DE69915481T2

DE69915481T2 - Versuchsanordnung und methode zum screenen eines immuntests

Info

Publication number: DE69915481T2
Application number: DE69915481T
Authority: DE
Inventors: P.-Snowdonia Busi. Inno. Cent. Lim. Osborn JONES; James-Cozart Bioscience Limited Robin SPIVEY; William-Cozart Bioscience Limit Christopher HAND; Dene-Cozart Bioscience Limited Baldwin
Original assignee: Cozart Bioscience Ltd
Current assignee: Concateno UK Ltd
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: NZ509903A; PT1095270E; ES2216538T3; GB2339615B; EP1095270B2; US7803633B2; ATE261582T1; GB2339615A; US20010034068A1; CA2337444A1; AU740301B2; US20060003396A1; DE69915481D1; HK1037028A1; WO2000004381A1; JP2002520617A; US20080287316A1; EP1095270A1; GB9815302D0; US7070920B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Screening-Vorrichtung und ein Verfahren zum Screenen eines Immunoassay-Tests. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Screening-Vorrichtung zum Erfassen der Anwesenheit und Konzentration von bestimmten Drogen in einer Speichelprobe.
Proben von Körperfluid wie z. B. Blut, Schweiß, Urin und Speichel können zum Erfassen der Anwesenheit bestimmter Verbindungen wie z. B. Drogen im Körper verwendet werden. Ein bekanntes Verfahren zum Testen solcher Proben auf Anwesenheit von Verbindungen ist unter anderem ein Immunoassay-„Streifen"-Test, bei dem ein Antikörper mit einem geeigneten Marker, z. B. einem sichtbaren Marker wie Kolloidalgold, markiert und entlang einer Membran über Testregionen und eine Kontrollregion gezogen wird, die mit Analytkonjugat-Substanzen oder anderen Bindesubstanzen imprägniert sind. Die Anwesenheit bestimmter Verbindungen in der Probe wird anhand einer sichtbaren Änderung erfasst, die in der entsprechenden Region aufgrund der Interaktion der markierten Antikörper und der Konjugat-Substanzen auftreten, die sichtbare Linien ergeben, die auf der Membran in einigen dieser Regionen entstehen. Die gebildete Farbe kann proportional oder umgekehrt proportional zu der Analytkonzentration sein, je nach dem Assay-Format.
Die Interpretation der durch solche Immunoassay-Tests gebildeten Linien wurde zuvor subjektiv von einem Benutzer durchgeführt, der die Intensität der Testlinie (oder die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Linie) mit der einer Kontroll- oder Referenzlinie verglich.
Die US 5,580,794 beschreibt eine elektronische Einweg-Assay-Vorrichtung. Für einzelne Analyten sind nur eine Lichtquelle und ein Detektor notwendig; für zwei Analyten werden zwei Sätze von Lichtquelle und Detektor benötigt, usw.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem ersten Aspekt eine Screening-Vorrichtung zum Interpretieren der Linien eines Immunoassay-Tests mit diskret angeordneten Testzonen, die zwischen Hintergrundzonen liegen, bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
Beleuchtungsmittel zum Beleuchten eines Immunoassay-Tests;
ein Feld von photosensitiven Dektektoren zum Erfassen der Intensität von Licht von den Beleuchtungsmitteln, das von den Testzonen, der Kontrollzone und den Hintergrundzonen des Immunoassay-Tests reflektiert wird;
Mittel, die mit dem Ausgang des Feldes von photosensitiven Detektoren gekoppelt sind, um die Intensität des erfassten Lichts mit einem Datenfeld darzustellen;
einen Speicher zum Speichern voreingestellter Daten;
ein erstes Datenverarbeitungsmittel, das mit dem Speicher und dem Ausgang der Mittel zum Darstellen der Intensität des erfassten Lichts mit einem Datenfeld gekoppelt ist, um das Datenfeld gemäß den voreingestellten Daten in Kontrolldaten, Hintergrunddaten und Testdaten zu segmentieren;
ein zweites Datenverarbeitungsmittel, das mit dem ersten Datenverarbeitungsmittel gekoppelt ist, um zu ermitteln, ob die Testdaten ein statistisch signifikantes Ergebnis zeigen; und
Ausgabemittel, die mit dem Ausgang des zweiten Datenverarbeitungsmittels gekoppelt sind, um die Ergebnisse von dem zweiten Datenverarbeitungsmittel auszugeben.
Wir haben verstanden, dass in einigen Bereichen des Drogentestens, wie z. B. bei der Verwendung einer anderen Probenmatrix als Urin, z. B. Speichel oder Blut, die Menge der in der Probe vorhandenen Droge sehr niedrig sein kann, und die den Test durchführende Person muss in der Lage sein, zwischen einem negativen Test, der einer völligen Abwesenheit der Droge in der Probe entspricht, und sehr niedrigen vorhandenen Drogenkonzentrationen zu unterscheiden. Dies ist schwierig und erfordert äußerst gut geschulte und kompetente Benutzer und kann sich als unzuverlässig erweisen, wenn die Drogenkonzentrationen sehr niedrig sind. So ist es beispielsweise besonders schwierig für einen Benutzer, mit bloßem Auge zwischen Kannabiskonzentrationen von 6 ng/ml oder niedriger zu unterscheiden. Wenn der Test außerhalb des Labors durchgeführt werden soll, dann ist er sogar noch anfälliger für Ungenauigkeiten, die durch schlechte Lichtverhältnisse oder durch andere Umgebungsfaktoren noch verschlimmert werden. Wie haben daher den Bedarf an einem tragbaren Drogentestgerät erkannt, das zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse erzeugt.
Wir haben auch erkannt, dass ein nicht-invasiver Test, der beispielsweise am Straßenrand durchgeführt werden kann, nützlich wäre. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben wir daher ein automatisches Drogentestgerät bereitgestellt, das selbst sehr niedrige Drogenkonzentrationen anhand einer Speichelprobe erfassen kann.
Vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen dargelegt. Die Screening-Vorrichtung beinhaltet vorzugsweise Zeitsteuermittel. Die Zeitsteuermittel können die Beleuchtung des Immunoassay-Tests verzögern, bis der Immunoassay-Test lange genug gelaufen ist. Die Screening-Vorrichtung beinhaltet vorzugsweise ein Display wie z. B. eine Flüssigkristallanzeige zum Ausgeben der Ergebnisse zum Benutzer der Screening-Vorrichtung. Das erste und das zweite Verarbeitungsmittel werden vorzugsweise durch eine einzelne Zentraleinheit bereitgestellt, und ferner werden serielle und parallele Ports von der Zentraleinheit bereitgestellt, so dass die Screening-Vorrichtung von einem externen Prozessor gesteuert werden kann und die Ergebnisse von der Screening-Vorrichtung heruntergeladen werden können.
Der Immunoassay-Test wird vorzugsweise auf einer Einweg-Testpatrone mit einer Speichelprobe durchgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Screenen eines Immunoassay-Tests mit diskret angeordneten Testzonen und einer zwischen Hintergrundzonen liegenden Kontrollzone bereitgestellt, wobei das Ergebnis des Tests durch den Betrag eines in den Testzonen deponierten Markers im Vergleich zu den Hintergrund- und Kontrollzonen angezeigt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beleuchten des Immunoassay-Tests, Erfassen der Intensität von Licht, das von der Kontrollzone, den Testzonen und den dazwischen liegenden Hintergrundzonen des Immunoassay-Tests reflektiert wird, und Umwandeln der erfassten Intensität in ein Datenfeld, Segmentieren des Datenfeldes in eine erste, eine zweite und eine dritte Mehrzahl von Daten, wobei die erste Mehrzahl von Daten der Kontrollzone entspricht, die zweite Mehrzahl von Daten den Testzonen entspricht, die dritte Mehrzahl von Daten den Hintergrundzonen entspricht, Verarbeiten der zweiten Mehrzahl von Daten, um zu ermitteln, ob die zweite Mehrzahl von Daten ein Substanzniveau über einem Schwellenwert zeigt, und Ausgeben der Ergebnisse der Verarbeitung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend ausführlicher beispielhaft unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine isometrische Ansicht einer Testpatrone;
2 eine Seitenansicht eines Immunoassay-Teststreifens;
3 eine isometrische Ansicht einer bevorzugten Screening-Vorrichtung, die die Erfindung ausgestaltet, mit einem Testtupfer und einer Testpatrone, die analysebereit vorliegen;
4 eine Seitenansicht der Screening-Vorrichtung, der Testpatrone und des Testtupfers von 3;
5 ein Blockdiagramm der in der Screening-Vorrichtung verwendeten elektrischen Bedienelemente und elektrischen Vorrichtung;
6 einen Graph der typischen Variation der Pixelintensität mit der Pixelposition für einen einzelnen Test und einen einzelnen Referenztest; und
7 ein Blockdiagramm der elektrischen Bedienelemente und elektrischen Vorrichtung, die in der Screening-Vorrichtung alternativ oder zusätzlich zum Einsatz kommen können.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung
1 zeigt eine Testpatrone 10 zum Durchführen der Immunoassay-Tests, die mit der Screening-Vorrichtung gescreent werden sollen. Die Testpatrone 10 kann wegwerfbar sein und besteht aus einem Oberteil 12 und einem Unterteil 14. Das Oberteil 12 der Testpatrone 10 hat einen zylindrischen Tupferhalter 16, der vertikal von einem der kürzeren Enden einer länglichen Schale 18 verläuft. Der Tupferhalter 16 ist an beiden Enden offen.
