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Lateralflussuntersuchungstestbausätze sind derzeit zum Testen einer großen Bandbreite von medizinischen und Umweltbedingungen oder von Zusammensetzungen, z. B. eines Hormons, eines Metabolits, eines Toxins oder eines von einem Krankheitserreger gewonnenen Antigens, verfügbar. 1 zeigt einen typischen Lateralflussteststreifen 10, der eine Probenaufnahmezone 12, eine Markierungszone 14, eine Erfassungszone 15 und eine Absorptionszone 20 auf einem gemeinsamen Substrat 22 umfasst. Diese Zonen 12–20 bestehen üblicherweise aus einem Material (z. B. aus chemisch behandelter Nitrocellulose), das ermöglicht, dass Fluid mittels Kapillarwirkung von der Probenaufnahmezone 12 zu der Absorptionszone 20 fließt. Die Erfassungszone 15 umfasst eine Testregion 16 zum Erfassen des Vorliegens eines Zielanalyts in einer Fluidprobe und eine Kontrollregion 18 zum Anzeigen des Abschlusses eines Untersuchungstests.
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2A und 2B zeigen eine Untersuchung, die durch eine exemplarische Implementierung des Teststreifens 10 durchgeführt wird. Eine Fluidprobe 24 (z. B. Blut, Urin oder Speichel) wird auf die Probenaufnahmezone 12 aufgebracht. Bei dem in 2A und 2B gezeigten Beispiel umfasst die Fluidprobe 24 einen Zielanalyten 26 (d. h. ein Molekül oder eine Verbindung, das bzw. die durch den Teststreifen 10 untersucht werden kann). Auf Grund von Kapillarwirkung wird die Flüssigkeitsprobe 24 in Flussrichtung abwärts in die Markierungszone 14 gezogen, die eine Substanz 28 zum indirekten Markieren des Zielanalyten 16 enthält. Bei dem veranschaulichten Beispiel besteht die Markierungssubstanz 28 aus einem Immunoglobulin 30 mit einem angelagerten Farbstoffmolekül 32. Das Immunoglobulin 30 bindet den Zielanalyten 26 auf spezielle Weise, um einen markierten Zielanalytkomplex zu bilden. Bei manchen anderen Implementierungen ist die Markierungssubstanz 28 eine nicht aus Immunoglobulin bestehende markierte Verbindung, die den Zielanalyten 26 auf spezielle Weise bindet, um einen markierten Zielanalytkomplex zu bilden.
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Die markierten Zielanalytkomplexe werden zusammen mit überschüssigen Mengen der Markierungssubstanz an dem Lateralflusspfad entlang in die Testregion 16 getragen, die immobilisierte Verbindungen 34 enthält, die in der Lage sind, den Zielanalyten 26 auf spezielle Weise zu binden. Bei dem veranschaulichten Beispiel sind die immobilisierten Verbindungen 34 Immunoglobuline, die die markierten Zielanalytkomplexe auf spezielle Weise binden und dadurch die markierten Zielanalytkomplexe in der Testregion 16 zurückhalten. Das Vorliegen des markierten Analyten in der Probe wird üblicherweise durch eine visuell erfassbare Verfärbung der Testregion 16 bewiesen, die infolge der Ansammlung der Markierungssubstanz in der Testregion 16 auftritt.
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Die Kontrollregion 18 ist üblicherweise dazu entworfen, anzuzeigen, dass eine Untersuchung abgeschlossen wurde. Verbindungen 35 in der Kontrollregion 18 binden die Markierungssubstanz 28 und halten sie zurück. Üblicherweise wird die Markierungssubstanz 28 in der Kontrollregion 18 sichtbar, nachdem sich eine ausreichende Menge der Markierungssubstanz 28 angesammelt hat. Wenn der Zielanalyt 26 in der Probe nicht vorliegt, wird die Testregion 16 nicht verfärbt, wohingegen die Kontrollregion 18 verfärbt wird, um anzuzeigen, dass eine Untersuchung durchgeführt wurde. Die Absorptionszone 20 nimmt überschüssige Mengen der Fluidprobe 24 auf.
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Obwohl eine visuelle Prüfung von Lateralflussuntersuchungsvorrichtungen des oben beschriebenen Typs in der Lage ist, qualitative Untersuchungsergebnisse zu liefern, ist ein solches Verfahren des Ablesens dieser Arten von Vorrichtungen nicht in der Lage, quantitative Untersuchungsmessungen zu liefern, und somit ist es anfällig für Fehler durch Fehlinterpretationen. Im Rahmen von Bemühungen, diese Unzulänglichkeit zu überwinden, wurden automatisierte und halbautomatisierte Lateralflussuntersuchungslesevorrichtungen entwickelt.
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Bei einem Lösungsansatz führt eine tragbare Lateralflussuntersuchungslesevorrichtung Untersuchungen an Körperflüssigkeiten durch, um das Vorliegen bestimmter Hormone, von Glucose oder von anderen interessierenden Körperflüssigkeiten zu ermitteln. Membranteststreifen, die eine Fluidprobe enthalten, werden direkt in eine Aufnahmeöffnung einer Lesevorrichtung eingeführt. Die Aufnahmeöffnung ist abgeschirmt, um die Sensitivität zu verbessern und das Eintreten von Streu- oder Umgebungslicht in die Lesevorrichtung zu verringern. Die Lesevorrichtung umfasst eine Lichtquelle und einen oder mehr Sensoren, die die Intensität von Licht erfassen, das von den Erfassungszonen der Teststreifen, die in die Aufnahmeöffnung eingeführt werden, reflektiert wird.
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Bei einem anderen Lösungsansatz erfasst eine Lesevorrichtung eine Intensität eines Erfassungssignals, das in einer oder mehr Messzonen in einer Erfassungszone eines Lateralflussuntersuchungsteststreifens infolge des Vorliegens eines immobilisierten markierten Zielanalytkomplexes auftritt. Die Lesevorrichtung erzeugt aus den Messzonen eine Signalintensität-Basislinie, indem sie zwischen Werten des Erfassungssignals außerhalb der Messzonen und in der Erfassungszone interpoliert. Die Lesevorrichtung quantifiziert einen Signalintensitätswert, der für den immobilisierten markierten Zielanalytkomplex bezüglich der Basislinie repräsentativ ist. Bei diesem Prozess lokalisiert die Lesevorrichtung eine Anfangsgrenze und eine Endgrenze für die eine oder mehr Messzonen auf dem Teststreifen, wodurch einem automatischen oder halbautomatischen analytischen Instrument oder einem menschlichen Ableser ermöglicht wird, bestimmte Ergebnisse der Lateralflussuntersuchung zu bestimmen. Die Signale aus den Messzonen werden bezüglich der Basislinie quantifiziert oder verglichen. Quantifizierte Werte, die der jeweiligen Konzentration an Verbindungen in unterschiedlichen Messzonen entsprechen, können dann miteinander verglichen werden, um das Vorliegen von Antigenen in der Probe zu erfassen.
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Die Messungen, die durch die oben beschriebenen Lateralflussuntersuchungslesevorrichtungen durchgeführt werden, beruhen auf Signalen von Regionen der Teststreifen, die üblicherweise bedeutend größer sind als die interessierenden Regionen. Folglich weisen diese Messungen tendenziell hohe Rauschpegel auf, und folglich können diese Messungen ungenaue oder falsche Ergebnisse liefern, wenn geringe Analytkonzentrationen vorliegen.
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US 6,394,952 B1 offenbart ein diagnostisches System, z. B. für den Einsatz in Notaufnahmen oder Operationsräumen. Das diagnostische System weist eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Teststreifens auf. Die Vorrichtung kann in eine Lesevorrichtung eingeschoben werden. Ein Lesekopf der Lesevorrichtung tastet den Teststreifen ab.
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US 2003/0143580 A1 offenbart einen Teststreifen mit einer Probenladezone, einem Erfassungsbereich, einem Kontrollbereich und einem absorbierenden Pad, die hintereinander in einer Fluidbewegungsrichtung angeordnet sind. Ein Analyseergebnis des Teststreifens ist mit einer Anordnung auslesbar, bei der eine CCD-Kamera zum Detektieren von an dem Teststreifen reflektiertem Licht einer Weißlichtquelle angeordnet ist.
