ДОМАШНЕЕ УСТРОЙСТВО ТЕСТИРОВАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G01N21/84 

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка основана на предварительной заявке US 61/914,980, поданной 12 декабря 2013 г., которая включена в данный документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в целом к оптическому контролю образцов, в частности, к автоматизированным способам и устройствам для захвата и анализа электронных изображений образцов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бесплодие является распространенной и вместе с тем непростой проблемой, затрагивающей приблизительно 10-15% пар, стремящихся зачать ребенка. Почти в одной трети этих случаев проблема, по меньшей мере частично, связана с нарушениями мужского репродуктивного здоровья. Среди этих нарушений с бесплодием обычно ассоциируется низкая подвижность спермы. Количественная оценка подвижности спермы может быть выполнена посредством визуальной оценки движения спермы в образце под микроскопом. Однако такие микроскопные системы в общем случае дороги и не подходят для использования неопытным персоналом. При этом при использовании подобной визуальной оценки даже хорошо подготовленный персонал может получать противоречивые результаты.

Разработан ряд устройств и способов для автоматизированного тестирования подвижности спермы. Например, опубликованная патентная заявка US 2014/0254004 описывает тестовые комплекты для оценки мужской способности к оплодотворению, которые включают в себя держатель образца, задающий предметную плоскость, линзу и двухмерный светочувствительный датчик, задающий плоскость изображения, расположенные вдоль общей линейной оси. Тестовый комплект может иметь кожух с максимальным линейным измерением не более 100 мм. Может быть предусмотрена схема обработки, конфигурированная для выполнения измерений численности сперматозоидов и/или подвижности спермы путем обработки видеоданных от двухмерного светочувствительного датчика.

Почти все имеющиеся в продаже мобильные телефоны включают в себя встроенные камеры, которые могут иметь различные применения. Например, в опубликованной патентной заявке US 2011/0292198 описано микроскопное приспособление для крепления к мобильному телефону с дисплеем, размещенным в первой поверхности, и камерой, размещенной в противоположной второй поверхности. Микроскопное приспособление содержит средства соединения для разъемного крепления микроскопного приспособления к мобильному телефону и оптический блок, имеющий первое зеркало, расположенное со смещением от камеры, второе зеркало, расположенное в линию с камерой, и линзу микроскопа, расположенную на оптическом пути. Оптический блок сопряжен с камерой так, что когда мобильный телефон лежит плашмя напротив некоей поверхности, эта поверхность находится в фокусе,

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторыми описанными ниже вариантами осуществления настоящего изобретения предусмотрены устройства и способы, в которых используются возможности визуализации и обработки мобильного вычислительного устройства, такого как смартфон, для выполнения микроскопии и автоматической оценки образца.

Таким образом, в соответствии с вариантом настоящего изобретения предложено оптическое устройство, содержащее корпус, конфигурированный для надевания поверх по меньшей мере части мобильного вычислительного устройства, имеющего первую и вторую поверхности и содержащего источник света, который испускает световой луч через выходное отверстие, и модуль камеры, захватывающий изображения через входное отверстие, причем как входное, так и выходное отверстие открывается на второй поверхности мобильного вычислительного устройства. Приемная часть корпуса конфигурирована для приема и расположения образца вблизи второй поверхности мобильного вычислительного устройства в пределах поля обзора модуля камеры. Оптико-осветительная система конфигурирована для приема и поворота луча, испускаемого источником света так, чтобы подсветить образец сзади, в то время как модуль камеры захватывает одно или более изображений подсвеченного сзади образца.

В вариантах осуществления изобретения источник света испускает луч в направлении от второй поверхности мобильного вычислительного устройства, при этом оптико-осветительная система содержит по меньшей мере один отражатель, конфигурированный для отражения луча обратно в направлении ко второй поверхности. Устройство может включать в себя пару отражающих поверхностей, каждая из которых конфигурирована для поворота луча на 90°.

В некоторых вариантах осуществления устройство содержит линзу, установленную в корпусе в местоположении между образцом и входным отверстием и конфигурированную так, чтобы образец находился в пределах фокусного расстояния модуля камеры. В общем случае линза конфигурирована для увеличения одного или более изображений, захваченных модулем камеры. В одном из вариантов осуществления изобретения линза содержит шаровую линзу, к которой прикреплены крылья для установки в корпусе.

В некоторых вариантах осуществления устройство содержит прозрачный держатель образца, конфигурированный под прием образца и расположение в приемной части так, чтобы надежно расположить образец в поле обзора камеры. Если образец жидкий, держатель образца в общем случае содержит скользящий элемент, имеющий углубление, сформированное в нем для вмещения образца, и покровное стекло, прикрепленное поверх углубления.

