トランスビジュアル感度を有する汎用迅速診断検査リーダー

 

制御電子機器のセットと、デジタルカメラ構成要素と、照明構成要素と、ハウジング構成要素と、迅速診断検査トレー(5)であり、トレーが、ある形状およびあるサイズを有する少なくとも1つの迅速診断被検査物をデジタルカメラ構成要素および照明構成要素に対して定位置に保持することができ、リーダーが、1つを超える異なる迅速診断被検査物に適応することができる、迅速診断検査トレーとを含む汎用迅速診断検査リーダーが、本明細書で開示され説明される。第1の物理的サイズ、第1の特徴、および第1のフォーマットを有する少なくとも1つの第1の迅速診断被検査物を供給するステップと、第2の物理的サイズ、第2の特徴、および第2のフォーマットを有する少なくとも第2の迅速診断被検査物を供給するステップと、第1の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、汎用迅速診断検査リーダーを使用して第1の迅速診断被検査物を分析するステップと、第1の迅速診断検査をリーダーから取り除くステップと、リーダーのいかなる機械的調整もなしに、またはいかなる追加部品または追加挿入物の使用もなしに、第2の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、汎用迅速診断検査リーダーを使用して第2の迅速診断被検査物を分析するステップとを含む方法も開示される。

 

 

本米国特許出願は、「Universal Rapid Test Reader for Lateral Flow Immunoassays with High Sensitivity」と題する米国特許仮出願第61/889821号、「Flash−controlled, Wireless, Lensless, Universal Rapid Diagnostics Test (RDT) Reader」と題する米国特許仮出願第61/845742号、「Non−uniform Flash Illumination Based focusing Method for the Imaging of Targets that are uniformly illuminated」と題する米国特許仮出願第61/899116号の優先権を主張し、それらは、本米国特許出願の権利者が所有し、引用によりそれらの全体が本明細書に組み込まれている。
現出願は、トランスビジュアル感度を有する汎用迅速診断検査リーダーに関する。
迅速診断検査(RDT)は、世界中の一連の看護において重要で増大する役割を果たしている。医院、病院、都市および遠隔地のクリニックでのポイントオブケアで、または外来ヘルスワーカーによって与えられ、直ちに結果を提供することによって、これらの検査は、利用しやすさの改善、コストの低下、およびより高品質のヘルスケアに寄与している。ますます多くのRDTが、急性および慢性症状の検査を目的にした患者および一般の人々による家庭使用のために利用可能である。RDTで使用される主要技術は、ラテラルフローイムノクロマトグラフィアッセイ(LFI)であり、BCC Researchによれば180億ドルのLFI検査およびサービスの世界的年間評価額を伴う。RDTは、さらに、蛍光LFI、フロースルー、および尿検査などのイムノアッセイの他の変形でも利用することができる。実際、ここで説明する意図した実施形態は、動作のしくみとして光学的性質の変化を使用するいかなるRDTにも適用可能である。
RDTは有用であるが、一般に、目で見て(ビジュアルに)読まれており、それゆえに、ヒューマンエラーを受けやすいので、信頼性および正確さが低いことがある[1−19]。これらの固有誤差は、もともとESE GmBHによって開発され、今日、いくつかの供給源から入手可能である電子リーダーの使用により実質的に緩和させることができる[21、22]。電子リーダーは、一般に、研究室使用のためのデスクトップ機器であり、かなり大きく、重いことがあり、何千ドルものコストがかかることがある。最近、最新技術のかなり大きい進歩が、UCLAにおいてAydogan Ozcan教授および彼の研究グループによって、技術プラットフォームとしてスマートフォンを使用して成し遂げられた。加えて、彼らは、以下の利点をもつリーダー(以降、Mudanyaliリーダー)を開発した[17、20]:a)小さい、ハンドヘルド、および軽い(〜2.3オンス)、b)透過または反射読出しモードで高感度および正確、c)周囲の照明状況の影響を受けにくい、d)スマートフォン通信能力を使用した電子的データ捕捉および遠隔計測による自動検査読出し、e)ジオマッピング(geomapping)能力および健康情報システムへの接続機能を用いた中央集中データ収集、およびf)スマートフォンの巨大生産量に便乗することによって達成される低コスト。
これらの利点にもかかわらず、これらの従来のリーダーが改善され得る可能性がある。例えば、従来のシステムは、RDT照明、周囲からの隔離性、およびカセットハウジングを備えているリーダー本体に挿入されるスマートフォンを使用することによって低コストを達成している。しかしながら、単一の製造業者からの異なるモデルのスマートフォン、または様々なベンダーからのさらに多くのモデルのスマートフォンはすべて異なる機械的寸法を有しており、1つの特定のスマートフォンモデルのために設計された本体に嵌まり込まないことになる。このため、ユーザは、自分自身のスマートフォンをリーダーに使用することが妨げられる:ユーザは別の専用スマートフォンを購入しなければならず、それはかなり大きいコスト増となる。
リーダーは、照明源、および関連する制御電子機器、およびスマートフォンの外に収納されたバッテリを必要とする。Mudanyaliの従来のリーダーでは、制御は、スマートフォンマイクロUSB電源コネクタ中に差し込んだケーブルを介してスマートフォン中のソフトウェアアプリケーションによって行われる。外部ケーブル布線はコストを増やし、信頼性を低減し、その上、多くのスマートフォンには、電源コネクタによるアウトバウンド制御の能力がない。さらに、Mudanyaliのリーダーは、アタッチメントに配置された物理的ボタンを介して電源内蔵式リーダーを制御できるように、アタッチメントに配設された電源について説明している。この操作は、リーダーを使用するオペレータの技量に完全に依存しており、操作の複雑さを増加させている。意図したリーダーおよびシステムが、先行技術の前に述べた欠陥の多くを修正するならば理想的であろう。
その上、Mudanyaliのリーダーは、カセットタイプごとにカスタマイズされた特別なトレーを使用して異なる検査タイプに適応することができる。それゆえに、それは、追加の機械構成要素なしには任意の検査を画像化するための汎用解決策をもたらさない。汎用リーダーは、いかなる機械的改造または追加の機械的構成要素も必要とすることなく、かなりの数の異なる検査カセットで容易に機能することができるべきである。
最近、スマートフォンベースリーダーの別の実施態様が開示されており[23]、それは、迅速検査において光学ニトロセルロースメンブレンおよび金ナノ粒子を考慮に入れることによる最適化されたレイリー/ミー散乱検出に依存している。検査タイプごとに、この手法は、メンブレンからのミー散乱を最小にし、一方、メンブレンの上および内部の金のナノ粒子からのレイリー散乱検出を最大にする最適な照明の角度を決定するために複雑で正確な較正手順を必要とする。構成物(例えば、メンブレンおよびナノ粒子)の使用、ならびにメンブレンおよびカセットの位置/方位の観点から、異なるRDTタイプ間のかなり大きい変動およびさらに同じRDTタイプの試料内の変動に起因して、携帯用ユニットにこの概念を首尾よく実装するのは、かなり難易度が高く、実現可能ではない。例えば、変動係数(CV)は、それらの測定値のうちのいくつかでは定量検査で50%を超える[23]。このリーダー変動は、一般に、定性的測定においてさえ受容できない。この位置合わせに依存した手法は、正確な自動走査ステージと他の光学機械構成要素とを含む高度な光学画像化セットアップを使用するカスタムメイドイムノアッセイの分析に関する研究目的では有用であり得る。
ここでの研究は、最も有利な構成としてスマートフォンベースRDTリーダーに集中しているが、本明細書で説明する技術の多くは、デジタル画像化に基づく任意のリーダー構成に等しく十分に当てはまることに留意されたい。
PCT/US2012/040282 米国特許出願公開第2013/0244339号明細書
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制御電子機器のセットと、デジタルカメラ構成要素と、照明構成要素と、ハウジング構成要素と、迅速診断検査トレーであり、トレーが、ある形状およびあるサイズを有する少なくとも1つの迅速診断被検査物(rapid diagnostics test)をデジタルカメラ構成要素および照明構成要素に対して定位置に保持することができ、リーダーが、1つを超える異なる迅速診断被検査物に適応することができる、迅速診断検査トレーとを含む汎用迅速診断検査リーダーが、本明細書で開示され説明される。