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US 4,145,139 und
US 3,994,587 offenbaren jeweils ein Dichtemessgerät. Das Dichtemessgerät weist eine Probenplatte auf, auf welcher eine zu untersuchende Probe aufliegt. Ein Lichtstrahl tastet die Platte in einem zickzack-förmigen Verlauf ab, indem sich die Platte relativ zu einer Lichtquelle bewegt. Detektoren messen das Licht, welches von der Platte reflektiert wird.
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US 3,892,484 offenbart einen automatisch verfahrbaren Objekttisch eines Mikroskops. Der Objekttisch ist in zwei Richtungen verfahrbar. Der Objekttisch kann insbesondere entlang eines Zickzackpfades oder entlang eines kammartigen Pfades verlaufen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diagnostische Testsysteme und -verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein diagnostisches Testsystem gemäß Anspruch 1 sowie durch ein diagnostisches Testverfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.
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Das diagnostische Testsystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse, eine Lesevorrichtung und einen Datenanalysator. Das Gehäuse umfasst eine Öffnung zum Aufnehmen eines Teststreifens. Der Teststreifen trägt einen Lateralfluss einer Fluidprobe entlang einer Lateralflussrichtung und umfasst eine Markierungszone, die eine Markierungssubstanz enthält, die eine Markierung an einen Zielanalyten bindet, und eine Erfassungszone, die zumindest eine Testregion aufweist, die eine immobilisierte Substanz enthält, die den Zielanalyten bindet. Die Erfassungszone umfasst einen Bereich, der zum Zweck einer optischen Prüfung freiliegend ist und durch eine erste Abmessung, die quer zu der Lateralflussrichtung verläuft, und eine zweite Abmessung, die parallel zu der Lateralflussrichtung verläuft, gekennzeichnet ist. Die Lesevorrichtung weist eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor auf, wobei die Lesevorrichtung dazu konfiguriert ist, trennbare Lichtintensitätsmessungen von lokalisierten Regionen des freiliegenden Bereichs der Erfassungszone zu erhalten, wenn der Teststreifen in die Öffnung geladen wird. Beispielsweise ist jede der lokalisierten Regionen durch zumindest eine Oberflächenabmessung gekennzeichnet, die geringer ist als die erste Abmessung. Der Datenanalysator ist dahingehend wirksam, einige der Lichtintensitätsmessungen, die von der zumindest einen Testregion erhalten werden, zu identifizieren und aus den Identifizierten der Lichtintensitätsmessungen zumindest einen Parameter, insbesondere einen analytischen Zielparameter, zu berechnen. Die Lesevorrichtung kann dahingehend konfiguriert sein, dass ein jeweiliger Satz von Lichtintensitätsmessungen von jeder von mehreren entsprechenden Regionen des freiliegenden Oberflächenbereichs der Erfassungszone zu erhalten, wenn der Teststreifen in die Öffnung geladen wird. Der Datenanalysator ist dahingehend wirksam, aus zumindest einer der Sätze von Lichtintensitätsmessungen zumindest einen Parameter zu berechnen.
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Bezüglich eines weiteren Aspekts liefert die Erfindung ein diagnostisches Testverfahren. Gemäß diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teststreifen aufgenommen. Der Teststreifen trägt einen Lateralfluss einer Fluidprobe entlang einer Lateralflussrichtung und umfasst eine Markierungszone, die eine Markierungssubstanz enthält, die eine Markierung an einen Zielanalyten bindet, und eine Erfassungszone, die zumindest eine Testregion aufweist, die eine immobilisierte Substanz enthält, die den Zielanalyten bindet. Die Erfassungszone umfasst einen Bereich, der zum Zweck einer optischen Prüfung freiliegend ist und durch eine erste Abmessung, die quer zu der Lateralflussrichtung verläuft, und eine zweite Abmessung, die parallel zu der Lateralflussrichtung verläuft, gekennzeichnet ist. Trennbare Lichtintensitätsmessungen werden von lokalisierten Regionen des freiliegenden Bereichs der Erfassungszone erhalten, wobei jede der lokalisierten Regionen durch zumindest eine Oberflächenabmessung gekennzeichnet ist, die geringer ist als die erste Abmessung. Insbesondere wenn der Teststreifen in die Öffnung geladen wird, wird ein jeweiliger Satz von Lichtintensitätsmessungen von jeder von mehreren entsprechenden Regionen des freiliegenden Oberflächenbereichs der Erfassungszone erhalten. Eine Lichtquelle ist zum Erhalten des jeweiligen Satzes von Lichtintensitätsmessungen dahingehend wirksam, mittels eines Lichtstrahls nur eine einzige lokalisierte Region der Erfassungszone zu beleuchten und mittels des Lichtstrahls den freiliegenden Bereich der Erfassungszone entlang eines Pfades abzutasten. Der Pfad weist eine Richtung quer zu einer Lateralflußrichtung und eine Richtung längs zur Lateralflußrichtung auf und erstreckt sich über den freiliegenden Bereich der Erfassungszone zickzack-förmig. Ein Lichtdetektor ist mit der Lichtquelle derart synchronisiert, dass der Lichtdetektor die Lichtquelle nachverfolgt und dass der Lichtdetektor nur die von dem Lichtstrahl beleuchtete lokalisierte Region detektiert. Einige der von der zumindest einen Testregion erhaltenen Lichtintensitätsmessungen werden identifiziert. Aus den Identifizierten der Lichtintensitätsmessungen wird zumindest ein Parameter, insbesondere ein analytischer Zielparameter, berechnet.
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Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Zeichnungen und die Patentansprüche umfasst.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer bekannten Implementierung eines Lateralflussuntersuchungsteststreifens;
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2A eine schematische Ansicht einer Fluidprobe, die auf eine Aufbringungszone des in 1 gezeigten Lateralflussuntersuchungsteststreifens aufgebracht ist;
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2B eine schematische Ansicht des in 2A gezeigten Lateralflussuntersuchungsteststreifens, nachdem die Fluidprobe über den Teststreifen zu einer Absorptionszone geflossen ist;
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3 ein Blockdiagramm eines Teststreifens, der in ein Ausführungsbeispiel eines diagnostischen Testsystems geladen wird;
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4 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines diagnostischen Testverfahrens;
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5A zum besseren Verständnis der Erfindung eine schematische Seitenansicht einer Implementierung des in 3 gezeigten diagnostischen Testsystems, das ein zweidimensionales Lichtdetektorarray umfasst, das Lichtintensitätsmessungen von Regionen eines Teststreifens erhält;
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5B zum besseren Verständnis der Erfindung eine schematische Ansicht des in 5A gezeigten zweidimensionalen Lichtdetektorarrays, bei dem manche der Lichtdetektoren, die positioniert sind, um Lichtintensitätsmessungen von der Testregion und der Kontrollregion zu erhalten, hervorgehoben sind;
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6 zum besseren Verständnis der Erfindung einen exemplarischen Lichtintensitätsgraphen, der als Funktion der Position in dem in 5A und 5B gezeigten zweidimensionalen Lichtdetektorarray aufgetragen ist;
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7 zum besseren Verständnis der Erfindung eine schematische Ansicht einer Implementierung des in 3 gezeigten diagnostischen Testsystems, das ein lineares Lichtdetektorarray umfasst, das Lichtintensitätsmessungen von Regionen eines Teststreifens erhält;
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8 zum besseren Verständnis der Erfindung einen exemplarischen Graphen einer Gesamtlichtintensität, die durch das in 7 gezeigte lineare Lichtdetektorarray erhalten wird, der als Funktion der Zeit aufgetragen ist;
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9 eine schematische Draufsicht auf eine Implementierung des in 3 gezeigten diagnostischen Testsystems, das eine Lichtquelle umfasst, die einen Lichtstrahl Regionen eines Teststreifens gemäß der vorliegenden Erfindung abtasten lässt;
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10 zum besseren Verständnis der Erfindung eine schematische Seitenansicht einer Implementierung des in 3 gezeigten diagnostischen Testsystems, das eine Aperturplatte umfasst, die eine selektive Erfassung von Licht von der Testregion und der Kontrollregion eines Teststreifens ermöglicht;
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11 zum besseren Verständnis der Erfindung ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens eines diagnostischen Testverfahrens;
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12A zum besseren Verständnis der Erfindung einen Intensitätsgraphen, der als Funktion der Zeit aufgetragen ist;
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12B zum besseren Verständnis der Erfindung einen Graphen des Logarithmus der Intensitätswerte, der in 12 gezeigt ist, als Funktion der Zeit aufgetragen;
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13A und 13B zum besseren Verständnis der Erfindung jeweilige Graphen der Logarithmen von zwei Sätzen von Lichtintensitätsmessungen, die als Funktion der Zeit aufgetragen sind;
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14 zum besseren Verständnis der Erfindung eine schematische Ansicht eines Abschnitts eines Ausführungsbeispiels eines Farbfilterarrays;
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15 zum besseren Verständnis der Erfindung einen Graphen einer Gesamtintensität für vier verschiedene Farbkanäle, der als Funktion der Position entlang der Lateralflussrichtung in einem zweidimensionalen Lichtdetektorarray aufgetragen ist; und
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16 zum besseren Verständnis der Erfindung eine schematische Seitenansicht einer Implementierung des in 3 gezeigten diagnostischen Testsystems.
