CN1851458A - 侧流化验系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在一个方面中，本发明公开了一种诊断测试系统，包括壳体、读取器和数据分析器。壳体包括用于接收测试带的端口。读取器从检测区的被曝光来进行光学检查的区域的局部区域获取可区分的光强测量值，其中局部区域的每一个由小于第一尺寸的至少一个表面尺寸所表征。数据分析器识别光强测量值中从至少一个测试区域获取的多个光强测量值，并且从识别出的多个光强测量值计算至少一个参数。在另一个方面中，读取器从检测区的曝光表面区域的多个相应区域中的每一个获取各组光强测量值，并且数据分析器从多组光强测量值中的至少一组计算至少一个参数。

Description

侧流化验系统和方法
技术领域
本发明涉及侧流化验系统和方法。
背景技术
侧流化验测试套具现在可用于测试大量的医学和环境条件或化合物，例如荷尔蒙、代谢产物、毒素或者从病原体获取的抗原。图1示出了典型的侧流测试带10，其包括在公共基底22上的样品接收区12、标识区(labeling zone)14、检测区15和吸收剂区20。这些区12-20通常由允许液体通过毛细作用从样品接收区12流动到吸收剂区20的材料(例如，经化学处理的硝化纤维)制成。检测区15包括用于检测液体样品中目标分析物的存在的测试区域16和用于指示化验测试完成的控制区域18。
图2A和2B示出了由测试带10的示例性实现所进行的化验。流体样品24(例如，血、尿或唾液)被涂抹到样品接收区12。在图2A和2B示出的示例中，液体样品24包括目标分析物26(即，能够被测试带10所化验的分子或化合物)。毛细作用将液体样品24向下游吸到标识区14中，标识区14包含用于间接标识目标分析物16的物质28。在图示示例中，标识物质28由具有附属染色分子32的免疫球蛋白30组成。免疫球蛋白30特定地结合目标分析物26以形成标识目标分析物合成物。在其他一些实现方案中，标识物质28是特定地结合目标分析物26以形成标识目标分析物合成物的非免疫球蛋白标识化合物。
标识目标分析物合成物与过量的标识物质一起沿着侧流路径被运送到测试区域16中，测试区域16包含能够特定地结合目标分析物26的固定化合物34。在图示示例中，固定化合物34是特定地结合标识目标分析物合成物并由此将标识目标分析物合成物保持在测试区域16中的免疫球蛋白。通常通过测试区域16可在视觉上检测出的着色(其作为测试区域16中标识物质蓄积的结果而出现)来证明样品中标识分析物的存在。
控制区域18通常被设计来指示化验已经进行至完成。控制区域18中的化合物35结合并保持标识物质28。在已经蓄积足够量的标识物质28后，在控制区域18中标识物质28通常变得可视。当样品中不存在目标分析物26时，测试区域16将不会着色，而控制区域18将被着色来指示已经进行了化验。吸收剂区20捕获过量的液体样品24。
虽然上述类型的侧流化验设备的视觉检查能够提供定性的化验结果，但读取这些类型设备的此方法不能够提供定量的化验测量值并因此易于发生曲解错误。为了努力克服此缺点，已经开发出了自动和半自动的侧流化验读取器。
在一种方法中，便携式侧流化验读取器对体液进行化验，以检测特定荷尔蒙、葡萄糖或其他所关注体液的存在。包含液体样品的膜测试带被直接插入读取器的接收端口中。接收端口被遮蔽以提高敏感性并且减少漫射光或环境光进入读取器。读取器包括光源和一个或多个传感器，这些传感器检测从插入接收端口中的测试带的检测区反射的光强。
在另一种方法中，读取器检测由于固定标识目标分析物合成物的存在而在侧流化验测试带的检测区中的一个或多个测量区中产生的检测信号的强度。读取器通过在测量区外和测量区内的检测信号值之间插值，产生来自测量区的信号强度的基线。读取器相对于基线量化表示固定标识目标分析物合成物的信号强度值。在此处理中，读取器对测试带上的一个或多个测量区定位开始边界线和结束边界线，由此允许自动或半自动分析仪器或者读数者确定侧流化验的特定结果。来自测量区的信号相对于基线进行量化或者比较。可以将与不同测量区中各自的化合物浓度相对应的量化值彼此进行比较来检测样品中抗原的存在。
由上述侧流化验读取器进行的测量基于来自测试带的多个区域(通常比所关注区域大很多)的信号。结果，这些测量容易具有高噪声水平，并且因此在涉及低浓度分析物时这些测量可能导致不准确或者不正确的结果。
发明内容
在一个方面中，本发明的特征在于一种诊断测试系统，其包括壳体、读取器和数据分析器。壳体包括用于接收测试带的端口。所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质。所述检测区包括被曝光以进行光学检查的区域并且由与所述侧流方向横交的第一尺寸和平行于所述侧流方向的第二尺寸所表征。读取器构造成在所述测试带被装载到所述端口中时从所述检测区的所述曝光区域的局部区域获取可区分的光强测量值，其中所述局部区域的每一个由小于所述第一尺寸的至少一个表面尺寸所表征。数据分析器可操作来识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值，并且从所识别出的多个光强测量值计算至少一个参数。