Auf beiden längeren Seiten der länglichen Schale erstrecken sich Leisten 20 über die Länge der Schale aufwärts. Ein rechteckiges Fenster 22 verläuft transversal zwischen den Leisten 20 über die längliche Schale und verläuft über eine longitudinale Länge der länglichen Schale, die geringer ist als die Gesamtlänge der länglichen Schale, so dass das Fenster 22 auf allen vier Seiten durch die längliche Schale 18 begrenzt wird. Das Fenster 22 verläuft durch die gesamte Dicke der länglichen Schale 18.
2 zeigt einen Immunoassay-Teststreifen 23. Die Oberseite einer flachen, länglichen Nitrocellulosemembran 24 ist an einem Ende auf eine Abfallsektion 28 und am anderen Ende auf eine Konjugatfreigabesektion 27 geklebt. Sowohl die Konjugatfreigabesektion 27 als auch die Abfallsektion 28 überlappen die Enden der Nitrocellulosemembran 24. Das andere Ende der Konjugatfreigabesektion 27 überlappt eine absorptionsfähige Probensektion 26 und ist mit seiner Oberseite auf die Unterseite der absorptionsfähigen Probensektion 26 geklebt. Wenn Fluid auf die Probensektion 26 aufgebracht wird, dann wird dieses durch Kapillarwirkung an der Probensektion entlang, durch die Konjugatfreigabesektion 27 und die Nitrocellulosemembran 24 gesaugt, und überschüssiges Fluid wird durch die Abfallsektion 28 absorbiert.
Das Unterteil 14 der Testpatrone 10 hat einen rechteckigen Abschnitt mit einem abgerundeten Abschnitt an einem Ende. Ein Immunoassay-Teststreifen 23 wird auf die Oberseite des Unterteils 14 gelegt, wobei sich die Probensektion 26 in dem abgerundeten Abschnitt des Unterteils 14 befindet. Der Immunoassay-Streifen 23 (in 1 mit gestrichelten Linien dargestellt) verläuft longitudinal über die Länge des Unterteils 14 von dem Ende des Unterteils, das sich am weitesten von dem abgerundeten Abschnitt entfernt befindet, und endet in dem abgerundeten Abschnitt, aber kurz vor dem Ende des abgerundeten Abschnitts. Das Oberteil 12 wird dann am Unterteil 14 befestigt, indem der zylindrische Tupferhalter 16 auf den abgerundeten Abschnitt des Unterteils 14 und die längliche Schale 18 des Oberteils 12 auf den rechteckigen Abschnitt des Unterteils 14 gesetzt wird. Oberteil 12 und Unterteil 14 werden beispielsweise durch Kleben miteinander verbunden. Alternativ kann das Oberteil 12 so ausgelegt werden, dass es auf das Unterteil 14 geschnappt werden kann. Das Oberteil 12 kann als eine Einheit ausgebildet werden, so dass die längliche Schale 18 und der Tupferhalter 16 aus einem einzigen Stück bestehen.
Die Konjugatfreigabesektion 27 hält ein(en) mobiles/n und sichtbares/n Etikett oder Marker, wie z. B. Kolloidalgold, und befindet sich in Kontakt mit der Nitrocellulosemembran 24, so dass dann, wenn dem Tupferhalter 16 Fluid zugegeben wird, dieses durch Kapillarwirkung vom Tupferhalter 16 abwärts durch die absorptionsfähige Probensektion 26 durch die Konjugatfreigabesektion 27 und danach durch die Nitrocellulosemembran 24 gesaugt wird. Die Verwendung von Patronen dieser Art ist im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der EP 0291 194 von Unilever NV mit dem Titel „Immunoassays and devices therefor".
In diskreten Abständen entlang der Nitrocellulosemembran 24 sind Drogen-Protein-Derivate biochemisch an die Nitrocellulosemembran gebunden, die eine unbewegliche Drogen-Protein-Derivatzone erzeugen, die die Breite der Nitrocellulosemembran überspannt. In Richtung auf das extreme abwärtige Ende des Nitrocelluloseelementes, unterhalb aller unbeweglichen Drogen-Protein-Derivatzonen, befindet sich eine Kontrollzone, die ebenfalls die Breite der Nitrocellulosemembran überspannt. Die Testzonen und die Kontrollzone befinden sich zwischen Hintergrundzonen, wo die Nitrocellulosemembran 24 kein gebundenes Drogenkonjugat hat, aber von einem anderen Protein oder von anderen Substanzen blockiert wurde, um eine unspezifische Bindung zu verhüten. Antikörper zu jeder Droge, auf die getestet wird, mit Kolloidalgold konjugiert, werden auf der Konjugatfreigabesektion 27 platziert. Wenn Speichel von dem Tupfer in Anwesenheit eines Lauffluids übertragen wird, dann passiert die resultierende Probe über die absorptionsfähige Probensektion 26 und über die Konjugatfreigabesektion 27 und vermischt sich mit den Antikörper-Goldkonjugaten. Die Probe läuft dann über die Länge der Nitrocellulosemembran 24.
Wenn die jeweilige Droge in der Probe vorhanden ist, dann bindet sie sich an das Antikörper-Goldkonjugat. Wenn die gebundene Droge danach über das spezifische Drogen-Protein-Derivat passiert, dann hat sich das Antikörper-Goldkonjugat bereits an die Droge in der Probe gebunden und kann sich nicht mehr an das Drogen-Protein-Derivat binden, das an die Membran gebunden ist. Wenn die jeweilige Droge nicht in der Probe vorhanden ist, dann kann sich das Antikörper-Goldkonjugat an das Drogen-Protein-Konjugat binden, so dass das Antikörper-Goldkonjugat am Ort des Drogen-Protein-Konjugats immobilisiert wird. Der sichtbare Marker wird in der Testzone als gefärbte Linie oder gefärbter Streifen aufgebracht. Zwischen diesen beiden Extremen bindet sich etwas Antikörper-Goldkonjugat an die Drogen-Protein-Derivate auf dem Streifen, so dass eine Farbzwischenintensität entsteht. Die Intensität der Farbe auf der jeweiligen Drogen-Protein-Zone ist somit umgekehrt proportional zur Menge an in der Probe vorhandener Droge.
Die Tiefe der Farbe in der Kontrollzone sollte immer signifikant sein, und die Kontrollzone ist im Hinblick darauf ausgelegt. Die Farbe der Kontrollzone kann dann verwendet werden, um anzuzeigen, dass der Test erfolgreich verlaufen ist, und um Schwellenfarbniveaus in spezifischen Drogenkonjugatzonen anzuzeigen.