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In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu identifizieren. Ferner sollen die Zeichnungen wichtige Merkmale von exemplarischen Ausführungsbeispielen auf schematische Weise veranschaulichen. Die Zeichnungen sollen nicht jedes Merkmal der tatsächlichen Ausführungsbeispiele und auch nicht relative Abmessungen der gezeigten Elemente darstellen und sind nicht massstabsgetreu gezeichnet.
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Die Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nachfolgend ausführlich beschrieben werden, verringern Rauschpegel (z. B. Rauschen, das durch eine Reflexion von Licht oder eine intrinsischen Fluoreszenz von Materialien in dem Teststreifen verursacht wird) bei Lateralflussuntersuchungsmessungen, indem sie die Messungen auf die interessierenden Regionen auf dem Teststreifen beschränken, von denen die gewünschten quantitativen Informationen gewonnen werden können. Auf diese Weise erhöhen diese Ausführungsbeispiele die Signal/Rausch-Pegel dieser Messungen und erhöhen dadurch die Messempfindlichkeit und verringern das Auftreten fehlerhafter Ergebnisse für geringe Analytkonzentrationen. Manche dieser Ausführungsbeispiele erhöhen ferner die Genauigkeit der Lateralflussuntersuchungsergebnisse, indem sie jeweilige Sätze von Messungen von lokalisierten Regionen des Teststreifens, von denen zusätzliche analytische Informationen über diese Regionen gewonnen werden können, erhalten. Diese zusätzlichen Informationen können dazu verwendet werden, Zielmessungen von Hintergrundrauschen zu isolieren und genauere Schätzungen von Zielparameterwerten abzuleiten. Manche Ausführungsbeispiele sind außerdem in der Lage, von demselben Teststreifen mehrere Analyten präzise abzulesen.
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I. ÜBERSICHT ÜBER EIN DIAGNOSTISCHES TESTSYSTEM
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines diagnostischen Testsystems 40, das ein Gehäuse 42, eine Lesevorrichtung 44, einen Datenanalysator 46 und einen Speicher 47 umfasst. Das Gehäuse 42 umfasst eine Öffnung 48 zum Aufnehmen eines Teststreifens 50. Wenn der Teststreifen 50 in die Öffnung 48 geladen wird, erhält die Lesevorrichtung 44 Lichtintensitätsmessungen von dem Teststreifen 50. Allgemein können die Lichtintensitätsmessungen ungefiltert sein, oder sie können in Bezug auf zumindest entweder Wellenlänge und/oder Polarisation gefiltert sein. Der Datenanalysator 46 berechnet zumindest einen Parameter aus einer oder mehreren der Lichtintensitätsmessungen. Eine Ergebnisanzeigevorrichtung 52 liefert eine Angabe eines oder mehrerer der Ergebnisse einer Untersuchung des Teststreifens 50. Bei manchen Implementierungen ist das diagnostische Testsystem 40 aus relativ kostengünstigen Komponenten hergestellt, weshalb es für Wegwerf- oder Einmal-Anwendungen eingesetzt werden kann.
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Das Gehäuse 42 kann aus einem beliebigen einer großen Bandbreite von Materialien, einschließlich Kunststoff und Metall, hergestellt sein. Das Gehäuse 42 bildet eine Schutzummantelung für die Lesevorrichtung 44, den Datenanalysator 46, die Leistungsversorgung 54 und andere Komponenten des diagnostischen Testsystems 40. Das Gehäuse 42 definiert ferner ein Behältnis, das den Teststreifen 50 bezüglich der Lesevorrichtung 44 mechanisch ausrichtet. Das Behältnis kann dazu entworfen sein, einen beliebigen einer großen Bandbreite unterschiedlicher Arten von Teststreifen 50 aufzunehmen, einschließlich Teststreifen des in 1 gezeigten Typs.
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Allgemein trägt jeder der Teststreifen 50 einen Lateralfluss einer Fluidprobe entlang einer Lateralflussrichtung 51 und umfasst eine Markierungszone, die eine Markierungssubstanz enthält, die eine Markierung an einen Zielanalyten bindet, und eine Erfassungszone, die zumindest eine Testregion umfasst, die eine immobilisierte Substanz enthält, die den Zielanalyten bindet. Ein oder mehr Bereiche der Erfassungszone, einschließlich zumindest eines Abschnitts der Testregion, sind zum Zweck einer optischen Prüfung durch die Lesevorrichtung 44 freiliegend. Die freiliegenden Bereiche der Erfassungszone können durch ein optisch transparentes Fenster abgedeckt sein, müssen aber nicht.
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Die Lesevorrichtung 44 umfasst eine oder mehr optoelektronische Komponente(n) zum optischen Prüfen der freiliegenden Bereiche der Erfassungszone des Teststreifens 50. Die Lesevorrichtung 44 umfasst zumindest eine Lichtquelle und zumindest einen Lichtdetektor. Bei manchen Implementierungen kann die Lichtquelle eine Licht emittierende Halbleiterdiode umfassen, und der Lichtdetektor kann eine Halbleiter-Photodiode umfassen. Je nach der Beschaffenheit der Markierung, die der Teststreifen 50 verwendet, kann die Lichtquelle dazu entworfen sein, Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich oder Licht mit einer bestimmten Polarisierung zu emittieren. Wenn die Markierung beispielsweise eine fluoreszierende Markierung, z. B. ein Quantenpunkt, ist, wäre die Lichtquelle dazu entworfen, die freiliegenden Bereiche der Erfassungszone des Teststreifens 50 mit Licht in einem Wellenlängenbereich zu beleuchten, der eine Fluoreszenz von der Markierung bewirkt. Desgleichen kann der Lichtdetektor dazu entworfen sein, selektiv Licht aus den freiliegenden Bereichen der Erfassungszone zu erfassen. Wenn die Markierung beispielsweise eine fluoreszierende Markierung ist, wäre der Lichtdetektor dazu entworfen, selektiv Licht in dem Wellenlängenbereich des Fluoreszenzlichts, das durch die Markierung emittiert wird, oder Licht einer bestimmten Polarisierung zu erfassen. Wenn die Markierung dagegen eine Markierung vom reflektierenden Typ ist, wäre der Lichtdetektor dazu entworfen, selektiv Licht in dem Wellenlängenbereich des durch die Lichtquelle emittierten Lichts zu erfassen. Zu diesen Zwecken kann der Lichtdetektor ein oder mehr optische Filter umfassen, das bzw. die die Wellenlängenbereiche oder Polarisierungsachsen des erfassten Lichts definiert bzw. definieren.
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Der Datenanalysator 46 verarbeitet die durch die Lesevorrichtung 44 erhaltenen Lichtintensitätsmessungen. Allgemein kann der Datenanalysator 46 in jeglicher Rechen- oder Verarbeitungsumgebung implementiert sein, einschließlich einer digitalen elektronischen Schaltungsanordnung oder einer Computerhardware, -firmware oder -software. Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst der Datenanalysator 46 einen Prozessor (z. B. eine Mikrosteuerung, einen Mikroprozessor oder eine ASIC) und einen Analog/Digital-Wandler. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Datenanalysator 46 in dem Gehäuse 42 des diagnostischen Testsystems 40 integriert. Bei anderen Ausführungsbeispielen befindet sich der Datenanalysator 46 in einer separaten Vorrichtung, z. B. einem Computer, die über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung mit dem diagnostischen Testsystem 40 kommunizieren kann.