第1の物理的サイズ、第1の特徴、および第1のフォーマットを有する少なくとも1つの第1の迅速診断被検査物を供給するステップと、第2の物理的サイズ、第2の特徴、および第2のフォーマットを有する少なくとも1つの第2の迅速診断被検査物を供給するステップと、第1の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、汎用迅速診断検査リーダーを使用して第1の迅速診断被検査物を分析するステップと、第1の迅速診断被検査物をリーダーから取り除くステップと、リーダーのいかなる機械的調整もなしに、またはいかなる追加部品または追加挿入物の使用もなしに、第2の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、汎用迅速診断検査リーダーを使用して第2の迅速診断被検査物を分析するステップとを含む方法も開示される。
(a)携帯電話に繰り返し取り付け/取り外すことができる汎用RDTリーダーアタッチメント、(b)リーダーアタッチメントの内部に囲い込まれたPCBを示す図である。 (a−b)Androidフォン(Motorola Defy XT 535)に設置された提案する汎用RDTリーダープロトタイプの異なる概略図である。このコンパクトなアタッチメントは、細かい位置合わせおよびいかなる修正も必要とすることなく、スマートフォン本体に繰り返して取り付け/取り外すことができる。(c)リーダーアタッチメントの機械本体は、さらに、汎用検査トレーを使用してスマートフォンリーダーアタッチメントに搭載されるRDTに対する隔離を確実にすることになる。滑り止めグリップ設計によって、ユーザは、現場環境(field setting)でさえリーダーアタッチメントを好都合に保持できるようになる。リーダーアタッチメントは、スマートフォンおよびPCB基板の両方と通信するためにフォトセンサをもつ単一のUSBポートを含む。〜45mm×85mmの異例に大きい視野を有することによって、このアタッチメントは、さらに、汎用RDTトレーが基本アタッチメントアセンブリから引っ込められている間に、ユーザが、ユーザIDカード(例えば、軍用)、およびタイプ/ロット番号をもつRDTポーチなどの他の対象の物体の画像を取得するのを可能にすることになる。(d)リーダーアタッチメントは、安価な光学構成要素、すなわち、それぞれ、スマートフォンおよび再充電可能扁平形またはAAバッテリ電池とデータおよび電力と連通するための回路も担う単一PCBにはめ込まれた平凸レンズ(オプション)および多数の拡散型狭帯域LEDを使用する。(e)提案する光学的幾何配置の概略図が示される。(f)可撓性レンズアセンブリが明示される。外部ディフューザおよび狭帯域通過(<30nm)フィルタを利用することによって、スマートフォンのフラッシュライトは、LED照明を潜在的にサポートするかまたは模するために使用することができる。主要機械本体(c)の構成へのいかなる修正もなしに、レンズホルダは、(f)に示すように追加のディフューザおよび帯域通過フィルタを保持するように修正することができる。 この開発の主要な目的のうちの1つが、多数のカスタマイズされたRDTトレーの使用およびリーダーアタッチメントへのいかなる修正も必要なしに広範囲のRDTに適応できるようなRDTリーダーを使用した汎用操作を可能にすることであったことを示す図である。ここで、発明者等は、多数の(少なくとも7つの)RDTタイプに適応することになる単一の汎用RDTトレー(b)を提案する。7つのRDTの選択から始めて、発明者等は、ユーザが様々な方位および高さに基づいてRDTを圧入するのを可能にする汎用トレーを概念的に設計した。この汎用トレーに印刷された識別子に従って、ユーザは、挿入されるべき特定のRDTの方向および方位を容易に決定し、汎用トレーを図1(a−c)に示したような基本リーダーアタッチメント中に搭載することができる。この設計の特微は、RDTごとにカスタマイズされた個々のトレーおよびアタッチメントを使用する必要性を克服しており、特に現場環境で重要な利点を有している。それは、材料コストにかなりの低減を与えることにもなる。(a)には、計画スケジュール内に検査されることになる異なるRDTを搭載する汎用トレーの異なる図が示されている。RDTは、提案するRDTリーダーを使用して、この計画で検査されることになる:(1)薬剤スクリーニングのためのOratect Plus (Branan Medical Corp.)、(2)甲状腺刺激ホルモンスクリーニングのためのThyroChek (Thyrometrix, Inc.)、(3)炭疽菌診断のためのBioThreat Alert Test (Tetracore, Inc.)、(4)心臓マーカーをスクリーニングするためのCardiac Panel Test (MP Biomedicals, LLC)、(5)OptiMAL−IT Malaria RDT (Bio−Rad)、(6)Uni−Gold HIV RDT (Trinity Biotech)、(7)バクテリア抗原検出のためのカスタムハンドヘルドアッセイ(ECBCによって開発された)。 (a、b、c)3Dプリンタを使用して製作された迅速検査リーダープロトタイプの写真であり、(a)スリップオン式汎用RDTトレーによるプロトタイプは、7つまでの異なるRDTに適応することができる、(b)相対的に小さい寸法で、7つまでの異なるRDTに適応し、完全に密閉することができる単一部片設計、(c)5つまでの異なるRDTを完全に密閉し適応することができる第3の単一部片設計は、著しく小さい寸法および重量ならびに平滑な縁部およびコーナーを有する、(d、e、f)異なるタイプのRDT、例えば、Uni−Gold HIV RDT(d)、Cardiac Panel Test (e)、およびカスタムハンドヘルドアッセイ(f)は、(c)に示したプロトタイプに挿入され得る。(g)および(h)は、(c)に示したリーダープロトタイプの異なる図である。 (a)Afla−VアフラトキシンRDT(70×27×8mm)、(b)BioThreat Alert Anthrax RDT(62×30×6mm)、(c)Cardiac Panel RDT(80×32×5mm)、(d)カスタムハンドヘルドアッセイ(70×20×5mm)、および(e)Uni−Gold HIV RDT(Trinity Biotech)(39×18×6mm)を含む5つの異なるRDTタイプすべてに対する二面トレー設計を示す、開いたリーダー510の実施形態の図である。5つのRDTタイプの中から3つに適応した後、トレーリッドは、アタッチメントの主要本体へのいかなる修正もなしに、他のRDTタイプに適応させるために別のものと取り替えることができる。 機能のメインメニューの表示をもつリーダーの図である。 1つの設計ですべてに当てはまる汎用カセットホルダーを示す図である。 85mm×35mm以下の寸法を有する、いかなる被検査物にも適応するためにばねをもつ汎用トレーを示す図である。 トレーの上面概略図(左)、およびトレーの側面概略図(右)である。 反射および透過読出しモードを示す図である。 発明者等が、提案する光学画像化方式およびデジタル画像処理アルゴリズムの性能を、高度に希釈した陽性対照試料を使用して活性化されたBio Threat Alert RDT (Tetracore Inc)を分析することによって検査するために、初期測定を実施したことを説明する図である。提案するリーダープラットフォームをシミュレートするために、発明者等は、調整可能な光学および装着構成要素で光学テーブルに装着されたSamsung Galaxyスマートフォンを用いてこの測定を実施した。検査中のRDTの照明のために、2つの狭帯域LEDアレイ(波長=565nmおよび帯域幅=〜30nm)が使用され、(a)提案する光学方式を使用してRDT画像を取得する前に、周囲光下で、発明者等は、人間の眼で識別できる明瞭な色強度(検査ライン上の)を与えない室内条件で基本スマートフォンカメラ画像を記録した。しかしながら、発明者等の光学プラットフォームを使用して取得した同じRDTのデジタルで処理し増強した画像(b)では、デジタルコントラストレベルが、検査ラインと背景との間で著しく改善された。(c)このRDT画像には分析物で生成されたバックグラウンドが存在したが、発明者等の微分ベースフィルタはこの問題を補正し、検査の回復、ならびに化学および光学的バックグラウンドノイズのない制御ラインを可能にした。 (a)Afla−VアフラトキシンRDT、(b)Cardiac Panel RDT、(c)ECBC(Edgewood Chemical Biological Center)によって開発されたカスタムハンドヘルドアッセイ、(d)BioThreat Alert Anthrax RDT、および(e)Uni−Gold HIV RDT(Trinity Biotech)での陰性(下の行)および陽性(上の行)検査の例示の(記録され、自動的に処理された)画像を示す図である。 160個の異なる測定値を使用して生成されたAflatoxin検査の定量的較正曲線を示す図である。濃度レベルごとに、2つの異なるRDTが5回画像化された。 透過モードでの照明パターンを示す図である。 ブランク(0)および陰性(N)から高密度レベル(>5+)に及ぶ様々な濃度レベルを表す乾燥標準Orasure RDTキットでの発明者等の測定の概要を示す図である。下の表には、測定強度平均、標準偏差、およびCV値が、Orasureによって与えられた対応する光学濃度レベルと一緒に示されている。 携帯電話フラッシュおよびミラーを使用する透過画像化/読出しモダリティの概略図である。 電話またはタブレットタイプごとにカスタマイズされたスマートフォンケースを利用して、任意のスマートフォンまたはタブレットで機能することができる汎用リーダー設計を示す図である。 様々な電話およびタブレットのためにフラッシュ/カメラの共通場所を最適に選択することによって、汎用リーダーアタッチメントが、様々なスマートフォンおよびタブレットで機能することができることを示す図である。 スマートフォンおよびタブレット(アプリケーション)と、はめ込み型PCBとの間の通信を説明する図である。スマートフォンまたはタブレット上で走るリーダーアプリケーションは、カメラによって生成されるフラッシュパルスを制御し、PCBの電子機器を制御することができる。