Также в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения предлагается тестер, который содержит мобильное вычислительное устройство, имеющее первую и вторую поверхности и содержащее источник света, испускающий световой луч через выходное отверстие, и модуль камеры, захватывающий изображения через входное отверстие, причем как входное, так и выходное отверстие открывается на второй поверхности мобильного вычислительного устройства. Дополнительно тестер содержит оптическое устройство как описано выше, конфигурированное для надевания поверх мобильного вычислительного устройства так, чтобы приемная часть располагала образец в пределах поля обзора модуля камеры, а оптико-осветительная система была выровнена с источником света.

В одном из вариантов осуществления изобретения мобильное вычислительное устройство представляет собой смартфон.

В общем случае мобильное вычислительное устройство содержит процессор, конфигурированный для обработки захваченных изображений так, чтобы анализировать свойство образца. В некоторых вариантах осуществления образец содержит семенную жидкость, и процессор конфигурирован для анализа характеристики подвижности сперматозоидов в семенной жидкости.

Дополнительно или в альтернативном варианте мобильное вычислительное устройство содержит экран дисплея на первой поверхности мобильного вычислительного устройства, и процессор конфигурирован для представления оценки этого свойства на экране дисплея.

Дополнительно в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается держатель образца, который содержит скользящий элемент, с углублением в поверхности скользящего элемента, и покровное стекло, прикрепленное к скользящему элементе поверх углубления так, чтобы задавать камеру образца, оставляя при этом загрузочную зону углубления непокрытой, так чтобы жидкий образец, помещенный в загрузочную зону, втягивался в камеру образца под действием капиллярности.

В одном из вариантов осуществления изобретения скользящий элемент сформован так, чтобы получить по меньшей мере одну первую канавку, в которую введен адгезив, для крепления покровного стекла к скользящему элементу, и по меньшей мере одну вторую канавку, расположенную между по меньшей мере одной первой канавкой и углублением, так чтобы предотвращать перетекание адгезива из по меньшей мере одной первой канавки в камеру образца.

Также в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предложен способ тестирования, который содержит введение образца в прозрачный держатель образца и введение прозрачного держателя образца с образцом в оптический адаптер. Оптический адаптер надевают поверх мобильного вычислительного устройства, которое содержит источник света, испускающий световой луч через выходное отверстие, и модуль камеры, захватывающий изображения через входное отверстие, так чтобы образец находился в пределах поля обзора модуля камеры. Изображение образца в оптическом адаптере записывают с помощью модуля камеры, освещая образец лучом, испускаемым источником света. Захваченное изображение анализируют в мобильном вычислительном устройстве так, чтобы рассчитать и вывести оценку образца.

В некоторых вариантах осуществления изобретения образец является жидким, и держатель образца содержит скользящий элемент, имеющий углубление, которое сформировано в нем для вмещения образца, и покровное стекло, прикрепленное поверх углубления. В одном из вариантов покровное стекло прикреплено к скользящему элементу поверх углубления так, чтобы задавать камеру образца, оставляя при этом загрузочную зону углубления непокрытой, и введение образца содержит помещение образца в загрузочную зону так, что жидкость втягивается в камеру образца под действием капиллярности.

В одном из вариантов осуществления изобретения мобильное вычислительное устройство представляет собой смартфон, и анализ захваченного изображения содержит обработку захваченного изображения с помощью прикладной программы, работающей на процессоре в смартфоне.

В некоторых вариантах осуществления образец содержит семенную жидкость, и анализ захваченного изображения содержит оценку характеристики подвижности сперматозоидов в семенной жидкости, например, путем вычисления концентрации подвижной спермы.