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Allgemein kann die Ergebnisanzeigevorrichtung 52 einen beliebigen einer großen Bandbreite verschiedener Mechanismen zum Anzeigen eines oder mehrerer Ergebnisse eines Untersuchungstests umfassen. Bei manchen Implementierungen umfasst die Ergebnisanzeigevorrichtung 52 ein oder mehrere Lichter (z. B. Licht emittierende Dioden), die aktiviert werden, um z. B. ein positives Testergebnis und den Abschluss des Untersuchungstests (d. h. wenn sich in der Kontrollregion eine ausreichende Menge an Markierungssubstanz 28 angesammelt hat) anzugeben. Bei anderen Implementierungen umfasst die Ergebnisanzeigevorrichtung 52 eine alphanumerische Anzeige (z. B. ein Leuchtdiodenarray mit zwei oder mehr Schriftzeichen) zum Präsentieren von Untersuchungstestergebnissen.
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Eine Leistungsversorgung 54 beliefert die aktiven Komponenten des diagnostischen Testsystems 40, einschließlich der Lesevorrichtung 44, des Datenanalysators 46 und der Ergebnisanzeigevorrichtung 52, mit Leistung. Die Leistungsversorgung 54 kann beispielsweise durch eine austauschbare Batterie oder eine wiederaufladbare Batterie implementiert sein.
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II. DIAGNOSTISCHES TESTEN AUF DER BASIS VON TRENNBAREN LOKALISIERTEN LICHTINTENSITÄTSMESSUNGEN
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Die nachstehend ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiele verringern Rauschpegel (z. B. Rauschen, das durch eine intrinsische Fluoreszenz von Materialien in dem Teststreifen bewirkt wird) in Lateralflussuntersuchungsmessungen, indem sie die Messungen auf die interessierenden Regionen auf dem Teststreifen beschränken, von denen gewünschte quantitative Informationen gewonnen werden können. Auf diese Weise erhöhen diese Ausführungsbeispiele die Signal/Rausch-Pegel dieser Messungen und verbessern dadurch die Messempfindlichkeit und verringern das Auftreten fehlerhafter Ergebnisse.
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4 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung ein Ausführungsbeispiel eines diagnostischen Testverfahrens, das durch die nachstehend beschriebenen Implementierungen des diagnostischen Testsystems 40 ausführbar ist. Gemäß diesem Verfahren erhält die Lesevorrichtung 44 trennbare lokalisierte Lichtintensitätsmessungen von Regionen des freiliegenden Bereichs der Erfassungszone des Teststreifens 50, wenn der Teststreifen 50 in die Öffnung 48 des diagnostischen Testsystems 40 geladen wird (Block 60). Gemäß seiner Verwendung in dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff ”trennbare lokalisierte Lichtintensitätsmessungen” auf die Fähigkeit der Lesevorrichtung 44, die Lichtintensitätsmessungen von jeweiligen lokalisierten Regionen des Teststreifens auf eine Art und Weise zu übertragen oder aufzuzeichnen, die ermöglicht, dass der Datenanalysator 46 jede der Lichtintensitätsmessungen einzeln analysiert.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede der trennbaren lokalisierten Regionen, aus der die Lichtintensitätsmessungen durch die Lesevorrichtung 44 erhalten werden, durch zumindest eine Oberflächenabmessung gekennzeichnet, die kleiner ist als die Abmessung des freiliegenden Bereichs der Erfassungszone, die quer zu der Lateralflussrichtung ist. Bei manchen Implementierungen weist jede dieser lokalisierten Regionen eine Oberflächenabmessung auf, die ungefähr dieselbe Größe aufweist wie, oder kleiner ist als, die schmalste Abmessung einer interessierenden Region in der Erfassungszone (z. B. der Testregion, der Kontrollregion oder einer Region eines immobilisierten markierten oder unmarkierten Komplexes).
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Nachdem die Lesevorrichtung 44 Lichtintensitätsmessungen von derartigen lokalisierten interessierenden Regionen in der Erfassungszone erhalten hat (Block 60), identifiziert der Datenanalysator 46 einige der von den interessierenden Regionen erhaltenen Lichtintensitätsmessungen (Block 62). Bei diesem Prozess isoliert der Datenanalysator 46 die Messungen, die interessierenden Regionen entsprechen, von den Messungen, die anderen Regionen des Teststreifens 50 entsprechen. Die isolierten Messungen weisen höhere Signal/Rausch-Verhältnisse als Gesamtmessungen auf, die Messungen von Regionen außerhalb der interessierenden Regionen umfassen.
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Der Datenanalysator 46 kann anschließend zumindest einen Parameter aus einigen der identifizierten Lichtintensitätsmessungen berechnen (Block 64). Exemplarische Parameter umfassen Spitzenintensitäts- und Gesamtintensitätswerte. Da die Messungen, die zum Berechnen dieser Parameter verwendet werden, höhere Signal/Rausch-Verhältnisse aufweisen, charakterisieren sie die interessierende Region mit größerer Genauigkeit und verbessern dadurch die Ergebnisse der Lateralflussuntersuchung.
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A. Erhalten trennbarer lokalisierter Lichtintensitätsmessungen unter Verwendung eines zweidimensionalen Lichtdetektorarrays
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5A zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung eine Implementierung des diagnostischen Testsystems 40, das eine Lichtquelle 66, ein zweidimensionales Array 68 von Lichtdetektoren 70 und eine Linse 72 umfasst. Bei 5A ist der Teststreifen 50 im Wesentlichen derselbe wie der Teststreifen 10, der in 1 gezeigt ist. Insbesondere umfasst der Teststreifen 50 die Probenaufnahmezone 12, die Markierungszone 14, die Erfassungszone 15 und die Absorptionszone 20 auf dem gemeinsamen Substrat 22. Bei der veranschaulichten Implementierung liegt ein beträchtlicher Abschnitt der Erfassungszone 15 zum Zweck der optischen Prüfung frei.
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Im Betrieb beleuchtet die Lichtquelle 66 den freiliegenden Abschnitt der Erfassungszone 15, einschließlich der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 des Teststreifens 50, mit Licht 76. Das Beleuchtungslicht kann breitbandig oder schmalbandig sein und kann polarisiert oder nicht-polarisiert sein. Das Lichtdetektorarray 68 erhält trennbare lokalisierte Lichtintensitätsmessungen von den beleuchteten Regionen der Erfassungszone 15. Allgemein können die Lichtintensitätsmessungen ungefiltert sein, oder sie können in Bezug auf zumindest entweder Wellenlänge und/oder Polarisierung gefiltert sein. Das Lichtdetektorarray 68 kann mit der Lichtquelle 66 synchronisiert sein. Allgemein kann das Lichtdetektorarray 68 die Lichtintensität messen, während die Erfassungszone 15 beleuchtet wird, oder nachdem die Lichtquelle 66 die Erfassungszone 15 beleuchtet hat. Licht, das von der Erfassungszone 15 reflektiert wird oder von derselben fluoresziert, wird durch die Linse 72 auf die einzelnen Lichtdetektoren 70 des Lichtdetektorarrays 68 fokussiert. Jeder der Lichtdetektoren 70 empfängt Licht von einer jeweiligen lokalisierten Region der Erfassungszone 15. Das heißt, dass jeder Lichtdetektor 70 in der Lage ist, eine jeweilige lokalisierte Region der Erfassungszone 15 aufzulösen oder getrennt abzubilden. Bei dieser Implementierung sind die lokalisierten Regionen durch eine Oberflächenabmessung gekennzeichnet, die höchstens so groß ist wie die schmalste Abmessung der Test- und der Kontrollregion 16, 18 (d. h. die Abmessungen der Regionen 16, 18, die entlang der Lateralflussrichtung liegen). Bei den veranschaulichten Implementierungen sind die lokalisierten Regionen durch Quadratabmessungen gekennzeichnet, die etwa gleich einem Drittel der Größe der Test- und der Kontrollregion 16, 18 entlang der Lateralflussrichtung sind. Die Lichtdetektoren 70 erzeugen Signale, die repräsentativ für die von den jeweiligen lokalisierten Regionen empfangene Lichtmenge sind. Diese Signale können in einem Speicher gespeichert werden, oder sie können zum Verarbeiten an den Datenanalysator 46 gesendet werden.
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Wie in 5A und 5B gezeigt ist, wird das von der Testregion 16 reflektierte oder fluoreszierende Licht lediglich durch einen Teilsatz 80 der Lichtdetektoren 70 in dem Array 68 empfangen. Desgleichen wird das von der Kontrollregion 18 reflektierte oder fluoreszierende Licht lediglich durch einen Teilsatz 82 der Lichtdetektoren 70 in dem Array 68 empfangen. Somit liefern die Signale von den Lichtdetektoren in den Teilsätzen 80, 82 ein relativ geringes Rauschen aufweisende Lichtintensitätsmessungen des Lichts, das von der Testregion 16 bzw. der Kontrollregion 18 reflektiert wird oder fluoresziert.
