CN102216745A - 用于光学诊断设备的偏振光学元件 - Google Patents

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Abstract

一种用于光度测定诊断仪器的读取头，所述读取头包括被配置成在其中容纳试剂样品介质的固定器。所述样品介质具有多个测试区域，所述测试区域被配置成与样品中的被分析物发生反应，并且根据其数量而改变颜色。所述固定器的尺寸和形状被确定成用于形成与所述样品介质的索引配合。一个或多个光源被配置成将光发射到所述测试区域上。第一和第二偏振滤光器被分别布置在所述光源与所述测试区域之间以及所述测试区域与一个或多个光检测器之间，从而使得所述光检测器接收到来自所述测试区域的光的漫射的非镜面反射，而且基本上防止所述光检测器接收到光的镜面反射。

Description

用于光学诊断设备的偏振光学元件
技术领域
本发明总体上涉及临床化学领域。更具体来说，本发明涉及一种用于光学诊断***的读取头，所述光学诊断***分析在样品介质与诸如尿液或血液之类的液体样本接触之后与所述样品介质上的一个或多个测试区域相关联的颜色变化。
背景技术
遍及本申请，通过标识引用提到了各个专利。在本文中通过参考将本申请中所提到的专利的公开内容合并到本公开内容中。
比如试剂测试条之类的样品介质被广泛使用在临床化学领域内。测试条通常具有沿其长度间隔开的一个或多个测试区域，其中每一个测试区域能够响应于与液体样本接触而经历颜色变化。所述液体样本通常包含一种或多种感兴趣的组分或属性。能够通过分析所述测试条所经历的颜色变化来确定这些组分或属性的存在和浓度。这种分析通常涉及所述测试区域或测试垫与颜色标准或标度之间的颜色比较。按照这种方式，试剂测试条帮助医师诊断疾病和其他健康问题的存在。
利用肉眼进行的颜色比较可能会导致不精确的测量。现今，存在采用反射光度测定法来读取测试条颜色变化的条读取仪器。这些仪器（通常被称作光度计）能够测量由于颜色生成反应而导致的光强度变化。在光度计当中包括分光光度计，其能够对多于一个光波长范围（例如颜色）做出响应。这些仪器可以精确地确定特定波长范围或带宽内的测试条的颜色变化。这种仪器的实例包括由Siemens Healthcare Diagnostics, Inc.（Norwood，Massachusetts）以CLINITEK商标（例如CLINITEK ATLAS®、CLINITEK ADVANTUS®和CLINITEK STATUS®）售出的那些仪器，以及/或者如在美国专利No.5,408,535和No.5,877,863（通过参考将二者全文合并在此）中所公开的那些仪器。这些仪器通常被用来检测与MULTISTIX®（Siemens）试剂条上或者相对较大的试剂条带卷上的尿液样本相关联的颜色，以用于例如由CLINITEK ATLAS®自动化尿液化学分析器所提供的大容量自动化分析。
在美国专利No.5,055,261中公开了另一种利用反射光度测定法来读取多个测试条的条读取仪器。操作员将各测试条顺序地放置在装载区域内。臂状物在从所述装载区域延伸到采用读取头的一个或多个读取站的轨道上为所述测试条定向。
这些仪器的一个共同方面是它们利用了自动化测试垫输送***，并且趋向于被安装在专用的测试中心或实验室中，其中样品被聚集在所述专用的测试中心或实验室并且被成批测试。
为了高效地实现对多个测试垫或测试条的成批照明和读取，常常希望令光学传感器与所述测试垫或测试条间隔得足够远，从而可以把多个该垫放置在检测器的视场内。这种方法有利地使得能够一次读取多个该垫（即成批地）而不是顺序地进行读取。这种成批检测避免了例如在必须于特定时间段读取（例如20秒进行一次读取，50秒进行另一次读取，33秒进行另一次读取）的时间敏感反应的情况下对适当地为所述检测排序的需要。将所有该垫放置在传感器的视场内有助于确保能够在它们的最优时间段捕获到所有该垫的图像。
利用这种相对较大视场的一个缺陷在于，在相对较大的程度上还存在来自光源的镜面反射进入所述视场并使得该垫的图像模糊的机会。意图测量相对较小数目的垫（例如单个条或单个测试垫）的较小设备可以通过允许检测器具有相对较小的视场而大大地避免这一问题。因此可以将这些检测器放置得靠近该垫，其中把光源放置成与所述垫成相对陡峭的角度，从而使得大部分镜面反射偏离检测器。例如参见由Juan F. Roman于2005年6月22日提交的标题为“Miniature Optical Readhead for Optical Diagnostic Device”的美国专利申请No.11/158634（“634申请”），其与本申请共同转让并且通过参考被全文合并在此。
因此，存在对一种利用相对较宽的视场来捕获多个测试垫的单幅图像的诊断测试读取头和设备的需要，以便促进成批试剂垫图像检测而且减少来自照明源的镜面反射的不利影响。
发明内容