在另一个方面中，本发明的特征在于一种诊断测试系统，其包括壳体、读取器和数据分析器。壳体包括用于接收测试带的端口。所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域和被曝光以进行光学检查的区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质。读取器构造成在所述测试带被装载到所述端口中时从所述检测区的所述曝光表面区域的多个相应区域中的每一个获取各组光强测量值。数据分析器可操作来从所述多组光强测量值中的至少一组计算至少一个参数。
在另一个方面中，本发明的特征在于一种诊断测试方法。根据此发明方法，接收测试带。所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质。所述检测区包括被曝光以进行光学检查的区域并且由与所述侧流方向横交的第一尺寸和平行于所述侧流方向的第二尺寸所表征。从所述检测区的所述曝光区域的局部区域获取可区分的光强测量值，其中所述局部区域的每一个由小于所述第一尺寸的至少一个表面尺寸所表征。识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值。从所识别出的多个光强测量值计算至少一个参数。
在另一个方面中，本发明的特征在于一种诊断测试方法。根据此发明方法，接收测试带。所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域和被曝光以进行光学检查的区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质。在所述测试带被装载到端口中时，从所述检测区的所述曝光表面区域的多个相应区域中的每一个获取各组光强测量值。从所述多组光强测量值中的至少一组计算至少一个参数。
从包括附图和权利要求的以下说明，本发明的其他特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1是侧流化验测试带的现有技术实现的示意图。
图2A是正被涂抹到图1所示侧流化验测试带的涂抹区的液体样品的示意图。
图2B是在液体样品已经流过测试带到达吸收区之后图2A所示侧流化验测试带的示意图。
图3是被装载到诊断测试系统的实施例中的测试带的框图。
图4是诊断测试方法的实施例的流程图。
图5A是图3所示诊断测试系统的实现的示意侧视图，该系统包括从测试带的区域获取光强测量值的二维光检测器阵列。
图5B是图5A所示二维光检测器阵列的示意图，其中强调了光检测器中被定位来从测试区域和控制区域获取光强测量值的多个光检测器。
图6是光强的示例曲线图，其被绘制作为图5A和5B所示二维光检测器阵列中位置的函数。
图7是图3所示诊断测试系统的实现的示意图，其包括从测试带的区域获取光强测量值的直线光检测器阵列。
图8是由图7所示直线光检测器阵列获取的总光强的示例曲线图，其被绘制作为时间的函数。
图9是图3所示诊断测试系统的实现的示意俯视图，其包括在测试带的区域上扫描光束的光源。
图10是图3所示诊断测试系统的实现的示意侧视图，其包括允许选择性检测来自测试带的测试区域和控制区域的光的孔板。
图11是诊断测试方法的方法实施例的流程图。
图12A是绘制为时间的函数的强度曲线图。
图12B是图12A所示的强度值的对数的曲线图，其绘制为时间的函数。
图13A和13B示出了两组光强测量值各自的对数的曲线图，其绘制为时间的函数。
图14是滤色器阵列的实施例的一部分的示意图。
图15是对于四个不同颜色通道的总强度的曲线图，其被绘制为沿着二维光检测器阵列中侧流方向的位置的函数。
图16是图3所示诊断测试系统的实现的示意侧视图。
具体实施方式
在以下说明中，相似标号用来标示相似元件。此外，附图意在以示意方式举例说明示例性实施例的主要特征。附图无意描绘实际实施例的每个特征或者所绘元件的相对尺寸，并且没有按比例绘制。
以下详细说明的部分实施例通过将测量限制在测试带上可从其获取期望定量信息的所关注区域，来减小侧流化验测量中的噪声水平(例如，由光反射或者来自测试带中材料的固有荧光引起的噪声)。这样，这些实施例增大了这些测量的信噪比水平，并由此对分析物的低浓度增大测量灵敏度和减少错误结果的发生。这些实施例中的某些还通过从测试带的局部区域(从其可以获取关于这些区域的额外分析信息)获取各组测量值，来增大侧流化验结果的精度。此额外信息可以被用来将目标测量值与背景噪声分离，并获取目标参数值更精确的估计值。部分实施例还能够从相同测试带精确读取多种分析物。
I.诊断测试系统概要
图3示出了诊断测试系统40的实施例，其包括壳体42、读取器44、数据分析器46和存储器47。壳体42包括用于接收测试带50的端口48。当测试带50被载入端口48中时，读取器44从测试带50获取光强测量值。通常，光强测量值可以是未滤波的，或者其可以按照波长和极性中至少之一来滤波。数据分析器46从光强测量值中的一个或多个来计算至少一个参数。结果指示器52对测试带50的化验结果中的一个或多个提供指示。在一些实现中，诊断测试系统40由较便宜的部件制成，使得其能够用于可抛弃性或者一次性应用。
壳体42可以由多种材料中的任一种制成，包括塑料和金属。壳体42形成用于读取器44、数据分析器46、电源54和诊断测试系统40的其他部件的保护性封装。壳体42还界定出插座以将测试带50相对于读取器44机械定位。插座可以被设计成接收多种不同类型测试带50中的任一种，包括图1所示类型的测试带。
通常，每个测试带50支持液体样品沿着侧流方向51的侧流，并且包括标识区和检测区，标识区含有将标识结合到目标分析物的标识物质，检测区包括含有结合目标分析物的固定物质的至少一个测试区域。检测区的一个或多个区域(包括测试区域的至少一部分)被曝光以由读取器44进行光检测。检测区的曝光区域可以被光学透明窗覆盖，也可以不被覆盖。
