CN111213048A - 用于非侵入性地确定蛋性质的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于收集挥发性有机化合物且对所述经收集的化合物的特征应用基于THz的检测以确定蛋性质的方法及系统。蛋性质包含性别及/或生育力。

Description

用于非侵入性地确定蛋性质的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于非侵入性地确定蛋性质的系统及方法。

背景技术

下文列出被认为作为背景与当前揭示标的物相关的参考文献：

-美国专利4,955,728

-美国专利4,671,652

-美国专利公开号：2016/050891

-美国专利公开号：2004/107912

-美国专利公开号：2009/091742

-PCT专利公开号：WO14/086335

-PCT专利公开号：WO15/145435

-2001年5月3到4日密苏里州圣路易斯第50届年度全国种鸡圆桌会议“孵化前雏鸡的性别鉴定(Gender Identification of Chicks Prior to Hatch)”

-韦伯斯特B(Webster B)、海耶斯W(Hayes W)、派克TW(Pike TW)(2015)的“关于胚胎性别、生育力及发育的禽蛋气味编码信息(Avian Egg Odour Encodes Information onEmbryo Sex,Fertility and Development).”《公共科学图书馆期刊》(PLoS ONE)10(1):e0116345。

-《光学快报》(Opt Express).2015年2月9日；23(3):2048-57.多伊(doi):10.1364/OE.23.002048“通过使用聚合物微孔膜进行太赫挥发性气体感测(Terahertzvolatile gas sensing by using polymer microporous membranes)”。

本文中对上述参考文献的承认不应被推断为意味着这些参考文献以任何方式与当前揭示标的物的可专利性相关。

背景

通常在胚胎发育期间对着光检查要孵化成活禽的蛋以识别不可育蛋、烂蛋及死蛋(在本文中统称为“非活蛋”)。从孵育取出非活蛋以增加可用孵育器空间。希波朗科(Hebrank)的第4,955,728号美国专利描述一种使用红外线检测器及从蛋发出的红外线辐射来识别活蛋的对光检查设备。范·阿赛尔特(van Asselt)等人的第4,671,652号美国专利描述一种对光检查设备，其中多个光源及对应光检测器经安装成阵列且其中在光源与光检测器之间传递蛋以识别活蛋。

在商业孵化场中，蛋通常在孵育期间保持在固定平台中。在选定时间-通常在孵育的第18天-从孵育器取出蛋。识别且取出不合格的蛋(即，死蛋、烂蛋、空蛋及不可育蛋)，且处理(例如，接种)活蛋并接着将其转移到孵化筐。

在孵化场管理中，希望基于各种特性(例如性别、疾病、遗传特质等)来分离鸟类。例如，希望为雄性鸟类接种特定疫苗且为雌性鸟类接种不同疫苗。由于其它原因，在孵化时对鸟类进行性别分离也可能很重要。例如，由于雄性火鸡及雌性火鸡的生长速度及营养要求的差异，常规上按性别隔离火鸡。在蛋鸡或食用蛋业中，希望仅保留雌性。在肉鸡业中，希望基于性别隔离鸟类以提高饲料效率，改善处理均匀性且降低生产成本。

不幸的是，对鸟类进行性别鉴定的常规方法可能成本高、劳动强度大、耗时，且通常需要训练有素的专业技术人员。对鸟类进行性别鉴定的常规方法包含羽毛性别鉴定、肛门性别鉴定及DNA或血液性别鉴定。每小时可对约三千(3,000)只雏鸟进行羽毛性别鉴定，每只雏鸟的成本约为0.7到2.5美分。每小时可对约一千五百(1,500)只雏鸟进行肛门性别鉴定，每只雏鸟的成本约为3.6到4.8美分。DNA或血液性别鉴定是通过分析从鸟类收集的小血液样本来执行。

将期望在孵化前识别鸟类的性别以及鸟类的其它特性。孵化前的性别识别可显著地降低家禽业的各个成员的成本，且减少或甚至消除不必要的雄性雏鸟宰杀。尽管常规对光检查技术可稍微有效地区分活蛋与非活蛋，但是这些常规对光检查技术可能无法可靠地确定未孵化鸟类的性别及其它特性。

发明内容

本发明涉及太赫(THz)在禽类性别分类中的使用。术语“THz辐射”在下文中通常是指位于从大约100GHz到30THz范围内的任何电磁波频率。更具体来说，提供一种用于收集挥发性有机化合物及/或化合物的混合物且对经收集的化合物的特征应用基于THz的检测以确定蛋的性质的方法及系统。蛋性质包含性别及/或生育力。术语“挥发性材料”或“VOC”在下文中通常是指挥发性有机化合物及/或化合物的混合物。