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Der Datenanalysator 46 ist dahingehend wirksam, die Signale, die durch die einzelnen Lichtdetektoren 70 erzeugt werden, zu verarbeiten, um diejenigen der Lichtintensitätsmessungen zu identifizieren, die von den interessierenden Regionen erhalten werden (z. B. von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18). Unter Bezugnahme auf 6 erzeugt das Lichtdetektorarray 68 bei einem veranschaulichenden Beispiel einen Satz von Lichtintensitätssignalen, die durch eine dreidimensionale Oberfläche 84 dargestellt werden. Bei diesem Beispiel umfasst die Oberfläche 84 Höhere-Intensität-Messungen 86, 88, die durch die Lichtdetektoren 70 in den Teilsätzen 80, 82 des Lichtdetektorarrays 68 erhalten werden. Bezüglich dieses Beispiels mag der Datenanalysator 46 die Lichtintensitätsmessungen, die von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 erhalten werden, identifizieren, indem er die Oberfläche 84 an einem Intensitätsschwellenpegel 90 einer Schwellwertbildung unterzieht. Bei manchen Implementierungen ist die Schwelle, die bei dem Schwellwertbildungsprozess verwendet wird, über den interessierenden Streifen oder die interessierende Region hinweg konstant. Beispielsweise kann die Schwelle bei manchen Implementierungen ein Gefälle oder örtliche Schwankungen aufweisen, um Schwankungen bei der Beleuchtung oder Diffusion der Analyten zu berücksichtigen. Diejenigen der Lichtintensitätsmessungen, die über dem Schwellenpegel 90 liegen, werden als von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 kommend identifiziert. Zusätzliche Informationen, z. B. die relativen Positionen des Lichtdetektorarrays 68, von denen die Identifizierten der Lichtintensitätsmessungen erhalten wurden, können durch den Datenanalysator 46 dazu verwendet werden, die identifizierten Lichtintensitätsmessungen mit der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 zu korrelieren.
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B. Erhalten trennbarer lokalisierter Lichtintensitätsmessungen unter Verwendung eines linearen Lichtdetektorarrays
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7 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung eine Implementierung des Teststreifens 50, die dieselbe ist wie die in 5A gezeigte Implementierung, und eine Implementierung des diagnostischen Testsystems 40, die dieselbe ist wie die in 5A gezeigte Implementierung, mit der Ausnahme, dass die vorliegende Implementierung statt des zweidimensionalen Arrays 68 von Lichtdetektoren 70 ein lineares Lichtdetektorarray 92 umfasst. Bei der vorliegenden Implementierung umfasst das diagnostische Testsystem 40 zusätzlich einen (nicht gezeigten) Mechanismus zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen den Optische-Prüfung-Komponenten 94 (d. h. der Lichtquelle 66, der Linse 72 und dem linearen Lichtdetektorarray 92) und dem Teststreifen 50. Der eine Bewegung bewirkende Mechanismus kann ein beliebiger einer großen Bandbreite unterschiedlicher Mechanismen sein, einschließlich eines motorisierten Wagens, der die Optische-Prüfung-Komponenten relativ zu dem Teststreifen 50 auf einem Paar Schienen bewegt, und einschließlich eines oder mehrerer motorisierter Antriebsräder, die den Teststreifen 50 relativ zu den Optische-Prüfung-Komponenten bewegen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Optische-Prüfung-Komponenten 94 als sich in der Richtung des Pfeils 96 (d. h. in der Lateralflussrichtung) relativ zu dem Teststreifen 50 bewegend gezeigt. Das lineare Lichtdetektorarray 92 ist in einer quer zu der Bewegungsrichtung der Optische-Prüfung-Komponenten 94 liegenden Richtung orientiert.
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Im Betrieb beleuchtet die Lichtquelle 66 den freiliegenden Abschnitt der Erfassungszone 15 mit Licht 76, während die Optische-Prüfung-Komponenten 94 relativ zu dem Teststreifen 50 bewegt werden. Das Beleuchtungslicht kann breitbandig oder schmalbandig sein und kann polarisiert oder nicht-polarisiert sein. Das lineare Lichtdetektorarray 92 erhält trennbare lokalisierte Lichtintensitätsmessungen von einem schmalen Abschnitt der beleuchteten Region der Erfassungszone 15. Allgemein können die Lichtintensitätsmessungen ungefiltert sein, oder sie können in Bezug auf Wellenlänge oder Polarisierung gefiltert sein. Das Lichtdetektorarray 68 kann mit der Lichtquelle 66 synchronisiert sein. Allgemein kann das Lichtdetektorarray 68 die Lichtintensität messen, während die Erfassungszone 15 beleuchtet wird, oder nachdem die Lichtquelle 66 die Erfassungszone 15 beleuchtet hat. Licht, das von der Erfassungszone 15 reflektiert wird oder von derselben fluoresziert, wird durch die Linse 72 auf die einzelnen Lichtdetektoren 70 des Lichtdetektorarrays 92 fokussiert. Jeder der Lichtdetektoren 70 empfängt Licht von einer jeweiligen lokalisierten Region der Erfassungszone 15. Das heißt, dass jeder Lichtdetektor 70 in der Lage ist, eine jeweilige lokalisierte Region der Erfassungszone 15 aufzulösen oder getrennt abzubilden. Die Lichtdetektoren 70 erzeugen Signale, die repräsentativ für die von den jeweiligen lokalisierten Regionen empfangene Lichtmenge sind. Diese Signale können in einem Speicher gespeichert werden, oder sie können zum Verarbeiten an den Datenanalysator 46 gesendet werden.
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Der Datenanalysator 46 ist dahingehend wirksam, die Signale, die durch die einzelnen Lichtdetektoren 70 erzeugt werden, zu verarbeiten, um diejenigen der Lichtintensitätsmessungen zu identifizieren, die von den interessierenden Regionen erhalten werden (z. B. von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18). Bei manchen Implementierungen ist die Oberfläche der Erfassungszone 15 in der zur Lateralflussrichtung quer verlaufenden Richtung im Wesentlichen homogen. Bei diesen Implementierungen können die Signale von den Lichtdetektoren in dem linearen Array 92 ohne einen wesentlichen Verlust an Informationen gesammelt werden.
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8 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung einen exemplarischen Graphen 98 der Gesamtintensitätsmessungen, die durch das lineare Lichtdetektorarray 92 erzeugt werden, als Funktion der Zeit aufgetragen. Bei diesem Beispiel umfasst der Graph 98 Gesamtintensitäten einer höheren Intensität 100, 102, wenn die Lichtdetektoren 70 in dem Array 92 über der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 positioniert sind. Bezüglich dieses Beispiels mag der Datenanalysator 46 die Lichtintensitätsmessungen, die von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 erhalten werden, identifizieren, indem er den Graphen 98 an einem Intensitätsschwellenpegel 104 einer Schwellwertbildung unterzieht. Diejenigen der Lichtintensitätsmessungen, die sich über dem Schwellenpegel 104 befinden, werden als von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 kommend identifiziert. Zusätzliche Informationen, z. B. wie oft, relativ gesehen, die Identifizierten der Lichtintensitätsmessungen erhalten wurden, können durch den Datenanalysator 46 dazu verwendet werden, die. identifizierten Lichtintensitätsmessungen mit der Testregion und der Kontrollregion 18 zu korrelieren.