读取器44包括用于光学检查测试带50检测区的曝光区域的一个或多个光电部件。在一些实现中，读取器44包括至少一个光源和至少一个光检测器。在一些实现中，光源可以包括半导体发光二极管并且光检测器可以包括半导体光电二极管。根据测试带50所用标识的性质，光源可以被设计成发射特定波长范围内的光或者具有特定极性的光。例如，如果标识是诸如量子点的荧光标识，则光源将被设计成利用在从标识引起荧光的波长范围内的光，来照明测试带50的检测区的曝光区域。类似地，光检测器可以被设计成选择性地捕获来自检测区的曝光区域的光。例如，如果标识是荧光标识，则光检测器将被设计成选择性地捕获由标识发射的荧光的波长范围内的光，或者具有特定极性的光。另一方面，如果标识是反射型标识，则光检测器将被设计成选择性地捕获由光源所发射的光的波长范围内的光。为此，光检测器可以包括一个或者多个滤光器，其界定所捕获光的波长范围或者极性轴。
数据分析器46处理由读取器44获取的光强测量值。通常，数据分析器46可以在任何计算或者处理环境中实现，包括在数字电子电路中或者在计算机硬件、固件或者软件中。在一些实施例中，数据分析器46包括处理器(例如，微控制器、微处理器或者ASIC)和模数转换器。在图示实施例中，数据分析器46包括在诊断测试系统40的壳体42中。在其他实施例中，数据分析器46位于可以经由有线或无线连接与诊断测试系统40通信的单独设备中，例如计算机。
通常，结果指示器52可以包括用于指示一个或多个化验测试结果的大量不同机构中的任何一种。在一些实现中，结果指示器52包括一个或多个灯(例如发光二极管)，其被激励来指示例如肯定测试结果和化验测试的完成(即，当足够量的标识物质28已经蓄积在控制区域中时)。在其他实现中，结果指示器52包括用于呈现化验测试结果的字母文字显示器(例如，二或三字符发光二极管阵列)。
电源54向诊断测试系统40的有源部件供电，包括读取器44、数据分析器46和结果指示器52。电源54可以由例如可更换电池或可充电电池实现。
II.基于可区分的局部光强测量值的诊断测试
以下详细说明的实施例通过将测量限制在测试带上可从其得出所期望定量信息的关注区域，来减小侧流化验测量中的噪声(例如，由来自测试带中材料的固有荧光引起的噪声)的水平。这样，这些实施例增大了这些测量值的信噪比水平，并由此提高了测量灵敏度和减少了错误结果的发生。
图4示出了可以由下述诊断测试系统40的实现来执行的诊断测试方法的实施例。根据此方法，当测试带50被载入诊断测试系统40的端口48中时，读取器44从测试带50的检测区的曝光区域的多个区域获取可区分的局部光强测量值(框60)。如此处所用，术语“可区分的局部光强测量值”是指读取器44以允许数据分析器46个别地分析每个光强测量值的方式传送或者记录来自测试带各个局部区域的光强测量值的能力。
在此实施例中，由读取器44从其获取光强测量值的可区分局部区域中的每一个由至少一个表面尺寸来表征，该表面尺寸小于检测器的曝光区域与侧流方向横交的尺寸。在一些实现中，这些局部区域中的每一个具有与检测区中所关注区域(例如，测试区域、控制区域或者固定标识或未标识复合物的区域)的最窄尺寸大致相同或者比其小的表面尺寸。
在读取器44已经从检测区中的这些所关注区域获取光强测量值(框60)之后，数据分析器46识别光强测量值中从所关注区域获取的多个光强测量值(框62)。在此处理中，数据分析器46将对应于所关注区域的测量值从对应于测试带50其他区域的测量值分离。分离出的测量值具有比包括来自所关注区域之外区域的测量值在内的总体测量值更高的信噪比。
然后数据分析器46可以从识别出的光强测量值中的多个计算至少一个参数(框64)。示例性参数包括峰值强度和总强度值。因为用来计算这些参数的测量值具有更高的信噪比，所以这些参数以更高的精度表征了所关注区域并由此改善了侧流化验的结果。
A.使用二维光检测器阵列获取可区分的局部光强测量值
图5A示出了诊断测试系统40的一种实现，该系统包括光源66、光检测器70的二维阵列68、以及透镜72。在图5A中，测试带50基本上与图1所示的测试带10相同。具体而言，测试带50包括在公共基底22上的样品接收区12、标识区14、检测区15和吸收剂区20。在图示实现中，检测区15的主要部分被曝光以进行光学检查。
在操作中，光源66利用光76照明检测区15的曝光部分，包括测试带50上的测试区域16和控制区域18。照明光可以是宽带或者窄带，并且可以是极化或者非极化的。光检测器阵列68从检测区15的照明区域获取可区分的局部光强测量值。一般而言，光强测量值可以是未滤波的，或者其可以按照波长和极性中至少之一被滤波。光检测器阵列68可以与光源66同步。一般而言，光检测器阵列68可以在检测区15被照明的同时或者在光源66已经照明检测区15之后测量光强。从检测区15反射的光或者发射的荧光被透镜72聚焦到光检测器阵列68的各个光检测器70上。每个光检测器70从检测区15的各个局部区域接收光。就是说，每个光检测器70能够分辨或者单独成像检测区15的各个局部区域。在此实现中，局部区域由最多与测试区域16和控制区域18的最窄尺寸(即，区域16、18沿着侧流方向的尺寸)一样大的表面尺寸所表征。在图示实施例中，局部区域由正方形的尺寸所表征，该尺寸大致等于测试区域16和控制区域18沿着侧流方向的尺寸的三分之一。光检测器70产生表示从各个局部区域接收到的光量的信号。这些信号可以被存储在存储器中或者可以被传送到数据分析器46进行处理。
