上轉換發(fā)光免疫層析檢測裝置和檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及上轉換發(fā)光免疫層析檢測，特別是一種上轉換發(fā)光免疫層析檢測裝置 和檢測方法。
【背景技術】
[0002] 上轉換發(fā)光是將長波長輻射轉換為短波長輻射的特殊發(fā)光機制，具有上轉換發(fā)光 現(xiàn)象的特殊材料被稱為上轉換磷光材料（Up-Converting phosphor，簡稱UCP)，該材料在紅 外光的激發(fā)下可發(fā)射出可見光。
[0003] 上轉換發(fā)光免疫層析檢測技術是一種以上轉換發(fā)光材料為標記物的固相標記免 疫層析檢測技術。生物樣品中的目標檢測物與UCP顆粒相結合后形成目標被檢物-UCP顆 粒結合物，在層析過程中通過免疫反應被固定在固相載體表面，并在紅外光激發(fā)下發(fā)射出 可見光，通過對可見光的定量檢測和分析，即可得出生物樣品中目標檢測物的濃度。上轉換 發(fā)光免疫層析檢測技術具有靈敏度高、靈活性大、特異性強、檢測速度快、所需樣品量少等 特點，現(xiàn)已被廣泛應用于臨床檢驗、食品安全、生物安全、違禁藥品篩查等諸多領域。
[0004] 在先技術1 "上轉換磷光免疫層析試紙條檢測系統(tǒng)"（專利【申請?zhí)枴?200510030549. 6)和在先技術2 "上轉換發(fā)光免疫層析分析儀及檢測方法"（專利【申請?zhí)枴?201410345156. 3)中，均采用紅外半導體激光器作為激發(fā)光源，半導體激光器發(fā)射的紅外 光照射在試紙條上以激發(fā)UCP顆粒，試紙條發(fā)光圖像被圖像傳感器采集，通過對采集到的 發(fā)光圖像進行分析與處理，實現(xiàn)對目標檢測物濃度的測量。但在先技術1和2存在以下不 足：
[0005] 1)照射在試紙條上的激發(fā)光斑的照明均勻性未校正，降低了檢測結果的準確性。
[0006] 2)采用紅外半導體激光器作為激發(fā)光源，成本較高。
[0007] 除此以外，在先技術3 "金標條閱讀儀及檢測方法"（專利【申請?zhí)枴?201310213501. 3)中，采用硬件和軟件兩方面來消除照明不均勻性的影響，即對照明均勻性 進行被動的校正，而未主動對照明均勻性進行調(diào)節(jié)，主要存在以下不足：
[0008] 1)采用勻光板對多個LED出射光均勻化，勻光板會對LED出射光功率衰減，所以此 種方法不能用于對光功率具有較高要求的熒光檢測儀器的照明光路中。而且，勻光板對光 束均勻化的效果非常有限。
[0009] 2)采集照明均勻性校正試紙條的圖像，用待測金標試紙條圖像直接除以照明均勻 性校正試紙條圖像以得到相對圖像。由于照明均勻性校正試紙條是一個空白試紙條，其圖 像中各點像素灰度值很高，所以相對圖像中每個像素的值均小于1。受到控制模塊中處理器 計算位數(shù)的限制，在先技術3得到的被檢物濃度的精度將會降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種上轉換發(fā)光免疫層析檢測 裝置及檢測方法。該發(fā)明試紙條上的光功率密度較均勻，提高了檢測結果的準確性。
[0011] 本發(fā)明的技術解決方案如下：
[0012] -種上轉換發(fā)光免疫層析檢測裝置，包括照明單元、成像單元、控制單元、試紙條 和試紙條承載框，其特點在于：
[0013] 所述的照明單元包括2η個LED模組，η為大于零的整數(shù)，每個LED模組由一個 LED、一個散熱片、一個聚光透鏡和一個柱面鏡組成。2n個LED模組分為兩部分，每部分均包 括η個LED模組，而且鏡像分布在所述的待測試紙條的檢測帶和質控帶的等距離線的兩側。 在每個LED模組中，所述的散熱片緊貼在LED后部助其散熱，LED發(fā)出的光依次通過所述的 聚光透鏡和所述的柱面鏡后投射在所述的待測試紙條上。每個LED模組中，LED位于所述 的聚光透鏡的前焦面上，所述的聚光透鏡將LED的出射光進行會聚以減小其發(fā)散角，所述 的柱面鏡的母線方向與待測試紙條上功能帶的長軸方向平行，所述的柱面鏡可將LED經(jīng)過 所述的聚光透鏡會聚后的光進一步地沿著試紙條功能帶的長軸方向進行一維會聚，從而最 終使得LED照射到所述的待測試紙條上光斑的長軸方向與試紙條功能帶的長軸方向一致。 而且，所述的鏡像分布在待測試紙條檢測帶與質控帶的等距離線兩側的每個LED模組投射 在待測試紙條上的光斑均覆蓋了待測試紙條上的檢測帶和質控帶區(qū)域。