3 zeigt die Testpatrone 10 von 1 in der Screening-Vorrichtung 30. Die Screening-Vorrichtung 30 beinhaltet einen Aufnahmeteil, einen Bilderzeugungsteil und einen Anzeigeteil. Der Aufnahmeteil befindet sich auf der Rückseite der Screening-Vorrichtung und nimmt vor dem Screening-Vorgang eine Testpatrone auf und richtet sie aus. Der Bilderzeugungsteil befindet sich mittig in der Screening-Vorrichtung zwischen dem Aufnahmeteil und dem Anzeigeteil und beinhaltet die Beleuchtungs- und Bilderzeugungsgeräte, die Verarbeitungsfunktionen und den Batteriesatz. Auf der Vorderseite der Screening-Vorrichtung befindet sich der Anzeigeteil zum Ausgeben der Ergebnisse des Screening-Vorgangs. Ein Deckel (nicht dargestellt), der am vorderen Ende der Screening-Vorrichtung 30 offen ist, umgibt die übrigen fünf Seiten der Screening-Vorrichtung 30. Eine Instrumentenverkleidung (nicht dargestellt) ist an dem Deckel angebracht, um die Screening-Vorrichtung 30 vollkommen zu umschließen und um die Screening-Vorrichtung und den Benutzer vor versehentlichen Schäden/Verletzungen zu schützen.
Der Aufnahmeteil beinhaltet eine Aufnahmehalterung 32 und einen Mikroschalter 43 und positioniert und trägt auch einen halbtransparenten Spiegel 40, der Teil des Bilderzeugungsteils ist. Die Aufnahmehalterung 32 hat eine Rückseite 38 und zwei parallele Arme 36. Die Rückseite 38 ist an einem Ende mit einem Ende jedes eine U-förmige Halterung bildenden Arms verbunden. Das offene Ende der U-förmigen Aufnahmehalterung 32 ist von der Screening-Vorrichtung 30 nach außen gerichtet und auf eine Öffnung in einer Seite des Deckels (nicht dargestellt) in Richtung auf die Rückseite der Screening-Vorrichtung 30 ausgerichtet. Die Öffnung ist groß genug, damit eine Testpatrone 10 in die Screening-Vorrichtung 30 eingesetzt werden kann. Die Arme der Aufnahmehalterung 32 haben einen Abstand voneinander, der der Breite der Testpatrone 10 entspricht, und haben dieselbe longitudinale Länge wie die längliche Schale 18 der Testpatrone 10. Die Arme 36 haben einen C-förmigen Querschnitt. Wenn eine Testpatrone in die Öffnung eingesetzt wird, dann verzahnen sich die Leisten 20 an der Testpatrone 10 mit dem C-förmigen Querschnitt der Arme 36 der Aufnahmehalterung 32, um die Testpatrone in die Screening-Vorrichtung 30 zu richten. Die Testpatrone 10 wird in die Screening-Vorrichtung 30 eingesetzt, bis das Ende der Testpatrone die Rückseite der Aufnahmehalterung erreicht, wo ein Widerstand gegen ein weiteres Einführen fühlbar wird.
Ein halbtransparenter Spiegel 40, der Teil des Bilderzeugungsteils der Screening-Vorrichtung ist, wird oberhalb des Fensters 22 der Testpatrone 10 durch eine Säule 42 abgestützt, die vom Arm 36 der Aufnahmehalterung 32 nach oben verläuft, der der Rückseite der Screening-Vorrichtung 30 am nächsten liegt.
Ein Testtupfer 70, an dem sich eine Speichelprobe befindet, befindet sich im Tupferhalter 16 einer Einweg-Testpatrone 10. Die Testpatrone 10 wird von dem Ende, das von dem Tupferhalter 16 am weitesten entfernt liegt, in die Screening-Vorrichtung 30 eingesetzt und durch die Aufnahmehalterung 32 formschlüssig in der richtigen Screening-Position ausgerichtet. Die Rückseite 38 der Aufnahmehalterung 32 verhütet, dass die Testpatrone 10 zu weit in die Screening-Vorrichtung 30 eingeführt wird, und gewährleistet, dass sich das Fenster 22 der Patrone 10 unmittelbar vor und unterhalb der CCD 34 der Screening-Vorrichtung 30 befindet. Der den Betrieb der Screening-Vorrichtung einschließlich des Betriebs der CCD 34 steuernde elektrische Schaltkomplex 50 befindet sich in der Screening-Vorrichtung 30 in Richtung auf die Vorderseite der Screening-Vorrichtung 30 vor der CCD 34, der Testpatrone 10 und den Akkus 48.
Ein Mikroschalter 43 befindet sich oberhalb der Testpatrone 10 am Arm 36 der Aufnahmehalterung 32, der der CCD 34 am nächsten liegt. Wenn eine Testpatrone 10 in die Screening-Vorrichtung 30 eingesetzt wird, dann wird der Mikroschalter 43 vertikal verschoben und bewirkt so, dass ein elektrisches Signal vom Mikroschalter ausgesendet wird, um zu signalisieren, dass das korrekte Einsetzen einer Testpatrone 10 erfasst wurde. Während des Screenens der Testpatrone 10 kann der Mikroschalter 43 einer Verschiebung der Testpatrone 10 widerstehen, wenn diese vollständig in die Screening-Vorrichtung eingesetzt wurde.
Der Bilderzeugungsteil beinhaltet Beleuchtungsmittel, fotosensitive Detektormittel, Mittel zum Darstellen der Intensität des erfassten Lichts durch ein Datenfeld, Datenverarbeitungsmittel zum Segmentieren der Daten und Vergleichen der segmentierten Daten sowie Ausgabemittel. Die Beleuchtungsmittel sind drei Leuchtdioden (LEDs) 44, die in einer horizontalen Linie parallel zur longitudinalen Länge der Testpatrone 10 montiert sind, wobei die mittlere LED vertikal oberhalb der Mitte des Fensters 22 der Testpatrone 10 zentriert ist. Die fotosensitiven Detektormittel und die Mittel zum Darstellen der Intensität des erfassten Lichtes mit einem Datenfeld werden durch eine CCD 34 bereitgestellt, die einen Imager 82, einen Videodigitalisierer 84 und eine Videodatenschnittstelle 86 (in 5 zu sehen) beinhaltet. Alternativ kann das fotosensitive Detektormittel von einem CCD-Array-Gerät zusammen mit einer Steuer- und einer Datenkonvertierungsschnittstelle gebildet werden. Der Imager der CCD 34 ist auf die Rückseite der Screening-Vorrichtung 30 gerichtet. Eine Montageplatte 46 ist am oberen Körper der CCD 34 in Richtung auf die Vorderseite der Screening-Vorrichtung 30 angebracht. Die Montageplatte 46 verläuft horizontal vom Körper der CCD 34 in Richtung auf die Rückseite der Screening-Vorrichtung 30 und endet unmittelbar oberhalb des Fensters 22 der Testpatrone 10. Drei LEDs 44 sind in einer Reihe an der Front der Unterseite der Montageplatte 46 befestigt. Wenn die LEDs 44 leuchten, dann scheint das Licht von diesen direkt auf das Fenster 22 der Testpatrone 10. Der Spiegel 40 ist um etwa 35° von der Vertikalen geneigt, so dass das Fenster 22 der Testpatrone in das Sichtfeld der CCD 34 reflektiert wird. Von dem Immunoassay-Test reflektiertes Licht wird von einem Feld von fotosensitiven Detektoren in dem Imager 82 erfasst. Die fotosensitiven Detektoren senden ein elektrisches Signal proportional zur Intensität des erfassten Lichtes aus. Der Videodigitalisierer 84 tastet jeden der fotosensitiven Detektoren nacheinander ab und konvertiert die analogen Daten in digitale Daten und speichert die Daten in einer Array. Die Array von digitalen Daten wird nachfolgend über die Videodatenschnittstelle 86 zu einer Zentraleinheit (CPU) 80 ausgegeben.
Akkus 48 speisen die CCD 34, LEDs 44, Mikroschalter 43 und den elektrischen Schaltkomplex 50 mit Strom. Die Akkus 48 [sic] in Richtung auf die Vorderseite des Bilderzeugungsteils unterhalb der CCD 34. Der elektrische Schaltkomplex 50, der den letzten Teil des Bilderzeugungsteils bildet, wird nachfolgend mit Bezug auf die 4 und 7 beschrieben.
Auf der Vorderseite der Screening-Vorrichtung 30 befindet sich der Anzeigeteil mit zwei Testanzeiger-LEDs 52 und 54, einem Flüssigkristallgerät (LCD) 56, Bedientasten 58 und 60 sowie einer Frontplatte 62. Die Frontplatte 62 ist etwas kleiner als die Instrumentenverkleidung und befindet sich an der Vorderseite der Screening-Vorrichtung 30 unmittelbar hinter der Instrumentenverkleidung. Die beiden Testanzeige-LEDs 52 und 54 befinden sich am oberen Rand auf der Rückseite der Frontplatte und stehen über die Höhe der Frontplatte 62 vor. Löcher im oberen Rand des Deckels an ihrer vorderen Ecke lassen es zu, dass die Testanzeige-LEDs 52 und 54 durch den Deckel vorstehen, so dass sie auf der Oberseite der Vorrichtung sichtbar sind.