从发育中的蛋发出的挥发物传达有关蛋生育力连同胚胎的性别及发育状况的信息。具体来说，在孵育过程中变化的蛋挥发物在可育蛋与不育蛋之间有所不同，且最早在产蛋第1天后且在孵育前就可预测胚胎性别。

由于THz光谱技术能够在低于PPB(十亿分之几)的非常低浓度下检测材料/化合物，因此本发明的技术能够在蛋孵育前检测挥发物。

THz技术能够在第1天区分含有雄性及雌性胚胎的蛋与非可育蛋。源自蛋且从蛋发出的挥发性有机化合物(VOC)携带关于生育力及性别的信息。这些VOC是通过多孔蛋壳收集。每一单独性别以及可育蛋具有可使用THz技术识别的VOC的独特混合物。通常，使用真空抽吸对蛋进行取样，且将VOC捕获在压力可排放电容器中。收集系统包括真空夹持器，所述真空夹持器承载经配置为压力可渗透膜的压力可排放电容器，使得当蛋由真空夹持器保持(即，通过抽吸保持)时，压力可排放电容器经定位在通过蛋壳从蛋释放的VOC的传播路径处。真空加速挥发物的流动且压力可排放电容器的使用提供在释放负压(即，真空)后将经收集的挥发性有机化合物捕获在膜内。接着，使用THz波扫描蛋且基于个别指纹吸附检测每一性别及/或非可育蛋的特定VOC。压力可排放电容器接着能够通过还包含正压或负压的操作来释放/排放经捕获的蒸汽。应注意，在不施加压力(正或负)的情况下，压力可排放电容器不能捕获或释放任何物质。

因此，根据本发明的广义方面，提供一种用于在孵育前确定一或多个蛋性质的系统。所述系统包括：至少一个真空夹持器，其承载压力可排放电容器；及控制单元，其经配置且可操作以接收指示使用THz范围内的电磁辐射扫描的经收集的挥发性有机化合物的数据且处理所述数据以识别指示至少一个蛋性质的特征以由此生成指示至少一个蛋性质的信息数据。所述真空夹持器经配置且可操作以通过抽吸来保持蛋且所述压力可排放电容器经定位在由蛋释放的挥发性有机化合物的传播路径处。所述压力可排放电容器经配置且可操作以捕获所述经收集的挥发性有机化合物。

术语“压力可排放电容器”是指压力可渗透膜，其能够在释放负压时将挥发性化合物捕获在其中且在施加包含正压的压力之后能够在需要时释放/排放此类经捕获的挥发性化合物。

在一些实施例中，所述控制单元经配置且可操作以执行所述特征的图案辨识。

在一些实施例中，所述压力可排放电容器经配置且可操作以在小于将所述蛋从托盘传送到输送机所花费的时间段的时间段内捕获所述经收集的挥发性有机化合物。所述时间段可小于5秒。

在一些实施例中，所述系统进一步包括光谱组合件，所述光谱组合件包含：辐射发射器单元，其经配置且可操作以通过在约100GHz的扫描窗口内生成THz范围内的电磁辐射来扫描保持所述经收集的挥发性有机化合物的所述可渗透电容器；及检测单元，其经配置且可操作以检测由所述经收集的挥发性有机化合物发出的电磁辐射。

在一些实施例中，所述检测单元经定位在距所述可渗透电容器一定距离处。所述距离可具有小于所述电磁辐射的波长的值。

在一些实施例中，所述压力可排放电容器具有是所述电磁辐射的所述波长的至少若干倍的厚度。

根据本发明的广义方面，提供一种用于在孵育前确定一或多个蛋性质的方法。所述方法包括：接收指示使用THz范围内的电磁辐射扫描的经收集的挥发性有机化合物的数据；及处理所述数据以识别指示性别及生育力中的至少一者的特征。

在一些实施例中，处理所述数据以识别特征的数据的步骤包括执行所述特征的图案辨识。

在一些实施例中，所述方进一步包括执行蛋的THz光谱法。

在一些实施例中，所述方法进一步包括在约100GHz的扫描窗口内使用所述THz范围内的电磁辐射扫描所述经收集的挥发性有机化合物。

在一些实施例中，所述方法进一步包括通过抽吸来捕获经收集的挥发性有机化合物，其中所述捕获是在小于将所述蛋从托盘传送到输送机所花费的时间段的时间段内执行。

附图说明

为了更好地理解本文中所揭示的标的物且例示如何在实践中实行，现将仅以非限制性实例方式，参考附图来描述实施例，其中：

图1例示本发明的用于在孵育前确定蛋性质的系统的框图；

图2A是例示本发明的真空夹持器的图像；图2B是例示本发明的压力可排放电容器的图像；

图3A说明例示用于在孵育前确定蛋性质的技术的流程图；

图3B说明例示根据本发明的一些实施例的用于图案辨识的技术的流程图；

图4A到4C分别展示从雄性蛋、雌性蛋及参考电容器获得的THz光谱；

图5A到5B分别展示通过使用本发明的教示获得的雌性及雄性THz特征；及

图6展示说明通过使用本发明的教示获得的图案分类阶段及性别区分的图表。

具体实施方式

因为本发明的所说明实施例在很大程度上可使用所属领域技术人员已知的电子组件及电路来实施，所以为了理解及明白本发明的基本概念且为了不混淆或分散本发明的教示，将不会在比被认为如上文所说明那样必要的程度更大的任何程度上解释细节。