Сущность настоящего изобретения подробно поясняется в нижеследующем описании на примерах вариантов осуществления, со ссылками на фигуры чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 приведена схематическая эскизная иллюстрация устройства для тестирования согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2А и 2В приведены схематические покомпонентные виды устройства с фиг. 1, показанного с передней и задней сторон устройства, соответственно, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 приведен схематический покомпонентный вид микроскопного адаптера для мобильного вычислительного устройства, используемого в устройстве с фиг. 1, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 приведен схематический разрез, изображающий детали устройства с фиг. 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5 приведен схематический вид спереди тестового скользящего элемента согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 приведена блок-схема, схематически иллюстрирующая способ тестирования спермы согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 7 приведена блок-схема, схематически иллюстрирующая способ автоматической оценки концентрации подвижной спермы согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом высокой встречаемости проблем с мужской оплодотворяющей способностью тестирование спермы должно осуществляться на ранней стадии в большинстве случаев, когда пара сталкивается с трудностями в зачатии. Такое тестирование требует, однако, чтобы мужчина либо эякулировал для получения образца семенной жидкости в лаборатории, что может быть трудно и неудобно, либо спешно доставлял образец из дому в лабораторию, рискуя тем, что сперма может погибнуть по дороге. Описанные здесь варианты осуществления настоящего изобретения решают указанную проблему благодаря автоматическому устройству для тестирования спермы, которым можно удобно и надежно управлять в приватной домашней обстановке. Устройство содержит оптический адаптер, который устанавливается на имеющееся мобильное вычислительное устройство, например смартфон, и превращает устройство в видеомикроскоп. Устройство использует имеющиеся ресурсы мобильного вычислительного устройства, в том числе камеру (и ее внутреннюю оптику), источник освещения, процессор и экран дисплея, за счет чего создается недорогое решение, позволяющее пользователю тестировать свою семенную жидкость дома на любой стадии, даже перед посещением врача.

В раскрытых вариантах осуществления зажимное оптическое адаптерное устройство содержит корпус, который надевается, по меньшей мере, поверх части мобильного вычислительного устройства, например смартфона, где расположены источник света и модуль камеры. Корпус адаптерного устройства имеет приемную часть для образца, например образца семенной жидкости или другого жидкого образца, заключенного в подходящий держатель образца, например прозрачный скользящий элемент. После введения в приемную часть образец располагают в пределах поля обзора и фокусного расстояния модуля камеры вблизи поверхности мобильного вычислительного устройства, на которой расположены входное и выходное отверстия. В раскрытых вариантах осуществления желаемые фокусировка и увеличение образца достигаются с помощью внутренней оптики адаптерного устройства, как описано ниже.

Для захвата подходящего электронного изображения образца для анализа желательно, чтобы образец был подсвечен сзади. Однако во всех распространенных смартфонах, равно как и в других подобных устройствах, выходное отверстие источника света и входное отверстие модуля камеры располагаются на одной и той же поверхности устройства, а не напротив друг друга, как это требуется для задней подсветки. Для этой цели может быть предусмотрен отдельный источник света, однако такой подход увеличивает размеры и стоимость адаптера, а также требует подведения питания к источнику света.

Вместо этого в вариантах осуществления настоящего изобретения применен имеющийся источник света в самом мобильном вычислительном устройстве, с использованием оптико-осветительной системы в корпусе адаптерного устройства для приема и поворота луча, испускаемого источником света, чтобы подсветить образец сзади. Таким образом, модуль камеры (с помощью оптической системы в адаптерном устройстве) захватывает подсвеченные сзади изображения образца, которые обрабатываются мобильным вычислительным устройством, чтобы рассчитать и вывести оценку образца. В общем случае адаптерное устройство содержит также линзу, установленную в корпус в месте между образцом и входным отверстием модуля камеры и увеличивающую изображения, которые захватывает модуль камеры.

Зажимной адаптер такого типа, который использует источник света и модуль камеры в смартфоне или другом мобильном вычислительном устройстве, может оказаться полезным в различных способах автоматизированного тестирования. Таким образом, вариантами осуществления настоящего изобретения также предусмотрен способ, в котором образец вводят в прозрачный держатель образца, прозрачный держатель образца вместе с образцом вводят в оптический адаптер, и оптический адаптер надевают поверх мобильного вычислительного устройства. (В альтернативном варианте адаптер можно сначала надевать на мобильное вычислительное устройство, затем вводить держатель образца в адаптер.) Модуль камеры захватывает одно или более электронных изображений образца, который подсвечивается лучом, испускаемым источником света в смартфоне. Прикладная программа, исполняемая на мобильном вычислительном устройстве, включает источник света и модуль камеры и инициирует анализ изображений процессором, чтобы рассчитать и вывести оценку образца.

В раскрытом варианте осуществления изобретения образец содержит семенную жидкость, как указано выше, и процессор оценивает подвижность сперматозоидов в семенной жидкости. В предпочтительном варианте процессор может рассчитать и вывести оценку характеристики подвижности сперматозоидов, например концентрацию подвижной спермы (MSC, называемую также в некоторых публикациях количеством подвижных сперматозоидов), которая представляет собой концентрацию спермы, умноженную на подвижность спермы в процентном отношении (деленную на 100). Поскольку MSC объединяет в себе два этих параметра, она служит лучшим индикатором скрининга проблем с оплодотворяющей способностью, чем только концентрация или подвижность спермы.