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C. Erhalten trennbarer lokalisierter Lichtintensitätsmessungen unter Verwendung einer Abtastlichtquelle
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9 zeigt eine Implementierung des Teststreifens 50, die dieselbe ist wie die des in 1 gezeigten Teststreifens 10, und eine Implementierung des diagnostischen Testsystems 40 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, das eine Lichtquelle 110 umfasst, die dahingehend wirksam ist, einen Lichtstrahl 112 über den freiliegenden Bereich der Erfassungszone 15 hinweg abzutasten. Der Lichtstrahl 112 kann breitbandig oder schmalbandig sein und kann polarisiert oder nicht-polarisiert sein. Allgemein kann die Lichtquelle 110 den Lichtstrahl 112 über den freiliegenden Bereich der Erfassungszone 15 hinweg entlang eines beliebigen Pfades abtasten, der die Testregion 16 und die Kontrollregion 18 umfasst, einschliesslich in einer Richtung, die quer zu der Lateralflussrichtung ist, und einer Richtung, die parallel zu der Lateralflussrichtung ist. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel tastet die Lichtquelle 110 den Lichtstrahl 112 entlang eines weitläufigen Zickzackpfades über den freiliegenden Bereich der Erfassungszone 15 hinweg ab. Bei manchen Implementierungen umfasst die Lichtquelle 110 einen Lichtemitter, z. B. eine Licht emittierende Diode oder einen Laser, und eine oder mehr optische Komponenten (z. B. eine oder mehr Linsen und einen Drehspiegel) zum Formen und Abtasten des emittierten Lichts, um den Strahl 112 zu erzeugen. Bei der in 9 gezeigten Implementierung kann das diagnostische Testsystem 40 trennbare lokalisierte Lichtintensitätsmessungen unter Verwendung eines beliebigen Typs eines aus einem einzigen Element oder aus mehreren Elementen bestehenden Lichtdetektors erhalten, der ein Gesichtsfeld aufweist, das den Pfad des Lichtstrahls 112 über den freiliegenden Bereich der Erfassungszone 15 hinweg einschliesst oder das die lokalisierten Regionen der Erfassungszone 15 nachverfolgt, während sie durch den Lichtstrahl 112 beleuchtet werden. Allgemein können die Lichtintensitätsmessungen ungefiltert sein, oder sie können in Bezug auf Wellenlänge oder Polarisierung gefiltert sein. Das Lichtdetektorarray kann mit der Lichtquelle synchronisiert sein. Allgemein kann das Lichtdetektorarray die Lichtintensität messen, während die Erfassungszone 15 beleuchtet wird, oder nachdem die Lichtquelle die Erfassungszone 15 beleuchtet hat. Da der Lichtstrahl 112 zu einem Zeitpunkt immer nur eine einzige lokalisierte Region der Erfassungszone 15 beleuchtet, entspricht das durch den Lichtdetektor erhaltene Licht dem Licht, das von der beleuchteten lokalisierten Region reflektiert wird oder von derselben fluoresziert. Somit korreliert jeder Datenpunkt des Signals, das durch den Lichtdetektor erzeugt wird, mit einer jeweiligen lokalisierten Region und weist ein höheres Signal/Rausch-Verhältnis auf als vergleichbare Messungen, die von größeren Regionen der Erfassungszone 15 erhalten werden.
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Der Datenanalysator 46 ist dahingehend wirksam, die Signale, die durch die Lichtdetektoren erzeugt werden, zu verarbeiten, um diejenigen der Lichtintensitätsmessungen zu identifizieren, die von den interessierenden Regionen erhalten werden (z. B. von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18). Beispielsweise kann der Datenanalysator 46 bei manchen Implementierungen die Lichtintensitätsmessungen, die von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 erhalten werden, identifizieren, indem er das zeitlich variierende Lichtintensitätsmessungssignal, das durch den Lichtdetektor erzeugt wird, einer Schwellwertbildung unterzieht. Diejenigen der Lichtintensitätsmessungen, die sich über dem Schwellenpegel befinden, werden als von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 kommend identifiziert. Zusätzliche Informationen, z. B. wie oft, relativ gesehen, die Identifizierten der Lichtintensitätsmessungen erhalten wurden, können durch den Datenanalysator 46 dazu verwendet werden, die identifizierten Lichtintensitätsmessungen mit der Testregion und der Kontrollregion 18 zu korrelieren.
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D. Erhalten trennbarer lokalisierter Lichtintensitätsmessungen durch eine Apertur
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10 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung eine Implementierung des Teststreifens 50, die dieselbe ist wie die in 5A gezeigte Implementierung, und eine Implementierung des diagnostischen Testsystems 40, das eine Lichtquelle 120 und ein Paar von Lichtdetektoren 122, 124 umfasst. Die Lichtquelle 120 kann durch eine oder mehr Licht emittierende Dioden implementiert sein, die einen relativ breiten Lichtstrahl erzeugen, der die interessierenden Regionen in der Erfassungszone 15 beleuchtet. Die Lichtdetektoren 122, 124 können durch aus einem einzigen Element bestehende Lichtdetektoren oder aus mehreren Elementen bestehende Lichtdetektoren implementiert sein.
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Eine Aperturplatte 126 definiert ein Paar von Aperturen 128, 130, durch die Lichtintensitätsmessungen durch die Lichtdetektoren 122, 124 erhalten werden. Bei der veranschaulichten Implementierung sind die Aperturen 128, 130 über der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 positioniert, wenn der Teststreifen 50 in die Öffnung 48 des diagnostischen Testsystems 40 geladen wird. Allgemein sind die Aperturen 128, 130 dazu entworfen, selektiv zu ermöglichen, dass Licht, das von den interessierenden Regionen in der Erfassungszone reflektiert wird oder fluoresziert, die Detektoren 122, 124 erreicht. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ermöglichen die Aperturen 128, 130 außerdem, dass die interessierenden Regionen in der Erfassungszone 15 durch die Lichtquelle 120 beleuchtet werden. Die Aperturen 128, 130 sind üblicherweise so nahe an den interessierenden Regionen positioniert, wie es praktisch ist. Bei manchen Implementierungen stimmen die Aperturen 128, 130 bezüglich der Größe, Form und Orientierung im Wesentlichen mit der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 überein.
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Im Betrieb beleuchtet die Lichtquelle 120 die Testregion 16 und die Kontrollregion 18 mit Licht 132, 134, das durch die Aperturen 128, 130 transmittiert wird. Das Beleuchtungslicht kann breitbandig oder schmalbandig sein und kann polarisiert oder nicht-polarisiert sein. Die Lichtdetektoren 122, 124 erhalten trennbare lokalisierte Lichtintensitätsmessungen von den beleuchteten Regionen der Erfassungszone 15. Allgemein können die Lichtintensitätsmessungen ungefiltert sein, oder sie können in Bezug auf Wellenlänge oder Polarisierung gefiltert sein. Das Detektoren 122, 124 können mit der Lichtquelle 120 synchronisiert sein. Allgemein können die Lichtdetektoren 122, 124 die Lichtintensität messen, während die Erfassungszone 15 beleuchtet wird, oder nachdem die Lichtquelle 120 die Erfassungszone 15 beleuchtet hat. Licht, das von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 reflektiert wird oder fluoresziert, wird durch die Linsen 136, 138 auf die Lichtdetektoren 122 bzw. 124 fokussiert. Auf diese Weise sind die Lichtdetektoren 122, 124 in der Lage, die Testregion 16 und die Kontrollregion 18 aufzulösen oder separat abzubilden. Die Lichtdetektoren 122, 124 erzeugen Signale, die für die von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 empfangene Lichtmenge repräsentativ sind. Wenn die Lichtdetektoren 122, 124 durch aus einem einzigen Element bestehende Detektoren implementiert sind, stellen die Signale Gesamt- oder Sammellichtmengen dar, die von der Testregion 16 oder der Kontrollregion 18 empfangen werden. Wenn die Lichtdetektoren 122, 124 durch aus mehreren Elementen bestehende Detektoren implementiert sind, stellen die Signale die von lokalisierten Bereichen der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 empfangenen Lichtmengen dar. Die Signale, die durch die Lichtdetektoren 122, 124 erzeugt werden, können in einem Speicher gespeichert werden, oder sie können zum Verarbeiten an den Datenanalysator 46 gesendet werden.
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Das von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 reflektierte oder fluoreszierende Licht wird vorzugsweise durch die Aperturen 128, 130 transmittiert, wohingegen Licht von anderen Regionen des Teststreifens 50 im Wesentlichen durch die Aperturplatte 126 blockiert wird. Folglich weisen die durch die Lichtdetektoren 122, 124 erzeugten Signale ein höheres Signal/Rausch-Verhältnis auf als vergleichbare Messungen, die von größeren Regionen der Erfassungszone 15 erhalten werden. Außerdem entspricht das durch die Lichtdetektoren 122, 124 erhaltene Licht im Wesentlichen dem Licht, das von der Testregion 16 bzw. der Kontrollregion 18 reflektiert wird oder fluoresziert. Somit korrelieren die durch die Lichtdetektoren 122, 124 erzeugten Signale mit der Testregion 16 bzw. der Kontrollregion 18, und der Datenanalysator 46 kann diejenigen der Lichtintensitätsmessungen, die direkt von der Testregion 16 und der Kontrollregion 18 erhalten werden, identifizieren. Das heißt, dass die durch den Lichtdetektor 122 erzeugten Lichtintensitätsmessungen von der Testregion 16 erhalten werden und die durch den Lichtdetektor 124 erzeugten Lichtintensitätsmessungen von der Kontrollregion 18 erhalten werden.