说明书中对方法的任何引用应适当变通地应用于一种能够执行所述方法的系统。

说明书中对系统的任何引用应适当变通地应用于一种可由系统执行的方法。

参考图1，以框图方式说明本发明的系统100，系统100经配置且可操作以在孵育前蛋内确定蛋性质。系统100包含：真空夹持器102，其承载压力可排放电容器104；及控制单元106，其经配置且可操作以接收指示使用THz范围的电磁辐射扫描的由蛋所释放的挥发性有机化合物的数据且处理所述数据以识别指示至少一个蛋性质的THz特征以由此生成指示至少一个蛋性质的信息数据。已知太赫(THz)辐射经由旋转或/及振动跃迁能级与极性分子相互作用。这些相互作用表现为吸收。通过扫描压力可排放电容器获得的频率THz光谱指示各种化学物质，其包含具有个别特定指纹的挥发性有机化合物。

如下文将更具体地进一步描述，控制单元106经配置以接收及处理由蛋发出的响应信号且识别指示蛋的THz特征的光谱特殊特征。例如，THz特征可包含有关蛋的性别及/或生育力的信息。THz特征中包含的信息因此与分选过程相关联。系统100经配置以与具有可通过THz检验识别的性质的至少一个蛋一起使用，使得在通过THz分析进行检查之后，可识别蛋的性别及/或生育力。发明人发现蛋的每一性别(雄性或雌性)及/或生育力具有自身THz特征。

在一些实施例中，控制单元106经配置且可操作以执行THz特征的图案辨识。控制单元106通常经配置为计算/电子设施，其尤其包含例如数据输入设施106A及输出设施106B、存储器106C及数据处理设施106D的设施。因此，控制单元106的设施可由合适电路及/或由软件及/或硬件组件来实施，其包含经配置以执行下文所描述的方法200及/或300的操作的计算机可读代码。

本发明的特征可包括通用或专用计算机系统，所述通用或专用计算机系统包含下文将更详细论述的各种计算机硬件组件。本发明的范围内的特征还包含用于携载计算机可执行指令、计算机可读指令或数据结构或其上存储有计算机可执行指令、计算机可读指令或数据结构的计算机可读媒体。此计算机可读媒体可为通用或专用计算机系统可存取的任何可用媒体。举例来说但不限于，此计算机可读媒体可包括物理存储媒体，例如RAM、ROM、EPROM、快闪盘、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置、或可用于以计算机可执行指令、计算机可读指令或数据结构的形式携载或存储所要程序代码且可由通用或专用计算机系统存取的任何其它媒体。计算机可读媒体可包含可通过网络(例如广域网(WAN)，例如因特网)下载到计算机系统的计算机程序或计算机应用程序。

在本说明书及所附权利要求书中，“控制单元”被定义为一起工作以对电子数据执行操作的一或多个软件模块、一或多个硬件模块或其组合。例如，处理设施的定义包含个人计算机的硬件组件以及软件模块，例如个人计算机的操作系统。所述模块的物理布局无关紧要。计算机系统可包含经由计算机网络耦合的一或多个计算机。同样地，计算机系统可包含单个物理装置，其中内部模块(例如存储器及处理器)一起工作以对电子数据执行操作。虽然任何计算机系统可为移动的，但是如本文中所使用的术语“移动计算机系统”或术语“移动计算机装置”尤其包含膝上型计算机、上网本计算机、蜂窝电话、智能电话、无线电话、个人数字助理、具触敏屏屏幕的便携式计算机等等。

本发明的控制单元106可被实施为信号处理中心的部分，及/或被实施为便携式(例如，手持式)THz读取装置。数据输入设施106A包含：通信模块，其用于接收响应THz信号；任选数据输出设施106B，其用于生成与(若干)经识别的蛋相关的数据；存储器(即，非易失性计算机可读媒体)106C，其用于存储学习数据库，即，指示蛋的THz特征对蛋性质的预选数据；及数据处理设施106D，其适于识别(若干)蛋的性别及生育力。数据库可使用MicrosoftAccess、Cybase、Oracle或其它合适商业数据库系统来实施。在一些实施例中，系统100经配置为基于云的配置及/或利用基于因特网的计算使得处理设施106D及/或存储器106C的部分可驻留在多个不同地理位置中。在接收到(若干)THz响应信号之后，数据处理设施106D能够处理(若干)信号。可显示信号处理步骤的结果及/或将其存储在存储装置中及/或发送到数据通信单元以传送到分选装置。存储器106C可包含数据处理设施106D可执行的指令。所述指令可为可操作的以使数据处理设施106D能够接收(若干)THz响应信号，处理(若干)THz响应信号，识别至少一个蛋性质，且经由数据输出设施106B输出关于蛋性质的通知。可将通知直接发送到分选装置以相应地对蛋进行分选。存储器106C可通过外部单元经由无线或有线连接中继到中央数据库。

