сегмента, закодированного штрих-кодом, который был идентифицирован.

Проба может являться иммунологической пробой. Иммунологическая проба может являться хроматографической тестовой полоской латеральной диффузии.

В одном варианте осуществления присутствуют как контрольная зона, так и зона реакции.

Согласно одному варианту осуществления получение изображения включает в себя получение изображения с использованием системы формирования изображений, содержащей сканер, соединенный с компьютером или сетью.

Согласно другому варианту осуществления получение изображения включает в себя получение изображения с использованием системы формирования изображений, содержащей камеру, соединенную с компьютером или сетью.

Согласно другому варианту осуществления получение изображения включает в себя получение изображения с использованием системы формирования изображений, содержащей камеру мобильного телефона, соединенного с компьютером или сетью.

В предпочтительном варианте система формирования изображений выполнена с возможностью осуществлять связь с сервером через любую доступную сеть.

В альтернативном варианте, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный штрих-кодом, содержит параметры распознавания пробы.

Согласно другому аспекту изобретения система для полуколичественного или количественного анализа проб содержит:

по меньшей мере, одно вычислительное устройство, выполненное с возможностью исполнения программных инструкций, обеспечивающих действия и функции согласно описанному выше способу.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает пример варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 изображает другой пример варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Согласно одному аспекту настоящего изобретения считывание тестовой полоски латеральной диффузии, как описано выше, может быть осуществлено с помощью устройства сканера. Однако искажение сканированного изображения, часто случающееся при использовании технологии сканирования, может внести погрешности в измерения тестовой полоски. В уровне техники хорошо известно, как идентифицировать объект на сканированном изображении. Линии, которые являются результатом теста, хорошо идентифицируются с помощью таких методик. Однако точность теста зависит от геометрического расположения линий. Относительное положение этих линий на боковой поверхности тестовой полоски обеспечивает результат теста. Поэтому любое привнесенное геометрическое искажение сканируемого изображения может привести к неверным или неточным результатам. Однако если изображение содержит объект, который может раскрыть степень искажения, присутствующего на сканируемом изображении, могут быть применены способы анализа геометрических изображений, известные специалистам, для восстановления сканированного изображения до корректных размеров изображения поверхности тестовой полоски. При использовании этого скорректированного изображения для идентификации линий, которые являются результатом теста, точные результаты теста могут быть получены автоматически.

Согласно одному примеру варианта осуществления настоящего изобретения, штрих-коды могут быть использованы для раскрытия геометрических искажений, и также обеспечить средство для идентификации степени искажения и затем обеспечить возможность корректировки изображения. Например, сегмент штрих кода, содержащий информацию о тестовой полоске, печатается на поверхности тестовой полоски, а штрих-код и его информация могут быть сохранены в базе данных вместе с релевантной информацией, такой как геометрический размер текстового сегмента, закодированного штрих-кодом, и т.п. Согласно этому примеру варианта осуществления патентуемая система штрих-кодов обеспечивает специальную структуру штрих-кода для систематической коррекции погрешностей измерений белых и черных полос (или других цветов с приемлемым контрастом) в штрих-коде. Штрих-код всегда содержит одинаковую область черных и белых полос. Обычно измерение может создать полосы штрих-кода на изображении, которые тоньше или шире, чем реальные полосы. Обычно переход от черного к белому или от белого к черному может быть смоделирован как S-образная кривая. Переход от черного к белому не обязательно симметричен переходу от белого к черному. Как следствие неверный размер белых и черных полос. Поскольку реальные количества черного и белого одинаковы, система может измерить количества черного и белого и затем выполнить коррекцию. Эта информация может также быть использована для выполнения коррекции контрольных и измерительных линий на кассете.

Штрих-код содержит, по меньшей мере, одну линию информации. Он может содержать так много линий, как необходимо. Каждая линия штрих-кода содержит фиксированное количество модулей штрих-кода, определяющих черные и белые полосы. Каждая полоса содержит один или более модулей штрих-кода. Когда система определила начальное и конечное положения штрих-кода, можно вычислить ширину модуля. Исходя из ширины модуля, длины черных и белых полос и алфавита штрих-кода, возможно вычислить символы штрих-кода для всех линий штрих-кода. Первой информацией в штрих-коде является идентификация кассеты. Соответствующая база данных содержит информацию для этой кассеты, включая физическую длину штрих-кода. Поскольку система нашла длину штрих-кода (в пикселях), а база данных содержит физическое расстояние, можно вычислить DPI (количество точек на дюйм) для изображения. Это важно, поскольку оперативный контроль за условиями освещения, формирования изображения и фокусирования может отсутствовать.