制御電子機器のセット、デジタルカメラ構成要素、照明構成要素、ハウジング構成要素、および迅速診断検査トレー構成要素を含む汎用迅速診断検査リーダーが本明細書で開示され説明され、トレーは、ある形状およびあるサイズを有する少なくとも1つの迅速診断被検査物をデジタルカメラ構成要素および照明構成要素に対して定位置に保持することができ、リーダーは、1つを超える異なる迅速診断被検査物に適応することができる。
前に略述したような欠陥の多くは、本明細書で開示する意図した実施形態によって修正される。具体的には、意図した実施形態は以下の制限を克服している:
異なるカセット設計および機械的寸法が、リーダーの画像化システムとインタフェース接続するのを難しいものにしている。意図した実施形態は、広範囲のカセットサイズで機能し、検査タイプごとの機械的アダプタの隠れた危険を避けている。
従来のリーダーは、照明源、および関連する制御電子機器、およびスマートフォンの外に収納されたバッテリを必要とする。Mudanyaliの従来のリーダーでは、制御は、スマートフォンマイクロUSB電源コネクタ中に差し込んだケーブルを介してスマートフォン中のソフトウェアアプリケーションによって、またはアタッチメントの外部にある物理的スイッチによって行われる。外部配線および物理的スイッチはコストを増やし、信頼性を低減し、その上、多くのスマートフォンは、電源コネクタによるアウトバウンド制御の能力を有していない。現在の意図した実施形態は、ワイヤレス制御でこの問題を解決する(必要とされるワイヤ、ケーブル、または物理的スイッチはない)。
従来のシステムは、RDT照明、周囲からの隔離性、およびカセットハウジングを備えるリーダー本体に挿入されるスマートフォンを使用することによって低コストを達成している。しかしながら、単一の製造業者からの異なるモデルのスマートフォン、または様々なベンダーからのさらに多くのモデルのスマートフォンはすべて異なる機械的寸法を有しており、1つの特定のスマートフォンモデルのために設計された本体に嵌まり込まないことになり、このため、ユーザは、自分自身のスマートフォンをリーダーに使用することが妨げられる:ユーザは別の専用スマートフォンを購入しなければならず、それはかなり大きいコスト増となる。現在の実施形態は、この問題を取り除き、スマートフォンおよびタブレットPCを含む多種多様なモバイルデバイスの使用を可能にするための低コストの方法を提供する。
構成
機械的修正または外部RDTトレーの必要なしに、多数の(35mm×85mmまでの寸法をもつ少なくとも5つの異なる検査タイプ)RDTに適応できる汎用迅速診断検査(RDT)リーダーが、開発されており、本明細書で開示され、図1Aに示されている。図1Aは、開いた(115)および閉じた(120)位置での意図した汎用RDTリーダーアタッチメント110を示している。携帯電話などの意図した通信デバイスは、この図に示されていない。この単一部片アダプタ設計では、プリント回路基板(PCB)150が、図1Bに示すように、利用され、プリント回路基板(PCB)150は、多数の照明発光ダイオード(LED)、交換可能で再充電可能なバッテリ、USBポートをもつ再充電回路、および携帯電話アプリケーションを介して照明LEDをワイヤレスで起動/制御するのに使用されるフォトセンサを含む。バッテリをもつPCBは、アダプタに結合されるか、またはアダプタに付加される。全リーダーアタッチメントアセンブリが、容易な装着および取り外しのためにスマートフォン上に配線なしで圧入される。
本明細書で開示する意図した実施形態の開発の1つの目的は、現場環境でさえ長時間にわたって連続的に動作することができる、堅牢で、ワイヤレス(フォトセンサを介して携帯電話フラッシュを使用して制御される)で、レンズレス(外部レンズを必要としない)で、スマートフォンベースの汎用RDTリーダーを導入することであった。プラットフォームは携帯電話に依存せず、その結果、プラットフォームは、軽微な機械的修正でまたは全く機械的修正なしにいかなる携帯電話デバイスにも合わせることができることを理解されたい。この実施形態では、発明者等は、安価で堅牢なMotorola Defy XT 535スマートフォンを使用した。それは、外部電源の必要なしに12時間にわたって動作することができる再充電可能バッテリによって電力供給されるプリント回路基板(PCB)にはめ込まれた光学および電気構成要素を含む。この意図した汎用リーダーは、機械構成への修正なしに、化学的および生物学的脅威と他の疾病とを診断するために広範囲のRDTに適応しデジタル的に解釈する。
プラットフォームの感度および正確さは、陽性検査(高度に希釈された陽性対照試料によって活性化されたものを含む)および陰性検査で繰返し測定を行うことによって実証された。カスタム開発スマートフォンアプリケーションによって、一体化スマートフォンベースリーダーは時間空間的情報をもつデジタル処理された検査結果にラベルを付け、それらを、ローカルにおよびグローバルにアクセスすることができる中央データ収集ポイント(サーバ)に移送する。
このスマートフォンベースRDTリーダーおよび時間空間的脅威/疾病モニタリングプラットフォームは、RDTのデジタル画像を取得するためにスマートフォンデバイス290の裏面295(図2Aおよび2Bを参照)に繰り返して取り付け/取り外すことができるコンパクトなスナップ方式スマートフォンアタッチメント210を利用する。この拡張可能なアタッチメントは、異なるスマートフォンデバイス(例えば、iPhoneまたはAndroidフォンおよびタブレット)に適合するように設計されており、最小限の技術作業によるかまたは全く技術作業なしに簡単に適合させることができる。
この独立したリーダーアタッチメントの機械本体は、頑強で、ユーザが扱いやすいように設計されており、再利用可能で環境にやさしい熱可塑性のABSplusモデリング材料を使用する3Dプリンタを使用して最初にプロトタイプが作られた。異なる技法(例えば、射出成形またはキャスティング)を使用した大量生産では、異なる材料特性をもつ他の材料タイプを使用することができる。このスナップ方式リーダーアタッチメントは、安価な光学構成要素、および様々な電気構成要素をもつプリント回路基板、すなわち、多数のLED(発光ダイオード)および/またはLEDアレイ、照明LEDをワイヤレスで制御し起動する(携帯電話アプリケーションを介して)ためのフォトセンサインタフェース、再充電可能バッテリならびに再充電回路、および再充電回路にはめ込まれたUSBポート(図2Cおよび2Dを参照)を利用する。図2Cには、意図したデバイス210が、USBコネクタ220、「滑り止め」グリップ設計230、レンズアセンブリ240、保護ガラス250、および「エラープルーフ」マルチトラックシステム260とともに示されている。図2Dには、意図したデバイス210の裏面が、USBポートまたはコネクタ220、再充電回路221、バッテリホルダ222、LEDドライバ回路223、オーディオポート224、および少なくとも1つのLEDバー225とともに示されている。このリーダーアタッチメントは、RDT画像の拡大/縮小のためにいかなる外部レンズの使用も必要としないが、しかしながら、異なる画像化状態の要件に応じるために、ユーザが追加の結像レンズ(オプション)を利用できるようにするオプションのトレーを有することに留意されたい。
別の重要な設計検討事項は、検査解釈の感度および正確さにかなり大きい影響があるRDT照明方式の選択である。単一のPC基板にはめ込まれているので、多数の拡散型LEDは、反射および透過モードの両方で検査中のRDT(図2Dを参照)を照明する(垂直入射に近い照明角度で)のに使用することができる(検査中のRDTにバット接合される)。PC基板は、蛍光検査のデジタル評価のために高パワーUV LEDを有することもできる。反射および透過モードLEDと異なり、UV LEDは、対象の被検査物を励起するために〜30−50度の角度で位置づけられる。はめ込み再充電可能バッテリによって電力供給されているとき、LEDは、PCBに装着されたフォトセンサによってワイヤレスで制御される。フォトセンサを起動し、検査の間照明LEDを自動的に制御するために、スマートフォンアプリケーションは、ユーザの選択に基づいて、携帯電話のフラッシュをデジタルで構成し利用する。照明LEDとのこのワイヤレスのデジタル通信により、ソフトウェアアプリケーションは、画像取得および観察の間のみLEDアレイをオンにし、バッテリ寿命の延長のために電力消費を減少させることができる。