在一些实施例中，控制单元106激活经配置且可操作以获得THz特征的光谱组合件108。光谱组合件108可为或可并非为本发明的系统的部分。处理设施106D发信号到THz辐射发射器单元108A以发出穿过压力可排放电容器104(在THz辐射的光学路径中)的THz辐射。数据输入106A经由辐射检测单元108B接收辐射信号图案。辐射信号图案是未被压力可排放电容器104吸收的辐射。辐射信号图案含有THz特征。处理设施106D可经由数据输出设施106B、经由数据通信(例如经由蜂窝网络)将关于信号图案的数据(例如性别及/或生育力)发射到中央计算机的通信模块。处理设施106D可将经接收的数据记录在存储器106C中的学习数据库中及/或可结合学习数据库中的数据查询/交叉引用经接收的数据以识别蛋性质，且可将此蛋数据传达到移动装置，在所述移动装置处处理设施106D可发信号以显示对应于蛋数据的消息。为此，存储在学习数据库中的预选数据可用于比较经收集的挥发性有机化合物的THz图案/特征与存储在学习数据库中的蛋性质的特征。

真空夹持器102经配置且可操作以通过抽吸来保持蛋。压力可排放电容器104经配置为能够捕获经收集的挥发性有机化合物的可渗透电容器。可育蛋因此在蛋的外表面处受到负压以产生真空。压力杯(例如吸盘)可含有真空夹持器且可在外壳表面上方、优选地在气囊正上方对准。接着，将真空夹持器朝向蛋向下移动且接着通过压力可排放电容器施加负压真空，从而从蛋的气囊及其它部分捕获挥发物。在短时间段内可使用的真空工作范围是约600mmHg。施加这些真空的时间范围是从约一秒到五秒。

压力可排放电容器104可为经配置为由纤维(例如网眼)制成的致密压缩结构的压力可渗透膜，使得压力可渗透膜作为压力可排放电容器响应于真空的施加/释放。压力可排放电容器可经配置为超材料膜，其是并非从基础材料的性质而是从其设计结构获得其性质的材料。超材料膜可包括以±10微米的精度生产的囊封在塑料外壳中的多个超材料层。

在一些实施例中，系统100包含光谱组合件108，光谱组合件108包含：辐射发射器单元108A，其经配置且可操作以产生THz频率辐射；及检测单元108B，其经配置且可操作以检测由经收集的挥发性有机化合物发出的电磁辐射。特定来说，辐射发射器单元108A可操作以使用具有从大约100GHz到30THz的范围内的波长的辐射照射蛋，且在约100GHz的扫描窗口内扫描保持经收集的挥发性有机化合物的可渗透电容器。尽管为了清楚起见，辐射发射器单元108A及检测单元108B被表示为两个单独物理元件，但是其可经集成在同一物理元件或同一外壳中。在特定且非限制性的实例中，辐射发射器单元108A经配置且可操作以生成具有基本上相同的频率含量的检验及参考电磁辐射分量，且扫略/扫描频率。检测单元108B可经定位在检验辐射分量在穿过压力可排放电容器104之后的第一路径中以及参考辐射分量直接从发射器单元108A传播的第二路径中。光谱组合件108可经配置以在在检测单元108B处相互作用的检验辐射分量与参考辐射分量的频率之间引发预定频率差，使得起因于检验分量与参考分量之间的相互作用的信号指示在检验辐射与蛋相互作用的位置处的蛋的一或多个性质。例如，光谱组合件108可由转让给本发明的同一受让人的第9,279,723号美国专利中所描述的光谱组合件来实施。本发明的系统100可包括如上文所描述的光谱组合件108或可直接接收由如上文所描述或如所属领域中常规上使用的外部光谱组合件获得的经收集的挥发性有机化合物发出的数据。例如，一种光谱方法是直接在蛋壳本身上辐射THz波且获取其光谱信息(例如指纹特征或脉冲的衰减信号)作为响应信号。光谱系统包含光混合、外差检测及啁啾脉冲THz光谱法。另一光谱方法是在光子晶体、波导装置或倍频器中使用THz共振场。