本发明的一方面包括一种用于光度测定诊断仪器的读取头，其用于照明目标区域并且检测来自所述目标区域的颜色信息。所述读取头包括被配置成在其中容纳试剂样品介质的固定器，所述样品介质具有以间隔开的关系布置在其上的多个测试区域，所述测试区域中的每一个都被配置成在与样品接触布置时与所述样品发生反应，并且根据所述样品中的被分析物的数量而改变颜色。一个或多个光源被配置成将光发射到所述测试区域上。具有第一偏振方向的一个或多个第一偏振滤光器被光学地布置在光源与测试区域之间，从而使得从光源到达测试区域的光在第一偏振方向上被偏振。一个或多个光检测器被布置成接收从测试区域反射的光。具有第二偏振方向的一个或多个第二偏振滤光器被光学地布置在测试区域与光检测器之间。所述第一和第二滤光器被配置成使得所述光检测器能够在样品介质在所述固定器内被编索引时接收到来自测试区域的光的漫射的非镜面反射。所述第一和第二滤光器还被配置成基本上防止所述光检测器接收到光的镜面反射。
在本发明的另一方面中，一种光度测定诊断仪器包括前述方面的读取头、可操作地耦合到光或颜色检测器并且耦合到光源的处理器，所述处理器被配置成分析由所述光或颜色检测器接收到的反射。所述处理器被配置成从所述分析导出诊断值，并且生成与其相对应的输出。
本发明的另一方面包括一种用于读取试剂样品介质的方法，所述样品介质具有以间隔开的关系布置在其上的多个测试区域，所述测试区域中的每一个都被配置成在与样品接触布置时与所述样品发生反应，并且根据所述样品中的被分析物的数量而改变颜色。所述方法包括：将所述样品介质容纳到光度测定诊断设备的读取头的样品固定器中，以及把偏振滤光器光学地放置在所述样品介质与光源和光检测器的至少其中之一之间。光被发射到测试区域上，并且利用光检测器捕获所述测试区域的漫射的非镜面反射。光的镜面反射被滤除，以便例如在到达光或颜色检测器之前降低强度。确定所述非镜面反射的颜色，以便导出样品中的组分或属性的数量。随后生成对应于所述组分或属性的数量的输出信号。
附图说明
通过阅读下文结合附图对本发明的各方面所做的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点将会更容易显而易见，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的示例性光度测定诊断仪器的透视图，所述光度测定诊断仪器可以被用来对布置在试剂介质上的体液样品执行各种测试；
图2是与图1的仪器一起使用的试剂介质和试剂托盘的部分分解透视图；
图3是沿着图2的3-3取得的放大标度的示意图，其示出了可以被合并到图1和2的仪器中的一个读取头实施例的示例性检测器的视场，并且具有用虚线示出的一个替换实施例的各方面；
图4A和4B是在图1－3的实施例中使用的示例性检测器的正面和侧面立视图；
图5是本发明的实施例的各操作方面的流程图；
图6是在图5的操作期间所发生的各测量步骤的流程图；
图7A和7B是可与本发明的实施例一起使用的偏振滤光器的平面图；以及
图8是本发明的一个替换实施例的某些部分的类似于图3的视图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参照了构成本申请的一部分的附图，并且在附图中以说明的方式示出了可以在其中实践本发明的具体实施例。将以足够的细节来描述这些实施例，以使得本领域技术人员能够实践本发明，并且应当理解的是可以利用其他实施例。还应当理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出结构、规程和***的变化。因此，下面的详细描述不以限制的意义取得，并且本发明的范围由所附权利要求书及其等效表述限定。为了解释清楚起见，附图中所示出的相似特征由相似参考数字表示，并且附图中的替换实施例中所示出的类似特征由类似参考数字表示。
参照图1－3提供了本发明的一个实施例的总览。
转向图1，光度测定诊断仪器（例如反射分光光度计）10被配置成在诸如试剂条40的样品介质上执行各种测试，比如尿液分析测试。如所示的那样，该示例性分光光度计10可以提供有集成键盘11，其包括可以由用户操作的输入键14。还可以提供视觉显示器16以用于显示与分光光度计10的操作有关的各种消息。如图1和图2二者中所示，分光光度计10包括正面17，所述正面17具有形成在其中的开口18，在所述开口18内可以按照可收回方式布置用于承载试剂条40的托盘（例如固定器）42。在所示出的实例中，托盘42具有凹槽24、26，其尺寸和形状被确定成在其中容纳试剂条40。（应当认识到，仪器10仅仅是可以在其中采用本发明的各个实施例的任何数目的仪器当中的一种）。
试剂条40具有薄的不反应基板28，其上布置有多个试剂测试区域（例如垫）30。每一个试剂垫30包括用相应的试剂浸渍的相对吸收性材料，每一种试剂和试剂垫30与将要执行的特定测试相关联。在执行尿液分析测试时，它们例如可以包括针对尿液中的白细胞的测试、针对尿液的pH值的测试、针对尿液中的血液的测试等等。当每一个试剂垫30与尿液样品发生接触时，所述垫在一定时间段内改变颜色，这取决于所使用的试剂和所述尿液样品的特性。所述试剂测试介质40例如可以是商业上能够从Siemens Healthcare Diagnostics, Inc.得到的Multistix®试剂。
为了执行尿液分析测试，把尿液样品施加到样品介质40，所述介质40被放置到托盘42中，并且所述托盘42自动收回到分光光度计10中。可以在托盘42收回到分光光度计10中之前或之后将所述尿液样品施加到介质40。