На фиг. 1 приведена схематическая эскизная иллюстрация устройства 20 для тестирования согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 20 содержит мобильное вычислительное устройство в виде смартфона 24, который может относиться к любому подходящему типу предшествующего уровня техники. Адаптерное оптическое устройство 22 надевается на верхнюю часть смартфона 24. Держатель образца в виде тестового скользящего элемента 26 вводят в адаптерное устройство так, чтобы расположить образец, который в нем содержится, в пределах поля обзора и фокусного расстояния модуля камеры в смартфоне 24 (на последующих фигурах чертежей показана внутренняя оптика в адаптерном устройстве 22).

Процессор (не показан) в смартфоне 24 анализирует изображения, захваченные модулем камеры, чтобы выполнить оценку образца, и выводит оценку на экран 28 дисплея. Изображения, захваченные модулем камеры, обозначены здесь равноценно как «электронные изображения» или «видеоизображения». Для большей ясности последующего описания термин «первая поверхность» по отношению к смартфону 24 использован для обозначения той стороны смартфона, на которой расположен экран 28 дисплея, тогда как противоположная сторона, обращенная к странице фиг. 1, обозначена как «вторая поверхность».

Хотя настоящий вариант осуществления изобретения и фигуры чертежей в данной патентной заявке относятся к конкретному типу смартфона, признаки этого варианта могут быть адаптированы, с необходимыми изменениями, для работы со смартфонами других типов и конструкций, а также с другими мобильными устройствами, имеющими подходящие возможности визуализации и вычисления, такими как планшеты и ноутбуки. Подразумевается, что все такие альтернативные варианты исполнения включены в объем настоящего изобретения.

На фиг. 2А и 2В приведены схематические покомпонентные виды устройства 20, показанного с передней и задней сторон, соответственно, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как отмечалось ранее, на фиг. 2А показана «первая поверхность» смартфона 24, тогда как на фиг. 2В показана «вторая поверхность». Смартфон содержит модуль 27 камеры и источник 29 света, которые соответственно имеют входное отверстие и выходное отверстие вблизи друг друга на второй поверхности смартфона. Адаптерное устройство 22 надевается на конец смартфона 24 и закрывает входное и выходное отверстия модуля 27 камеры и источника света 29.

Тестовый скользящий элемент 26 вставляют в приемную часть 31, которая имеет форму щелевого отверстия в корпусе адаптерного устройства 22. В альтернативном варианте приемную часть 31 можно сконфигурировать под прием образцов и держателей образца, изготовленных из соответствующих прозрачных материалов и имеющих любые подходящие размеры и форму.

На фиг. 3 приведен схематический покомпонентный вид адаптерного устройства 22 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 22 содержит корпус 30, который в общем случае изготовлен из формованной пластмассы и содержит щелевое отверстие для приемной части 31. В корпус вставлены пружины 32 для надежного и точного удержания скользящего элемента 26 в приемной части так, чтобы образец находился в поле обзора и фокусном расстоянии модуля 27 камеры. На заднюю часть корпуса 30 установлен держатель 34 зеркал, удерживающий пару зеркал 36 и 38, работа которых в качестве оптико-осветительной системы в устройстве 22 описана ниже со ссылками на фиг. 4.

Шаровая линза 40, удерживаемая между парными держателями 42 линзы, установлена в корпус 30 в месте между образцом, удерживаемым скользящим элементом 26, и входным отверстием модуля 27 камеры. Пружины 32 удерживают скользящий элемент 26 на фиксированном точном расстоянии от линзы 40. Линза 40 служит для увеличения изображений образца, захваченных модулем камеры. Держатели 42 линзы имеют форму крыльев, выступающих с обеих сторон от шаровой линзы 40, не перекрывая небольшого диафрагменного отверстия сферической линзы. В альтернативном варианте шаровая линза и крылья могут быть сформованы вместе из одного куска оптической пластмассы или стекла. В общем случае шаровая линза 40 имеет диаметр около 2 мм, хотя в альтернативном варианте могут использоваться элементы большего или меньшего размера. Кроме того, в альтернативном варианте шаровая линза 40 может быть заменена другой увеличительной оптикой, например миниатюрной простой линзой (сферический или асферической) или же составной линзой, в зависимости от необходимого увеличения и других требований к оптике.

На фиг. 4 приведен схематический разрез, подробно изображающий устройство 20 и, в частности, адаптерное устройство 22 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Этот чертеж иллюстрирует функциональность элементов, которые были описаны выше со ссылкой на фиг. 3. Источник 29 света испускает луч 54 подсветки в направлении от второй поверхности смартфона 24. Луч 54 отражается обратно в направлении к входному отверстию модуля 27 камеры на второй поверхности смартфона посредством отражающих поверхностей зеркал 36 и 38, каждая из которых поворачивает луч на 90°. В изображенных вариантах осуществления зеркала 36 и 38 содержат отражатели фронтальной поверхности. В альтернативном варианте вместо зеркал 36 и 38 можно использовать один или более отражателей иной конструкции, таких как подходящая призма с отражающими гранями, или же пропускающая оптика, например криволинейный световод.