Eine LCD 56 und ihr zugehöriger Hintergrundbeleuchtungstreiber 94 sind auf der Oberseite der Frontplatte 62 zwischen der Frontplatte 62 und der Instrumentenverkleidung montiert. Die Instrumentenverkleidung hat ein Fenster, durch das die LCD 56 sichtbar ist, das aber den hinter der LCD 56 befindlichen Hintergrundbeleuchtungstreiber 96 vor der Sicht verbirgt. Auf der Frontplatte 62 zwischen der Instrumentenverkleidung und der Frontplatte befinden sich auch zwei Bedientasten 58 und 60. Die Instrumentenverkleidung hat Löcher in entsprechenden Stellen, so dass der Benutzer die Tasten 58 und 60 durch die Instrumentenverkleidung bedienen kann.
Zusätzliche Löcher für einen Infrarot-Kommunikationsport sowie eine serielle und parallele Verbindung zum Anschließen der Screening-Vorrichtung an einen Personal Computer (PC) können im Deckel vorgesehen werden, und es können entsprechende Verbindungen vom elektrischen Schaltkomplex 50 vorgesehen werden.
4 zeigt eine teilweise sektionierte Seitenansicht der Screening-Vorrichtung von 3.
5 zeigt ein Blockdiagramm der elektrischen Komponenten der Screening-Vorrichtung 30. Die Screening-Vorrichtung 30 baut auf einem Mikroprozessor oder einer Zentraleinheit (CPU) 30 und der CCD 34 auf. Die CCD 34 umfasst einen Imager 82 sowie einen zugehörigen Videodigitalisierer 84 und eine Videodatenschnittstelle 86. Die Screening-Vorrichtung beinhaltet auch ein Tastenfeld 88 oder kann über eine Kombination von Tasten auf der Instrumententafel bedient werden. Die Screening-Vorrichtung beinhaltet auch einen elektrisch löschbaren Festwertspeicher (EEPROM) 90, einen dynamischen Arbeitsspeicher (RAM) 92 und die Flüssigkristallanzeige (LCD) 56. EEPROM 90, RAM 92 und LCD 56 sind mit der CPU 80 verbunden. Alternativ können sich EEPROM und RAM innerhalb der CPU befinden. Die LCD 56 kann hintergrundbeleuchtet und über einen Hintergrundbeleuchtungstreiber 94 reguliert werden, der sowohl mit der CPU 80 als auch mit der LCD 56 verbunden ist.
Das Tastenfeld 88 kann verwendet werden, damit ein Benutzer von der CPU 80 benötigte Daten zum Steuern des Betriebs der Screening-Vorrichtung eingeben kann. Ergebnisse von der Screening-Vorrichtung 30 werden dem Benutzer über die LCD 56 angezeigt, die den Benutzer auch zur Eingabe von Daten auffordert, die zum Bedienen der Screening-Vorrichtung benötigt werden. CPU 80, LEDs 44, LEDs 58 und 60, Mikroschalter 43 und CCD 34 werden mit Strom von einem Akkusatz 48 gespeist. Die Akkus können mit Netzstrom oder, beispielsweise über einen Zigarettenanzünder in einem Fahrzeug, über einen Adapter aufgeladen werden. Der Vorgang des Aufladens der Akkus kann von der CPU oder alternativ manuell gesteuert werden. Die Screening-Vorrichtung schaltet vorzugsweise automatisch ab, um die Lebensdauer der Akkus zu verlängern, wenn keine Patrone vorhanden ist oder wenn die Ergebnisse des vorherigen Screening-Betriebs länger als für eine voreingestellte Zeit von beispielsweise 5 Minuten angezeigt wurden. Vorzugsweise beginnt die CPU 80, wenn eine externe Stromversorgung von der Screening-Vorrichtung erfasst wird, automatisch mit einem Akkuaufladungsprogramm. Die Akkus können vorzugsweise genügend Ladung für einen Dauerbetrieb von bis zu 24 Stunden ohne Aufladen aufnehmen.
Die CPU 80 steuert einen elektrolumineszenten Hintergrundbeleuchtungstreiber 94 zum Hintergrundbeleuchten der LCD 56. Die LCD 56 kann vorzugsweise zwei Reihen von jeweils 8 alphanumerischen Zeichen anzeigen. Außer dem LCD-Display sind zwei LEDs, eine rote 58 und eine grüne 60, vorgesehen. Die Beleuchtung der LEDs 58 und 60 wird von der CPU 80 gesteuert und kann zum visuellen Anzeigen des Fortschritts und Zustands der Abtastung verwendet werden, d. h. Test läuft, Ergebnisse anzeigebereit, oder das Testergebnis. Alternativ können Fortschritt oder Ergebnisse auch mit einem akustischen Signal angezeigt werden. Die LCD 56 kann auch Statusinformationen anzeigen.
In der oben beschriebenen Ausgestaltung hat das Gerät eine Gesamtgröße von etwa 85 mm × 80 mm × 65 mm, und das Gerät wiegt etwa 300 g. Die CCD 34 kann beispielsweise eine Connextix Quickcam sein, die einen CCD-Imager, einen Videodigitalisierer und eine Videodatenschnittstelle aufweist.
Nachfolgend wird der Betrieb der Screening-Vorrichtung beschrieben. Einweg-Speicheltesttupfer 70 werden in einer verschlossenen Packung aufbewahrt, und ein Tupfer wird unmittelbar vor dem Gebrauch herausgenommen. Der Tupfer muss von der Person aus der Packung genommen werden, deren Speichel getestet werden soll, und wird etwa 15 Sekunden lang über den Bereich unter der Zunge gestrichen. Der Tupfer 70 wird dann in den Tupferhalter 16 einer Einweg-Testpatrone 10 eingelegt. Zehn Tropfen einer Laufflüssigkeit, die von einem beliebigen konventionellen Typ sein kann, werden dem Tupferhalter 16 zugegeben. Die Laufflüssigkeit transportiert die Speichelprobe vom Testtupfer 70 zu der absorptionsfähigen Sektion 26 und auf die Konjugatfreigabesektion 27, wo sich das Gemisch aus Speichel und Laufflüssigkeit mit den markierten (z. B. mit Gold-, gefärbten Latexpartikeln, Kohlenstoffpartikeln, Fluoreszenzstoffen oder einem anderen geeigneten Marker) Anti-Drogen-Antikörpern vermischt. Die Probe läuft dann längs über die Nitrocellulosemembran 24. In jeder Testzone binden sich ungebundene markierte Drogenantikörper an das Drogen-Protein-Derivat der Testzone. Markierte Antikörper, die sich nicht an die Testzonen gebunden haben, passieren über die Kontrollzone, wo sie sich an die Kontrollzone binden. Das Ergebnis ist eine Anzahl von Linien von variierender Intensität, die die Breite der Membran an Punkten entlang der Länge der Nitrocellulosemembran überspannen, die den Drogen-Protein-Derivatzonen und der Kontrollzone entsprechen. Jede Drogen-Protein-Derivatzone kann zum Erfassen einer anderen Droge verwendet werden. Je höher die Konzentration der jeweiligen Droge in der Speichelprobe, desto weniger intensiv ist die Farbe in dieser Drogen-Protein-Derivatzone.
Nach dem Einsetzen des Testtupfers 70 in den Tupferhalter 16 wird die Testpatrone 10 in die Screening-Vorrichtung eingesetzt. Dazu wird das Ende der Patrone, das sich am weitesten von dem Tupferhalter 16 entfernt befindet, vorsichtig in die Öffnung der Screening-Vorrichtung 30 geschoben, so dass die Testpatrone 10 von der Aufnahmehalterung 32 geführt werden kann. Die Testpatrone 10 muss vorsichtig eingeführt werden, bis das Ende der Testpatrone, das sich am weitesten vom Tupferhalter 16 entfernt befindet, die Rückseite 38 der Aufnahmehalterung 32 erreicht, wo ein Widerstand gegen weiteres Einführen spürbar wird.