现在转向图3，本发明的实施例包括读取头12，其可以被合并在诸如仪器10的光度测定诊断仪器内。因此，读取头12可以被用来分析试剂样品介质，比如前面提到的MULTISTIX®（Siemens）测试条。读取头12包括（多个）光检测器或颜色检测装置70以及（多个）光源20的几何布置。该实施例还有利地使用相对便宜的组件来增强漫反射颜色检测，并且抑制对于镜面反射的捕获。因此该实施例允许通过提高信噪比来改进分析结果的质量，在这种情况下是通过提高漫射光对镜面光的比值来改进分析结果的质量。
在该实施例中，读取头12包括被配置成照明样品介质（例如测试条）40的测试区域（例如垫）30的一个或多个光源20。所述光源与样品固定器42（图1、2）叠置，正如前面所讨论的那样，所述样品固定器42的尺寸和形状可以被确定成形成与样品介质40的索引配合。可以使用传感器（例如光学、机械传感器等（未示出））来检查所述索引化是正确的，以便例如在所述固定器42收回到仪器10中时确保所述条已被适当定位。还在读取头12内布置一个或多个光或颜色检测器70，以便在所述样品介质在固定器42内被编索引时检测来自每一个测试区域30的漫反射。将具有第一偏振方向的一个或多个第一偏振滤光器72光学地定位在光源20与测试区域30之间，从而使得从所述光源到达测试区域30的光在第一偏振方向上被偏振。将具有第二偏振方向的一个或多个第二偏振滤光器74光学地定位在测试区域30与光检测器70之间。
因此，滤光器72、74使得光检测器70能够在样品介质在所述固定器内被编索引时接收到来自测试区域30的光的漫射的非镜面反射。但是，所述滤光器72、74基本上会防止光源20的镜面反射到达光检测器70。此外，在特定实施例中，光检测器72、74相对于彼此被交叉偏振。举例来说，可以为检测器72、74提供基本上彼此正交的偏振方向。
这样的交叉偏振有助于确保由第二滤光器74捕获到任何镜面反射（例如从在测试区域30上的任何液膜反射出来），即使在穿过第一滤光器72之后也是如此。由于来自液膜表面的镜面反射趋向于保持它们的偏振方向，以便确保第二滤光器相对于第一滤光器被交叉偏振，应当确保由滤光器72、74的组合捕获到大多数镜面反射，并且防止其到达检测器70。
但是，应当认识到的是，所述偏振方向不需要是正交的，而是可以在不背离本发明的范围的情况下按照彼此的任何非平行关系倾斜布置。此外，在某些应用中，在不背离本发明的范围的情况下可以使用平行偏振方向。此外，虽然滤光器被优选地示出并描述为光学地放置在测试区域30的两侧，但是也可以替换地仅仅将它们放置在（多个）测试区域30的一个光学侧。另外，虽然示出并描述了在测试区域30的每一侧仅使用单个滤光器72、74的各个实施例，但是还可能有利的是在测试区域30的任一侧使用多于一个滤光器。在这方面，具有相同或不同偏振方向的滤光器可以彼此叠置，以便增强由此生成的滤光效果。
还如所示的那样，当读取头12被光学地合并到光度测定诊断仪器中时，处理器44可以可操作地耦合到（多个）检测器70和（多个）光源20。在特定实施例中，处理器44被配置成分析由所述（多个）检测器70捕获到的反射（颜色）、从所述分析导出诊断值以及生成与其相对应的输出。所述输出可以被馈送到端口46，例如用于远程显示，以及/或者被显示在集成显示器16上。
根据本发明的实施例的一种方法包括：将所述样品介质容纳到光度测定诊断设备的读取头的样品固定器中，分别地，将所述偏振滤光器光学地收回或以其他方式定位在所述样品介质与光源之间和/或所述样品介质与光检测器之间。所述检测器70随后被用来捕获所述测试区域的漫射的非镜面反射，而且基本上防止光源20的镜面反射到达所述检测器70。可选的是，可以使用处理器44来分析所述（多个）反射并且从中导出所述样品中的被分析物的数量，以便例如生成与所述数量相对应的输出信号。
正如本领域技术人员所熟悉的那样，样品介质40可以包括具有以间隔开的关系布置在其上的纸质垫的典型的尿液分析条，所述尿液分析条被浸泡在化学试剂中，所述化学试剂与样本样品发生反应以根据患者的身体状况（即根据所述样品中的各种被分析物的水平）改变颜色。如这里所使用的那样，术语“被分析物”指代样品的组分或属性（例如pH值）。这种介质40的实例包括前面提到的MULTISTIX®测试条（其例如具有条、卡或带卷的形式）。可替换地，样品介质40可以包括传统的免疫测定盒，例如CLINITEST® hCG盒（Siemens）（比如在图3中用虚线示意性地示出为40’），其具有与所述样品发生反应以根据患者的身体状况显现出有色线或线的图案的化学试剂。
其他适当的样品介质可以包括传统的微流体设备（比如在图3中示意性地示出为40”），其通常包括带有一系列窄凹槽（其宽度为微米量级）的基板，诸如血液或尿液之类的流体可以通过所述凹槽行进。所述凹槽把流体引导到所述设备上的各个测试区域。这些设备使得能够仅仅利用少量流体（例如利用一小滴液体）执行各种测试。在2002年2月26日提交的标题为“Method and Apparatus For Precise Transfer and Manipulation of Fluids by Centrifugal and or Capillary Forces”的美国专利申请10/082,415中描述了示例性的微流体设备。