После отражения от зеркал 36 и 38 луч 54 подсвечивает сзади образец 56, удерживаемый скользящим элементом 26. Шаровая линза 40 создает увеличенное изображение образца в плоскости датчика изображения модуля 27 камеры. Смартфон 24 захватывает и обрабатывает изображение, как описано ниже.

На фиг. 5 приведен схематический вид спереди тестового скользящего элемента 26 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Скользящий элемент 26 содержит прозрачную пластмассу или стекло, сформованные или изготовленные иным образом так, чтобы задавать углубление 58, в общем случае имеющее глубину приблизительно 100 мкм, в поверхности скользящего элемента, где должен удерживаться жидкий образец. В альтернативном варианте углубление может быть сформировано, например, путем осаждения слоя подходящего двустороннего адгезива толщиной приблизительно 100 мкм на поверхность скользящего элемента вокруг области, которая должна удерживать образец. Прозрачное покровное стекло 60, в общем случае имеющее толщину 0,3 мм, прикрепляют к скользящему элементу поверх углубления (сформованным или сформированным двусторонним адгезивом или другими средствами) так, чтобы задать камеру образца, выровненную с шаровой линзой 40 как показано на этой фигуре. Покровное стекло 60 размещено так, что загрузочная зона 62 углубления 58 остается непокрытой. Соответственно, когда жидкий образец помещен в загрузочную зону 62, жидкость втягивается в камеру образца под действием капиллярности. Затем тестовый скользящий элемент 26 можно загрузить в приемную часть 31 для визуализации образца.

Конструкция тестового скользящего элемента 26 обеспечивает расположение контролируемого и известного объема семенной жидкости в поле обзора модуля 27 камеры, что облегчает надежную визуализацию и оценку.

В общем случае покровное стекло 60 наклеивают на скользящий элемент 26. Для этой цели скользящий элемент может быть сформован так, чтобы задавать одну или более канавок 64, в которые вводится адгезив перед наложением покровного стекла на скользящий элемент. После отверждения (например, ультрафиолетовым излучением) адгезив крепит покровное стекло к скользящему элементу. Чтобы предотвратить перетекание адгезива из канавок 64 в камеру образца, можно сформовать одну или более дополнительных канавок 66 в местах между канавками 64 и выемкой 58. В альтернативном варианте, как указывалось выше, покровное стекло можно поместить поверх формованного двустороннего адгезива, образующего углубление 58.

Конструкция скользящего элемента 26 и его размеры показаны и описаны здесь в качестве примера. В альтернативных вариантах осуществления (не показаны на фигурах чертежей) адаптерное устройство 22 может вмещать в себе держатели образца других размеров и конструкций.

На фиг. 6 приведена блок-схема, схематически иллюстрирующая способ тестирования спермы согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В целях удобства и ясности данный способ описан применительно к устройству 20, однако сходным образом применим при использовании мобильных вычислительных устройств с другими типами адаптеров и образцов.

Пользователь начинает процедуру с предварительного этапа установки прикладной программы для тестирования в смартфоне 24. Программа может быть загружена с веб-сайта или «магазина приложений» как это известно из предшествующего уровня техники. Она содержит пользовательский интерфейс, который руководит пользователем при выполнении теста и принимает от пользователя требуемые входные данные, а также, по мере необходимости, компоненты драйверов для работы с модулем 27 камеры, источником 29 света и экраном 28 дисплея. Прикладная программа также содержит компоненты обработки и анализа изображений, которые анализируют изображения образца, захваченные модулем камеры, и рассчитывают результаты теста.

Когда приложение уже установлено, пользователь собирает и подготавливает образец семенной жидкости на этапе 70 подготовки образца. Для этой цели пользователь может смешивать семенную жидкость с разжижающим компонентом, например химотрипсином, чтобы уменьшить ее вязкость. Пользователь вводит небольшое количество образца в загрузочную зону 62 на этапе 72 передачи образца, после чего образец втягивается в камеру, заданную углублением 58, на этапе 72 передачи образца. Например, пользователь может втянуть небольшое количество разжиженной семенной жидкости в капиллярную трубку, затем поместить конец капиллярной трубки в загрузочную зону так, чтобы семенная жидкость заполнила камеру образца.