Nach dem Einführen in die Screening-Vorrichtung wird die Patrone in ihrer Position gelassen, bis der Abtastprozess beendet ist. Eine Nachricht auf der LCD und/oder ein Blinken der LEDs bedeutet, dass die Abtastung fertig ist. Erst dann darf die Patrone herausgenommen werden.
Wenn die Testpatrone 10 in ihre Position geschoben wird, dann verstellt sie den Mikroschalter 43. Ein Signal wird vom Mikroschalter 43 zur CPU 80 gesendet, die den Abtastprozess durch Herunterladen eines voreingestellten Programms vom EEPROM 90 aktiviert. Es sind Zeitsteuermittel vorgesehen, um die Beleuchtung des Immunoassay-Tests zu verzögern, bis der Test ablaufen konnte. Wenn die Anwesenheit eines Tests erfasst wurde, beginnt die CPU 80 mit der Initialisierung, indem sie den Benutzer auffordert, einen Timer einzustellen, um den Benutzer aufzufordern, eine ausreichend lange Zeit zu warten, bis die Probe die Länge der Membran zurückgelegt hat. Alternativ kann der Benutzer die Laufzeit des Tests manuell stoppen, und es kann ein Ein/Aus-Stromschalter vorgesehen werden, den der Benutzer betätigt, wenn der Test abgelaufen ist und die Testpatrone 10 in die Screening-Vorrichtung 30 eingesetzt wurde. Die Timer-Funktion kann auch durch eine separate Timer-integrierte Schaltung wahrgenommen werden, die von der CPU 80 gesteuert wird, oder sie kann alternativ innerhalb der CPU 80 vorgesehen sein. Wenn die erforderliche Zeit abgelaufen ist, im Allgemeinen etwa 5 Minuten, dann sendet der Timer ein Signal zur CPU 80, die den Benutzer darauf aufmerksam macht, dass die Probe zum Screenen bereit ist. Dies erfolgt z. B. durch Blinken der LEDs 58 und 60, Anzeigen einer Meldung auf der LCD 56 oder Ertönen eines Alarmsignals. Die Screening-Vorrichtung kann auch die Testzeit stoppen, Ergebnisse analysieren, Ergebnisse ausgeben und die Ergebnisse automatisch speichern.
Eine Mehrzahl von benachbarten Membranen kann in eine einzelne Testpatrone integriert werden, wobei die Membranen longitudinal über die gesamte Länge der Patrone von der absorptionsfähigen Sektion bis zum Ende der Patrone laufen, das sich am weitesten vom Tupferhalter entfernt befindet, und wobei jede Membran 24 eine transversale Breite hat, die geringer ist als die der Testpatrone 10, so dass sich eine Mehrzahl von Membranen, z. B. zwei, nebeneinander in der Testpatrone 10 befinden können. Die Verarbeitung der Ergebnisse des Speicheltests hängt von der Identifizierung der Intensität der Linien auf jeder Membran ab und bezieht jede Linie auf die Droge, die der Gegenstand des jeweiligen Tests ist. Einzelheiten über die Zahl benachbarter Membranen in der jeweiligen Patrone sowie Anzahl, Typ und Position der Drogen-Protein-Derivatzonen und der Steuerzone auf jeder Membran werden zur Verarbeitung der Ergebnisse benötigt. Diese Details können im EEPROM gespeichert werden, und die CPU 80 kann nach der Erfassung und Erkennung des Patronentyps darauf zugreifen, oder der Benutzer kann Daten direkt eingeben, die die CPU 80 zum Erkennen der Testpatrone 10 benötigt. Wenn die Testpatrone 10 von der CPU 80 erkannt werden soll, dann kann sie geeignete Markierungen wie z. B. einen Strichcode tragen, der von geeigneten Mitteln gelesen wird, die in der Screening-Vorrichtung vorhanden sind, und die Informationen werden zur CPU 80 geleitet.
Auf die Testpatrone 10 kann der Name des Tests gedruckt werden, der von der CPU 80 automatisch gelesen und identifiziert wird. Die Testpatrone 10 kann auch eine implantierte mikroelektronische Schaltung beinhalten, die von der CPU 80 mit Hilfe von elektrischen, Infrarot- oder induktiven Verbindungen abgefragt werden kann, um festzustellen, ob die Patrone akzeptabel ist und um die Natur des Tests zu ermitteln.
Die CPU 80 aktiviert die CCD 34 und schaltet die entsprechende LED 44 ein, so dass das Fenster 22 der Testpatrone 10 beleuchtet wird. In der derzeit bevorzugten Ausgestaltung sind drei LEDs vorgesehen, jeweils mit Wellenlängen von 430 nm, 565 nm und 660 nm. Die Wellenlänge von Licht, das von jeder LED ausgegeben wird, wird mit Bezug auf die Charakteristiken des Markers gewählt, insbesondere mit Bezug auf seine Farbe. Die Wellenlänge des zum Beleuchten des Immunoassay-Streifens verwendeten Lichts ist vorzugsweise komplementär zur Wellenlänge des jeweiligen Markers, so dass sich der beste Kontrast ergibt. In der derzeit bevorzugten Ausgestaltung wird Kolloidalgold als Marker verwendet, und da Kolloidalgold pinkfarben ist, wird eine grüne LED mit einer Wellenlänge von 565 nm verwendet. Während der Marker als sichtbar beschrieben wurde, und das Beispiel von Kolloidalgold als Marker wäre für das menschliche Auge sichtbar, wird der Marker als für die CCD-Array unter bestimmten Beleuchtungsbedingungen sichtbar gewählt und ist möglicherweise nicht, ob unter normalen oder unter speziellen Beleuchtungsbedingungen, für das menschliche Auge sichtbar.
Licht von der LED 44 scheint auf das Fenster 22 der Testpatrone 10 und beleuchtet die Nitrocellulosemembran 24, die durch das Fenster 22 sichtbar ist. Die beleuchtete Membran wird durch den Spiegel 40 in das Sichtfeld der CCD 34 reflektiert. Das Bild wird digitalisiert und über eine Videodatenschnittstelle zur Datenverarbeitung zur CPU 80 ausgegeben. Die digitalen Daten werden vorzugsweise zur nachfolgenden Verarbeitung auf dynamischem RAM gespeichert.
Das von der CCD 34 erfasste Bild wird durch die Reflexion vom Spiegel 40 geschrägt, und die CPU 80 muss zunächst einen Algorithmus anwenden, um die digitalisierten Daten zur Verarbeitung korrekt auszurichten. Die CPU 80 arbeitet vorzugsweise einen ersten Korrekturalgorithmus ab, um die Daten für die nachfolgende Verarbeitung anzuordnen. Der erste Korrekturalgorithmus wird vorzugsweise bei der Herstellung des Gerätes eingerichtet und bei Bedarf zu bestimmten Zeiten während der Lebensdauer des Gerätes anstatt zu Beginn jedes Tests kalibriert.
Jede Patrone kann zum Durchführen von Tests auf eine Reihe verschiedener Drogen verwendet werden. Dies kann entweder dadurch erzielt werden, dass eine einzelne Membran mit einer größeren Zahl von Drogen-Protein-Derivatzonen verwendet wird oder indem eine Anzahl von Membranen in einer einzelnen Patrone verwendet wird. Es können bis zu acht oder mehr Drogen jeweils unter Anwendung einer Kombination dieser Methoden analysiert werden. In der derzeit bevorzugten Ausgestaltung binden sich Drogen-Protein-Derivate für Kannabis (THC), Kokain (COC) Opiate (OPI), Methadon, Ecstasy und Amphetamine (XTC) und Benzodiazepine (BZO) in diskreten Abständen an die Nitrocellulosemembran. Die Ergebnisse für jeden dieser Drogentests werden separat von der Screening-Vorrichtung angezeigt. Es können auch zwei Panel-Tests, z. B. für Methadon und Opiate, vorgesehen werden. Die Daten müssen dann so segmentiert werden, dass sich jedes Segment auf nur eine Membran bezieht. Die separaten Segmente werden dann separat verarbeitet. In der derzeit bevorzugten Ausgestaltung ist die CCD-Array eine Texas TC 255 P CCD-Array, die sich aus 324 × 240 Elementen zusammensetzt. Die digitalen Daten müssen so segmentiert werden, dass sie den 344 × 240/N Pixeln entsprechen, die nur diese bestimmte Membran bedecken, wobei N die Zahl der Membranen in der Patrone ist.
