CN102590137A

CN102590137A - 一种血培养仪检测系统

Info

Publication number: CN102590137A
Application number: CN2011104575023A
Authority: CN
Inventors: 郑倩瑛; 刘琦; 韩叶星; 邵杰
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开一种血培养仪检测系统，涉及医疗器械设备领域，具体地说是一种采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的血培养仪检测系统。本系统主要由检测单元、信号处理单元和显示单元组成，信号处理单元内装激光控制器、DFB半导体激光器、D/A数模转换器、A/D模数转换器和DSP数字信号处理模块等。本发明的优点是：采用可调谐半导体激光吸收光谱技术，有效提高了检测的灵敏度，实时检测灵敏度处于ppm量级，大大缩短了检测周期，提高了检测的准确性，降低了检测成本等，有效满足医疗检测的应用需求。

Description

一种血培养仪检测系统

技术领域

本发明涉及医疗器械设备技术领域，涉及一种血培养仪检测系统，具体地说是采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的血培养仪检测系统。

背景技术

血培养检查是用于检验血液样品中有无细菌存在的一种微生物学检查方法，对于快速检测临床上严重危及患者生命的败血症、菌血症患者血液中是否有细菌生长以明确诊断有着十分重要的作用。

近些年来，随着科技的进步、微生物学的发展以及各交叉领域的出现，微生物学家、计算机专家和工程技术人员相结合，已经研制出众多自动化、集成化的智能型全自动血培养仪。自动血培养仪主要由培养系统或恒温孵育器和检测系统组成。

目前采用光电原理检测的自动血培养仪，按照其检测手段的不同主要有以下三大系统：BacT/Alert自动血培养系统、Bactec自动血培养系统和Vital自动血培养系统。其检测原理主要有二氧化碳感受器和荧光检测两种检测技术。BacT/Alert自动血培养系统是在每个培养瓶底部装置一带含水指示剂的二氧化碳感受器，当培养瓶内有微生物生长时，其释放出的二氧化碳可渗透至感受器，并与感受器指示剂上饱和水发生化学反应，产生游离氢离子使pH值降低，指示剂由绿变黄。感受器上方的光发射二极管每10min发一次光投射到感受器上，再由一光电探测器测量其反射光，根据反射光的强度确定是否有微生物生长。Bactec自动血培养系统是利用荧光法作为检测方法，其二氧化碳感受器上含有荧光物质。当培养瓶中有微生物存在时，产生的二氧化碳可与感受器中的水发生反应产生氢离子，使pH值降低，酸性环境促使感受器释放出荧光物质。发射二极管发射的光激发荧光感受器而产生荧光。光电比色检测仪每10min直接对荧光强度进行检测，根据荧光产量的增加分析细菌的生长情况。Vital自动血培养系统是采用同源荧光技术来检测微生物的生长，与培养基结合的荧光分子在最初具有一定荧光值，当有微生物存在时，其生长代谢过程中或产生二氧化碳、或发生pH值改变、或氧化还原使电位改变等，均可导致液体培养基内的荧光分子结构发生改变而成为无荧光的化合物，即发生荧光衰减，通过光电比色计检测荧光衰减水平，可判断有无微生物生长。

总结目前自动血培养仪检测系统的工作原理，它们主要是通过微生物的代谢产物二氧化碳与感受器上的物质(水、荧光物质)相互作用，间接检测二氧化碳的存在，从而判断培养瓶中微生物的有无。这无可避免的耗费了培养时间，延长了检测周期；而且每个培养瓶中需放置二氧化碳感受器，无形的增加了检测成本；采用荧光法检测微生物的存在，其检测灵敏度和准确度也相对较低。

为了弥补目前自动血培养仪的检测系统存在的不足，本发明首次将可调谐激光吸收光谱技术引入到血培养仪检测系统。可调谐激光吸收光谱技术——“指纹”光谱技术，是利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度的一种技术，即半导体激光器发射出特定波长的激光束穿过被测气体时，只有被测气体对激光吸收导致光强衰减，激光强度的衰减与被测气体含量成正比。因此，通过测量激光强度衰减则可分析获得被测气体的浓度信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵敏度高、检测周期短、准确度高和检测成本低的血培养仪检测系统，实时检测培养瓶内细菌的代谢产物二氧化碳浓度并结合声光告警，确保及时检测培养瓶中细菌的存在，以缩短患者确诊病情的时间。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

一种血培养仪检测系统，主要由检测单元、信号处理单元和显示单元组成。所述的检测单元两端分别装有准直透镜和红外探测器，激光通过输入光纤传输至准直透镜经聚焦后进入检测单元，培养瓶放置于检测单元中心位置，经准直后的激光从培养瓶上方的非培养液空间穿过，并由对面窗片上的红外探测器接收，将激光信号转换为电信号，最终将电信号传输至信号处理单元进行信号处理。

进一步的，所述的信号处理单元包括激光控制器、半导体激光器、D/A数模转换器、A/D模数转换器和DSP数字信号处理模块。

进一步的，所述的半导体激光器的中心波长为2004nm，作为二氧化碳的探测激光源，利用激光控制器将激光器输出中心波长调谐至二氧化碳的最佳吸收线处；所述的DSP数字信号处理模块通过D/A数模转换器同时产生10Hz的三角波信号和20kHz的正弦波信号加载至激光控制器，实现对半导体激光器输出波长的缓慢扫描和频率调制。所述的半导体激光器通过光纤与输出法兰相连接，再通过输入光纤将激光传输至检测单元。