Исходя из левого нижнего угла штрих-кода, ориентации штрих-кода, оцененного DPI и информации в базе данных кассет, описывающей расстояние от левого угла штрих-кода до области измерения, можно определить локальную область поиска, содержащую все интересующие объекты измерения. В локальной области поиска система может искать линии или другие объекты измерения. Единственной необходимой частью кассеты является область со штрих-кодом и области измерения. Следовательно, другим частям кассеты необязательно быть в изображении. При захвате изображения с помощью камеры только малая часть кассеты должна быть захвачена. Затем даже с камерой низкого разрешения можно получить достаточно пикселей для того, чтобы была возможность считывания как штрих-кода, так и области измерения.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения необходимо выполнить калибровку системы изображений в качестве относительного измерения, поскольку контроль за источниками света отсутствует. Одного единственного сигнала (например, интенсивность линии) недостаточно. Поскольку кассеты латеральной диффузии обычно имеют контрольную линию, соединенную с каждой из тестовых линий, можно вычислить относительное измерение = (интенсивность тестовой линии)/(интенсивность контрольной линии). Поскольку контрольная линия и тестовая линия обе измеряются с использованием одних и тех же источника света и сенсора, относительное измерение также является калибровкой и поэтому нет необходимости в специальных калибровочных объектах.

Когда кассеты одного типа и производственной серии обрабатываются с использованием одного сканера, можно устранить некоторые помехи в контрольной линии посредством вычисления средней контрольной линии на основании множества измерений контрольной линии.

Штрих-код также может содержать больше информации, чем геометрическая/оптическая информация. В типичном случае штрих-код будет содержать идентификацию кассеты, номер лота, срок истечения и, для каждой области измерений, стандартные кривые или качественные пороги. Вся необходимая информация содержится в штрих-коде. Пользователю лишь необходимо запустить химическую/биологическую обработку согласно вкладышу кассетного пакета. После того как образец помещен на кассету, программа может учесть время инкубации и выдержать необходимую задержку перед сканированием. Обычно система будет выполнять сканирование после наикратчайшего возможного времени инкубации, определенного в базе данных кассет. После первого сканирования система распознает идентификации всех кассет на изображении. Затем система может принять решение о времени следующего окончательного сканирования.

Настоящее изобретение может быть осуществлено с использованием децентрализованного или централизованного контекста на основании сетевой архитектуры типа /клиент-сервер/, в которой данные передаются в порядке «запрос-ответ».

Сканер или камера будут использоваться только в качестве устройств захвата изображения, также называемых /клиент/. Клиент не будет вычислять результат и будет использован только в качестве устройства захвата.

В централизованном сценарии клиент-сервер клиент может также являться лишь пользовательским интерфейсом и отображать данные (результаты анализа) с сервера. То есть, если клиенту доступен дисплей.

В децентрализованном или локализованном сценарии как клиент, так и сервер могут быть соединены физически. В таком сценарии сервер может являться блоком, который контролирует и управляет дисплеем и обрабатывает пользовательский интерфейс.

В первом варианте осуществления клиент может являться сканером, соединенным с компьютером, где последний является /сервером/, выполняющим всю обработку, и обрабатывает пользовательский интерфейс. Соединение между сканером и сервером может использовать любые известные и доступные физическую сеть и протокол, такие как USB, WiFi (и т.п.).

В другом примере варианта осуществления клиент может являться камерой, предпочтительно камерой сотового телефона, который может осуществлять связь с сервером с использованием, например, сообщений MMS и SMS в сети типа GSM. В качестве альтернативы для зарегистрированных пользователей сервер может отсылать результат обратно с использованием других информационных каналов, например электронной почты. Платежная транзакция также может быть включена в транзакцию сообщения MMS/SMS.

Клиент, в зависимости от того, где расположен пользовательский интерфейс, будет:

- принимать запрос от сервера на захват и загрузку изображения, или наоборот, загружать изображение на сервер,

- принимать данные от сервера.