Jede Membran wird daher durch eine Array von p × q Pixeln repräsentiert, wobei die p Pixel die Länge der Membran und die q Pixel die Breite der Membran überspannen. Die Drogen-Protein-Derivate binden sich über die gesamte Breite der Membran in diskreten Abständen entlang der Membran. An jeder Stelle (p, r), wobei p in eine bestimmte Drogen-Protein-Derivatzone fällt, wird die Intensität des Pixels auf die Menge dieser jeweiligen Droge in der Probe bezogen, unabhängig vom Wert von r im Bereich 0 ≤ r ≤ q. Die Intensitäten der Pixel bei (p, r) werden somit über den Bereich 0 ≤ r ≤ q für jedes p summiert.
Geringfügige Diskrepanzen zwischen der theoretischen Position der Membran und der tatsächlichen Position der Membran können von der Screening-Vorrichtung aufgenommen werden. Die CPU 80 vergleicht die summierte Intensität an einer spezifischen Stelle, die der theoretischen Mittenposition der Kontrollzone entspricht, mit der Intensität an einer vorbestimmten Zahl von benachbarten Stellen, um zu ermitteln, ob es eine Diskrepanz zwischen der theoretischen Stelle der Kontrollzone und der tatsächlichen Stelle der Kontrollzone gibt. Die CPU 80 wendet einen entsprechenden Korrekturfaktor auf nachfolgende Berechnungen an, wenn die theoretischen und tatsächlichen Stellen der Mitte der Kontrollzone sich unterscheiden. Der Korrekturfaktor muss anhand der Referenz der Kontrollzone ermittelt werden, weil, wenn Tests positiv sind, die Intensität dieser Drogen-Derivatzone entsprechend reduziert wird.
Alternativ, oder zusätzlich, können Teststreifen 23 und Testpatrone 10 von kontrastierenden Farben sein. Die ungeschrägten Daten können anhand des Kontrasts zwischen der Testpatrone 10 und dem Teststreifen 23 verarbeitet werden, um die tatsächliche Stelle der Mitte des Teststreifens zu ermitteln, die dann zum Anwenden eines Korrekturfaktors auf die Daten bei Bedarf verwendet werden können.
6 zeigt ein typisches Diagramm der resultierenden Pixelintensität im Vergleich zu der Stelle des Pixels für eine einzelne Protein-Drogen-Derivatzone oder eine einzelne Kontroll- oder Referenzzone. Wenn ein Versatz der Membran von der theoretischen Position identifiziert wurde, dann werden die Daten je nach dem segmentiert, ob sie in einer Drogen-Protein-Derivatzone, der Kontrollzone oder in einem Raum zwischen benachbarten Zonen wie in 6 gezeigt liegen. Die CPU 80 ist vorzugsweise ein Hitachi H8/3002 Mikroprozessorchip, es kann aber auch jeder andere geeignete Mikroprozessorchip verwendet werden. Die CPU 80 segmentiert die Daten in eine erste Mehrzahl von Daten, die der Kontrollzone entsprechen, eine zweite Mehrzahl von Daten, die den Testzonen entsprechen, und eine dritte Mehrzahl von Daten, die den Hintergrundzonen entsprechen. Die CPU 80 verarbeitet dann die erste, die zweite und die dritte Mehrzahl von Daten und führt die folgenden Berechnungen aus, um zu ermitteln, ob jede Droge in der Probe vorhanden ist.
Man definiere:
und
Dann schätze man:
und
Wenn REF ≤ 0 ist, dann hat sich die Referenz- oder Kontrollzone nicht an eines der Produkte gebunden, das in der Speichelprobe und im Lauffluid vorhanden ist, nachdem es über die Drogen-Protein-Derivatzonen passiert ist. Entweder ist die Kontrollzone auf der Membran fehlerhaft oder der Test wurde nicht korrekt abgeschlossen, was darauf zurückzuführen sein kann, dass dem Tupferhalter eine unzureichende Menge an Lauffluid zugegeben wurde. Die Screening-Vorrichtung zeigt eine Fehlermeldung an und die Patrone muss herausgenommen, neu eingesetzt und neu gelesen oder weggeworfen und eine andere Patrone verwendet werden. Die Verzögerung für den durchzuführenden Test wird unter diesen Umständen jedoch nicht benötigt, und dem Benutzer wird ein Mittel zum Umgehen des Timer-Betriebs an die Hand gegeben, um mit der sofortigen Bilderfassung und Datenverarbeitung zu beginnen. Wenn weiterhin ein Fehler erfasst wird, dann muss der Test mit einer neuen Patrone und Speichelprobe erneut durchgeführt werden.
Wenn REF > 0 ist, was bedeutet, dass der Test erfolgreich abgeschlossen wurde, aber TEST ≤ 0 ist, dann ist die Drogenkonzentration in der Probe derart, dass sich alle Antikörper-Goldkonjugate an die Droge in der Probe gebunden haben. Das Ergebnis dieses Tests wird auf 100% gesetzt. Der Test erhält die qualitative Bewertung „positiv". Ein quantitativer Wert würde mit „größer als" ein bestimmtes Niveau angegeben.
Wenn TEST > 0 und REF > 0 sind, dann wird die Testbandkonzentration wie folgt ermittelt: TESTBANDKONZENTRATION = 1 – [TEST/REF]
Der Prozentanteil an in der Probe vorhandener Droge wird durch 100 × Testbandkonzentration % angegeben.
Die Ergebnisse für die Konzentration jeder Droge können auf eine Reihe verschiedener Weisen angezeigt werden. Die LCD 56 kann zum Anzeigen des Namens der Droge und des Ergebnisses verwendet werden. Alternativ kann auch nur die Tatsache, dass der Test für diese Droge positiv ist, angezeigt werden. Wenn nur ein positives oder negatives Testergebnis angezeigt werden soll, dann benötigt die CPU 80 Zugang zu einem Schwellenwert für jede Droge, der im EEPROM gespeichert werden könnte. Für jede Droge wäre, wenn die erfasste Konzentration den Schwellenwert überschreitet, das Ergebnis dann positiv, und wenn die erfasste Konzentration unter den Schwellenwert abfällt, dann wäre das Ergebnis negativ. Jede separate Drogen-Protein-Zone muss auf diese Weise mit Bezug auf die Kontrollzone getestet werden, um die Konzentration dieser Droge in der Speichelprobe zu ermitteln.
Alternativ, oder zusätzlich, könnten positive und negative Ergebnisse anhand von Kombinationen der LEDs 52 und 54 am oberen Rand der Screening-Vorrichtung angezeigt werden. In der derzeit bevorzugten Ausgestaltung brennt die rote LED 52 ständig, und die grüne LED 54 brennt intermittierend, um anzuzeigen, dass der jeweilige Drogentest positiv ist, und die grüne LED 54 brennt ständig, während die rote LED 52 blinkt, wenn der Drogentest vollkommen negativ ist. Der Benutzer kann das Ergebnis jedes einzelnen Drogentests schrittweise durchlaufen, indem er die Tasten 58 und 60 auf der Vorderseite der Screening-Vorrichtung betätigt, oder er kann alle Ergebnisse gleichzeitig betrachten, indem er die Ergebnisse auf einen PC mit den notwendigen Graphikfunktionen herunterlädt. Ergebnisse können so lange in der Screening-Vorrichtung gespeichert werden, bis sie auf einen PC heruntergeladen werden. Das Testbild kann für ein nachfolgendes Herunterladen auf einen PC gespeichert werden.
Wenn der Test anzeigt, dass Drogen in der Probe vorhanden sind, dann kann ein Folgetest mit einem alternativen Testverfahren durchgeführt werden.
Die CPU 80 wird mit einer Programmierschnittstelle 98 ausgestattet, so dass die Screening-Vorrichtung beispielsweise über einen Fern-PC programmiert werden kann. Serielle und parallele PC-Verbindungen 96 und/oder eine Infrarotverbindung können von der CPU 80 vorgesehen werden, so dass die Steuerung der Screening-Vorrichtung einem PC oder Mainframe-Computer überlassen werden kann. Ergebnisse des Tests können auch durch den PC angezeigt werden, nachdem die Ergebnisse von der Screening-Vorrichtung heruntergeladen wurden. Die CPU 80 kann vorzugsweise im EEPROM gespeicherte Selbsttest-Diagnostikroutinen in Intervallen abarbeiten, die entweder durch Voreinstellungen in der CPU gesteuert oder nach Bedarf vom Benutzer eingeleitet werden können.