それに加えて、図2Dに示すように、PCB基板は一体型USBポートまたはコネクタをもつカスタム設計回路をさらに有しており、その結果、追加の装置の必要なしに、基本機械本体内のスマートフォンUSBケーブルを単に共有することによってリーダーアタッチメントのバッテリは再充電される。その上、この外部バッテリを使用することによって、意図したRDTリーダーは、1000個を超えるRDTを評価し、外部バッテリの必要および再充電なしに12時間より長く動作することができる。検査ごとの画像取得に10秒未満の照射を適用することによって、これは、中断なしに、積み上げられたRDTの迅速読出しを可能にする。
変動する強度プロファイルおよび光学スペクトルをもつ広帯域光源(例えば、周囲光)を使用するのではなく、特別なLED照明の使用は、照明の波長がスペクトル測定に基づいて最適化されるならば、RDT画像の制御/検査ラインとバックグラウンドとの間のコントラストを著しく向上させることができる。例えば、大半の市販のRDTの検査パッド(例えば、ニトロセルロースメンブレン)は、コロイド金標識抗原(例えば、分析物)および抗体(例えば、結合蛋白質)複合体の固定化によって独特の色信号を生成し、同様のスペクトル特性を示す。市場にある様々なRDTでの発明者等の初期の検査に基づいて、520nmと590nmとの間にピーク波長をもつLEDの使用は、コロイド金ナノ粒子を使用して標的抗原または抗体の標識付けする場合、最高のコントラストを与える(反射および透過モードの両方で)。この最適中心波長は、広く市販されているコロイド金ベースRDTでのスペクトル測定に基づいて決定されたことに留意されたい。後で論じるカスタム開発画像処理アルゴリズムとともに、照明波長の最適化は、このスマートフォンベースリーダープラットフォームのトランスビジュアル感度には最重要である。
提案するLED照明方式と並行して、カメラスマートフォンデバイスでは既に利用可能であるフラッシュライトの使用が、追加の照明供給源として検討された(図2Fを参照)。図2Fはレンズアセンブリ240を示しており、2つの異なるシステムが開示されている:ディフューザ243およびレンズ244を有するフラッシュシステム242、またはレンズ244を有するLEDシステム246であり、それによって、これらのシステムの一方が、レンズアセンブリ240に設置される。フラッシュライトにバット接合される帯域通過フィルタ(オプション)を配置することによって、フラッシュは、上述したLED照明の代替となることができる(反射および透過モードの両方で)。外部LEDの使用は、ハイパワー出力、光学設計柔軟性、および照明均一性などのかなりの利点を有するが、それほどアプリケーションを必要としないオプションとしてRDTリーダーにカメラフラッシュライトを実装すると、LED、電気構成要素、および外部バッテリの使用の必要性を取り除くことができる。反射モードでは、帯域通過フィルタ(例えば、520−590nm通過帯域をもつ)を単に配置することによって、フラッシュライトは反射モードLEDに取って代わることができる。一方、フラッシュライトは、透過モード画像化でも使用することができる。ミラーなどの反射要素をアタッチメントの上部壁に載置して、透過モード画像化のためにフラッシュの前に位置づけられたRDTの画像を反射することができる。次に、RDTの反射画像は、携帯電話カメラで画像化することができる(図14を参照)。
カセットトレー
光学画像化インタフェースを囲い込むと、リーダーアタッチメントの機械本体は、さらに、図1および3に示すようにスマートフォンリーダーアタッチメントに搭載されるRDTに対する隔離を確実にすることになる。デジタル評価の前に、RDTは、トレーの独自のクレードルに、容易で、信頼できて、エラープルーフの操作で圧入される。汎用トレーの内部側面には、一連のクレードルが、7つの異なるRDTのために、図3に詳細に示すように、異なる高さ、方位、および横方向延長部にリッジによって形成される。この汎用トレーを設計するのに使用されるコンピュータ援用最適化および設計方法は、3次元パズルを解くことに類似しており、RDT形状およびサイズの異なる組に容易に適用することができる。
図2Eに示した基本リーダーアタッチメントへの修正なしに、多数のトレーを使用することができ、多数のトレーは少なくとも5種類のRDTを各々保持することができる。図2Eは意図したデバイス210を示しており、CMOSすなわち相補形金属酸化膜半導体292およびレンズ294を有するスマートフォン290が接続される。追加レンズ245が、保護ガラス250およびスマートトラックまたはマルチトラックシステム260とともに示されている。PCB275も示されている。RDTトレー280およびトレーリッド285も示されている。実際のところ、この革新的な設計は、RDTタイプごとに個別のカスタマイズされたトレーを使用する必要性を取り除き、材料コストおよびロジスティックスの問題を著しく低減し、現場環境でさえ使いやすさを可能にする。この革新的な手法を最適化することによって、機械インタフェース(トレー)は、異なるより大きいグループのRDTに適応するように設計することができる。光学アタッチメントへの潜在的な周囲光漏洩をさえぎるために、この汎用トレーは、対象のRDTを完全に密閉している(図2A−Fを参照)ことを強調することも重要である。RDT材料/パッケージングは、周囲光を光学画像化インタフェースに結合する導波路として振る舞うことがあるので、この汎用トレー設計は、測定の繰返し性を保証するための重大な設計特微である。
その上、提案するRDTリーダーアタッチメントは、広範囲のRDTを携帯するこの汎用トレーに適応するために〜45mm×85mmの物理的開口(すなわち、視野)を有することになる(図3A−3Gを参照)。図3Aから3Gは、RDTリーダーアタッチメント310に結合される様々なRDT330を示し、RDTリーダーアタッチメントは、図ごとに側面図(上の方の図)および上部斜視図(下の方の図)で示されている。ユーザは、迅速に、既に評価されたRDTを、機械的な問題なしに、検査されるべき新しいものに取り替えることができ、それにより、短時間で多数の積み上げられたRDTの検査が可能になる。
さらに、RDTリーダーアタッチメントは、汎用RDTトレーが基本アタッチメントアセンブリから引っ込められている間に、ユーザが、ユーザIDカード、およびタイプ/ロット番号をもつRDTポーチなどの対象の他の物体の画像を取得することも可能にする。検査結果にデジタルで関連づけられることにより、これらの追加の画像は処理されて、関連する識別子およびセキュリティ情報が抽出され得る。広範囲のRDTに適応するためにここで導入される従来と異なる広い視野は、リーダーアタッチメントのコンパクトさをいくぶんか犠牲にすることによって、より大きい寸法または非平面パッケージング(すなわち、尿カップ)でのさらに大きいRDTの画像を取得する機会を与えることに留意されたい。これらの設計原理の実施形態が、図4−6に示される。
図4は、(a、b、c)3Dプリンタを使用して製作された迅速検査リーダープロトタイプ410の写真であり、(a)スリップオン式汎用RDTトレーによるプロトタイプは、7つまでの異なるRDTに適応することができる、(b)相対的に小さい寸法で、7つまでの異なるRDTに適応し、完全に密閉することができる単一部片設計、(c)5つまでの異なるRDTを完全に密閉し適応することができる第3の単一部片設計は、著しく小さい寸法および重量ならびに平滑な縁部およびコーナーを有する、(d、e、f)異なるタイプのRDT、例えば、Uni−Gold HIV RDT(d)、Cardiac Panel Test (e)、およびカスタムハンドヘルドアッセイ(f)は、(c)に示したプロトタイプに挿入され得る。(g)および(h)は、(c)に示したリーダープロトタイプの異なる図である。
図5は、(a)Afla−VアフラトキシンRDT(70×27×8mm)、(b)BioThreat Alert Anthrax RDT(62×30×6mm)、(c)Cardiac Panel RDT(80×32×5mm)、(d)カスタムハンドヘルドアッセイ(70×20×5mm)、および(e)Uni−Gold HIV RDT(Trinity Biotech)(39×18×6mm)を含む5つの異なるRDTタイプ530すべてに対する二面トレー設計を示す、開いたリーダー510の実施形態の図を示す。5つのRDTタイプの中から3つに適応した後、トレーリッドは、アタッチメントの主要本体へのいかなる修正もなしに、他のRDTタイプに適応させるために別のものと取り替えることができる。
図6は、取り付けられたスマートフォン690に示されるような機能のメインメニューの表示をもつリーダー610の図を示す。