为了简便和清楚起见，本发明的各个实施例被描述为使用MULTISTIX®测试条形式的样品介质40，其中应当理解的是，在不背离本发明的范围的情况下可以使用基本上任何形状因数的样品介质。举例来说，对于大容量样品处理，可能希望在前面提到的CLINITEK ATLAS®仪器中使用布置在该类相对较大容量的卡或带卷内的样品介质。在与诸如微流体设备或免疫测定盒之类的替换介质一起使用时，本发明的实施例也可能是特别有益的，这是因为所述替换介质常常是模糊的或者用其他方式难以读取结果。
与本发明的各个实施例相关联的软件可以以任何适当的语言来编写，比如C++、Visual Basic、Java、VBScript、Jscript、BCMAscript、DHTM1、XML和CGI。可以采用任何适当的数据库技术，包括（但不限于）各种版本的Microsoft Access和IMB AS 400。
本发明的实施例与对反射表面的颜色进行采样的各种方式当中的任一种都相容。举例来说，可以通过限制传到目标的光的波长来实现颜色测量。所述检测器于是可以是简单的光度计，其只需要测量其所接收到的所有光的强度。通常使用普通的光度计或黑白视频设备作为检测器的有：有色LED照明，穿过滤色器的来自白色源的照明，或者通过光栅或棱镜对光谱分布光进行的孔径选择。
还可以通过限制从目标表面反射之后传到检测器的光的波长来实现颜色测量。举例来说，可以由白色光提供照明，其中把滤色器置于检测器前方。其他方法包括通过光栅或棱镜或者通过使用诸如RGB摄影机之类的颜色响应摄影机对光谱分布光进行孔径选择。这些方法的组合或者对于各种阵列中的照明器或检测器元件的使用可以与本发明的各个实施例一起使用。
现在将详细描述本发明的特定实施例。转向图1－3，在本发明的实施例中，读取头12包括固定器42（图1、2），所述固定器42具有细长凹陷，所述细长凹陷的尺寸和形状被确定成容纳测试条/介质40并且与其形成索引配合。
在所示出的实施例中，测试介质40包括在其上具有预定数目的测试区域（例如试剂垫）30的试剂条。每一个试剂垫30包括用相应的试剂浸渍的相对吸收性材料，其中每一种试剂和试剂垫30与将要执行的一种特定测试相关联。在执行尿液分析测试时，它们例如可以包括针对尿液中的白细胞的测试、针对尿液的pH值的测试、针对尿液中的血液的测试等等。当每一个试剂垫30与尿液样品发生接触时，所述垫根据所使用的试剂和所述样品的特性而改变颜色。正如前面所讨论的那样，所述试剂条40可以是商业上能够从Siemens Healthcare Diagnostics, Inc.得到的MULTISTIX®试剂条。所述样品介质可以替换地包括如用虚线示出的免疫测定盒40’或微流体设备40’’。
在读取头12内布置（例如由其支撑）一个或多个光源20，以便在样品介质40在固定器42内被编索引以及/或者将固定器42收回到仪器10中时将光发射到测试区域30上。光源20可以包括基本上任何发光设备或光耦合设备，比如发光二极管（LED，有色或白色）、VCSEL、白炽灯（例如钨）、荧光灯、冷阴极荧光灯（CCFL）、电致发光设备、诸如固态激光器等激光发射设备、光波导、有机LED、二极管激光器、光纤以及/或者可能在未来开发的名义上的任何其他光源。可替换地，对于本发明的特定实施例来说甚至有可能例如通过进行适当的滤光而简单地利用环境光（例如日光）。
在某些实施例中，每一个光源20可以包括两个或更多个不同颜色的LED的集成LED封装。举例来说，光源20可以包括集成的红色、绿色和蓝色LED的RGB封装。如下面将要讨论的那样，例如通过选择性地发射比如对应于红色光、绿色光和蓝色光的互相不同的波长的单色辐射，所述LED 20可以按照传统方式操作。可替换地，可以同时操作所述RGB LED以接近全光谱，即白色光。
可选地可以将例如由玻璃或塑料制成的透明的或半透明的盖子22与样品介质40和固定器42叠置，以便帮助防止灰尘、碎片、溅污进入并模糊光源20或检测器70。
如前所述，还在读取头12内布置（或由其支撑）一个或多个光或颜色检测器70，以便检测来自每一个测试区域30的漫反射。光学地将偏振滤光器72和74定位在测试区域30的相对侧，即定位在（多个）光源20与测试区域30之间以及在（多个）检测器70与测试区域30之间。因此，滤光器72和74被配置成基本上防止所述（多个）光源20的镜面反射到达（多个）检测器70，而且允许漫射的非镜面反射到达所述（多个）检测器。
但是，应当认识到的是，与照明和反射相关联的角度可以被配置成进一步避免到检测器70上的镜面反射。在所示出的实施例中，这可以通过相对于检测器70和光源20布置所述介质40（和固定器42）来实现，从而使得由检测器70接收到的光的反射角α、β等的量值不同于照明源20到测试条40的反射表面52上的入射角θ、ω的量值。
举例来说，在图3中所示的实施例中，将（多个）光源20偏离所述介质40，以便以入射锐角θ1和θ2把光发射到条40的基本上呈平面的反射表面52上。但是，检测器70被布置成捕获以从大约60到120度从表面52反射的光。因此这种可选配置有助于确保（多个）检测器70主要接收来自光源20的漫反射或散反射。在某些特定的示例性实施例中，这些反射角α、β的量值可以与所述入射角θ、ω的量值相差5度或更多。