压力可排放电容器104经定位在挥发性有机化合物的传播路径处。压力可排放电容器104也经定位在由发射器单元108A发出的电磁辐射的光学路径内。

例如，压力可排放电容器104可与光谱组合件108隔开。压力可排放电容器104在可远离真空夹持器的某个位置处被光谱组合件108询问且携带THz特征的响应信号经由有线/无线连接或经由通信网络发射到控制单元106。替代地，压力可排放电容器104可为光谱组合件108的部分。在这种情况下，光谱组合件108包括样本保持器，压力可排放电容器104经定位在所述样本保持器上且在所述样本保持器上被检查。

在一些实施例中，所述系统可使用控制单元106外部的主机计算机连接到通信网络。替代地，光谱组合件108也可通过使用任何类型的耦合部件而附接到控制单元106。控制单元106经配置且可操作以控制光谱组合件108的操作及任选地也控制真空夹持器102的操作。控制单元106可经集成在光谱组合件108内或可为经由有线或无线通信与光谱组合件108通信的单独元件。如果控制单元106经集成在光谱组合件108内，那么THz特征识别不需要或采用任何类型的电子组件、电路或天线。虽然未详细展示，但是应明白，在所述系统的模块之间能够借助于适当布线或无线地进行信号交换及通信。例如，光谱组合件108及控制单元106可通过IR(红外线)、RF(包含蓝牙的射频)或电缆控制来连接。如果光谱组合件108及控制单元106经集成在同一物理外壳中，那么THz特征经存储在控制单元106中。如本文中所论述的连接可为适于例如经由中间装置从相应节点、单元或装置传送信号或将信号传送到相应节点、单元或装置的任何类型的连接。因此，除非另有暗示或陈述，否则连接可例如为直接连接或间接连接。连接可参考为单个连接、多个连接、单向连接或双向连接来说明或描述。然而，不同实施例可改变连接的实施方案。例如，可使用单独单向连接而非双向连接，且反之亦然。而且，可用串行地或以时分复用方式传送多个信号的单个连接替换多个连接。同样地，可将载送多个信号的单个连接分离成携载这些信号的子集的各种不同连接。因此，存在用于传送信号的许多选项。

发射器单元108A经放置在可渗透电容器104上方一定距离处。发射器单元108A与可渗透电容器104之间的距离可被选择为非常接近但小于电磁辐射的波长。例如，对于约400GHz到500GHz范围内的辐射，这个距离可被选择为低于1mm。在特定且非限制性的实例中，发射器单元108A与可渗透电容器104之间的距离被选择为在约0.599mm到0.749mm的范围内。在这一点上，应理解，由于在THz范围内的传播路径，如果发射器单元108A与可渗透电容器104之间的距离被选择为小于电磁辐射的波长，那么(若干)结果信号将不受环境影响(即，不受环境变化影响，例如湿度变化、温度变化…)，从而消除在受控环境(例如洁净室(例如排风罩)，或在惰性条件下，包含使用氮气或氦气清洁)中执行(若干)响应信号的获取的需要。此外，发射器单元108A与可渗透电容器104之间的短距离消除环境对THz信号的吸收。

此外，在一些实施例中，压力可排放电容器104的厚度可被选择为电磁辐射的波长的至少若干倍(例如，至少四倍)。厚度应被选择为足够宽以能够捕获足够量的挥发性有机化合物，从而允许执行提供可识别THz特征的分析。例如，对于在约400GHz到500GHz范围内的辐射，压力可排放电容器104的厚度可被选择为3mm到4mm。

在一些实施例中，系统100包括由托盘承载的多个真空夹持器102，所述托盘经定位在由输送机支撑的多个蛋的顶部上。真空夹持器102及蛋经对准使得在每一检验循环中，承载多个真空夹持器(例如线性地或以矩阵方式布置)的托盘朝向蛋向下移动使得每一真空夹持器通过抽吸一次保持一个蛋。在这种情况下，控制单元106将连同THz特征一起接收蛋在输送机上的位置以实现此后的适当分选。

在一些实施例中，光谱组合件108及真空夹持器102经定位在同一检验室中，使得实时执行挥发性有机化合物的分析。替代地，可将压力可排放电容器104从真空夹持器102释放且在捕获挥发性有机化合物之后在单独检验室中进行检验。