[0014] 所述的成像單元包括前透鏡組、濾光片、后透鏡組和圖像傳感器，所述的待測試紙 條位于所述的成像單元的物面上，所述的圖像傳感器位于所述的成像單元的像面上。所述 的待測試紙條的功能帶上發(fā)出的光依次通過所述的前透鏡組、所述的濾光片和所述的后透 鏡組后最終成像在所述的圖像傳感器的光敏面上。所述的濾光片用于濾除所述的照明單元 中LED的出射光而只允許UCP顆粒發(fā)出的可見光通過。所述的圖像傳感器能響應所述的待 測試紙條功能帶上UCP顆粒發(fā)出的可見光，亦能響應所述的照明單元中LED的出射光。
[0015] 所述的圖像傳感器在所述的控制單元控制下輸出所述的待測試紙條的發(fā)光圖像。
[0016] 所述的控制單元主要用于：控制所述的LED模組中的各個LED的光功率；采集所 述的圖像傳感器輸出的發(fā)光圖像；進行數(shù)據(jù)處理并得到滴加在所述的待測試紙條上的目 標被檢物的濃度。
[0017] 所述的試紙條承載框用于承載待測試紙條，并使得所述的待測試紙條位于所述的 成像單元的物面上。所述的試紙條承載框表面與所述的成像單元光軸垂直，并使所述的待 測試紙條檢測帶和質控帶等距離線的中點位于所述的成像單元的光軸上。
[0018] 所述的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條是一個空白試紙條。
[0019] 本發(fā)明上轉換發(fā)光免疫層析檢測裝置所使用的檢測方法如下：
[0020] 1)微調(diào)所述的照明單元中各個LED的出射光功率，使所述的待測試紙條上的光功 率密度分布均勻性調(diào)整至可接受的范圍內(nèi)；
[0021] ①將所述的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條放置在所述的試紙條承載框上，并將所述 的濾光片從所述的成像單元中取出；
[0022] ②所述的控制單元采集所述的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條圖像；
[0023] ③以所述的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條圖像的中心像素的灰度值作為基準，將圖 像中每個像素點的灰度值除以中心像素點的灰度值，得到均勻性校正的相對圖像，其中所 述的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條圖像的中心像素是指該圖像中位于中心位置的像素；
[0024] ④使均勻性校正相對圖像中每個像素的相對灰度值減去1獲得相對偏差圖像數(shù) 據(jù)，如果對應像素點的相對偏差圖像數(shù)據(jù)大于e%或者小于_e%，則微調(diào)距離此像素最近 的LED的出射光功率，使對應像素點的相對偏差圖像數(shù)據(jù)處于[_e%，e% ]之間；
[0025] ⑤再次采集所述的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條的圖像；
[0026] ⑥重復上述③、④和⑤，直到相對偏差圖像數(shù)據(jù)中與每個像素對應的值均處于 [_e%，e% ]之間；
[0027] ⑦所述的控制單元保存均勻性校正相對圖像數(shù)據(jù)，將所述的濾光片放進所述的成 像單元內(nèi)，并使所述的濾光片的光軸與所述的成像單元的光軸重合；
[0028] 2)對待測試紙條進行檢測：
[0029] ①將所述的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條從在所述的試紙條承載框上取下，將待測 試紙條放置在所述的試紙條承載框上；
[0030] ②所述的控制單元采集所述的待測試紙條的圖像；
[0031] ③所述的控制單元采集到的所述的待測試紙條的圖像數(shù)據(jù)除以所述的控制單元 保存的均勻性校正相對圖像數(shù)據(jù)得到待測試紙條均勻性補償圖像，提取待測試紙條均勻性 補償圖像中檢測帶和質控帶區(qū)域的像素點的灰度值，計算所提取出檢測帶和質控帶兩個區(qū) 域中像素點的灰度值均值，分別記為S#P S e，并計算待測試紙條均勻性補償圖像中檢測帶 和質控帶兩區(qū)域之外的像素點的灰度值均值Nb，根據(jù)公??