应当认识到的是，在将要观测的样品在所述介质的固态表面之上具有流体的情况下，沿着所述流体的曲边的某一位置趋向于呈现出有助于使光源直接向检测器的反射（镜面反射）的角度。本发明的实施例可以减少或消除这种反射。
此外，纤维材料特别在潮湿时具有表面不规则性，所述表面不规则性可以用肉眼看到或者只有利用光学放大才可以看到。无论如何，所述表面的某些部分也可能具有允许使光源直接向检测器的反射的角度。这种镜面反射情况更有可能产生彩色图像的消光或雾化而不是亮点或亮线。本发明的实施例也可以减少或消除这种反射。
本领域技术人员将认识到，例如来自潮湿表面的镜面反射（在图3中的53处示出）是沿着量值与光在其上的入射角θ、ω相等的反射角生成的。因此，通过使用如前所述的偏振（例如交叉偏振）滤光器72、74，不管具有还是没有如所描述的不同角度（即从相对于图像捕获角度的浅角照明测试条40），都有助于确保镜面反射（比如来自所述条上的过多液体）不被（多个）检测器70接收到。这些方法便于消除镜面反射而无需被配置成衰减不合期望的反射的复杂外壳几何结构。因此，这种构造可以通过减少噪声来以对被分析物无响应的镜面反射的形式提供相对简化的处理、改进的检测简单性以及改进的质量。
虽然这里示出并描述的实施例包括小于反射角的入射角，但是本领域技术人员应当认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下相反的情况也是成立的，例如入射角可以大于反射角。
本领域技术人员还应当认识到，光源20与检测器70的相对位置关于图3中所示的相对位置可以是相反的。举例来说，在不背离本发明的范围的情况下，（多个）检测器70可以在平面方向上相对于垫30偏移，而（多个）光源20则可以在平面方向上与所述垫对准。
现在转向图4A和图4B，检测器70可以包括名义上的任何传统光检测器，不管具有还是不具有滤色器。在一个示例性实施例中，检测器70可以包括商业上能够从Koninklijke Philips Electronics N.V.得到的SPC900检测器。所述SPC900设备包括与各单独光传感器的阵列叠置的三色（RGB）滤光器。在该实施例中，每一个光源20的RGB LED可以被同时操作以便用近似全光谱的白色光照明测试区域，正如前文中所讨论的那样。SPC900具有相对较高的分辨率（1.3兆像素），并且采用灵敏的CCD阵列。该设备还相对紧凑，其有手掌大小，包括电路板和透镜。如所示的那样，SPC900具有近似为3.5cm x 3.8cm x 2.8cm的尺寸。
可替换地，可以使用没有滤色器的光检测器，比如与SPC900设备的那些类似但没有滤光器的CMOS或CCD传感器的阵列。在这样的实施例中，可以利用单色光顺序地照明所述测试区域，比如通过单独致动每一个光源20的红色、绿色和蓝色LED，正如前面所讨论的那样。
作为另一种替换方案，可以对具有滤色器的光检测器进行单色照明。举例来说，可以结合光源20的红色、绿色和蓝色LED的顺序照明来操作检测器70（比如SPC900），以便提供增强的颜色检测和过滤。
如前所述，读取头12可以很容易被合并到各种光度测定诊断仪器中，比如CLINITEK®仪器。在这样的配置中，读取头12可以电耦合到所述仪器，所述仪器将按照传统方式供电并操作读取头12，正如下文中将要描述的那样。
可替换地，可以为读取头12提供如图3中用虚线所示的附加组件，例如包括处理器44、存储器47、输出端口46、集成显示器48和电源（例如电池）49当中的一个或多个。这些附加组件44、46、48、49可以被集成到外壳12中，从而形成整体式光度测定诊断仪器。可替换地，这些组件当中的一个或多个可以与其他设备（例如CLINITEK®仪器）相关联，所述其他设备可以例如经由网络可通信地耦合到这些组件。
在各个实施例的操作中，致动（多个）光源（例如LED）20来照明试剂条40。检测器70随后接收到来自试剂条40的足够反射光以确定其颜色。（多个）检测器70可以感测来自试剂介质40、40’、40’’上的特定位置的光。可替换地，在某些实施例中，可以照明多个LED 20以提供更强照明。虽然可以使用多个光源20和检测器70，但是通过如前所述的那样使用滤光器使得少至单个检测器70能够提供足够大的视场（例如通过与介质40间隔足够远），以便在单幅图像内捕获多个测试区域30。在与通常是自动化的并且能够处理数目相对较大的测试样品的相对较大的分析器一起使用时，这种成批图像捕获可能是特别合乎期望的。单幅图像内的这些多个测试区域可以被布置在一个或多个测试条或其他样品介质类型（比如前面提到的卡、带卷等等）上。在这方面应当理解的是，这些多个测试区域可以被布置在基本上任何几何图案的测试集合内，其包括线性阵列（比如由条40提供）和二维阵列（其例如可以被布置在前面提到的卡或带卷上，或者可以通过彼此并排地放置多个条40、盒40’或者微流体设备40’’来提供）。