Es kann in bestimmten Situationen bevorzugt werden, dass der Benutzer der Screening-Vorrichtung eine Anzeige erhält, die das von der CCD 34 erzeugte Bild anzeigt. Eine Schnittstelle für die CCD 34 kann vorgesehen werden, so dass der Benutzer das Bild auf einer kleinen Grafiktafel betrachten kann.
Es kann auch bevorzugt werden, Mittel zum Speichern des Bildes der Person bereitzustellen, von der die Testprobe stammt. Zu diesem Zweck könnte der Spiegel 40 zwischen der Test-Screening-Position und einer zweiten Position eingestellt werden, so dass das Bild der getesteten Person auf das Bilderzeugungsmittel zum Speichern und nachfolgenden Abrufen reflektiert wird. Zusätzliche Optikvorrichtungen, wie z. B. eine Linse, können benötigt werden, um die Fokallänge über den externen Lichtweg zu modifizieren.
7 zeigt ein Blockdiagramm der elektrischen Bedienelemente und elektrischen Vorrichtungen, die ebenfalls in der Screening-Vorrichtung zum Einsatz kommen können. Vorrichtungen und Bedienelemente, die denen von 4 entsprechen, erhielten dieselben Bezugsziffern, und es wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Insbesondere kann ein CMOS-Bildsensor 82' anstatt eines CCD-Bildsensors verwendet werden. Ein Treiber ist mit dem CMOS-Bildsensor 82' assoziiert und dient als Schnittstelle zwischen der CPU 80 und dem CMOS-Bildsensor 34'. Ein Videopuffer 86' ersetzt die Videodatenschnittstelle 86 von 5. Vorzugsweise wird ein Bilderzeugungsgerät Vision VV5404 mit einer Auflösung von 356 × 292 Pixeln verwendet.
Der in 5 gezeigte elektrolumineszente Hintergrundbeleuchtungstreiber 94 kann auch durch den LED-Hintergrundbeleuchtungstreiber 94' ersetzt werden. Ferner kann die durch einen EEPROM in der Vorrichtung von 5 bereitgestellte flüchtige Speichervorrichtung 90 durch einen FLASH-Speicher ersetzt werden, und/oder der durch den dynamischen RAM (DRAM) in 5 gegebene nichtflüchtige Speicher kann durch den statischen RAM (SRAM) ersetzt werden. Eine LCD 56' mit einer höheren Auflösung, die Grafik mit 100 × 64 Pixeln handhaben kann, kann ebenfalls die LCD 56 von 5 ersetzen. Dies würde es zulassen, dass alle Testergebnisse bei Bedarf gleichzeitig angezeigt werden. Es können Akkus vorgesehen werden, die genügend Ladung aufnehmen können, um die Screening-Vorrichtung bis zu 20 Tage lang zu speisen.
Es können vorzugsweise Mittel 45 zum Einstellen der Intensität jeder der LEDs 44 vorgesehen werden. Verstellbare Strom-LED-Treiber können wie in 7 gezeigt verwendet werden.
Der halbtransparente Spiegel 40 der 3 und 4 kann durch einen ebenen ersten Oberflächenspiegel 40 ersetzt werden. Der Winkel zwischen Spiegel und Bilderzeugungsgerät kann verändert werden, um die Schrägung des Bildes zu reduzieren. So kann beispielsweise durch Einstellen des Winkels des Spiegels 40 auf 55° zur Vertikalen und unter Verwendung eines mit 10° zur Vertikalen geneigten CMOS-Bildsensors die kombinierte Neigung des CMOS-Bildsensors 82' und des Spiegels 40 die Differenz in der Bildbreite über die Breite des Teststreifens minimiert werden, mit dem Ergebnis, dass das von dem CMOS-Bildsensor 82' erfasste Bild relativ zu dem tatsächlichen Immunoassay-Teststreifen 23 im Wesentlichen ungeschrägt ist. In dem Fall, in dem das von der Bilderzeugungsvorrichtung erfasste Bild ungeschrägt ist, braucht die CPU 80 keinen Algorithmus anzuwenden, um die digitalisierten Daten vor ihrer Verarbeitung zu korrigieren.
Es können auch andere Anzahlen von LEDs 44 zum Beleuchten des Teststreifens 23 verwendet werden. So können beispielsweise vier LEDs anstatt drei in einer horizontalen Reihe parallel zur longitudinalen Länge der Testpatrone montiert werden. Wenn vier LEDs verwendet werden, dann können die zwei äußersten LEDs zum Ausstrahlen von Licht mit einer Wellenlänge gewählt werden, während die beiden innersten LEDs zum Ausstrahlen von Licht mit einer anderen Wellenlänge gewählt werden können. Bei dieser Konfiguration braucht nur ein Paar LEDs verwendet zu werden, um den Immunoassay-Teststreifen 23 zum Ermitteln der Drogenkonzentration zu beleuchten. Das verbleibende Paar LEDs kann für eine unterbrechungsfreie Nachrichtenübermittlung verwendet werden, z. B. Lesen eines Strichcodes auf dem Teststreifen oder der Patrone. Die Intensitäten der LED-Paare können so abgestimmt werden, dass sich eine optimale Beleuchtung des Immunoassay-Teststreifens 23 ergibt. Geeignete Wellenlängen für die LED-Paare sind 566 nm und 639 nm. Die Hauptanforderung beim Wählen von geeigneten LEDs ist jedoch die, dass die Wellenlänge von ausgestrahltem Licht mit dem auf dem Immunoassay-Teststreifen 23 verwendeten Marker kompatibel ist und dass die Beleuchtung von Nachrichtenübermittlungsmarkierungen die Testergebnisse nicht verfälscht.
Größe und Gewicht der Screening-Vorrichtung können durch die Wahl von elektrischen Vorrichtungen und Bedienelementen beeinflusst werden. Bei Verwendung eines Vision VV5404 betragen die Gesamtabmessungen der Screening-Vorrichtung beispielsweise 210 × 70 × 50 mm und das Gewicht beträgt etwa 240 g.
Das Kontrollband braucht nur verwendet zu werden, um zu überprüfen, ob der Test erfolgreich abgelaufen ist, und nicht zur Quantifizierung von individuellen Drogenkonzentrationsberechnungen. In diesem Fall können Null-Daten vorgesehen werden, um die Testergebnisse zu quantifizieren. Solche Null-Daten können beispielsweise den Daten entsprechen, die durch Beleuchten eines leeren Immunoassay-Teststreifens unter identischen Bedingungen zur Beleuchtung des experimentellen Immunoassay-Teststreifens erzeugt würden. Solche Null-Daten würden dann eine Schätzung der beobachteten Intensität ergeben, wenn sich die Konzentration einer Droge in der getesteten Probe der Menge von konjugierten Antikörpern nähert oder diese überschreitet, die von der jeweiligen Sektion freigegeben wurden. Solche Null-Daten können mit den Testdaten verglichen werden, um die Konzentration der Substanz in der getesteten Probe zu ermitteln.
Null-Daten können durch eine geeignete Filterung der experimentellen Daten approximiert werden, wobei die Notwendigkeit für eine separate Beleuchtung eines unbenutzten, sauberen Teststreifens als Referenzstreifen entfällt. So können beispielsweise Daten, die der Länge und Breite einer der Hintergrundzonen entsprechen, interpoliert werden, um eine Schätzung der Intensität zu erzeugen, die für Null-Daten repräsentativ ist. Vor der Interpolation können die Daten geglättet werden, um die Null-Daten zu verbessern. Es können auch höher entwickelte Filterungstechniken, einschließlich adaptiver Filterung, zum Schätzen der Null-Daten verwendet werden. Nach dem Schätzen oder Bereitstellen der Null-Daten können die Testdaten und die Null-Daten somit verglichen werden, um die Konzentration der Substanzen in den Testzonen zu ermitteln.