Пользователь вводит скользящий элемент 26 с образцом в приемную часть 42 оптического адаптерного устройства 22 так, что скользящий элемент прочно удерживается по месту, на этапе 74 введения скользящего элемента. Затем пользователь зажимает устройство 22 поверх конца смартфона 24 как показано на предыдущих фигурах чертежей, на этапе 76 надевания устройства. В альтернативном варианте порядок этапов 74 и 76 может быть противоположным. В любом случае образец теперь готов к визуализации. Пользователь указывает приложению для тестирования в смартфоне 24, что образец установлен, нажимая элемент управления, представленный на экране 28, на этапе 78 запуска измерений. Этот этап является причиной того, что приложение включает источник 29 света и приводит в действие модуль 27 камеры для захвата одного или более изображений образца. Компонент обработки изображений приложения инициирует обработку электронных изображений в мобильном вычислительном устройстве с помощью процессора в смартфоне 24 так, чтобы рассчитать и вывести оценку образца. Обработка, выполняемая на этом этапе, описана подробнее ниже со ссылкой на фиг. 7.

По завершении обработки захваченных изображений смартфон 24 выводит результаты, в общем случае посредством экрана 28 дисплея, на этапе 80 вывода данных. Результаты измерений, например MSC, могут быть выведены в виде числового значения. В качестве альтернативы или дополнительно может оказаться предпочтительным просто сообщить диапазон, в который попадает результат, так чтобы указать пользователю, просматривающему дисплей, есть ли причина для беспокойства. Например, в случае MSC, результат можно сообщить пользователю как «в норме», если он не ниже 6 млн/мл, или как «ниже нормы», если он ниже 6 млн/мл. В последнем случае пользователю может быть предложено повторить тест и обратиться к врачу, если MSC снова окажется низкой.

На фиг. 7 приведена блок-схема, схематически иллюстрирующая способ автоматической оценки подвижности спермы согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Исполнение этого способа начинается, когда пользователь инициирует процесс измерения на этапе 78 (фиг. 6). Как отмечалось выше, на этом этапе начинает работать источник 29 света, и модуль 27 камеры захватывает последовательность изображений освещенного фоновой подсветкой образца, в общем случае при установке высокого разрешения. Смартфон 24, работающий под управлением вышеупомянутой прикладной программы, ожидает результирующих видеоизображений, чтобы осуществить стабилизацию на этапе 90 стабилизации. Ожидание стабилизации играет положительную роль, поскольку функция автофокусировки в смартфоне требует времени для получения оптимальной видеофокусировки в ходе работы модуля камеры. Процессор смартфона может просто ожидать предварительно заданное время, например 20 секунд, на этапе 90. В альтернативном варианте прикладная программа может получать сигнал обратной связи от модуля 27 камеры, указывающий, что автофокусировка зафиксирована, и только в этот момент она начнет захват изображений для анализа.

В пределах стабильного видеоизображения процессор смартфона выбирает зону, на которой представлен наиболее четкий вид клеток спермы для анализа, на этапе 92 выбора зоны исследования (ROI, ЗИ). Авторы изобретения обнаружили, что ЗИ 700×700 пикселей удобна для анализа и дает надежные результаты. Процессор пытается выбрать ЗИ с хорошим качеством фокусировки и контрастностью. Для этой цели, например, процессор может разыскивать максимальный градиент в изменениях уровня серого на каждом пикселе с течением времени (по всем обработанным кадрам изображения) и определять максимальный градиент по всем пикселям. Процессор идентифицирует все пиксели в захваченном видеопотоке, которые имеют градиент по меньшей мере 50% от максимального градиента по меньшей мере один раз в последовательности изображений. После этого в качестве ЗИ выбирают зону 700×700 пикселей, центрированную по центру тяжести всех идентифицированных пикселей с высоким градиентом.

Затем прикладная программа инициирует выявление процессором смартфона пикселей внутри ЗИ, которые могут принадлежать клеткам спермы, на этапе 94 выявления пикселей. Пиксели, принадлежащие клеткам спермы, определяются как темные пиксели, окруженные областью более светлых пикселей. Эти темные пиксели выявляются сначала путем определения яркости фоновой среды и зон, в которых подозревается наличие клеток спермы, а затем применением этого критерия яркости для сортировки пикселей в изображениях.

Процессор агрегирует выявленные им потенциальные пиксели спермы в пятна на этапе 96 агрегирования пикселей. На этом этапе могут использоваться способы обработки изображений, известные в предшествующем уровне техники для идентификации связных компонентов. В общем случае группы смежных пикселей спермы снабжаются метками для идентификации их в качестве «пятен», и эти пятна фильтруют по размеру, чтобы классифицировать в качестве клеток спермы лишь пятна определенного минимального размера. В каждом изображении процессор помечает центр каждого пятна, удовлетворяющего этим критериям.