现在参照表I，下面将更详细地描述示例性操作的特定方面。如所示的那样，运行在主机仪器或处理器44中的CLINITEK®仪器的传统的或简化的操作***（OS）可以被用来确保将介质40、40’、40’’适当地定位78在滤光器72、74之间。举例来说，处理器44可以把固定器42收回到仪器10中，或者以其他方式确保将各种介质40、40’、40’’光学地适当地定位在源20、检测器70和滤光器72、74之间。光源20可以在80处被致动以照明介质40、40’、40’’。检测器70也可以被致动82以检测从所述介质反射的光的颜色，并且可选地将所述颜色信息存储84到存储器47中。所述OS可以按照传统方式致动86所述处理器以分析所述颜色信息，比如通过把所捕获的颜色信息与已知颜色编码的诊断值的数据库进行比较。对于附加的测试介质可以重复步骤78－86。
表I
78 将介质定位在滤光器之间
80 致动光源
82 检测反射光的颜色
84 可选地将颜色信息存储到存储器中
86 分析颜色信息
88 对于附加的测试区域重复步骤80－86
附加的操作方面基本上与诸如前面提到的CLINITEK®仪器之类的以及/或者正如在前面提到的`634申请中所描述的传统光度测定诊断仪器的那些类似。将关于图5和6简要描述这些操作方面。
转向图5，最初在200处为包括读取头12的所述仪器通电，在那之后在202处测量校准材料的反射率。可以例如在每次为所述仪器通电200时自动实施校准202，或者可以由例如响应于听得到的或看得见的提示而***校准材料的用户来发起校准202。
校准202包括：在203处，以预定时间和预定电流（例如在使用电致动的源20时）将所述校准材料致动或者以其他方式暴露于（多个）光源20；以及在205处，（例如根据前面的表I）捕获并存储所述校准材料的反射率。这些校准反射率被用来实施下面将关于图6详细讨论的样品测量210。
一旦校准完成，所述仪器就可以在步骤204处提示用户***样品介质40、40’、40’’。在***之后，在206处所述***检查例如来自检测器70中的一个或多个（或者可替换地来自名义上的任何其他电机开关、致动器等等）的表明样品40已被完全***/定位在滤光器72、74之间的适当信号。如果尚未接收到该信号，则所述***转回步骤204以便再提示用户完全***/定位所述样品。如果接收到所述信号，则捕获208并测量210反射率（下面将关于图6更加详细地进行描述），并且与校准202期间所生成的校准值进行比较。
在212处，将这些反射率值（颜色）与存储在存储器（例如47）中的已知诊断值进行比较。随后在216处把由步骤212生成的结果（即诊断值）输出到显示器（例如16）以及/或者存储到存储器中，并且提示用户移除所述条。
现在转向图6更加详细地讨论测量210。如所示的那样，该测量包括：在220处，（例如对于电致动的光源）以预定时间和预定电流致动光源20。所述预定时间和电流优选地与在前面讨论的校准的步骤203和205期间所使用的相同。
关于样品介质40、40’、40’’等实施表I的各步骤，并且在222处把由检测器70接收到的信号（即所捕获的反射率）保存到存储器中。在224处，把所捕获的反射率的数值除以与在前面的步骤205中所采集到的所述校准材料的反射率值等同的数字。在226处，将224的结果乘以所述校准材料的已知百分比反射，以便生成样品40等的特定垫或部分处于特定光源20的已知发射波长的百分比反射。通过单独使用该百分比反射或者将其与如下面所讨论的那样利用具有各个离散波长的光源所确定的附加百分比反射率组合使用，该百分比反射对应于一种与如前面所讨论的已知诊断值相关联的颜色。
如228处所示，可以对于所述样品介质的每一个感兴趣的部分（例如每一个测试垫和每一个检测器）并且可选地（例如在单独使用不同波长（例如颜色）的光源的情况下）对于多个光源当中的每一个重复步骤220－226。在这方面，可以同时致动LED封装20单独的红色、绿色和蓝色LED以便得到如前面所提到的近似全光谱白色光。可替换地，可以单独致动各RGB LED以便获得处于多个离散波长的百分比反射率。可以在所述三个波长（例如RGB）当中的任一个或每一个波长下获得百分比反射率。在许多示例中，可能希望使用利用所有三个波长获得的各单独的百分比反射率来推断所述垫的颜色。
在其他示例中，比如在预期反射率将处在特定范围（例如蓝色－绿色）内时，可以利用更少的（例如两个或者甚至一个）离散波长来推断实际的颜色。
现在转向图7A、7B和8，示出并描述本发明的一个替换实施例。
如图7A、7B中所示，从偏振器材料中切割出示例性的滤光器72’、74’，比如来自Edmund Industrial Optics（Barrington，NJ）的产品#45668。如所示的那样，滤光器74’的尺寸和形状被确定成用于容纳在滤光器72’内的具有类似尺寸和形状的凹陷中。滤光器74’的偏振方向（如图7B中剖面阴影线所示）可以被定向成基本上处于关于滤光器72’的偏振方向的任何方向上。在所示出的实例中，滤光器74’包括在滤光器72’的具有类似尺寸和形状的凹陷77内配合的掣子（detent）75，以便把滤光器74’的偏振方向保持为与滤光器72’的偏振方向基本上正交。可替换地，掣子75可以被放置在凹陷77’内，以便保持滤光器72’与74’之间的基本上平行的偏振方向。应当认识到的是，凹陷77、77’等可以被放置在沿着滤光器72’的内周界的基本上任何位置处，以便允许将滤光器74’的偏振方向保持为关于滤光器72’的偏振方向的基本上任何定向。