Für die Verwendung bei schlechtem Wetter können verschiedene Adaptionen (in 1 nicht dargestellt) der Testpatrone vorgesehen werden. So kann eine abziehbare, transparente Abdeckung auf der Testpatrone vorgesehen werden, um den Immunoassay-Teststreifen 23 zu schützen, der sonst durch das Fenster 22 beispielsweise Regen ausgesetzt würde. Das Fenster wird nach dem Einsetzen der Testpatrone in die Screening-Vorrichtung automatisch zurückgezogen und wieder angebracht, wenn die Testpatrone aus der Screening-Vorrichtung herausgenommen wird. Das Lauffluid kann sich in dem zylindrischen Tupferhalter 16 der Testpatrone 10 befinden und mit einer dünnen penetrierbaren Membran festgehalten werden, die durch das Einsetzen eines Testtupfers in den Tupferhalter 16 durchstoßen wird. Eine zweite, elastische Membran mit einer Öffnung kann oberhalb der Lauffluidmembran in dem zylindrischen Tupferhalter 16 positioniert werden. Die Öffnung der elastischen Membran dehnt sich aus, so dass ein Testtupfer durch die Öffnung eingesteckt werden kann, und würde eine wasserdichte Abdichtung um den Testtupfer 70 bilden, bevor der Testtupfer die Lauffluidmembran durchstößt. Nach dem Herausnehmen des Testtupfers 70 zieht sich die Öffnung der elastischen Membran zusammen und verhindert, dass anderes Fluid als das auf dem Testtupfer in die Testpatrone eintritt.
In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung könnte die zu testende Probe Urin, Serum, Plasma, Okularfluid oder gefiltertes Vollblut beinhalten. Geeignete Filterungssysteme für Vollblut könnten in die Patrone integriert werden. Die Screening- Vorrichtung könnte auch in anderen Immunodiagnostik-Bereichen zum Einsatz kommen. So könnte die Screening-Vorrichtung beispielsweise zum Analysieren der Konzentration von Tumormarkern in den Blutproben von Patienten zum Einsatz kommen, die auf Krebs behandelt werden. Die Screening-Vorrichtung könnte auch für die Verwendung zum Messen von Hormonkonzentrationen oder von therapeutischen Medikamenten, die in der Probe vorhanden sind, oder zum Testen auf Bakterien, Viren oder andere in einer Vielzahl von Probentypen vorhandenen Mikroorganismen angepasst werden. Alternativ könnte die Screening-Vorrichtung auch zum Screenen von Proben auf Allergien angepasst werden.
Es ist zu bemerken, dass die durch Bezugnahme auf bestimmte Figuren und auf bestimmte Stellen der Beschreibung beschriebenen Merkmale in anderen Kombinationen als den beschriebenen oder gezeigten verwendet werden können.

Claims

Screening-Vorrichtung zum Interpretieren der Linien eines Immunoassay-Tests mit diskret angeordneten Testzonen und einer zwischen Hintergrundzonen liegenden Kontrollzone, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: Beleuchtungsmittel (44) zum Beleuchten eines Immunoassay-Tests; ein Feld von photosensitiven Dektektoren (82) zum Erfassen der Intensität von Licht von den Beleuchtungsmitteln (44), das von den Testzonen, der Kontrollzone und den Hintergrundzonen des Immunoassay-Tests reflektiert wird; Mittel (84), die mit dem Ausgang des Feldes von photosensitiven Detektoren gekoppelt sind, um die Intensität des erfassten Lichts mit einem Datenfeld darzustellen; einen Speicher (90) zum Speichern voreingestellter Daten; ein erstes Datenverarbeitungsmittel (80), das mit dem Speicher (90) und dem Ausgang der Mittel zum Darstellen der Intensität des erfassten Lichts mit einem Datenfeld (84) gekoppelt ist, um das Datenfeld gemäß den voreingestellen Daten in Kontrolldaten, Hintergrunddaten und Testdaten zu segmentieren; ein zweites Datenverarbeitungsmittel (80), das mit dem ersten Datenverarbeitungsmittel (80) gekoppelt ist, um zu ermitteln, ob die Testdaten ein statistisch signifikantes Ergebnis zeigen; und Ausgabemittel (56, 96, 98), die mit dem Ausgang des zweiten Datenverarbeitungsmittels (80) gekoppelt sind, um die Ergebnisse von dem zweiten Datenverarbeitungsmittel auszugeben.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das zweite Datenverarbeitungsmittel (80) die Kontrolldaten, Hintergrunddaten und Testdaten vergleicht, um zu ermitteln, ob die Testdaten ein statistisch signifikantes Ergebnis im Vergleich zu den Kontrolldaten und Hintergrunddaten zeigen.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das zweite Datenverarbeitungsmittel (80) mit Mitteln zum Erzeugen von Nulldaten gekoppelt ist, wobei die Nulldaten für die Intensität von Licht repräsentativ sind, das von den Hintergrundbereichen zwischen den Linien reflektiert wird, wobei das zweite Datenverarbeitungsmittel die Testdaten und die Nulldaten vergleicht, um zu ermitteln, ob die Testdaten ein statistisch signifikantes Ergebnis zeigen.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Zeitsteuermittel vorgesehen sind, um die Beleuchtung des Immunoassay-Tests zu verzögern, bis der Immunoassay-Test beendet ist.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste und zweite Datenverarbeitungsmittel (80) durch eine Zentraleinheit bereitgestellt werden.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der serielle und parallele Ports (96, 98) von der Zentraleinheit (80) vorgesehen sind, um es zuzulassen, dass die Screening-Vorrichtung von einem externen Prozessor gesteuert wird, oder um es zuzulassen, dass die Screening-Vorrichtung die Ergebnisse des Vergleichs der Steuerdaten, der Hintergrunddaten und der Testdaten herunterlädt.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Feld von photosensitiven Detektoren (82) und die Mittel zum Darstellen der Intensität des erfassten Lichts mit einem Datenfeld (84) von einem ladungsgekoppelten Bauelement sowie einem assoziierten Videodigitalisierer und einer Videodatenschnittstelle bereitgestellt werden.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Feld von photosensitiven Detektoren und die Mittel zum Darstellen der Intensität des erfassten Lichts mit einem Datenfeld von einem CMOS-Abbildungssensor (82'') sowie einem assoziierten Treiber und Videopuffer (86'') bereitgestellt werden.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausgabemittel (56, 96) Anzeigemittel sind.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Immunoassay-Test an einer Speichelprobe durchgeführt wird.
Screening-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Immunoassay-Test an einer Einweg-Testpatrone durchgeführt wird.
Screening-Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Datenverarbeitungsmittel Filtermittel beinhaltet, um das Datenfeld zu filtern, bevor ermittelt wird, ob die Testzonen statistisch signifikante Ergebnisse zeigen.
Screening-Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der Zeitsteuermittel, die mit dem ersten Datenverarbeitungsmittel gekoppelt sind, eine Verzögerung erzeugen, bevor das erste Datenverarbeitungsmittel die Daten segmentiert.
Verfahren zum Screenen eines Immunoassay-Tests mit diskret angeordneten Testzonen und einer zwischen Hintergrundzonen liegenden Kontrollzone, wobei das Ergebnis des Tests durch den Betrag eines in den Testzonen deponierten Markers im Vergleich zu den Hintergrund- und Kontrollzonen angezeigt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beleuchten des Immunoassay-Tests; Erfassen der Intensität von Licht, das von der Kontrollzone, den Testzonen und den dazwischen liegenden Hintergrundzonen des Immunoassay-Tests reflektiert wird, und Umwandeln der erfassten Intensität in ein Datenfeld; Segmentieren des Datenfeldes in eine erste, eine zweite und eine dritte Mehrzahl von Daten, wobei die erste Mehrzahl von Daten der Kontrollzone entspricht, die zweite Mehrzahl von Daten den Testzonen entspricht, die dritte Mehrzahl von Daten den Hintergrundzonen entspricht, Verarbeiten der zweiten Mehrzahl von Daten, um zu ermitteln, ob die zweite Mehrzahl von Daten ein Substanzniveau über einem Schwellenwert zeigt; und Ausgeben der Ergebnisse der Verarbeitung.
Verfahren zum Screenen eines Immunoassay-Tests nach Anspruch 14, bei dem der Schwellenwert durch Bezugnahme auf die erste und die zweite Mehrzahl von Daten eingestellt wird.
Verfahren zum Screenen eines Immunoassay-Tests nach Anspruch 14, bei dem der Immunoassay-Test an einer Speichelprobe durchgeführt wird.
Verfahren zum Screenen eines Immunoassay-Tests nach Anspruch 14, bei dem die ausgegebenen Ergebnisse auf einem Flüssigkristallgerät angezeigt werden.