进一步的，所述的A/D模数转换器将红外探测器传输的电信号转换成数字信号，并将其传输至DSP数字信号处理模块进行信号处理，最终DSP数字信号处理模块将二氧化碳的浓度信息传输至显示单元。

进一步的，所述的显示单元包括液晶显示器和声光告警器。所述的液晶显示器实时显示DSP数字信号处理模块传输的二氧化碳浓度曲线信息，若二氧化碳浓度超出预设的浓度值，则声光告警器进行声光告警，以及时检测出培养瓶中细菌的存在。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点是：

1)灵敏度高：由于采用了可调谐半导体激光吸收光谱技术，有效地提高了检测的灵敏度，实时检测灵敏度处于ppm量级，有效满足医疗检测的应用。

2)检测周期短：由于采用了可调谐半导体激光吸收光谱技术，直接利用二氧化碳的波长调制吸收光谱来检测二氧化碳的浓度，在不失灵敏度的情况下，其时间分辨率可以在秒量级，大大缩短了检测周期。

3)准确度高：由于使用的是窄线宽的可调谐半导体激光器作为检测的激光光源，利用二氧化碳的吸收来实现对其浓度的检测，由于二氧化碳光谱的“指纹”特征，消除了其他气体的干扰，提高了微生物检测的准确度。

4)检测成本低：由于本发明取代了传统检测方法在培养瓶底部放置二氧化碳感受器，降低了检测成本。

附图说明

附图为本发明结构示意图。

具体实施方式

参阅附图为本发明一种血培养仪检测系统的实施例。一种血培养仪检测系统，包括信号处理单元1、激光控制器2、半导体激光器3、光纤4、输出法兰5、输入光纤6、准直透镜7、培养瓶8、检测单元9、红外探测器10、A/D模数转换器11、D/A数模转换器12、DSP数字信号处理模块13、显示单元14、液晶显示器15和声光告警器16。

本发明如附图所示，采用中心波长为2004nm的半导体激光器3作为二氧化碳的检测激光光源，利用激光控制器2将半导体激光器3的输出中心波长调谐至二氧化碳的最佳吸收处，DSP数字信号处理模块13通过D/A数模转换器12同时产生10Hz的三角波信号和20kHz的正弦波信号加载至激光控制器2，分别实现对半导体激光器3的输出波长的缓慢扫描和频率调制，半导体激光器3通过光纤4与输出法兰5相连接，再通过输入光纤6将激光传输至准直透镜7经聚焦后进入检测单元9，培养瓶8放置于检测单元9中心位置，经准直后的激光从培养瓶8上方的非培养液空间穿过，并由对面窗片上的红外探测器10接收，将激光信号转换为电信号。A/D模数转换器11将红外探测器10传输的电信号转换成数字信号，并将其传输至DSP数字信号处理模块13实现信号处理，最终将获取的二氧化碳浓度信息传输至至显示单元14，液晶显示器15实时显示DSP数字信号处理模块13传输的二氧化碳浓度曲线信息，若二氧化碳浓度超出预设的浓度值，则声光告警器16进行声光告警，以及时检测出培养瓶中细菌的存在。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明专利范围之中。

Claims

1.一种血培养仪检测系统，其特征在于：主要由检测单元、信号处理单元和显示单元组成。

2.如权利要求1所述的检测单元两端分别装有准直透镜和红外探测器，激光通过输入光纤传输至准直透镜经聚焦后进入检测单元，培养瓶放置于检测单元中心位置，经准直后的激光从培养瓶上方的非培养液空间穿过，并由对面窗片上的红外探测器接收，最终将红外探测器接收到的电信号传输至信号处理单元进行信号处理。

3.如权利要求1所述的信号处理单元包括激光控制器、DFB半导体激光器、D/A数模转换器、A/D模数转换器和DSP数字信号处理模块。

4.如权利要求3所述的DFB半导体激光器的中心波长为2004nm，作为二氧化碳的探测激光源，利用激光控制器将激光器输出中心波长调谐至二氧化碳的最佳吸收线处。DFB半导体激光器通过光纤与输出法兰相连接，再通过输入光纤将激光传输至检测单元。

5.如权利要求3所述的DSP数字信号处理模块通过D/A数模转换器产生10Hz的三角波信号和20kHz的正弦波信号同时加载至激光控制器，实现对DFB激光器输出波长进行缓慢扫描和高频调制。

6.如权利要求3所述的A/D模数转换器将红外探测器传输过来的电信号转换成数字信号，并将其传输至DSP数字信号处理模块进行信号处理，最终DSP数字信号处理模块将二氧化碳的浓度信息传输至显示单元。

7.如权利要求1所述的显示单元包括液晶显示器和声光告警器。液晶显示器实时显示DSP数字信号处理模块传输的二氧化碳浓度信息和浓度曲线，若二氧化碳浓度超出预设的浓度值，则声光告警器进行声光告警，以及时检测出培养瓶中细菌的存在。