汎用カセットホルダー710のための代替の意図した設計が、図7Aに示される。この意図した実施形態では、カセット730の位置は、それをL形リッジ720に押しつけることによって固定され、カセットは、1つまたは複数の板ばね725によって所定位置に保たれる。カセットの2つの側面を自由にしておくことによって、この設計は単一の設計で多種多様な形状およびサイズに適応することができる。この種の柔軟性は、製造業者およびユーザにとって大きい利点である。カセットが適合することになるただ1つのクレードルにカセットを単に押し込むのではなく、今では、オペレータは、カセットがLのコーナーにぴったりと嵌まっていることを確かめなければならない。さらに、三角形または他の非矩形形状では、検査ストリップは傾いているが、これはソフトウェア(携帯電話上で走るアプリケーション)で容易に対処される。その上、この柔軟な手法により、ハードウェアおよびソフトウェアの修正なしに、ユーザは、近い将来に市場で入手可能になる新生の次世代技術(フロースルー検査)で仕事をすることができるようになる。
図1Aおよび図7Aに示した設計に加えて、完璧に汎用で使い勝手のよいトレー設計710が、意図したリーダーのために開発された(図7B)。この設計は、図7Cに示した概念に基づく:Lコーナー720によって単に1つの平面に、および傾斜または湾曲した側面(図7Cの727)によって垂直方向にRDT730の位置を拘束することにより、広範囲のRDT形状およびサイズを同じトレーに適応させることが可能である。この設計は、トレーに単に滑り込ませることができるカセットを所定位置に保つためにばね725が側壁に載置されている別の意図した平坦トレーを利用する。この設計において、トレーは、ユーザが対象の検査カセットに滑り込ませるために、上部に開口をもつ3つの壁のみを有する。カセットの位置は、それをトレーの側面に押しつけることによって固定され、カセットは、1つまたは複数の板ばねによって所定位置に保たれる。この設計により、ユーザは、85mm×35mmよりも小さい任意のカセットタイプで仕事をすることができるようになる。トレー(検査インタフェース、アタッチメントの本体ではない)を単に修正することによって、これらの寸法はさらに拡大させることができる。一方、オペレータは、カセットを最後までトレーに滑り込ませることによってカセットをこの機械インタフェース中に挿入し、その結果、理想的には、カセットはLコーナーに嵌まるはずである。しかしながら、図7Aの設計の欠点と異なり、オペレータの失敗に起因する潜在的なずれは、長手方向にのみ存在し、他の方向には存在しないことになる。スマート携帯電話アプリケーションは、検査カセットの位置のそのような垂直ずれを認識し、それをデジタルで補償し、検査を評価するか、または検査カセットの位置を訂正するようにオペレータに警告することになる。代替として、Lコーナーとの確かな接触を保証するためにトレーの第4の側面に第2のばねを実装することができる。カセットがその位置から落ちないようにするために、1つまたは複数の第3のばねをRDTの上に装着することができる。代替として、トレー側壁のうちの少なくとも1つを、図7Cに示すように、傾斜させる(727)かまたは湾曲させることができ、異なるカセット厚さ730がすべてわずかな横変位のみで嵌まることに留意されたい。図7Cでは、上面図702および対応する側面図704が示されている。
読出し
意図したリーダー810は、前に開示した従来のリーダーのように、3つの読出しモードを有する:図8に示すように、蛍光(図示せず)、反射モード820、および透過モード830。反射モード820は利用可能なリーダーすべてで使用されるが、その理由は、それがビジュアル読出しに明らかに対応しており、それは実施するのが容易であり、類似の結果を提供するからである。図8は、携帯電話カメラ891、携帯電話カメラレンズ配置892、外部結像レンズ893、orasure検査メンブレン894、および半透明orasureカセット896を、それらが載置されているように、またはそれらがリーダー810を基準としているように示している。感度を改善することよりはむしろ、オペレータエラーを避け、電子フォーマットでデータを得るために、従来のリーダーがより多く使用される。しかしながら、この実施態様において、以前に説明したように、トランスビジュアル(ビジュアルよりも良好な)感度が、周囲からの隔離と照明の最適化とによって反射モードでさえ得られた。トランスビジュアル性能の定性的な例905が図9に示され、リーダーは、従来のリーダーと同様の画像処理アルゴリズムを使用することによって、肉眼では見えない弱いラインを明確に検出することができる。この研究で使用された5つのRDTすべての最適化画像が図10に示される。図10は、(a)Afla−VアフラトキシンRDT、(b)Cardiac Panel RDT、(c)ECBC(Edgewood Chemical Biological Center)によって開発されたカスタムハンドヘルドアッセイ、(d)BioThreat Alert Anthrax RDT、および(e)Uni−Gold HIV RDT(Trinity Biotech)での陰性(下の行1015)および陽性(上の行1025)検査の例示の(記録され、自動的に処理された)画像を示す。
反射モードでのこのリーダーの正確さを実証するために、統計的に有意な数の検査が、定量的に実行できる1つの高品質RDTカセット、すなわち、Afla−VアフラトキシンRDTで実行された。その結果が、図11に示されている。反射モードでは、PCBに配置されたLEDに加えて、携帯電話フラッシュを使用して、検査中のRDTを照明することができる。
透過モード読出しは、最初、Mudanyali等によって提案され[18]、反射モードの代替となることが定性的に実証された。しかしながら、彼らの透過モードは、LFIストリップの両側が開放されており、光を利用できること(照明源の方への一方の側およびカメラの方への他方の側)を必要とし、これは、実用化への主な障害であることが判明した。実を言えば、現在市場に出ているRDTカセットの圧倒的多数は、ストリップのために1つの開放された窓しか有しておらず、他方の側は、プラスチック裏面で覆われており(例えば、図4および5を参照)、したがって、少数の特殊なカセット、またはこのモードのためにカスタム設計されたカセットを除いて透過モードを使用することができない。
本明細書で開示する意図した実施形態に至った重要な洞察は、市場に出ているRDTカセットのほとんどすべてが、十分に半透明である白色または薄い色のプラスチックで製作されており、それにより、カセット壁を通る十分な光透過が、LFIストリップの十分な照明と、最終的にはカメラによる検出とを行えるようにすることである。加えて、半透明プラスチックは、ストリップ照明の均一性を実質的に改善するディフューザの役割をする。
これらの意図した実施形態の利点は以下のように要約される:
カメラによって捕捉される信号は、単に表面または表面の近くではなく、紙ストリップの厚さの全体にわたる金の粒子の密度(3次元モルフォロジー)に関する情報を含んでおり、それが、反射モード測定値と比較して低い検出可能限界を実質的に向上させることになる。
光の経路中にあるカセット壁の半透明プラスチックは、一般に、光を強力に散乱させて拡散させ、それがストリップの照明の均一性に寄与し、これは測定誤差を最小にする。
反射モード照明は、RDTカセットからの多重反射を引き起こし、デジタル処理ステップで問題を引き起こすことがある。これが特によく当てはまるのは、カセット窓がプラスチックで覆われている場合であり、それは、唾液で使用される迅速検査で広く一般に行われている状況であり、多くの場合やはり弱い信号を有する。透過モードはこれらの問題を避けている。
上述の理由で、カメラに到達するすべての光は、ストリップがある場合およびない場合のプラスチックの2つの層により、または1つの層とストリップを加えたものにより拡散される。その結果、カメラ視野にわたるコントラストは、以下で示すような反射の場合よりもかなり均一であり、それは、カメラ飽和およびホワイトバランス変動に関する問題を軽減する。
上述と同じ理由のために、測定にとってやはり有害である窓の壁のまわりの影(反射モードでは光源の傾斜した照明角度に起因している)がない。実際、裏側照明は窓のまわりに鋭い縁部1245を作り出し、鋭い縁部1245は窓位置およびライン縁部の決定の際に有用となり得る(図12)ことが観察された。
空(blank)(非活性化)被検査物(RDTまたはLFI)は、検査および制御バンドを有する。色変化に必要な抗体または他の化学物質は、これらのバンドに分配され(例えば、注入されるかまたは被覆され)、操作の成功のために必要とされる。透過モードでは、これらのバンドは、使用の前に品質管理機構として製造側でスクリーニングすることができる。
この透過モードの性能は、Orasureからの較正検査RDTセットを使用して確認された。結果が図13に示されている。結果は、<0.5%光学密度のトランスビジュアル感度および〜1%の優れたCVを確認している。