如图5A和5B所示，从测试区域16反射的光或者发射的荧光仅由阵列68中的光检测器70的子集80接收。类似地，从控制区域18反射的光或者发射的荧光仅由阵列68中光检测器70的子集82接收。因此，来自子集80、82中光检测器的信号分别提供了从测试区域16和控制区域18反射的光或者发射的荧光的较低噪声光强测量值。
数据分析器46可操作来处理由各个光检测器70产生的信号，以识别出光强测量值中从所关注区域(例如，测试区域16和控制区域18)获取的多个光强测量值。参照图6，在一个解释性示例中，光检测器阵列68产生由三维表面84表示的一组光强信号。在此示例中，表面84包括由光检测器阵列68的子集80、82中的光检测器70所获取的较高光强测量值86、88。对于此示例，数据分析器46可以通过在强度阈值水平90处为表面84设定阈值，来识别出从测试区域16和控制区域18获取的光强测量值。在一些实现中，在设定阈值处理中使用的阈值在整个带或所关注区域上不变。例如，在一些实现中，阈值可以倾斜或者具有局部变量以将分析物的照明或漫射中的变化考虑在内。光强测量值中在阈值水平90之上的多个光强测量值被识别为来自测试区域16和控制区域18。额外的信息(诸如从其获取光强测量值中所识别出的多个光强测量值的光检测器阵列68的相对位置)可以被数据分析器46用来将识别出的光强测量值与测试区域16和控制区域18相关联。
B.使用直线光检测器阵列获取可区分的局部光强测量值
图7示出了与图5A所示实现相同的测试带50的实现，以及除了用直线光检测器阵列92代替光检测器70的二维阵列68之外与图5A所示实现相同的诊断测试系统40的实现。在此实现中，诊断测试系统40额外地包括用于在光学检查部件94(即光源66、透镜72和直线光检测器阵列92)和测试带50之间传递相对运动的机构(未示出)。运动传递机构可以是大量不同机构中的任何一种，包括在一对导轨上相对于测试带50移动光学检查部件的带电机滑架，和相对于光学检查部件94移动测试带50的一个或多个带电机驱动轮。在图示实施例中，光学检查部件94被表示为在箭头96所示的方向上(即在侧流方向上)相对于测试带50移动。直线光检测器阵列92被定向在横向于光学检查部件94移动方向的方向上。
在操作中，当光学检查部件94相对于测试带50移动时光源66用光76照明检测区15的曝光部分的区域。照明光可以是宽带或者窄带，并且可以是极化或者非极化的。直线光检测器阵列92从检测区15的照明区域的狭窄部分获取可区分的局部光强测量值。一般而言，光强测量值可以是未滤波的，或者可以按照波长或极性被滤波。光检测器阵列92可以与光源66同步。一般而言，光检测器阵列92可以在检测区15被照明的同时或者在光源66已经照明检测区15之后测量光强。从检测区15反射的光或者发射的荧光被透镜72聚焦到光检测器阵列92的各个光检测器70上。每个光检测器70从检测区15的各个局部区域接收光。就是说，每个光检测器70能够分辨或者单独成像检测区15的各个局部区域。光检测器70产生表示从各个局部区域接收到的光量的信号。这些信号可以被存储在存储器中或者可以被传送到数据分析器46进行处理。
数据分析器46可操作来处理由各个光检测器70产生的信号，以识别出光强测量值中从所关注区域(例如，测试区域16和控制区域18)获取的多个光强测量值。在一些实现中，检测区15的表面在与侧流方向横交的方向上是基本上均匀的。在这些实现中，来自直线阵列92中的光检测器的信号可以被汇总而不会有信息的重大丢失。
图8示出了由直线光检测器阵列92产生的总强度测量值的示例性曲线98，其被绘制为时间的函数。在此示例中，曲线98包括当阵列92中的光检测器70被定位在测试区域16和控制区域18上方时的较高总强度100、102。对于此示例，数据分析器46可以通过在强度阈值水平104处为曲线98设定阈值，来识别出从测试区域16和控制区域18获取的光强测量值。光强测量值中在阈值水平104之上的多个光强测量值被识别为来自测试区域16和控制区域18。额外的信息(诸如获取光强测量值中所识别出的多个光强测量值的相对时间)可以被数据分析器46用来将识别出的光强测量值与测试区域16和控制区域18相关联。
C.使用扫描光源获取可区分的局部光强测量值
图9示出了与图1所示测试带10相同的测试带50的实现和诊断测试系统40的一种实现，该诊断测试系统40包括可以操作来跨过检测区15的曝光区域扫描光束112的光源110。光束112可以是宽带或者窄带，并且可以是极化或者非极化的。通常，光源110可以沿着包括测试区域16和控制区域18在内的任何路径跨过检测区15的曝光区域扫描光束112，这些路径包括与侧流方向横交的方向和平行于侧流方向的方向。在图示实施例中，光源110在检测区15的整个曝光区域上沿着曲折的Z字形路径扫描光束112。在一些实现中，光源110包括诸如发光二极管或激光器的发光器，以及用于整形和扫描发射的光以产生束112的一个或多个光学部件(例如，一个或多个透镜和旋转反射镜)。
在图9所示的实现中，诊断测试系统40可以使用以下这样的任何类型的单元件或多元件光检测器来获取可区分的局部光强测量值，该光检测器具有包含光束112在整个检测区15的曝光区域上的路径在内的视场或者当检测区15的局部区域被光束112照明时跟踪这些局部区域。一般而言，光强测量值可以是未滤波的，或者可以按照波长或极性被滤波。光检测器阵列可以与光源同步。一般而言，光检测器阵列可以在检测区15被照明的同时或者在光源已经照明检测区15之后测量光强。因为光束112在一个时刻仅照明检测区15的单个局部区域，所以由光检测器获取的光对应于从照明的局部区域反射的光或者发射的荧光。因此，由光检测器产生的信号的每个数据点与各个局部区域相关联，并且具有比从检测区15的较大区域获取的可比较测量值更高的信噪比。