I到檢測結果，最 后將檢測結果保存并輸出。
[0032] 本發(fā)明與在先技術相比有以下技術效果：
[0033] 1、采用多個紅外LED照明試紙條，且每個LED的出射光經(jīng)聚光透鏡和柱面鏡后均 會覆蓋試紙條上功能帶區(qū)域，這有利于試紙條上獲得相對較均勻的光功率密度，也簡化了 后續(xù)調(diào)節(jié)LED出射光功率的工作量。
[0034] 2、對照射到試紙條上的紅外激發(fā)光光斑進行光功率密度分布均勻性的調(diào)整，從而 提尚檢測結果的準確性。
[0035] 3、對采集到的待測試紙條發(fā)光圖像進行均勻性補償，可進一步提高檢測結果的準 確性。
[0036] 4、采用價格低廉的LED作為照明光源，能較大幅度降低裝置的成本。
[0037] 5、經(jīng)過照明均勻性校正后的待測試紙條均勻性補償圖像與原始獲得的待測試紙 條圖像相比像素灰度值改動不大，很好地保留了原始信號的大小，有利于獲得較高計算精 度的結果。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發(fā)明上轉換發(fā)光免疫層析檢測裝置的結構示意圖。
[0039] 圖2是本發(fā)明采用的激發(fā)光斑均勻性校正試紙條結構示意圖。
[0040] 圖3是本發(fā)明采用的待測試紙條的結構示意圖。
[0041] 圖4是本發(fā)明中激發(fā)光斑均勻性校正流程圖。
[0042] 圖5是本發(fā)明對待測試紙條開展檢測的流程圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范 圍。
[0044] 請參閱圖1，圖1是本發(fā)明上轉換發(fā)光免疫層析檢測裝置的結構示意圖，本發(fā)明上 轉換發(fā)光免疫層析檢測裝置包括照明單元1、成像單元2、控制單元3、試紙條4和試紙條承 載框5,所述的照明單元1包括2n個LED模組，η為大于零的整數(shù)，每個LED模組包括一個 LED 101、一個散熱片102、一個聚光透鏡103和一個柱面鏡104。2n個LED模組分為兩部分， 每部分均包括η個LED模組，而且鏡像分布在所述的試紙條4的檢測帶402和質控帶401 的等距離線404的兩側。在每個LED模組中，所述的散熱片102緊貼在LED 101后部助其 散熱，LED 101發(fā)出的光依次通過所述的的聚光透鏡103和所述的柱面鏡104后投射在所 述的試紙條4上。每個模組中，所述的的LED 101位于所述的的聚光透鏡103的前焦面上， 所述的聚光透鏡103將LED 101的出射光進行會聚。所述的的柱面鏡104的母線方向與試 紙條4上功能帶的長軸方向平行，所述的的柱面鏡104可將所述的LED 101經(jīng)過所述的聚 光透鏡103會聚后的光進一步地沿著所述的試紙