Сервер будет:

- делать запрос или обрабатывать запрос клиента, чтобы принять изображение,

- анализировать изображение и делать доступным результат на локальном дисплее, в качестве альтернативы, отправлять ответ обратно клиенту. Последнее требует от клиента иметь подходящий блок отображения (например, у мобильного телефона).

Резюме:

/Клиент/ определяется как устройство, которое используется для захвата и отправки изображения. Им может быть любое устройство, и настоящее изобретение допускает, что оно может вести себя как «немое» устройство, которое не выполняет никакой локальной обработки для целей анализа изображения. Клиентское устройство не инструктируется сервером на предмет выполнения каких-либо локальных настроек. В отличие от других удаленно управляемых систем настоящее изобретение допускает выполнение централизованного анализа для любого изображения.

/Сервер/ является завершенным набором программных модулей, которые устанавливаются на компьютер, подключенный к цифровой сети любого типа. Подобный сервер может, таким образом, обрабатывать запросы от /клиента/ любого типа. Сервер, например, может допускать управляемую регистрацию пользователя в системе или он может допускать анонимное использование. В обоих случаях сервер автоматически ведет учет или регистрирует адрес (номер) клиента (телефона) и затем начнет анализ принятого изображения. Приложение может управлять транзакциями, привязанными к режимам запроса и ответа, и анализом. Преимуществом является то, что обновления программного обеспечения будут выполняться с легкостью.

Пример

Кассета латеральной диффузии, измеряющая кальпротектин, компании Calpro AS, с использованием сканера. Изображение обрабатывается на присоединенном PC.

1. Нанести образцы на набор кассет.

2. Выполнить клик по кнопке программы незамедлительно после нанесения образца на последнюю кассету.

3. Программа начнет сканирование через 5 минут.

4. Найти кандидат штрих-кода, если больше не найдено, перейти на этап 24.

5. Найти рамку вокруг штрих-кода.

6. Найти размер модуля штрих-кода.

7. Найти длину каждой черной/белой полосы.

8. Накопить длину всех черных полос, SumB.

9. Накопить длину всех белых полос, SumW.

10. Вычислить среднюю длину полос, MeanB и MeanW, для черных и белых полос.

11. Определить корректировку Corr=(MeanB-MeanW)/2.

12. Сложить Corr с длиной всех белых полос.

13. Вычесть Corr из длины всех черных полос.

14. Найти строку штрих-кода.

15. Найти ID кассеты.

16. Получить длину штрих-кода из базы данных кассет и вычислить DPI.

17. Найти область поиска контрольной линии.

18. Найти контрольную линию в области поиска.

19. Найти область поиска тестовой линии относительно контрольной линии.

20. Найти контрольную линию в области поиска.

21. Вычислить интенсивность контрольной линии относительно локального фона.

22. Вычислить интенсивность тестовой линии относительно локального фона.

23. Перейти к этапу 4.

24. Вычислить среднюю контрольную линию (meanControl) по всем кассетам одного лота.

25. Считать старую среднюю контрольную линию (oldControl) из файла.

26. ControlLine=(n*meanControl+m*oldControl)/(n+m).

27. Где n=количество кассет, m=предопределенный вес (например 20).

28. Сохранить ControlLine в файл.

29. Для каждой кассеты:

а. Вычислить p=testline/ControlLine.

b. Использовать стандартную кривую из штрих-кода для интерполяции окончательного значения кальпротектина.

Пример:

Кассета латеральной диффузии, измеряющая кальпротектин, компании Calpro AS, с использованием сотового телефона. Изображение переносится с помощью MMS на центральный сервер.

То же, как и с камерой, но для каждой кассеты используемая контрольная линия является измеренной контрольной линией, а не средней по нескольким контрольным линиям.

Пример:

Кассета латеральной диффузии, измеряющая DON (дезоксиниваленол), компании R-Biopharm, с использованием сканера.

Обычно контрольная линия не зависит от количества анализируемого вещества. Кассета DON отличается. Контрольная линия также зависит от количества анализируемого вещества. Обработка кассет DON на сканере такая же, как обработка кальпротектина с сотовым телефоном.

Средняя контрольная не используется.