数据分析器46可操作来处理由光检测器产生的信号，以识别出光强测量值中从所关注区域(例如，测试区域16和控制区域18)获取的多个光强测量值。例如在一些实现中，数据分析器46通过为光检测器产生的时变光强测量值信号设定阈值，可以识别出从测试区域16和控制区域18获取的光强测量值。光强测量值中在阈值水平之上的多个光强测量值被识别为来自测试区域16和控制区域18。额外的信息(诸如获取光强测量值中所识别出的多个光强测量值的相对时间)可以被数据分析器46用来将识别出的光强测量值与测试区域16和控制区域18相关联。
D.通过孔获取可区分的局部光强测量值
图10示出了与图5A所示实现相同的测试带50的实现，以及包括光源120和一对光检测器122、124的诊断测试系统40的实现。光源120可以由一个或多个发光二极管实现，其产生照明检测区15中所关注区域的较宽光束。光检测器122、124可以由单元件光检测器或多元件光检测器实现。
孔板126界定了一对孔128、130，由光检测122、124通过这对孔获取光强测量值。在图示实现中，当测试带50被装载到诊断测试系统40的端口48中时，孔128、130定位在测试区域16和控制区域18上方。一般而言，孔128、130被设计成选择性地允许从检测区中的所关注区域反射的光或者发射的荧光到达检测器122、124。在图示实施例中，孔128、130还允许检测区15中的所关注区域被光源120照明。孔128、130一般定位成尽可能靠近所关注区域。在一些实现中，孔128、130在尺寸、形状和定向上基本上匹配测试区域16和控制区域18。
在操作中，光源120利用传输通过孔128、130的光132、134照明测试区域16和控制区域18。照明光可以是宽带或者窄带，并且可以是极化或者非极化的。光检测器122、124从检测区15的照明区域获取可区分的局部光强测量值。一般而言，光强测量值可以是未滤波的，或者可以按照波长或极性被滤波。检测器122、124可以与光源120同步。一般而言，光检测器122、124以在检测区15被照明的同时或者在光源120已经照明检测区15之后测量光强。从测试区域16和控制区域18反射的光或者发射的荧光被透镜136、138分别聚焦到光检测器122、124上。这样，光检测器122、124能够分辨或者单独成像测试区域16和控制区域18。光检测器122、124产生表示从测试区域16和控制区域18接收到的光量的信号。如果光检测器122、124由单元件检测器实现，则这些信号表示从测试区域16或控制区域18接收到的光的总量。如果光检测器122、124由多元件检测器实现，则这些信号表示从测试区域16和控制区域18的多个局部区域接收到的光量。由光检测器122、124产生的信号可以被存储在存储器中或者可以被传送到数据分析器46进行处理。
从测试区域16和控制区域18反射的光或者发射的荧光优先传输通过孔128、130，而来自测试带50的其他区域的光基本上被孔板126挡住。结果，由光检测器122、124产生的信号具有比从检测区15的更大区域获取的可比较测量值更高的信噪比。此外，由光检测122、124获取的光基本上分别对应于从测试区域16和控制区域18反射的光或者发射的荧光。所以，由光检测器122、124产生的信号分别与测试区域16和控制区域18相关联，并且数据分析器46可以识别出光强测量值中直接从测试区域16和控制区域18获取的多个光强测量值。就是说，由光检测器122产生的光强测量值是从测试区域16获取的，而由光检测器124产生的光强测量值是从控制区域18获取的。
E.使用位置标记获取可区分的局部光强测量值
在一些实现中，数据分析器46可以操作来基于从测试带上的至少一个位置标记获取的强度测量值来识别光强测量值中从检测区15的所关注区域获取的多个光强测量值。图9所示的测试带50的实现包括示例性的一组位置标记138。在图示实现中，位置标记138沿着测试带50的边缘有规则地间隔开。位置标记138包括具有与测试带50的表面不同的反射特性的特征。结果，在测试带50的边缘附近获取的测量值随位置标记138的图案而在强度上变化。这样，位置标记将侧流方向上沿着测试带50的位置编码。
在这些实现中，数据分析器46将光强测量值与侧流方向上沿着测试带50的位置相关联。基于此信息以及将所关注区域的位置与位置标记138的图案相关联的预定信息，数据分析器46可以识别出与所关注区域相对应的光强测量值。
III.基于来自局部区域的多组测量值的诊断测试
以下详细说明的实施例通过从测试带的局部区域(从其可以获取与这些区域有关的额外分析信息)获取各组测量值，来增大侧流化验结果的精度。此额外信息被用来将目标测量值从背景噪声分离并且得到目标参数值的更精确估计。
图11示出了可由上述诊断测试系统40的实现执行的诊断测试方法的实施例。根据此方法，读取器44从检测区的曝光区域的多个相应区域中的每一个获取各组光强测量值(框140)。照明光可以是宽带或窄带，并且可以是极化或非极化的。读取器44可以使用单元件检测器或多元件光检测器从相应区域的每一个获取光强测量值组。一般而言，光强测量值可以是未滤波的，或者可以按照波长或极性被滤波。光检测器可以与光源同步。一般而言，光检测器可以在检测区15被照明的同时或者在光源已经照明检测区15之后测量光强。