在一些实施例中，可渗透电容器104经配置且可操作以在小于将蛋从托盘传送到输送机所花费的时间段的时间段内捕获经收集的挥发性有机化合物。在这一点上，应注意，系统识别THz特征的能力提供快速检验速度，其是家禽业中重要的商用参数。应理解，如上文所描述，即使当经收集的挥发性有机化合物以低于PPB的非常低浓度存在于蒸汽收集物中时，THz辐射也能够提供可识别特征。换句话说，THz特征对蒸汽组合物的低变化敏感且提供高分辨率检测。THz特征的高分辨率能够区分不同性别的特征。如果特征的分辨率不够好，那么THz特征将重叠且接着区分THz特征是不可能的。相比之下，红外线辐射的使用不提供可识别信号。使用红外线辐射的光谱分析(包含气体的收集及不同化学组分的分离)产生不良结果。此外，红外线光谱法所需的高气体递送速度不允许在小面积内收集载体及分离组分。此外，用于收集可通过使用红外线辐射进行光谱分析的一定量的挥发性有机化合物的时间段要高得多。例如，为能够获得可识别红外线光谱数据而消耗的时间是约半小时。另外，在前述方法中挥发性有机化合物的浓度太低而不能产生足够红外线吸收。换句话说，需要高得多的浓度来提供可识别信号。拉曼技术的使用即使在低浓度的挥发性有机化合物的情况下也可提供可识别信号，然而数据收集时间比使用本发明的技术长得多且因此不适合其中蛋分选速度是重要参数的商用。此外，应注意，所属领域已知的使用THz光谱法的技术提供经收集的挥发性有机化合物的每种化学组分的光谱分析，其单独指示每种经收集的挥发性有机化合物的浓度的存在，这是非常耗时的。由于捕获最小数量的浓度足以提供可识别特征的经收集的挥发性有机化合物所花费的时间段小于将蛋从托盘传送到输送机的时间段，因此本发明的技术不增加典型传送过程的总时间。例如，如果用于在分选蛋及将蛋输送到孵育器之前传送蛋的真空处置小于5秒(例如3秒)，那么捕获最小数量的经收集的挥发性有机化合物所花费的时间段也小于5秒(例如3秒)且可集成在蛋在孵育之前的分选过程中。

控制单元106可包括控制定位在出口输送机的端部处的转移设备的分选器。分选器存取由处理设施106D生成的指示蛋在存储在存储器中的学习数据库中的一或多个性质的数据且使用所述数据来执行分选。数据还可包含分选参数及比较结果。一旦数据经存储在学习数据库中，就可使用已知数据库分析工具(例如查询语言，举例来说例如MicrosoftSQL)分析此数据。分选器根据这个比较确定哪些蛋是雌性或雄性，且如果蛋是雌性，那么确定其生育力。分选器因此经配置以经由通信模块从处理设施106D接收指示一或多个蛋性质的数据，且控制转移设备的操作以选择性地转移经分选的蛋。分选器可接着对蛋进行分类，且激活转移设备。转移设备从连续轨道朝向不同轨道或收集部件转移蛋。转移器设备可采取螺线管的轴件的形式，所述螺线管有凹口使得其形成轨道的连续部或轨道上的障碍物。可通过形成单个单元的处理设施106D来执行分选器的功能。

参考图2A，其展示例示真空夹持器102的图片，真空夹持器102承载压力可排放电容器且经配置以通过抽吸来保持蛋。图2B展示例示压力可排放电容器104的图片，压力可排放电容器104经配置为定位在通过蛋壳从蛋释放的VOC的传播路径处的压力可渗透膜。如上文所描述，压力可排放电容器104经配置以在释放负压后将经收集的挥发性有机化合物捕获在膜内。

参考图3A，图3A说明流程图200，流程图200例示由上述系统100利用本发明的控制单元106实行以识别THz光谱特征且在孵育前确定蛋的一或多个性质的方法。这个流程图例示用于生成蛋性质数据的系统操作。方法200包括以下步骤：在步骤202中接收指示使用THz范围内的电磁辐射扫描的经收集的挥发性有机化合物的数据及在步骤204中处理所述数据以识别指示性别及生育力中的至少一者的特征。处理步骤204可包括执行特征的图案辨识的步骤206。

在一些实施例中，在接收指示经收集的挥发性有机化合物的数据的步骤202前，方法200进一步包括在步骤210中执行蛋的THz光谱法。这可通过在约100GHz的扫描窗口内使用THz范围内的电磁辐射扫描压力可排放电容器中捕获的经收集的挥发性有机化合物(例如通过收集500个测量值)来实施。这个窄扫描窗口使得能够执行蛋的快速扫描且减少执行检验过程所需的时间段。此外，这个窄扫描窗口还实现快速噪声消除及测量精度的增加。

在一些实施例中，在执行蛋的THz光谱法的步骤210前，方法200可包括通过抽吸来捕获经收集的挥发性有机化合物的步骤208，其中所述捕获在小于将蛋从托盘传送到输送机所花费的时间段的时间段内执行，如上文所描述。

在一些实施例中，在通过抽吸来捕获经收集的挥发性有机化合物的步骤208前，方法200可包括通过对与步骤210中使用的可排放/可渗透电容器相同的参考清洁可排放/可渗透电容器执行THz光谱法来获得参考光谱的步骤214。在一些实施例中，方法200可包括通过施加正/负压力来清洁具有经捕获的挥发性化合物的可排放/可渗透电容器以供进一步使用的步骤。