Фиг.1 иллюстрирует пример варианта осуществления настоящего изобретения. Устройство химического тестирования (тестовая полоска латеральной диффузии) цифровому устройству получения изображения (клиенту), которое, например, может осуществлять связь по общественной сети, например Интернет или сети мобильной телефонии. Например, картинка MMS может быть отправлена на сервер, обеспечивающий доступ к базе данных, содержащей информацию о текстовых сегментах, закодированных штрих-кодом, согласно настоящему изобретению. Ответ на результат анализа может быть предоставлен обратно пользователю системы, например, в качестве сообщения SMS. Фиг.2 иллюстрирует другой пример варианта осуществления настоящего изобретения, в котором для получения картинки теста иммунологической пробы используется мобильный телефон. Картинка отправляется в качестве сообщения MMS перед обработкой, например, центральным сервером обработки. Ответ отправляется в качестве сообщения SMS обратно пользователю.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для анализа иммунологических проб. Способ полуколичественного или количественного анализа проб содержит этапы, на которых: назначают текстовый сегмент, закодированный уникальным штрих-кодом, на тестовой полоске пробы; получают изображение, содержащее текстовый сегмент, закодированный штрих-кодом, вместе с зонами реакции, генерируемыми пробой; идентифицируют текстовый сегмент, закодированный уникальным штрих-кодом, в полученном изображении, и используют это изображение текстового сегмента, закодированного штрих-кодом, в качестве объекта оптической калибровки; используют информацию калибровки для детектирования положений линий результата тестирования в соответствующих зонах реакции, генерируемых пробой. Изобретение относится также к системе для анализа проб, содержащей вычислительное устройство, выполненное с возможностью исполнения программных инструкций, обеспечивающих действия и функции согласно вышеуказанному способу. Изобретение обеспечивает повышение точности анализа. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

1. Способ полуколичественного или количественного анализа проб, при этом способ содержит этапы, на которых: назначают, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный уникальным штрих-кодом, на тестовой полоске пробы, получают изображение, содержащее, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный штрих-кодом, вместе с зонами реакции, генерируемыми пробой, идентифицируют, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный уникальным штрих-кодом, в полученном изображении, и используют это изображение текстового сегмента, закодированного штрих-кодом, в качестве объекта оптической калибровки, используют информацию калибровки для детектирования положений линий результата тестирования в соответствующих зонах реакции, генерируемых пробой.

2. Способ по п.1, в котором использование объекта оптической калибровки содержит использование схемы штрих-кодирования для кодирования текста, обеспечивающей одинаковые области белого пространства и черного пространства в текстовом сегменте, закодированном штрих-кодом.

3. Способ по п.1, в котором использование объекта оптической калибровки содержит идентификацию уникального текста, содержащегося в, по меньшей мере, одном текстовом сегменте, закодированном штрих-кодом, и использование уникального текста для идентификации предварительно сохраненной версии идентифицируемого текста вместе с информацией о геометрическом размере текстового сегмента, закодированного штрих-кодом, который был идентифицирован.

4. Способ по п.1, в котором проба является иммунологической пробой.

5. Способ по п.4, в котором иммунологическая проба является хроматографической тестовой полоской латеральной диффузии.

6. Способ по п.1, в котором присутствуют как контрольная зона, так и зона реакции.

7. Способ по п.1, в котором получение изображения включает в себя получение изображения с использованием системы формирования изображений, содержащей сканер, соединенный с компьютером или сетью.

8. Способ по п.1, в котором получение изображения включает в себя получение изображения с использованием системы формирования изображений, содержащей камеру, соединенную с компьютером или сетью.

9. Способ по п.1, в котором получение изображения включает в себя получение изображения с использованием системы формирования изображений, содержащей камеру мобильного телефона, соединенного с компьютером или сетью.

10. Способ по любому из пп.7-9, в котором система формирования изображений выполнена с возможностью осуществлять связь с сервером через любую доступную сеть.

11. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один текстовый сегмент, закодированный штрих-кодом, содержит параметры распознавания пробы.

12. Система для полуколичественного или количественного анализа проб, при этом система содержит по меньшей мере, одно вычислительное устройство, выполненное с возможностью исполнения программных инструкций, обеспечивающих действия и функции согласно способу по любому из пп.1-11.