在此实施例中，由读取器44从其获取光强测量值的每一个局部区域可以由或者可以不由至少一个表面尺寸所表征，该表面尺寸小于检测区的曝光区域与侧流方向横交的方向上的尺寸。但是，在一些实现中，这些局部区域中的每一个具有与检测区中的所关注区域(例如，测试区域、控制区域、或者固定标识或未标识复合物的区域)的最窄尺寸相同或者比其小的尺寸。
在读取器44已经获取多组光强测量值(框140)之后，数据分析器46从多组光强测量值中至少一组来计算至少一个参数(框142)。在此处理中，数据分析器46可以使用多组光强测量值来得到目标参数值的更精确估计。或者，数据分析器46可以使用多组光强测量值来将对应于所关注区域(例如，测试区域16和控制区域18)的测量值从对应于测试带50其他区域的测量值分离。这些分离出的测量值具有比包括来自所关注区域之外区域的测量值在内的总测量值更高的信噪比。
参照图12A和12B，在一个实施例中，读取器44获取多组光强测量值，其表示检测区15中的所关注区域的荧光响应随时间的变化。在设计用于具有荧光标识的测试带的一种方法中，光源是脉冲的并且光检测器在每个光脉冲之后从相应区域获取一系列光强测量值。图12A示出了表示由读取器44获取的一系列光强测量值的一个示例性曲线144。在此示例中，光源在时间t0处发脉冲，并且从时间t1开始获取光强测量值，时间t1在时间t0之后一个延迟时间段Δt。因为此延迟时间段Δt，峰值强度测量值146不代表从所关注区域发射的荧光的真实峰值强度。数据分析器46通过根据指数衰减模型(强度∝e-t/τ)从此曲线计算衰减参数τ，并且将强度值插值回时间t0以获取峰值强度的估计，来得到峰值荧光的更精确估计，如图12B所示。因为峰值强度值的此估计更接近来自所关注区域的实际荧光的起始值，所以此估计提供了比实际测量的峰值强度146更精确的峰值荧光值的测量值。
在一些实现中，数据分析器46从与检测区15中的多个所关注区域相对应的各个峰值强度参数值来计算参数值。例如，在一些实现中，数据分析器46可以计算为第一和第二测试区域估计的峰值强度值的比，以获取样品中两个目标分析物的相对浓度的测量值。
从其获取强度测量值的局部区域的瞬时响应也可以用来将这些测量值与不同的荧光源相关联。例如，图13A示出了从两组光强测量值得到的两个对数强度图148、150。因为这些图148、150呈现相同的衰减参数(即，其具有相同斜率)，所以数据分析器46可以推断从其获取这些组测量值的荧光源是相同的荧光类型。图13B也示出了从两组光强测量值得到的两个对数强度图152、154。因为这些图152、154呈现不同的衰减参数(即，其具有不同斜率)，所以数据分析器46可以推断从其获取这些组测量值的荧光源是不同的荧光类型。
在其他实施例中，从其获取强度测量值的局部区域的波长响应被用来将这些测量值与不同的荧光源相关联。例如，在一些实施例中，对于局部区域中指定的一个局部区域所获取的每个强度测量值对应于包含一个或多个波长的不同波长分布图(或颜色通道)。在一些实现中，检测区15可以用宽带光源照明，并且光检测器可以被构造成从对应于所关注的不同目标波长范围的相应区域的每一个获取多个测量值。在其他实施例中，读取器44用具有不同波长分布图(每个都包含一个或多个波长)的光照明检测区15的相应区域中的每一个。在这点上，读取器44可以包括能够产生具有不同波长分布图的光的多个光源，或者单个波长可调的光源。通常选择目标波长范围以从检测区中的各个关注区域引起不同的响应。例如，在一些实现中，选择目标波长范围以在不同的各个荧光标识中引发荧光。
在这些实现的某些中，读取器44包括一个或多个光检测器，这些光检测器被构造来区别检测区15中所关注区域的不同目标波长响应。图14示出了滤色器阵列150的示例性实施例的一部分，滤色器阵列150包括四种滤色器(A、B、C和D)的多个相同的组152，每个组都截取指向二维光检测器阵列(未示出)的各个光检测器的光。滤色器界定由光检测器获取的光强测量值的颜色通道。与给定组152的滤色器相对应的光检测器基本上成像检测区15的相同局部区域。所以，由对应于给定组152的光检测器产生的光信号基本上对应于被成像区域按照颜色通道A、B、C和D的波长响应。
数据分析器46从这些测量值确定检测区15的整个照明区域上的波长响应分布图。图15示出了从读取器44的一个实现(其利用二维光检测器阵列和图14所示的滤色器阵列获取光强测量值)获取的总强度分布图的示例性曲线160、162、164和166。每个曲线160-166对应于由滤色器阵列150界定的各个颜色通道A、B、C和D。总强度值被绘制为二维光检测器阵列中沿着侧流方向的位置的函数。在图示示例中，曲线160-166包括在二维光检测器阵列中不同的各个位置处的峰值强度值。因为阵列位置与检测区15中沿着侧流方向的位置相关联，所以数据分析器46可以推断不同的标识类型呈现在检测区15中的这些不同位置处。此信息可以被数据分析46用来将对应于不同标识的光强测量值彼此分离。
在其他实施例中，读取器44利用不同的各个极性的光照明检测区15的相应区域中的每一个。在这些实现中，读取器44包括一个或多个光检测器，这些光检测器被构造来区别检测区15中所关注区域的不同极性响应。从这些测量值，数据分析器46确定检测区15的整个照明区域上的极性响应分布图。此信息可以被数据分析器46用来将对应于不同标识的光强测量值彼此分离(例如，通过设定阈值或者检测峰值强度)。
IV.总结