Процессор подсчитывает количество движущейся спермы в каждом кадре изображения, сравнивая местоположение каждого пятна по отношению к его местоположению на предыдущем кадре, на этапе 98 подсчета движения. Если обнаружено, что какое-то пятно совершило движение, количество движения спермы увеличивается на единицу. Таким образом, общее число пятен, которые совершили движение, дает количество движений для каждого кадра. Затем процессор высчитывает численность подвижных сперматозоидов по среднему количеству движущихся пятен на один кадр изображения на этапе 100 расчета подвижности. Эта величина масштабируется с учетом объема семенной жидкости, содержащейся в ЗИ, для получения фактического значения MSC, как определено выше. Результат выводится на экран 28 на этапе 80 (фиг. 6).

В альтернативном варианте при анализе последовательности изображений образца, захваченных модулем 27 камеры, применимы другие способы обработки изображений, известные из уровня техники. Эти альтернативные способы, а также вышеописанный способ, применимы не только при расчете MSC, но и при выведении лишь мер численности сперматозоидов и/или подвижности, а также анализе других качеств семенной жидкости и других видов образцов.

Хотя вышеописанные варианты осуществления изобретения относятся именно к тестированию спермы и, конкретно, к оценке MSC, принципы настоящего изобретения сходным образом применимы при тестировании образцов других типов с использованием возможностей существующих мобильных вычислительных устройств. Следует отметить, что вышеописанные варианты осуществления раскрыты в качестве частных примеров, и что настоящее изобретение не ограничивается непосредственно тем, что изображено и описано выше. Напротив, в объем настоящего изобретения входят комбинации и частичные комбинации различных раскрытых здесь признаков, равно и как их варианты и модификации, которые будут выведены специалистами по прочтении вышеизложенного и которые до сих пор не известны из уровня техники.

Изобретение относится в целом к оптическому контролю образцов, в частности к автоматизированным способам и устройствам для захвата и анализа электронных изображений образцов. Заявленное оптическое устройство содержит корпус, конфигурированный для надевания поверх по меньшей мере части мобильного вычислительного устройства, имеющего первую и вторую поверхности и содержащего источник света, испускающий световой луч через выходное отверстие и направляющий световой луч в направлении от второй поверхности мобильного вычислительного устройства, и модуль камеры, захватывающий изображения через входное отверстие. Причем как входное, так и выходное отверстия открываются на второй поверхности мобильного вычислительного устройства. Также оптическое устройство содержит приемную часть в корпусе, конфигурированную для приема и расположения образца вблизи второй поверхности мобильного вычислительного устройства в пределах поля обзора модуля камеры, и оптико-осветительную систему, конфигурированную для приема и поворота луча, испускаемого источником света. Оптико-осветительная система содержит пару отражающих поверхностей, каждая из которых конфигурирована для поворота луча на 90° и каждая из которых конфигурирована отражать луч обратно в направлении ко второй поверхности мобильного вычислительного устройства так, чтобы подсветить образец сзади, в то время как модуль камеры захватывает одно или более изображений подсвеченного сзади образца. Технический результат – обеспечение возможности тестирования семенной жидкости в домашних условиях на любой стадии. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Оптическое устройство, содержащее:

корпус, конфигурированный для надевания поверх по меньшей мере части мобильного вычислительного устройства, имеющего первую и вторую поверхности и содержащего источник света, испускающий световой луч через выходное отверстие и направляющий световой луч в направлении от второй поверхности мобильного вычислительного устройства, и модуль камеры, захватывающий изображения через входное отверстие, причем как входное, так и выходное отверстия открываются на второй поверхности мобильного вычислительного устройства;

приемную часть в корпусе, конфигурированную для приема и расположения образца вблизи второй поверхности мобильного вычислительного устройства в пределах поля обзора модуля камеры; и

оптико-осветительную систему, конфигурированную для приема и поворота луча, испускаемого источником света, причем оптико-осветительная система содержит пару отражающих поверхностей, каждая из которых конфигурирована для поворота луча на 90° и каждая из которых конфигурирована отражать луч обратно в направлении ко второй поверхности мобильного вычислительного устройства так, чтобы подсветить образец сзади, в то время как модуль камеры захватывает одно или более изображений подсвеченного сзади образца.

2. Устройство по п. 1, содержащее линзу, установленную в корпус в местоположении между образцом и входным отверстием и конфигурированную так, чтобы образец находился в пределах фокусного расстояния модуля камеры.