在特定且非限制性的实例中，执行THz光谱法通过扫描电容器且收集500个测量值来实施。在其中处理光谱数据的步骤204中，比较在步骤210中由填充蛋VOC的可渗透电容器获得的蛋的光谱与在步骤214中获得的参考光谱数据。

在一些实施例中，方法200可进一步包括将THz特征记录在学习数据库中的步骤212。学习数据库可经配置以提供与一或多个蛋性质相关联的THz指纹/特征。例如，方法200可包含将指示信号的特征及/或具所述特征的蛋的性质的预选数据存储在学习数据库中。处理数据的步骤204可进一步包含比较经接收的THz数据与学习数据库中的数据。经接收的THz数据可经记载在学习数据库中。经记载的经接收THz数据可用于未来蛋的未来分析。任选地，处理数据的步骤204可进一步包含基于学习数据库数据来评估蛋的一或多个性质。可使用统计分析执行评估一或多个性质，其中比较经接收的THz数据与学习数据库THz数据且执行统计比较。如果展示预定相似度水平，那么THz数据被视为具有一定性质。在执行THz光谱法的步骤210之后，可经由包含VOC的解吸及在真空或高压流下排放的各种方法来排放电容器中VOC含量。

参考图3B，其说明流程图300，流程图300例示由上述系统100利用本发明的控制单元106实行以识别THz光谱特征且在孵育前基于图案辨识确定蛋的一或多个性质的方法。更具体来说，控制单元106的处理包括基于学习算法(例如神经网络加速算法(NNA))提供图案辨识的数学解释的步骤。图案辨识的解释基于图案的特殊特征的识别，例如主峰及副峰的识别、主峰及副峰的数目、峰的宽度以及峰之间的距离。

在一些实施例中，上述方法200的处理步骤204可包括以下步骤：任选预处理步骤310，其经配置以移除测量值中存在的不相关光谱趋势且滤除随机测量噪声；特征提取步骤312，其经配置以使用主成分分析估计定义数据的最相关矢量；及图案分类步骤314，其使用组合的线性及非线性图案辨识方法。

在特定且非限制性的实例中，任选预处理步骤310可包含建立学习数据库的步骤。建立学习数据库的步骤可包括以下步骤：收集扫描；如上文所描述那样预处理扫描；及对结果执行傅里叶变换。对上述步骤214中获得的参考光谱数据及上述步骤210中获得的蛋光谱数据执行预处理步骤310。特征提取步骤312可包含从样本处理数据减去参考处理数据的步骤。所得数据属于或仅表示蛋相关信息(没有与压力可排放电容器相关的数据)。从样本处理数据(例如蛋样本结果)减去参考处理数据(例如压力可排放电容器结果)的步骤之后可为对蛋相关信息执行第二傅里叶变换以提供特定蛋相关信号(其中包含性别划分信号)的步骤。

图案分类步骤314可包含比较所有经获得的结果与学习数据库的步骤。在建立学习数据库时，将通过聚合酶链反应(PCR)方法对相同取样蛋进行生物学测试以确定性别。接着，将通过数学过程获得的所有矢量及样本之间的变动(即，数学计算差)“转化”为如图6中所说明的性别确定及到两个群组中的性别区分。

在建立学习数据库之后，通过使用相同数学过程来比较所有下一测量蛋数据与学习数据库。参考图4A到4C，其分别展示从雄性蛋获得的THz光谱(4A)、从雌性蛋获得的THz光谱(4B)及从使用参考值的未使用电容器获得的THz光谱(4C)。扫描过程在390GHz到490GHz范围内、在100GHz窗口上进行，其中0.2GHz步长获得总共500个点。特定来说，图4C的图表展示根据本发明的教示的连同要用作对照参考的相邻校准光谱获得的蛋光谱。

参考图5A到5B，其分别展示根据本发明的教示的通过使用上文关于图3B所描述的处理识别技术分别从雌性蛋获得的THz特征(5A)、从雄性蛋获得的THz特征(5B)。更具体来说，图5A展示在去除测量值中存在的不相关光谱趋势且滤除随机测量噪声之后的如上文所描述的步骤204的平均结果。X轴表示500个测量点且Y轴表示傅里叶变换的强度。上述图表中的尖峰(峰值)频率的计算如下：

