CN114689523A - 光学检测食源性致病菌的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学检测食源性致病菌的系统和方法，系统包括显微镜本体，包括底座、支撑臂、目镜和载物台，载物台上设有用于夹持载玻片的夹持部，载玻片上设有食源性致病菌菌液样本和营养液，显微镜本体具有连通载玻片和目镜的第一光路；系统还包括：照明组件，对载玻片进行照明，经过菌液样本和营养液的光线形成光程差，照明组件根据光程差对食源性致病菌进行光能表征并形成相差，得到灰度图像；高光谱成像仪，用于筛选经过载玻片的光线；摄像组件，获取经过高光谱成像仪的图像数据；表征模块，将图像数据与细胞超立方体数据中的数据进行比对，获得食源性致病菌的表征数据。本申请能够通过控制明场和暗场实现对于食源性致病菌的检测。

Description

光学检测食源性致病菌的系统和方法

技术领域

本申请属于涉及高通量的食源性致病菌快速检测技术领域，具体涉及一种光学检测食源性致病菌的系统和方法。

背景技术

食源性致病菌是导致食物中毒和食源性疾病的重要诱因，严重威胁着消费者的生命健康，如何实现各类致病性微生物的早期快速检测是全球食品安全面临的挑战之一。食源性致病菌通常体型微小，以食物为载体潜入人体快速繁殖，诱发诸如恶心、呕吐、急性肠胃炎、出血性腹泻、肾或肝衰竭、甚至癌症等各类疾病。目前我国的食源性致病菌检测主要通过事后流行病学调查的方式进行，存在较长的检测周期，易错过防控食源性疫情爆发的最佳时机。

目前，食源性致病菌检测的金标准是分离培养检测法。虽然该检测方法结果可靠，但是需要经历分离、培养、菌落观察、生化鉴定等步骤，无法满足快速检测的需求。为加快检测速度，近年来普遍采用基于抗体或者核酸的生化类检测方法，该类方法特异性强，但是破坏性的检测方式无法有效判断活死菌，假阳性问题频发。基于免疫学的生物传感检测技术成为新的发展趋势，但是各类生物传感器制备繁琐，分析过程复杂。现有检测手段无法在时效性、特异性和通用性之间平衡，导致严重的误检、漏检和无效检测等问题，引发公众焦虑。低浓度下未能及时检出的各类食源性致病菌，会潜伏在食品中隐性蔓延，严重威胁着广大人民群众的身体健康和生命安全。食源性致病菌检测慢、检测难的痛点严重制约我国食品相关产业的健康发展，如何采用更加智慧的手段实现各类致病菌及时有效的检测，成为当前食品安全领域面临的挑战。

实现更加早期(如细胞阶段)的致病菌光学或光谱数据采集成为挑战，显微镜成像技术作为一种光学观测手段被用于食源性致病菌检测鉴别任务。但是，目前常规显微镜技术无法直接对透明的致病菌细胞进行清晰成像，因此需要借助荧光染料或抗体对细胞进行标记，从而实现致病菌细胞的观测和种类鉴定。然而，荧光染料通常具有毒性，易导致细胞凋亡，不利于实验的复现和深入研究。另一种方法是将非侵入式的高光谱检测技术延伸至显微尺度，利用光谱学的方法实现低浓度食源性致病菌的检测。如专利CN201310309189.8采用了拉曼光谱技术辅助显微镜成像，然而传统拉曼散射技术成像速度缓慢，新型基于纳米材料的增强型拉曼技术依然会面临细胞凋亡等难题，不易于食源性致病菌细胞级别的检测。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请的一个目的在于提供一种光学检测食源性致病菌的系统的新技术方案。

本申请的另一个目的在于提供一种光学检测食源性致病菌的方法。

根据本申请第一方面实施例的光学检测食源性致病菌的系统，包括显微镜本体，所述显微镜本体包括底座、支撑臂、目镜和载物台，所述载物台设于所述支撑臂且与所述底座间隔开相对设置，所述载物台上设有用于夹持载玻片的夹持部，所述载玻片上设有食源性致病菌菌液样本和营养液，所述显微镜本体具有连通所述载玻片和所述目镜的第一光路，所述目镜能够观测所述载玻片；所述系统还包括：照明组件，所述照明组件设于所述底座且能够发出光线，所述光线能够穿过所述载物台并对所述载玻片进行照明，经过所述菌液样本和所述营养液的所述光线形成光程差，所述照明组件根据所述光程差对所述食源性致病菌进行光能表征并形成相差，得到灰度图像；高光谱成像仪，所述高光谱成像仪设于所述支撑臂并与所述照明组件的位置相对应，所述高光谱成像仪用于筛选经过所述载玻片的光线；摄像组件，所述摄像组件设于所述支撑臂，所述摄像组件用于获取经过所述高光谱成像仪的图像数据；表征模块，所述表征模块获取所述图像数据，并将所述图像数据与细胞超立方体数据中的数据进行比对，获得所述食源性致病菌的表征数据。

根据本申请实施例的光学检测食源性致病菌的系统采用显微镜本体、照明组件和摄像组件相结合，通过照明组件和高光谱成像仪等相配合，有利于生成背景为暗场，被测样本为明场的信号的特殊图像，从而有利于实现对于致病菌单细胞级别的检测识别。

根据本申请一个实施例，所述照明组件包括：光源，所述光源能够发出光线；光线导向件，所述光线导向件位于所述光源和所述载物台之间，所述光线导向件能够将所述光源发出的光线导向至所述载玻片。