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E. Erhalten von trennbaren lokalisierten Lichtintensitätsmessungen unter Verwendung von Positionsmarken
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Bei manchen Implementierungen ist der Datenanalysator 46 dahingehend wirksam, einige der von interessierenden Regionen in der Erfassungszone 15 erhaltenen Lichtintensitätsmessungen auf der Basis von Intensitätsmessungen zu identifizieren, die von zumindest einer Positionsmarke auf dem Teststreifen erhalten werden. Die Implementierung des Teststreifens 50, in 9 gezeigt, umfasst einen beispielhaften Satz von Positionsmarken 138. Bei der veranschaulichten Implementierung sind die Positionsmarken 138 entlang des Randes des Teststreifens 50 regelmäßig beabstandet. Die Positionsmarken 138 umfassen Merkmale, die eine andere Reflexionscharakteristik aufweisen als die Oberfläche des Teststreifens 50. Folglich variiert die Intensität der in der Nähe des Randes des Teststreifens 50 erhaltenen Messungen gemäß dem Muster der Positionsmarken 138. Auf diese Weise codieren die Positionsmarker die Position entlang des Teststreifens 50 in der Lateralflussrichtung.
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Bei diesen Implementierungen korreliert der Datenanalysator 46 die Lichtintensitätsmessungen mit der Position entlang des Teststreifens 50 in der Lateralflussrichtung. Auf der Basis dieser Informationen und vorbestimmter Informationen, die die Positionen der interessierenden Regionen mit dem Muster der Positionsmarken 138 korrelieren, kann der Datenanalysator 46 diejenigen der Lichtintensitätsmessungen, die den interessierenden Regionen entsprechen, identifizieren.
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III. DIAGNOSTISCHES TESTEN AUF DER BASIS VON MESSUNGSSÄTZEN AUS LOKALISIERTEN REGIONEN
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Die Ausführungsbeispiele, die nachfolgend ausführlich beschrieben werden, erhöhen die Genauigkeit der Lateralflussuntersuchungsergebnisse, indem jeweilige Messungssätze aus lokalisierten Regionen des Teststreifens erhalten werden, von denen zusätzliche analytische Informationen über diese Regionen erhalten werden können. Diese zusätzlichen Informationen werden verwendet, um Zielmessungen von Hintergrundrauschen zu trennen und um genauere Schätzungen von Zielparameterwerten abzuleiten.
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11 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung ein Ausführungsbeispiel eines diagnostischen Testverfahrens, das durch die oben beschriebenen Implementierungen des diagnostischen Testsystems 40 ausführbar ist. Gemäß diesem Verfahren erhält die Lesevorrichtung 44 einen jeweiligen Satz von Lichtintensitätsmessungen von jeder von mehreren entsprechenden Regionen des freiliegenden Bereichs der Erfassungszone (Block 140). Das Beleuchtungslicht kann breitbandig oder schmalbandig und kann polarisiert oder nicht-polarisiert sein. Die Lesevorrichtung 44 kann die Sätze von Lichtintensitätsmessungen von jeder der entsprechenden Regionen unter Verwendung eines aus einem einzigen Element bestehenden Detektors oder eines aus mehreren Elementen bestehenden Lichtdetektors erhalten. Allgemein können die Lichtintensitätsmessungen ungefiltert sein, oder sie können in Bezug auf Wellenlänge oder Polarisierung gefiltert sein. Der Lichtdetektor kann mit der Lichtquelle synchronisiert sein. Allgemein kann der Lichtdetektor Lichtintensität messen, während die Erfassungszone 15 beleuchtet ist, oder nachdem die Lichtquelle die Erfassungszone 15 beleuchtet hat.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel kann jede der lokalisierten Regionen, von denen die Lichtintensitätsmessungen durch die Lesevorrichtung 44 erhalten werden, durch zumindest eine Oberflächenabmessung gekennzeichnet sein, muss aber nicht, die kleiner ist als die Abmessung des freiliegenden Bereichs der Erfassungszone, die quer zu der Lateralflussrichtung ist. Bei manchen Implementierungen weist jedoch jede dieser lokalisierten Regionen eine Oberflächenabmessung auf, die ungefähr dieselbe Größe aufweist wie, oder kleiner ist als, die schmalste Abmessung einer interessierenden Region in der Erfassungszone (z. B. der Testregion, der Kontrollregion oder einer Region eines immobilisierten markierten oder unmarkierten Komplexes).
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Nachdem die Lesevorrichtung 44 die Sätze von Lichtintensitätsmessungen erhalten hat (Block 140), berechnet der Datenanalysator 46 zumindest einen Parameter aus zumindest einem der Sätze von Lichtintensitätsmessungen (Block 142). Bei diesem Prozess kann der Datenanalysator 46 die Sätze von Lichtintensitätsmessungen verwenden, um genauere Schätzungen von Zielparameterwerten abzuleiten. Alternativ dazu kann der Datenanalysator 46 die Sätze von Lichtintensitätsmessungen dazu verwenden, die Messungen, die interessierenden Regionen (z. B. der Testregion 16 und der Kontrollregion 18) entsprechen, von den Messungen, die anderen Regionen des Teststreifens 50 entsprechen, zu isolieren. Diese isolierten Messungen weisen ein höheres Signal/Rausch-Verhältnis auf als Gesamtmessungen, die Messungen von Regionen außerhalb der interessierenden Regionen umfassen.
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Unter Bezugnahme auf
12A und
12B erhält die Lesevorrichtung
44 bei einem Ausführungsbeispiel Sätze von Lichtintensitätsmessungen, die Änderungen bei dem Fluoreszenz-Ansprechverhalten der interessierenden Regionen in der Erfassungszone
15 über die Zeit darstellen. Bei einem Lösungsansatz, der für Teststreifen mit Fluoreszenzmarkierungen entworfen ist, wird die Lichtquelle gepulst, und der Lichtdetektor erhält nach jedem Lichtpuls eine Serie von Lichtintensitätsmessungen von den entsprechenden Regionen.
12A zeigt einen exemplarischen Graphen
144, der eine Serie von Lichtintensitätsmessungen, die durch die Lesevorrichtung
44 erhalten werden, darstellt. Bei diesem Beispiel wird die Lichtquelle zu einem Zeitpunkt t0 gepulst, und die Lichtintensitätsmessungen werden zu einem Zeitpunkt t1 beginnend erhalten, der um einen Verzögerungszeitraum Δt auf den Zeitpunkt t0 folgt. Auf Grund des Verzögerungszeitraums Δt stellt die Spitzenintensitätsmessung
146 nicht die wahre Spitzenintensität der von der interessierenden Region emittierten Fluoreszenz dar. Der Datenanalysator
46 leitet eine genauere Schätzung der Spitzenfluoreszenz ab, indem er gemäß einem Modell eines exponentiellen Abklingens (Intensität ∝
) einen Abklingparameter τ aus dem Graphen berechnet und den Intensitätswert zurück zum Zeitpunkt t0 extrapoliert, um eine Schätzung der Spitzenintensität zu erhalten, wie in
12B gezeigt ist. Da diese Schätzung des Spitzenintensitätswerts näher am Beginn der tatsächlichen Fluoreszenz von der interessierenden Region liegt, liefert diese Schätzung ein genaueres Maß des Spitzenfluoreszenzwerts als die tatsächliche gemessene Spitzenintensität
146.
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Bei manchen Implementierungen berechnet der Datenanalysator 46 einen Parameterwert aus Jeweiligen der Spitzenintensitätsparameterwerte, die mehreren interessierenden Regionen in der Erfassungszone 15 entsprechen. Bei manchen Implementierungen kann der Datenanalysator 46 z. B. das Verhältnis von Spitzenintensitätswerten berechnen, die für erste und zweite Testregionen geschätzt werden, um ein Maß der relativen Konzentration zweier Zielanalyten in einer Probe zu erhalten.