频率＝400GHz+100GHz/500个点

如图5A到5B中清楚地展示，本发明的技术能够获得指示蛋的不同性质的不同THz特征。例如，图中展示雌性的THz特征包括大约140个测量点之后的一个主峰。雄性的THz特征包括至少在大约140及180个测量点之后的定义复杂THz特征的多个峰(约5个)。例如，图案分类步骤可包含通过识别主峰的数目来识别蛋的性别。在特定且非限制性的实例中，当识别出三个峰时，蛋的性别与雄性相关。当识别出两个峰时，蛋的性别与雌性相关。发明人已发现，图案信号定义THz特征，其中对于每一性别，主峰之间的比例距离是恒定的。更具体来说，雄性蛋及雌性蛋与非可育蛋之间的差异起因于VOC含量的比率差异。通常，与含有相同但浓度低得多的化合物的非可育蛋相比，可育蛋包含更多(更高浓度)的醇及芳香族化合物。雌性蛋及雄性蛋含有相同VOC，但它们之间的比率也有所不同。雌性蛋含有较高浓度的长链酮以及芳香族醇及醛。VOC的每种混合物或掺合物具有可通过使用本发明的教示转化为傅里叶变换的不同峰的单独THz特征。因此，图案的特殊特征(例如峰的数目、主峰之间的距离、主峰及副峰的识别、峰的宽度)的识别使得能够定义蛋的性质。换句话说，发明人已发现，获得不同蛋性质的THz特征之间的比率实现对这些性质的识别，且不需要每种VOC组分以及每一浓度的特定识别来识别蛋性质。本发明的系统的这种能力在家禽业中是卓越的，因为其显著地减少蛋性质的识别时间。

参考图6，其展示通过使用上述方法300的图案分类步骤314获得的图案分类阶段及性别区分。如图中清楚地展示，本发明的技术能够区分性别。特定来说，X轴表示蛋数且Y轴表示从上述方法300的步骤312提取的雄性矢量与雌性矢量之间的距离。

在权利要求书中，字词“包括”不排除存在权利要求中列出以外的其它元件或步骤。此外，如本文中所使用，术语“一”或“一个”被定义为一个或一个以上。而且，在权利要求书中使用例如“至少一个”及“一或多个”的介绍性短语不应被解释为暗示不定冠词“一”或“一个”介绍另一权利要求元件限制将含有此介绍权利要求元件的权利要求限于仅含有此类元件的发明，即使同一权利要求包含介绍性短语“一或多个”或“至少一个”及例如“一”或“一个”的不定冠词。定冠词的使用也是如此。除非另有陈述，否则例如“第一”及“第二”的术语用于任意地区分此类术语所描述的元件。因此，这些术语不一定旨在指示此类元件的时间或其它优先顺序。在互不相同的权利要求中阐述某些措施的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

虽然已在本文中说明及描述本发明的某些特征，但是所属领域的一般技术人员现将想到许多修改、置换、变化及等效物。因此，应理解，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实精神内的所有此类修改及变化。

Claims (13)

1.一种用于在孵育前确定一或多个蛋性质的系统，所述系统包括：

至少一个真空夹持器，其承载压力可排放电容器，其中所述真空夹持器经配置且可操作以通过抽吸来保持蛋且其中所述压力可排放电容器经定位在由所述蛋释放的挥发性有机化合物的传播路径处，所述压力可排放电容器经配置且可操作以捕获经收集的挥发性有机化合物；及

控制单元，其经配置且可操作以接收指示使用THz范围内的电磁辐射扫描的所述经收集的挥发性有机化合物的数据且处理所述数据以识别指示至少一个蛋性质的特征以由此生成指示至少一个蛋性质的信息数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元经配置且可操作以执行所述特征的图案辨识。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述压力可排放电容器经配置且可操作以在小于将所述蛋从托盘传送到输送机所花费的时间段的时间段内捕获所述经收集的挥发性有机化合物。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述时间段小于5秒。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其进一步包括光谱组合件，所述光谱组合件包含：辐射发射器单元，其经配置且可操作以通过在约100GHz的扫描窗口内生成所述THz范围内的电磁辐射来扫描保持所述经收集的挥发性有机化合物的所述可渗透电容器；及检测单元，其经配置且可操作以检测由所述经收集的挥发性有机化合物发出的电磁辐射。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述检测单元经定位在距所述可渗透电容器一定距离处，所述距离具有小于所述电磁辐射的波长的值。

7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述压力可排放电容器具有是所述电磁辐射的所述波长的至少若干倍的厚度。

8.一种用于在孵育前确定一或多个蛋性质的方法，所述方法包括：

接收指示使用THz范围内的电磁辐射扫描的经收集的挥发性有机化合物的数据；及

处理所述数据以识别指示性别及生育力中的至少一者的特征。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述处理包括执行所述特征的图案辨识。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其进一步包括执行蛋的THz光谱法。

11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括在约100GHz的扫描窗口内使用所述THz范围内的电磁辐射扫描所述经收集的挥发性有机化合物。

12.根据权利要求8到11中任一权利要求所述的方法，其进一步包括通过抽吸来捕获经收集的挥发性有机化合物，其中所述捕获是在小于将所述蛋从托盘传送到输送机所花费的时间段的时间段内执行。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述时间段小于5秒。

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