如图8中所示，来自光源20的源光穿过偏振滤光器72’以便用具有特定偏振的照明光（IL）照明样品介质40、40’、40’’。正如前面所讨论的那样，从所述样品介质反射的光（反射光RL）通常包括与IL具有相同偏振的镜面反射，和其偏振在探询目标表面及其表面下的区域之后变成形成不规则分布的光二者。该反射光RL穿过滤光器74’，从而排除所述RL的与IL具有相同偏振的部分，以便例如帮助最小化检测器70上的镜面反射。
可选的是，与照明和反射相关联的角度可以被配置成进一步避免到所述检测器70上的镜面反射，比如在前面关于图1－4的实施例所示出及描述的那样。
下面的说明性实例意图说明本发明的某些方面。应当理解的是，该实例不应当被理解为进行限制。
实例
读取头12基本上是按照前面关于图1－4所示出及描述的那样来制造的。利用如所示的交叉偏振的滤光器72、74针对多种多样被分析物测试与MULTISTIX®（Siemens）测试条40基本上类似的样品介质。将这些测试结果与利用平行滤光器进行的类似测试的结果进行比较，并且与在不使用偏振滤光器72、74的商用仪器上进行的类似测试的结果进行比较。所述商用仪器使用在美国专利No.5,661,563和No.6,180,409中描述的光学读取头。如下面的表II中所示，所述交叉偏振的滤光器72、74所提供的反射率具有显著高于其他两种配置当中的任一种的信噪比（S/N）。
如表II中所示，来自偏振滤光器的垂直和平行设置的数据用来比较所述定向对于减少镜面反射的影响。应当理解的是，镜面反射趋向于不仅有助于增大所述数据的标准偏差（SD），而且还会减少表示对诊断介质内的对被分析物有响应的染料***的探询的光的比例。在镜面反射是作为对于接收光的不合希望的贡献者的噪声因素时，所述镜面反射还趋向于例如通过模糊响应于不同被分析物的水平的差异而对分析***中的信号造成不利影响。
表II
Figure 341778DEST_PATH_IMAGE001
。
在前面的说明书中，已参照其具体的示例性实施例描述了本发明。显而易见的是，在不背离下面权利要求书中所阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下可以对其做出各种修改和变化。因此说明书和附图应当被视为说明性而非限制性的意义。还应当认识到的是，在不背离本发明的范围的情况下，与这里所公开的一个特定实施例相关联的各方面可以与这里所公开的任何其他实施例相结合来使用。
在描述了本发明之后，权利要求如下。

Claims (42)

1. 一种用于光度测定诊断仪器的读取头，其用于照明目标区域并且检测来自所述目标区域的颜色信息，所述读取头包括：
一个或多个光源，其被配置成向以间隔开的关系布置在试剂样品介质上的测试区域发射光，所述测试区域中的每一个被配置成在与样品接触布置时与所述样品发生反应，并且根据所述样品中的被分析物的数量而改变颜色；
一个或多个光检测器，其被布置成接收从所述测试区域反射的光；
一个或多个偏振滤光器，其被光学地布置在所述测试区域与所述光源和所述检测器当中的至少一项之间；
所述偏振滤光器被配置成基本上滤除光的镜面反射，而且使得漫射的非镜面反射能够到达所述测试区域。
2. 权利要求1的读取头，包括被光学地布置在所述测试区域与所述光源和所述检测器当中的另一项之间的一个或多个其他偏振滤光器，所述其他偏振滤光器的偏振方向与所述偏振滤光器的偏振方向不同。
3. 权利要求2的读取头，其中，所述偏振滤光器和所述其他偏振滤光器相对于彼此交叉偏振，从而使得从所述光源到达所述测试区域的光在所述偏振方向上被偏振，并且使得从所述测试区域到达所述检测器的光在所述其他偏振方向上被偏振。
4. 权利要求1的读取头，其中，所述第一和第二偏振方向在光学上彼此正交。
5. 权利要求1的读取头，包括被配置成用于在其中容纳所述试剂样品介质的固定器。
6. 权利要求5的读取头，其中，所述固定器的尺寸和形状被确定成用于形成与所述样品介质的索引配合。
7. 权利要求1的读取头，其中，所述光检测器包括颜色检测器。
8. 权利要求1的读取头，其中，所述第一和第二偏振滤光器被配置成基本上防止所述光检测器接收到来自所述测试区域的光的镜面反射。
9. 权利要求1的读取头，其适于合并到所述光度测定诊断仪器中。
10. 权利要求1的读取头，其中：
所述测试区域具有定义平面方向的基本上呈平面的反射表面；
所述光源被配置成以关于所述平面方向的预定入射角将光发射到所述测试区域上；
所述光检测器中的每一个都被配置成以关于所述平面方向的预定反射角接收从所述测试区域发出的反射；以及
所述入射角和所述反射角的量值彼此不同。
11. 权利要求10的读取头，其中，所述入射角和所述反射角的量值足够不同，从而使得所述镜面反射到达偏离所述光检测器至少1mm处。
12. 权利要求11的读取头，其中，所述入射角基本上关于所述平面方向倾斜，并且所述反射角与所述平面方向垂直。
13. 权利要求1的读取头，其中，所述测试区域具有定义平面方向的基本上呈平面的反射表面，所述一个或多个检测器在所述平面方向上偏离所述光源。
14. 权利要求1的读取头，其中，所述光检测器被配置成接收与各种不同被分析物相关联的光的漫射的非镜面反射。