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Das zeitliche Ansprechverhalten der lokalisierten Regionen, von denen die Intensitätsmessungen erhalten werden, kann auch dazu verwendet werden, diese Messungen unterschiedlichen Fluoreszenzquellen zuzuordnen. Beispielsweise zeigt 13A zwei Log-Intensitätsauftragungen 148, 150, die von zwei Sätzen von Lichtintensitätsmessungen abgeleitet sind. Da diese Auftragungen 148, 150 dieselben Abklingparameter aufweisen (d. h. sie weisen die gleiche Neigung auf), kann der Datenanalysator 46 hieraus schließen, dass die Fluoreszenzquellen, von denen diese Messungssätze erhalten werden, dieselbe Fluoreszenzspezies sind. 13B zeigt ferner zwei Log-Intensitätsauftragungen 152, 154, die von zwei Sätzen von Lichtintensitätsmessungen abgeleitet sind. Da diese Auftragungen 152, 154 unterschiedliche Abklingparameter aufweisen (d. h. sie weisen unterschiedliche Neigungen auf), kann der Datenanalysator 46 hieraus schließen, dass die Fluoreszenzquellen, von denen diese Messungssätze erhalten werden, unterschiedliche Fluoreszenzspezies sind.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen wird das Wellenlängen-Ansprechverhalten der lokalisierten Regionen, von denen die Intensitätsmessungen erhalten werden, dazu verwendet, diese Messungen unterschiedlichen Fluoreszenzquellen zuzuordnen. Bei manchen Ausführungsbeispielen entspricht z. B. jede der Lichtintensitätsmessungen, die für eine Gegebene der lokalisierten Regionen erhalten werden, einem anderen Wellenlängenprofil (oder Farbkanal), das eine oder mehr Wellenlängen einschließt. Bei manchen Implementierungen kann die Erfassungszone 15 mit einer breitbandigen Lichtquelle beleuchtet werden, und der Lichtdetektor kann dazu konfiguriert sein, von jeder der entsprechenden Regionen mehrere Messungen zu erhalten, die unterschiedlichen interessierenden Zielwellenlängenbereichen entsprechen. Bei anderen Ausführungsbeispielen beleuchtet die Lesevorrichtung 44 jede der entsprechenden Regionen der Erfassungszone 15 mit Licht, das unterschiedliche Wellenlängenprofile aufweist, von denen jedes eine oder mehr Wellenlängen einschließt. Diesbezüglich kann die Lesevorrichtung 44 mehrere Lichtquellen umfassen, die in der Lage sind, Licht mit unterschiedlichen Wellenlängenprofilen zu erzeugen, oder kann eine Lichtquelle umfassen, die auf eine einzige Wellenlänge abstimmbar ist. Die Zielwellenlängenbereiche sind üblicherweise dazu ausgewählt, unterschiedliches Ansprechverhalten von verschiedenen interessierenden Regionen in der Erfassungszone zu bewirken. Bei manchen Implementierungen sind die Zielwellenlängenbereiche beispielsweise dazu ausgewählt, bei verschiedenen jeweiligen Fluoreszenzmarkierungen eine Fluoreszenz zu bewirken.
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Bei manchen dieser Implementierungen umfasst die Lesevorrichtung 44 einen oder mehrere Lichtdetektoren, die dazu konfiguriert sind, die unterschiedlichen Zielwellenlängenansprechverhalten der interessierenden Regionen in der Erfassungszone 15 zu unterscheiden. 14 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung einen Abschnitt eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Farbfilterarrays 150, das identische Sätze 152 von vier Farbfiltern (A, B, C und D) umfasst, wobei jedes derselben Licht, das auf einem jeweiligen Lichtdetektor eines (nicht gezeigten) zweidimensionalen Lichtdetektorarrays gerichtet ist, abfängt. Die Farbfilter definieren die Farbkanäle für die durch die Lichtdetektoren erhaltenen Lichtintensitätsmessungen. Die Lichtdetektoren, die einem gegebenen Satz 152 von Farbfiltern entsprechen, bilden im Wesentlichen dieselbe lokalisierte Region der Erfassungszone 15 ab. Somit entsprechen die Lichtsignale, die durch die Lichtdetektoren, die einem gegebenen Satz 152 entsprechen, erzeugt werden, hinsichtlich der Farbkanäle A, B, C und D im Wesentlichen dem Wellenlängenansprechverhalten der abgebildeten Region.
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Ausgehend von diesen Messungen bestimmt der Datenanalysator 46 ein Wellenlängenansprechverhaltensprofil über die beleuchteten Regionen der Erfassungszone 15. 15 zeigt exemplarische Graphen 160, 162, 164, 166 der Gesamtintensitätsprofile, die von einer Implementierung der Lesevorrichtung 44 erhalten werden, die Lichtintensitätsmessungen mit einem zweidimensionalen Lichtdetektorarray und dem Farbfilterarray, in 14 gezeigt, erhielt. Jeder der Graphen 160–166 entspricht einem Jeweiligen der Farbkanäle A, B, C und D, der durch das Farbfilterarray 150 definiert ist. Die Gesamtintensitätswerte sind als Funktionen der Position in dem zweidimensionalen Lichtdetektorarray entlang der Lateralflussrichtung aufgetragen. Bei dem veranschaulichten Beispiel umfassen die Graphen 160–166 Spitzenintensitätswerte an unterschiedlichen jeweiligen Positionen in dem zweidimensionalen Lichtdetektorarray. Da die Arraypositionen mit den Positionen in der Erfassungszone 15 entlang der Lateralflussrichtung korrelieren, kann der Datenanalysator 46 hieraus schließen, dass an diesen unterschiedlichen Positionen in der Erfassungszone 15 unterschiedliche Markierungsspezies vorliegen. Diese Informationen können durch den Datenanalysator 46 dazu verwendet werden, die Lichtintensitätsmessungen, die verschiedenen Markierungen entsprechen, voneinander zu isolieren.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen beleuchtet die Lesevorrichtung 44 jede der entsprechenden Regionen der Erfassungszone 15 mit Licht einer jeweils unterschiedlichen Polarisierung. Bei diesen Implementierungen umfasst die Lesevorrichtung 44 einen oder mehr Lichtdetektoren, die dazu konfiguriert sind, die unterschiedlichen Polarisierungsansprechverhalten der interessierenden Regionen in der Erfassungszone 15 zu unterscheiden. Aus diesen Messungen bestimmt der Datenanalysator 46 das Polarisierungsansprechverhaltensprofil über die beleuchteten Regionen der Erfassungszone 15 hinweg. Diese Informationen können durch den Datenanalysator 46 dazu verwendet werden, die Lichtintensitätsmessungen, die unterschiedlichen Markierungen entsprechen, voneinander zu isolieren (z. B. durch Schwellwertbildung oder Erfassen von Spitzenintensitäten).
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IV. SCHLUSSFOLGERUNG
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verringern den Rauschpegel (z. B. ein Rauschen, das durch eine Reflexion von Licht oder eine intrinsische Fluoreszenz von Materialien in dem Teststreifen verursacht wird) bei Lateralflussuntersuchungsmessungen, indem sie die Messungen auf die interessierenden Regionen auf dem Teststreifen, von denen die gewünschten quantitativen Informationen abgeleitet werden können, beschränken. Auf diese Weise erhöhen diese Ausführungsbeispiele die Signal/Rausch-Pegel dieser Messungen und verbessern dadurch die Messempfindlichkeit und verringern das Auftreten fehlerhafter Ergebnisse. Manche dieser Ausführungsbeispiele erhöhen außerdem die Genauigkeit der Lateralflussuntersuchungsergebnisse, indem sie jeweilige Messungssätze von lokalisierten Regionen des Teststreifens erhalten, von denen zusätzliche analytische Informationen über diese Regionen erhalten werden können. Diese zusätzlichen Informationen können dazu verwendet werden, Zielmessungen von Hintergrundrauschen zu isolieren und genauere Schätzungen von Zielparameterwerten abzuleiten. Manche Ausführungsbeispiele sind außerdem in der Lage, mehrere Analyten präzise von demselben Teststreifen abzulesen und zwischen räumlich getrennten Markierungen und spektral getrennten Markierungen zu unterscheiden.
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Beispielsweise können jegliche der vorstehenden Ausführungsbeispiele durch optische Beugungsgeräte oder Beugungsgitter ergänzt werden, die unterschiedliche Lichtwellenlängen trennen und zu jeweiligen von mehreren Lichtdetektoren lenken. Beispielsweise zeigt 16 zum besseren Verständnis der Erfindung ein diagnostisches Testsystem 180, das trennbare lokalisierte Lichtintensitätsmessungen unter Verwendung eines zweidimensionalen Lichtdetektorarrays 182 erhält. Bei dieser Implementierung kann jedes einzelne Detektorelement 184 in jeglicher einzelnen Querreihe des Detektorarrays 182 das Ziel einer spezifischen Lichtwellenlänge sein, die durch eine Beugungslinse 186 getrennt und gelenkt wird.