上述实施例中的某些通过将测量限制在测试带上可从其得到期望量化信息的关注区域，来减小侧流化验测量中的噪声(例如，由来自测试带中材料的光反射或者固有荧光造成的噪声)的水平。这样，这些实施例增大了这些测量值的信噪比水平，并由此提高了测量灵敏度和减少了错误结果的发生。这些实施例中的某些还通过从测试带的局部区域(可从其获取关于这些区域的额外分析信息)获取各组测量值，来提高侧流化验结果的精度。此额外信息可以被用来将目标测量值从背景噪声分离，并得到目标参数值的更精确估计。一些实施例还能够从同一测试带精确地读取多种分析物，并在空间上分开的标识和类型上不同的标识之间进行区分。
其他实施例在权利要求的范围内。
例如，通过将不同波长的光分离并转向到多个光检测器中各个上的衍射光学器件或光栅，可以实现上述实施例中的任何一个。例如，图16示出了诊断测试系统180，其使用二维光检测器阵列182获取可区分的局部光强测量值。在此实现中，检测器阵列182的任何个别横向行中的每个个别检测器元件184可以是由衍射透镜186所分离并转向的特定波长光的目标。
本申请要求以下共同待决申请的权益，其中的每一个都通过引用而包含于此：2004年4月1日递交、Patrick T.Petruno等人所发明的标题为“Optoelectronic Rapid Diagnostic Test System”的美国专利申请No.10/816,636；以及2005年1月26日递交、Patrick T.Petruno等人所发明且标题为“Optoelectronic Rapid Diagnostic Test System”的美国专利申请No.11/044,394。

Claims (30)

1.一种诊断测试系统，包括：
壳体，其包括用于接收测试带的端口，所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质，其中所述检测区包括被曝光以进行光学检查的区域并且由与所述侧流方向横交的第一尺寸和平行于所述侧流方向的第二尺寸所表征；
读取器，其构造成在所述测试带被装载到所述端口中时从所述检测区的所述曝光区域的局部区域获取可区分的光强测量值，其中所述局部区域的每一个由小于所述第一尺寸的至少一个表面尺寸所表征；和
数据分析器，其可操作来识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值，并且从所识别出的多个光强测量值计算至少一个参数。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述读取器包括光检测器阵列，所述光检测器阵列被构造成从所述检测区的所述曝光区域的不同的各个局部区域获取光强测量值。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述读取器包括光源，所述光源可操作来扫描照明所述检测区的所述曝光区域的局部区域的光束。
4.如权利要求3所述的系统，其中被所述光束照明的所述局部区域的每一个具有至少一个尺寸，所述至少一个尺寸最多与所述测试区域的最窄表面尺寸一样大。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述光源可操作来在基本上平行于所述侧流方向的方向上在所述检测区的整个所述曝光区域上扫描所述光束。
6.如权利要求3所述的系统，其中所述光源可操作来在所述检测区的整个所述曝光区域上沿着曲折路径扫描所述光束。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述读取器可操作来利用光照明所述局部区域，并使所述光强测量值的获取与所述局部区域的照明同步。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述读取器可操作来调制所述照明光，并且使所述光强测量值的获取与所述照明光的调制同步。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述读取器包括孔，通过所述孔获取所述光强测量值，其中在所述测试带被装载到所述端口中时所述孔定位在至少一个测试区域上方。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述数据分析器可操作来基于从所述测试带上的至少一个位置标记获取的强度测量值，而识别所述光强测量值中从所述测试区域获取的多个光强测量值。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述读取器可操作来从所述检测区的所述曝光区域的多个相应区域中的每一个获取各组光强测量值。
12.如权利要求11所述的系统，其中：
所述读取器可操作来利用光照明所述相应区域中的每一个，并在所述相应区域已经被所述光照明之后获取所述各组光强测量值；并且
所述数据分析器可操作来从所述各组光强测量值确定各个衰减时间参数，并基于所确定的衰减时间参数识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述数据分析器可操作来至少部分地基于所确定的衰减时间参数为所述相应区域中的每一个计算峰值强度参数值。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述数据分析器可操作来基于所确定的衰减时间参数识别所述光强测量值中从所述检测区中的第二测试区域获取的多个光强测量值。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述数据分析器可操作以从所述峰值强度参数值中对应于第一和第二测试区域的各个峰值强度参数值来计算参数值。