透過モードLEDは、トレー(検査中にRDTの背後)に配置され、プラスチックカセットの裏面にバット接合される。その上、ミラーがトレーに配置されているならば、外部LEDの代わりに、携帯電話フラッシュを使用することができる。このフラッシュ透過幾何配置では、RDTは、フラッシュの上に携帯電話カメラと平行に配置される。フラッシュは、携帯電話アプリケーションによって制御され、カセットの裏面を照明する。トレーの上部に配置されたミラーは画像を反射し、画像は携帯電話カメラを介して記録される。フラッシュを使用する透過モード読出し幾何配置に関しては図14を参照されたい。図14には、意図したリーダー1410の上面図1407が、透過読出し幾何配置1430で示されており、携帯電話1490および携帯電話カメラモジュール1493が、オプションの外部レンズ1496とともに示されている。リーダー1410のアタッチメントポイント1415が、ミラー1444、および携帯電話フラッシュ1491の近くのRDT1431と一緒に示されている。
ここで説明している5つの画像化/読出し能力、すなわち、(i)PCBにはめ込まれたLEDを使用した反射モード読出し、(ii)携帯電話フラッシュを使用した反射モード読出し、(iii)RDTトレー(ドア)にはめ込まれたLEDを使用した透過モード読出し、(iv)ミラーの使用とともに携帯電話フラッシュを使用した透過モード読出し、および(v)PCB上の1つまたは複数のLEDを使用した蛍光モード読出しは、軽微な機械的改造もしくは変更でまたは全く機械的改造もしくは変更なしに同じプラットフォームに実装することができることを強調すべきである。PCBは、読出しモードのうちのいずれでも動作するように設計されている。フラッシュパルスを送ることによりPCBをワイヤレスで制御することによって、スマートフォンアプリケーションは、ユーザが読出しモード間を切り替えることができるようにするか、またはRDTタイプに基づいて読出しモードを自動的に選ぶ。
スマートフォンオプション
現在使用されている従来のリーダーの実施態様のすべては、異なるスマートフォンに適合するように物理的にカスタマイズされている多数の機械アタッチメントを必要とし、それは、ユーザが全リーダー機器の購入を望み、アタッチメントのコストに加えてスマートフォンのコストを支払うのに前向きであるより高級な専門市場では受け入れ可能であることがあるが、それは、市場規模のサイズを制限し、消費市場にとって明らかに高価すぎる。異なる電話は、調整可能なレールまたはフックを有することによって同じリーダー本体に適合させることができるが、これらは、不格好で高価となる傾向があり、使用を通じて誤って調節されることがある。
本明細書で開示する意図した実施形態は、スマートフォンケースを使用することによって低コストの調節層(adaptation layer)を実装する。これらの保護ケースは、非常にポピュラーであり、大量に販売されている。膨大な数量、簡単な設計、および少ない材料のために、それらは非常に安価(10ドルから30ドル)であり、当然のことながら、それらはスマートフォン1590に完全に適合する。この解決策の構成が図15に示されている。ケース2 1536は、アタッチメント3 1537を介してリーダー本体1510に付加される。カセットトレー5 1521も示されている。これは、ねじ、接着剤、両面テープ、ベルクロテープ、または別の薄い機械アタッチメントもしくはアダプタとすることができ、各々利点または欠点をもつが、すべて利用可能である。アタッチメントは、永久的または半永久的とすることになる。それは、最初に工場で行われ、後に多分ユーザによって行われることになる。
この配列では、リーダー本体4は、すべてのスマートフォンおよび迅速検査に対して同じとすることができ、硬質モールド注入プロセスを用いて低費用で大量に製作することができるが、汎用にするために、リーダー本体4は、いかなる意図したスマートフォンよりも若干大きくなければならない。本体1632は、さらに、主要スマートフォン本体1690に対するカメラ1630およびカメラ1630に対するフラッシュ1637の位置決めが異なっている異なるスマートフォンに適応するために上部に開口1634がなければならず、それが、場所を示すために誇張して図16に示されている。
市販のスマートフォンケースの使用の代替は、図7Bおよび7Cに示したもの、すなわち、Lコーナー、ばね、および傾斜した側面の使用によりクレードルにスマートフォンの位置を固定することと同じ原理に従って汎用スマートフォンクレードルを設計することである。
オートフォーカス手法
リーダーアタッチメントの独自の光学インタフェースが、〜60mm×〜90mmよりも大きい面積の視野を均一に照明するように設計された。これにより、このリーダーによって分析されることになるいかなる迅速検査カセットも確実に均一に照明されることになり、その結果、照明強度によって引き起こされる読取り変動が最小にされ、測定の繰返し性が向上する。他方では、携帯電話カメラのデジタル焦点合わせは、携帯電話カメラからわずか〜20−60mmに配置されているRDT面において最も均一な照明を必要とすることが原因で、画像取得中の困難な課題である。ライブRDT画像は、この照明構成において空間的低周波数成分のみからなっており、それが、多くの場合、カメラのオートフォーカスアルゴリズムを働かなくさせている。カメラによる焦点合わせの成功には、ライブ画像にかなり多くの空間的高周波数成分(例えば、鋭い縁部および移り変わり、または光振動)が存在すべきである。
カメラがより良好な光学焦点調整を達成するのに役立つために、最初に、カメラのフラッシュをバーストモードでオンにして、画像への焦点合わせを達成するのに必要なコントラストの量を作り出す。フラッシュによって供給されるこの不均一な短い点光源照明は、そのような焦点アルゴリズムに必要なコントラストの量を生成する。
カメラが画像に焦点を合わせた後、Androidのオートフォーカスコールバックインタフェースを実装するクラスを作り出し、焦点合わせ成功(successful focus)にブールフラグを設定することによって検査サイクルの全体にわたってその焦点距離を保持することができる。焦点調整を改善するためにカメラのフラッシュから点源照明を得るとともに、画像捕捉のための均一な単一波長照明を依然として維持することができる。この解決策は、コントラスト検出オートフォーカスシステムで機能するように設計されたが、位相検出アルゴリズムを使用するシステムの焦点距離検出もまた改善することになる。
照明制御
リーダーは、照明源、および関連する制御電子機器、およびスマートフォンの外に収納されたバッテリを必要とする。Mudanyaliのリーダー[18]では、制御は、スマートフォンマイクロUSB電源コネクタ中に差し込んだケーブルを介してスマートフォン中のソフトウェアアプリケーションによって行われる。しかしながら、多くのスマートフォンは、電源コネクタによるアウトバウンド制御の能力を有していない。他方では、すべてスマートフォンは、オーディオ信号を介して制御を伝えるのに使用することができるオーディオジャックを有する。両方の手法は機能するが、それらは外部配線およびコネクタを必要とし、それはコストを増やし、信頼性を低減する。
意図した実施形態は、Bluetooth(登録商標)、WiFi、および近接場通信(NFC)を含むRF信号を介して、またはスマートフォン1790のフラッシュによって生成される光信号を使用して、ワイヤレス制御接続を行う。この手法のブロック図が図17に示されている。ユーザコマンドが検査1715を開始させると、ソフトウェア(図示せず)アプリケーションは、フラッシュ1767をオンに切り替えるAndroidコマンドを生成する。フラッシュライト(図示せず)のバーストは、PCB1735に配置されているフォトセンサ(ダイオードまたはトランジスタ)1744によって検出され、フォトセンサ1744は、照明制御電子機器1742を起動して、RDT1730の照明のためにLED1740を作動させる。通常の動作では、単一のバーストで十分であり、照明パラメータは固定され、タイミングのみを制御する必要がある。より複雑な制御が望まれる(すなわち、LED、光レベル、または照明期間の選択)場合、フラッシュ1767は、バーストのシーケンスを生成するように命令されることができ、バーストのシーケンスは、照明制御部1742によって適切に復号され得る。この光制御方法は外部ケーブルを回避するだけでなく、考え得る他のワイヤレス方法よりも費用もかなり安いことに留意されたい。要約すると、意図したプラットフォームでは、フラッシュは、RDTの反射および透過モード照明、ならびに携帯電話アプリケーションによるリーダーアタッチメントのワイヤレス制御に使用することができる。