15. 权利要求1的读取头，其中，所述一个或多个光源包括从由以下各项构成的组当中选择的设备的阵列：发光二极管（LED）、VCSEL、钨丝灯、光波导、有机LED、二极管激光器、日光、环境光或光纤。
16. 权利要求15的读取头，其中，所述一个或多个光源包括RGB LED的阵列。
17. 权利要求1的读取头，其中，所述一个或多个光检测器包括一个或多个CMOS设备。
18. 权利要求1的读取头，其中，所述一个或多个光检测器包括一个或多个CCD设备。
19. 权利要求10的读取头，包括在操作中与所述光检测器接合的存储器设备。
20. 一种光度测定诊断仪器，其包括：
权利要求1的读取头；
在操作中耦合到所述光或颜色检测器并且耦合到所述光源的处理器；
所述处理器被配置成分析由所述光或颜色检测器接收到的反射；以及
所述处理器被配置成从所述分析导出诊断值，并且生成与其相对应的输出。
21. 权利要求20的仪器，其中，所述光检测器被配置成接收光的漫射的非镜面反射，所述反射与各种不同的被分析物相关联。
22. 权利要求20的仪器，包括耦合到所述光或颜色检测器的存储器设备。
23. 权利要求22的仪器，其中，所述存储器设备被配置成用于存储诊断数据。
24. 权利要求23的仪器，其中，所述存储器设备被配置成用于存储校准数据。
25. 权利要求22的仪器，其中，所述存储器设备被配置成存储由所述光或颜色检测器接收到的反射。
26. 权利要求20的仪器，其中，所述诊断值包括所述被分析物的数量。
27. 权利要求20的仪器，其中，所述诊断值包括对状况的诊断。
28. 权利要求20的仪器，其中，所述光或颜色检测器包括CMOS设备。
29. 权利要求20的仪器，其中，所述光或颜色检测器包括CCD设备。
30. 权利要求20的仪器，其中，所述样品介质包括测试条，并且所述测试区域包括测试垫。
31. 权利要求20的仪器，其中，所述样品介质包括免疫测定盒。
32. 权利要求20的仪器，其中，所述样品介质包括微流体设备。
33. 一种用于读取试剂样品介质的方法，所述样品介质具有以间隔开的关系布置在其上的多个测试区域，所述测试区域中的每一个都被配置成在与样品接触布置时与所述样品发生反应，并且根据所述样品中的被分析物的数量而改变颜色，所述方法包括：
（a）将所述样品介质容纳到光度测定诊断设备的读取头中；
（b）把一个或多个偏振滤光器光学地布置在所述样品介质与光源和光检测器中的至少一项之间；
（c）将光发射到所述测试区域上；
（d）利用一个或多个光或颜色检测器捕获所述测试区域的漫射的非镜面反射；
（e）确定所述非镜面反射的颜色；
（f）从所述确定（e）导出所述样品中的被分析物的数量；以及
（g）生成对应于所述数量的输出信号。
34. 权利要求33的方法，其中，所述布置（b）包括把偏振滤光器光学地布置在所述样品介质与所述光源之间，以及布置在所述样品介质与所述光检测器之间。
35. 权利要求34的方法，其中，所述布置（b）还包括布置交叉偏振的偏振滤光器。
36. 权利要求33的方法，其中，所述样品介质是从包括测试条、免疫测定盒以及微流体设备的组当中选择的。
37. 权利要求33的方法，还包括校准所述光或颜色检测器的步骤。
38. 权利要求37的方法，其中，所述校准包括对具有已知颜色反射率的校准材料实施步骤（a）－（e）。
39. 权利要求38的方法，其中，所述导出（f）包括：
将所述测试垫的反射率除以所述校准材料的反射率；以及
将所述除法的结果乘以所述校准材料的已知反射率，以便生成所述测试垫的经过校准的百分比反射率。
40. 权利要求39的方法，其中，所述导出（f）还包括将所述经过校准的百分比反射率与处于各种预定百分比反射率的所述被分析物的数量的已知值进行比较，以便确定处于所述经过校准的百分比反射率的所述被分析物的数量。
41. 一种用于光度测定诊断仪器的读取头，其用于照明目标区域并且接收来自所述目标区域的光，所述读取头包括：
用于在其中容纳试剂样品介质的固定装置，所述样品介质具有以间隔开的关系布置在其上的多个测试区域，所述测试区域中的每一个都被配置成在与样品接触布置时与所述样品发生反应，并且根据所述样品中的被分析物的数量而改变颜色；
照明装置，其被配置成向所述测试区域发射光；
第一滤光器装置，其用于令穿过其中的光在第一偏振方向上偏振；
所述第一滤光器装置被光学地布置在所述照明装置与所述测试区域之间，其中从所述照明装置到达所述测试区域的光在第一偏振方向上被偏振；
颜色检测装置，其用于检测所述测试区域的颜色；
第二滤光器装置，其用于令穿过其中的光在第二偏振方向上偏振；
所述第二滤光器装置被光学地布置在所述测试区域与所述照明装置之间；
所述第一和第二滤光器装置被配置成使得所述检测装置能够在所述样品介质在所述固定装置内被编索引时接收到来自所述测试区域的光的漫射的非镜面反射；以及
所述第一和第二滤光器装置被配置成基本上防止所述颜色检测装置接收光的镜面反射。
42. 一种光度测定诊断仪器，其包括：
权利要求41的读取头；
在操作中耦合到所述颜色检测装置并且耦合到所述照明装置的处理装置；
所述处理装置被配置成分析由所述颜色检测装置接收到的反射；以及
所述处理装置被配置成从所述分析导出诊断值，并且生成与其对应的输出。
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