16.如权利要求11所述的系统，其中所述读取器可操作来利用具有不同波长分布图的光照明所述相应区域中的每一个，并且在不同波长分布图的光照明所述相应区域的情况下获取每个组中的多个光强测量值。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述数据分析器可操作来从所述各组光强测量值确定所述检测区的整个所述曝光区域上的波长响应分布图，并且基于所确定的波长响应分布图识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值。
18.如权利要求11所述的系统，其中所述读取器可操作来利用具有不同的各个极性的光照明所述相应区域中的每一个，并且在不同极性的光照明所述相应区域的情况下获取每个组中的多个光强测量值。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述数据分析器可操作来从所述各组光强测量值确定所述检测区的整个所述曝光区域上的极性响应分布图，并且基于所确定的极性响应分布图识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值。
20.一种诊断测试系统，包括：
壳体，其包括用于接收测试带的端口，所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域和被曝光以进行光学检查的区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质；
读取器，其构造成在所述测试带被装载到所述端口中时从所述检测区的所述曝光表面区域的多个相应区域中的每一个获取各组光强测量值；和
数据分析器，其可操作来从所述多组光强测量值中的至少一组计算至少一个参数。
21.如权利要求20所述的系统，其中：
所述读取器可操作来利用光照明所述相应区域中的每一个，并在所述相应区域已经被所述光照明之后获取所述各组光强测量值；并且
所述数据分析器可操作来从所述各组光强测量值确定各个衰减时间参数，并基于所确定的衰减时间参数识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述数据分析器可操作来至少部分地基于所确定的衰减时间参数为所述相应区域中的多个计算峰值强度参数值。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述数据分析器可操作来基于所确定的衰减时间参数识别所述光强测量值中从所述检测区的第二测试区域获取的多个光强测量值。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述数据分析器可操作以从所述峰值强度参数值中对应于第一和第二测试区域的各个峰值强度参数值来计算参数值。
25.如权利要求20所述的系统，其中所述读取器可操作来利用具有不同波长分布图的光照明所述相应区域中的一个或多个，并且在不同波长分布图的光照明所述相应区域的情况下获取每个组中的多个光强测量值。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述数据分析器可操作来从所述各组光强测量值确定所述检测区的整个所述曝光区域上的波长响应分布图，并且基于所确定的波长响应分布图识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值。
27.如权利要求20所述的系统，其中所述读取器可操作来利用具有不同的各个极性的光照明所述相应区域中的每一个，并且在不同极性的光照明所述相应区域的情况下获取每个组中的多个光强测量值。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述数据分析器可操作来从所述各组光强测量值确定所述检测区的整个所述曝光区域上的极性响应分布图，并且基于所确定的极性响应分布图识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值。
29.一种诊断测试方法，包括：
接收测试带，所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质，其中所述检测区包括被曝光以进行光学检查的区域并且由与所述侧流方向横交的第一尺寸和平行于所述侧流方向的第二尺寸所表征；
从所述检测区的所述曝光区域的局部区域获取可区分的光强测量值，其中所述局部区域的每一个由小于所述第一尺寸的至少一个表面尺寸所表征；
识别所述光强测量值中从所述至少一个测试区域获取的多个光强测量值；和
从所识别出的多个光强测量值计算至少一个参数。
30.一种诊断测试方法，包括：
接收测试带，所述测试带支持液体样品沿着侧流方向的侧流并包括标识区和检测区，所述标识区包含将标识结合到目标分析物的标识物质，所述检测区包括至少一个测试区域和被曝光以进行光学检查的区域，所述至少一个测试区域包含结合所述目标分析物的固定物质；
在所述测试带被装载到端口中时，从所述检测区的所述曝光表面区域的多个相应区域中的每一个获取各组光强测量值；和
从所述多组光强测量值中的至少一组计算至少一个参数。
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