このように、トランスビジュアル感度をもつ汎用スマートフォンベース迅速診断検査リーダーの特定の実施形態および方法が開示された。しかしながら、本明細書の発明概念から逸脱することなく既に説明されたものに加えてさらに多くの変形が可能であることが当業者には明白であるはずである。したがって、本発明の主題は、本明細書の開示の趣旨を除いては限定されるべきではない。その上に、明細書および特許請求の範囲を解釈する際に、すべての用語は、文脈と矛盾しないできるだけ広義の方法で解釈されるべきである。特に、「備える、含む(comprises)」および、「備えている、含んでいる(comprising)」という用語は、要素、構成要素、またはステップを非排他的な方法で参照し、参照された要素、構成要素、またはステップが、存在する、利用される、あるいは明らかには参照されていない他の要素、構成要素、またはステップと組み合わされ得ることを示すと解釈されるべきである。



  1. 汎用迅速診断検査リーダーであって、
    制御電子機器のセットと、
    デジタルカメラ構成要素と、
    照明構成要素と、
    ハウジング構成要素と、
    迅速診断検査トレーであり、トレーが、ある形状およびあるサイズを有する少なくとも1つの迅速診断被検査物をデジタルカメラ構成要素および照明構成要素に対して定位置に保持することができ、リーダーが、1つを超える異なる迅速診断被検査物に適応することができる、迅速診断検査トレーと
    を備える汎用迅速診断検査リーダー。

  2. 制御電子機器のセットが、照明構成要素を制御するプロセッサ電子機器を含む、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  3. デジタルカメラ構成要素が、少なくとも1つのレンズ、少なくとも1つの画像センサ、少なくとも1つのアナログ−デジタル変換器、少なくとも1つのデジタル画像プロセッサ、少なくとも1つのフラッシュ、少なくとも1つのマイクロプロセッサ、またはそれらの組合せを含む、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  4. デジタルカメラ構成要素が、画像取得に先立ってフラッシュ照明のバーストによって支援されるオートフォーカスを使用する、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  5. デジタルカメラ構成要素が、スマートフォンに動作可能に配置されている、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  6. スマートフォンが、ワイヤレス通信構成要素をさらに含む、請求項5に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  7. ワイヤレス通信構成要素が、非光学的機能によって動作可能に開始され連結されるワイヤレス接続を含む、請求項6に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  8. 非光学的機能が、WIFI、BLUETOOTH(登録商標)、または近接場通信を含む、請求項7に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  9. ワイヤレス通信構成要素が、デジタルカメラ構成要素のフラッシュと、制御電子機器のセットの中の光検出器とによって動作可能に開始され連結される光学的接続を含む、請求項6に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  10. フラッシュが発光ダイオード照明を制御する、請求項9に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  11. フラッシュが発光ダイオード選択を制御する、請求項9に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  12. スマートフォンが、ハウジング構成要素に動作可能に係合される前に、そのケースに囲い込まれる、請求項5に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  13. スマートフォンが、ハウジング構成要素に動作可能に係合される、請求項5に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  14. スマートフォンが、L形状コーナー構成要素でさらに拘束される、請求項13に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  15. スマートフォンが、少なくとも1つのばねで平面方向において定位置に保持される、請求項13に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  16. スマートフォンが、傾斜した側面または湾曲した側面で垂直方向において拘束される、請求項13に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  17. 照明構成要素が、クロマトグラフィー迅速診断検査のための画像化の波長における、または蛍光迅速診断検査のための励振波長における1つまたは複数の発光ダイオードによる迅速診断検査の照明を含む、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  18. 照明構成要素が、反射モードの動作を含み、この反射モードの動作において、1つまたは複数の発光ダイオードおよびカメラ構成要素が迅速診断被検査物の前側にあり発光ダイオード軸が迅速診断検査面にほぼ垂直である、請求項17に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  19. 発光ダイオードが、迅速診断検査のストリップを前側から照明するカメラ構成要素の一部であるフラッシュ発光ダイオードである、請求項18に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  20. 照明構成要素が、迅速診断被検査物が1つまたは複数の発光ダイオードとカメラ構成要素との間にある透過モードの動作を含む、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  21. 迅速診断被検査物が、むき出しのストリップ、半透明プラスチック裏材上のストリップ、半透明プラスチックカセットに包まれた従来のストリップ、またはそれらの組合せを含むことができる、請求項20に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  22. 発光ダイオードが、カメラ構成要素の一部であるフラッシュ発光ダイオードである、請求項20に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  23. カメラが、迅速診断被検査物の前に載置されたミラーを介してストリップを画像化している、請求項22に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  24. ハウジング構成要素が、リーダーのすべての構成要素を遮光性筐体中に囲い込むように設計され、迅速診断被検査物が、リーダーからの照明によってのみ照明され、周囲光によって照明されない、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  25. 迅速診断トレーが、迅速診断被検査物をトレーにL形状コーナー構成要素で固定する、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  26. 迅速診断被検査物が、少なくとも1つのばねで平面方向において定位置に保持される、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  27. 迅速診断被検査物が、少なくとも1つの傾斜した側面または湾曲した側面で垂直方向において拘束される、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  28. 1つを超える迅速診断被検査物が、同じトレー上にカスタマイズされたそれら自体のクレードルおよびポストとによってそれらの定位置に拘束される、請求項1に記載の汎用迅速診断検査リーダー。

  29. 複数の異なる迅速診断検査を読み出す方法であって、
    第1の物理的サイズ、第1の特徴、および第1のフォーマットを有する少なくとも1つの第1の迅速診断被検査物を供給するステップと、
    第2の物理的サイズ、第2の特徴、および第2のフォーマットを有する少なくとも1つの第2の迅速診断被検査物を供給するステップと、
    第1の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、
    汎用迅速診断検査リーダーを使用して第1の迅速診断被検査物を分析するステップと、
    第1の迅速診断被検査物をリーダーから取り除くステップと、
    リーダーのいかなる機械的調整もなしに、またはいかなる追加部品または追加挿入物の使用もなしに、第2の迅速診断被検査物を汎用迅速診断検査リーダーに挿入するステップと、
    汎用迅速診断検査リーダーを使用して第2の迅速診断被検査物を分析するステップと
    を含む、方法。

  30. 迅速診断検査リーダーが、
    制御電子機器のセットと、