3. Устройство по п. 2, причем линза конфигурирована для увеличения одного или более изображений, захваченных модулем камеры.

4. Устройство по п. 2, причем линза содержит шаровую линзу, к которой прикреплены крылья для установки в корпусе.

5. Устройство по п. 1, содержащее прозрачный держатель образца, конфигурированный под прием образца и расположение в приемной части так, чтобы надежно располагать образец в поле обзора камеры.

6. Устройство по п. 5, причем образец является жидким, при этом держатель образца содержит скользящий элемент, имеющий углубление, сформированное в нем для вмещения образца, и покровное стекло, прикрепленное поверх углубления.

7. Устройство для тестирования, содержащее:

мобильное вычислительное устройство, имеющее первую и вторую поверхности и содержащее источник света, испускающий световой луч через выходное отверстие, и модуль камеры, захватывающий изображения через входное отверстие, причем как входное, так и выходное отверстия открываются на второй поверхности мобильного вычислительного устройства; и

оптическое устройство по любому из пп. 1-6, конфигурированное для надевания поверх мобильного вычислительного устройство так, чтобы приемная часть располагала образец в пределах поля обзора модуля камеры, а оптико-осветительная система была выровнена с источником света.

8. Устройство по п. 7, причем мобильное вычислительное устройство представляет собой смартфон.

9. Устройство по п. 7 или 8, причем мобильное вычислительное устройство содержит процессор, конфигурированный для обработки захваченных изображений так, чтобы анализировать свойство образца.

10. Устройство по п. 9, причем образец содержит семенную жидкость, при этом процессор конфигурирован для анализа характеристики подвижности сперматозоидов в семенной жидкости.

11. Устройство по п. 9, причем мобильное вычислительное устройство содержит экран дисплея на первой поверхности мобильного вычислительного устройства, при этом процессор конфигурирован для представления оценки свойства на экране дисплея.

12. Способ тестирования, содержащий:

введение образца в прозрачный держатель образца;

введение прозрачного держателя образца с образцом в оптический адаптер;

надевание оптического адаптера поверх мобильного вычислительного устройства, содержащего источник света, испускающий световой луч через выходное отверстие, и модуль камеры, захватывающий изображения через входное отверстие, так чтобы расположить образец в пределах поля обзора модуля камеры,

причем мобильное вычислительное устройство имеет первую и вторую поверхности, при этом как входное, так и выходное отверстия открываются на второй поверхности, причем источник света направляет луч света в направлении от второй поверхности мобильного вычислительного устройства, и

при этом оптический адаптер содержит оптико-осветительную систему, содержащую пару отражательных поверхностей, каждая из которых конфигурирована для поворота луча на 90° так, что оптико-осветительная система принимает и поворачивает луч, испускаемый источником света, так чтобы подсветить образец сзади;

захват изображения образца в оптическом адаптере с помощью модуля камеры при освещении образца сзади лучом, испускаемым источником света и поворачиваемый оптико-осветительной системой; и

анализ захваченного изображения в мобильном вычислительном устройстве так, чтобы рассчитать и вывести оценку образца.

13. Способ по п. 12, причем захват изображения содержит применение линзы, установленной в оптический адаптер в местоположении между образцом и входным отверстием модуля камеры так, чтоб формировать изображение образца в пределах фокусного расстояния модуля камеры.

14. Способ по п. 13, причем применение линзы содержит увеличение изображения.

15. Способ по любому из пп. 12-14, причем образец является жидким, при этом держатель образца содержит скользящий элемент, имеющий углубление, сформированное в нем для вмещения образца, и покровное стекло, закрепленное поверх углубления.

16. Способ по п. 15, причем покровное стекло прикрепляют к скользящему элементу поверх углубления так, чтобы задать камеру образца, оставляя при этом загрузочную зону углубления непокрытой, при этом введение образца содержит помещение образца в загрузочную зону так, чтобы жидкость втягивалась в камеру образца под действием капиллярности.

17. Способ по любому из пп. 12-14, причем мобильное вычислительное устройство представляет собой смартфон.

18. Способ по п. 17, причем анализ захваченного изображения содержит обработку захваченного изображения с помощью прикладной программы, работающей на процессоре в смартфоне.

19. Способ по любому из пп. 12-14, причем образец содержит семенную жидкость, при этом анализ захваченного изображения содержит оценку характеристики подвижности сперматозоидов в семенной жидкости.

20. Способ по п. 19, причем оценка характеристики подвижности содержит вычисление концентрации подвижной спермы.

21. Способ по любому из пп. 12-14, причем анализ захваченного изображения содержит представление оценки образца на экране дисплея мобильного вычислительного устройства.