利用图像釆集装置实现免疫层析定量检测的研究

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免疫层析检测技术是当今“床边检测”(Point of care testing, POCT)的发展趋势。该技术具有检测结果准确、设备操作简便、测量快速、无需专业人士指导等特点,应用领域十分广泛。但免疫层析检测的结果大多局限于人眼定性判断或半定性判读,限制了进一步推广。免疫层析定量检测是该技术发展的必然趋势。定量检测方法包括光电反射式和图像处理式两种方法。现有的光电反射式免疫层析定量检测方法具有较好的台内检测重复性和准确度。但是该方法对于试条定位精度要求较高。同时由于缺少台间校正环节,使得台间误差难以减小。图像处理式免疫层析定量检测方法无需试条传动机构,可以从软件上消除试条定位问题。同时彩色图像包含多维信息,在进一步提高定量检测精度上存在优势。本文通过设计免疫层析试条图像采集装置,在彩色空间处理图像,实现免疫层析试条的定量检测。并采用图像检测方法制作光电反射式定量检测验证条,为光电反射式定量检测提供验证方法。本文主要任务包括以下部分:(1)建立免疫层析定量检测数学模型,设计稳定性高的平行白光光源,结合高信噪比、低功耗的CMOS图像传感器,构建具有高色彩还原性的免疫层析试条彩色图像采集装置。(2)分析免疫层析试条的彩色图像色调,试条图像区域(试条外壳、背景区域、检测线)主色调存在相异性,但各区域边界的像素点同属于哪个区域存在模糊性。选择与人眼视觉系统一致的HSV颜色空间作为彩色图像分割的颜色空间。使用试条图像色调直方图的峰值点作为FCM彩色图像分割算法的聚类中心,准确分割检测线,提高计算效率。(3)分析各个颜色空间的特性,选择颜色分量相关性低的HSV颜色空间作为特征空间。配置11个浓度的HCG样本溶液进行试验。在不同时间点采集试条图像,分割试条检测线图像。比较不同时间点、不同维度的图像特征值与HCG溶液浓度线性相关性,得出14分钟的试条图像检测线H均值与HCG溶液浓度线性相关最高,为95.24%。(4)以试条检测线的光谱反射峰谷值验证彩色图像识别方法定量检测的准确性,光谱反射峰谷值与特征值线性相关系数达98.97%。利用彩色图像识别方法确定不同OD值试条图像信息,制作光电反射式定量检测的免疫层析验证条。以试条检测线的光谱反射峰谷值验证得验证条OD值与光谱反射峰谷值线性相关系数达99.47%。本文设计了免疫层析试条图像采集系统,改进FCM算法分割出检测线,在HSV颜色空间实现了彩色图像处理的免疫层析定量检测。并以此方法制作光电反射式定量检测的验证试条,对于提升免疫层析定量检测结果具有重要理论意义和实用价值。
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