    デジタルカメラ構成要素と、
    照明構成要素と、
    ハウジング構成要素と、
    迅速診断検査トレーであり、トレーが、ある形状およびあるサイズを有する少なくとも1つの迅速診断被検査物をデジタルカメラ構成要素および照明構成要素に対して定位置に保持することができ、リーダーが、1つを超える異なる迅速診断被検査物に適応することができる、迅速診断検査トレーと
    を備える、請求項29に記載の方法。

 

 

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自動化されたプロセスは、局所的測位システムを使用して、1以上の移動可能な対象物体に対する場所(すなわち、位置及び方向)データを取得する。対象物体がコンピュータ制御の下で移動する能力を有する場合に、この自動化されたプロセスは、測定された場所データを使用して、そのような対象物体の位置及び方向を制御することができる。システムは、局所的測位システムの測定及び画像取得能力を活用し、制御可能な標識灯、画像処理、及び座標変換計算を統合して、輸送体の場所を制御するための追跡情報を提供する。結果としてのシステムは、基準座標系内で物体の位置及び方向追跡を可能にする。
【選択図】なし
本発明は、リング状トポロジーのネットワーク(20,22,24,26)を介して互いにネットワーク化された複数のカメラ(12,14,16,18)を備えた車両用のカメラシステム(10)であって、それぞれのカメラが、捕捉された画像の画像処理を実施できるように構成されていること、並びに、ネットワーク内の画像処理の計算負荷を複数のカメラに分散するため、或いは、ネットワーク内の各カメラにおける画像処理の計算負荷を低減するために、それぞれのカメラが、捕捉された画像、及び/或いは、画像処理結果をネットワーク内の他のカメラに対して、該カメラによって画像処理を実施するために、或いは、該カメラによって実施される画像処理をサポートさせるために、伝達できるように構成されていることを特徴とする車両用のカメラシステムに関する。
【選択図】 図1
本発明の実施形態は、セキュリティ保護の分野に関し、監視現場内の移動物体の局所的拡大を実現することができるビデオ監視方法、ビデオ監視装置、およびビデオ監視システムを開示するものである。本方法は、クライアントが、インテリジェント分析アラームおよび少なくとも1つのアラームトリガ物体の追跡情報を取得し、インテリジェント分析アラームに従ってユーザインターフェースのウィンドウレイアウトを調整するステップであって、インテリジェント分析アラームは、インテリジェント分析戦略に従って監視現場に侵入物体があると判定したときに、クライアント、監視プラットフォーム、またはカメラによってトリガされる、クライアントが、インテリジェント分析アラームおよび少なくとも1つのアラームトリガ物体の追跡情報を取得し、インテリジェント分析アラームに従ってユーザインターフェースのウィンドウレイアウトを調整するステップと、クライアントが、少なくとも1つのアラームトリガ物体の移動追跡情報に従って少なくとも1つのアラームトリガ物体上で局所的拡大を行うステップとを含む。本発明は重要な場所のビデオ監視に適用することができる。
防犯カメラが、カメラヘッドと、統合処理モジュールを含むケーブルアセンブリとを含む。カメラヘッドは、レンズ及び画像センサを含み、処理モジュールは、画像センサを用いて取得された画像を処理する画像処理回路と、画像処理回路及びカメラヘッドに給電するために使用される電源回路とを含む。カメラヘッドと処理モジュールは、ケーブルによって接続される。処理モジュールは、カメラヘッドを取り付け面に取り付けた時にカメラヘッドによって覆うことができる取り付け面の開口部を通り抜けるサイズにされ、これによって設置の容易さを支援する。
【選択図】図1(a)
家及び他の場所に対する監視及びセキュリティシステムは、単一の筐体及び場所のそれぞれの特性を検出する、筐体によって支持された複数のセンサを含む監視デバイスを含む。熱的に独立した室が、あるセンサに対して設けられもよい。デバイス上及び/又はネットワークを通じてデバイスに結合された処理システム上で処理が設けられてもよい。処理システムは、クラウドベースのシステムであってもよい。デバイス及び/又は処理システムは、学習能力を有してもよい。監視デバイスによって収集されたデータは、時系列としてユーザデバイスに表示されてもよい。システムは、ジオロケーションによって作動不能化及び作動可能化されてもよい。補助連絡者、グループ及び第1応答者は、一次ユーザが通知に応答しない場合、エスカレーションの順序で通知を受信してもよい。監視デバイスは、オーディオジャックを介して、ネットワーク及びユーザデバイスと通信するように構成していてもよい。
【選択図】なし
本発明は、比較ビデオ解析を組合せたグラフィックインタフェース(GI)を用いて医薬調剤製作時の安全の問題を解決することを目的とする。比較はリアルタイムの監視及び後の調剤の検査により適切な警告をトリガできる。本発明による医薬調剤の信頼できる撮像システムは、被写体(22、23、24)の検出用に調整された焦点距離を有する少なくとも1つの処理カメラ(21;21a、21b)、及び処理カメラからのビデオ信号(SV1)を管理するデジタルユニット(25)に接続された動的なGI(21、27)を備える。ユニットはビデオ信号に従った画像を用いる調剤方法の記憶されたデータと、記憶された処方箋のステップとの比較を確立する手段と、比較に従った処方箋選択手段とを有する。少なくとも1ステップが選択された処方箋を不順守のときは警告手段が起動される。本発明はまた撮影装置、被写体位置決め台、及びこれらを含むシステムに関する。
【選択図】図1
【解決手段】 回転されたカメラグループを用いて、名目進行方向に沿って傾斜画像を収集する乗物であって、選択的に歪み修正電子画像センサを用いて、投影された画素の縦列または横列を地上の所定の方向と整列させて、収集の質、効率、および/または費用を改善する。第1の態様では、カメラグループは、名目進行方向に対して対角状に回転される。第2の態様では、歪み修正電子画像センサは、投影された画素の縦列または横列を地上の所定の方向と整列させる。第3の態様では、歪み修正電子画像センサは、カメラの光軸の周りで回転される。第4の態様では、カメラはストリップ内で画像を収集して、異なるカメラのストリップは重なり合い、大きなベースラインで、小さな時間差の立体視を提供する。
【選択図】 図6
管検査装置 // JP2016522652
管検査装置が、半剛体ロッドに固定されたハウジングであって、縦軸と、ハウジング内に、前方視の視野を有するカメラと、縦軸の周りで回転可能であり且つ管の内面のより詳しい検査を可能にするように方向付けられた視野を有するカメラとを有するハウジングと、より詳しく検査すべき管の内面の領域にその視野を方向付けるように回転可能なカメラを回転させる手段とを含む。従来の装置より速く管の内面を検査することを可能にするために、検査装置は、前方視の視野を有するカメラに加えて、少なくとも2つのカメラを有する。少なくとも2つのカメラは、縦軸の周りでアセンブリとして回転可能であり且つ管の内面のより詳しい検査を可能にするように方向付けられた視野を有する。また、ハウジングは、固定された後方部分と、後方部分により支えられ且つ縦軸の周りで回転可能である前方部分とを有し、カメラの全てがハウジングの回転可能な前方部分に固定されている。
開示された実施形態は、堅牢な特徴ベースの追跡のための装置、システム、および方法に関する。いくつかの実施形態では、ターゲットオブジェクトを備える、カメラがキャプチャした現在の画像のスコアを計算することができる。スコアは、カメラによってキャプチャされた現在の画像と前の画像とにおける特徴の比較から決定された1つまたは複数のメトリクスに基づくことができる。比較は、現在の画像の推定されたカメラ姿勢に基づくことができる。いくつかの実施形態では、点ベースの特徴対応方法、エッジベースの特徴対応方法、または点ベースの特徴対応方法とエッジベースの特徴対応方法との組合せのうちの1つを、点しきい値および/または線しきい値とを有するスコアの比較に基づいて選択することができ、点しきい値と少なくとも1つの線しきい値とは、ターゲットオブジェクトのモデルから取得される。カメラ姿勢は、現在の画像とモデル画像との間の選択された方法を使用して特徴対応を確立することによって精製することができる。
顕微鏡法用撮像システム内のサンプルホルダの測定場所の焦点が合った画像を生成する方法が提供される。カメラアレイが、サンプルホルダから第1の距離に位置付けられる。測定場所の第1の画像が、カメラアレイ上に配置される撮像デバイスを使用して取得される。撮像デバイスと関連付けられた候補出力画像は、第1の画像に従って展開される。カメラアレイは、サンプルホルダから第2の距離に位置付けられ、測定場所の第2の画像は、撮像デバイスを使用して取得される。候補出力画像の一部は、選択基準に従って、第2の画像の一部に従って更新される。更新された候補画像は、伝送される。
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