根据本申请一个实施例，所述光线导向件包括光线传输光纤，所述光线传输光纤的第一端朝向所述光源，所述光线传输光纤的第二端朝向所述载玻片。

根据本申请一个实施例，所述光线传输光纤的数量为多个，多个所述光线传输光纤组成了光纤束，所述光纤束的下端朝向所述光源所在方向延伸，所述光纤束的上端朝向所述载玻片所在方向延伸。

根据本申请一个实施例，所述高光谱成像仪包括声光换能器，在沿着从所述光源向所述载物台的方向，所述光纤束能够将光线均匀送入所述食源性致病菌菌液样本的内部，并能够与所述声光换能器形成重合焦面，从而构建一个环形的光场。

根据本申请一个实施例，所述光线导向件还包括：棱镜组件，所述棱镜组件设于所述载物台和所述光线导向件之间，所述棱镜组件具有入射面和出射面，所述入射面与所述光线传输光纤的第二端相对设置，所述出射面与所述载玻片相对设置。

根据本申请一个实施例，所述系统还包括：遮光器，所述遮光器内限定有进光通道，所述遮光器设于所述载物台和所述照明组件之间，所述进光通道的第一端与所述照明组件相对设置，所述进光通道的第二端与所述载玻片相对设置。

根据本申请一个实施例，所述显微镜本体还包括镜筒，所述显微镜本体具有连通所述载物台和所述镜筒的第二光路，所述第二光路与所述第一光路之间可切换，所述摄像组件包括：增强型电荷耦合相机，所述增强型电荷耦合相机能够通过所述第二光路获取所述食源性致病菌样本的图像，所述增强型电荷耦合相机与所述高光谱成像仪电连接。

根据本申请第二方面实施例的光学检测食源性致病菌的方法，包括以下步骤：S1、在载物台上固定有载玻片，所述载玻片上设有食源性致病菌菌液样本和营养液；S2、通过位于所述载物台的下方的照明组件对所述载玻片进行照明，经过所述菌液样本和所述营养液的光线形成光程差，所述照明组件根据所述光程差对所述食源性致病菌进行光能表征并形成相差，得到灰度图像；S3、通过高光谱成像仪筛选经过所述载玻片的光线；S4、通过摄像组件获取经过所述高光谱成像仪的图像数据；S5、通过表征模块获取所述图像数据，并将所述图像数据与细胞超立方体数据中的数据进行比对，获得所述食源性致病菌的表征数据。

根据本申请一个实施例，所述照明组件包括光纤束和棱镜组件，所述棱镜组件包括反光棱镜，所述光纤束包括光线传输光纤，在步骤S2中，通过所述光纤束和所述棱镜组件使光束进入所述载玻片。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的光学检测食源性致病菌的系统的结构示意图；

图2(a)至图2(b)是根据本申请的一个实施例的采集获得的几种典型食源性致病菌细胞的高光谱图像及光谱数据,其中，①为金黄色葡萄球菌图像，②为单增李斯特氏菌图像，③为大肠埃希氏菌图像；

图3(a)至图3(c)为基于主成分分析法对三种不同食源性致病菌的分析结果图。

其中，图3(a)为PCA降维散点分布图，横坐标PC-1表示第一主成分，纵坐标PC-2表示第二主成分，图3(a)中的①代表金黄色葡萄球菌群体，②代表单增李斯特氏菌群体，③代表大肠埃希氏菌群体；图3(b)为各波段对于PCA分类结果的贡献率，其中横坐标Wavelengths表示波段信息，纵坐标则是贡献比率；图3(c)为各主成分对于原始数据的可解释能力，其中横坐标为主成分列表，纵坐标为可解释比率。

附图标记：

光学检测食源性致病菌的系统100；

显微镜本体10；底座11；支撑臂12；目镜13；载物台14；镜筒15；载玻片16；粗螺旋17；

照明组件20；

摄像组件30；增强型电荷耦合相机31；高光谱成像仪32；

棱镜组件40；

遮光器50。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考附图具体描述根据本申请实施例的光学检测食源性致病菌的系统100。

如图1所示，根据本申请实施例的光学检测食源性致病菌的系统100包括显微镜本体10、照明组件20、高光谱成像仪32、摄像组件30和表征模块。

具体而言，显微镜本体10包括底座11、支撑臂12、目镜13和载物台14，载物台14设于支撑臂12且与底座11间隔开相对设置，载物台14上设有用于夹持载玻片16的夹持部，载玻片16上设有食源性致病菌菌液样本和营养液，显微镜本体10具有连通载玻片16和目镜13的第一光路，目镜13能够观测载玻片16，照明组件20设于底座11且能够发出光线，光线能够穿过载物台14并对载玻片16进行照明，经过菌液样本和营养液的光线形成光程差，照明组件20根据光程差对食源性致病菌进行光能表征并形成相差，得到灰度图像，高光谱成像仪32设于支撑臂12并与照明组件20的位置相对应，高光谱成像仪32用于筛选经过载玻片16的光线，摄像组件30设于支撑臂12，摄像组件30用于获取经过高光谱成像仪32的图像数据，表征模块获取图像数据，并将图像数据与细胞超立方体数据中的数据进行比对，获得食源性致病菌的表征数据。

其中需要说明的是，本申请的系统100不仅可以用于食源性致病菌的检测，还可以用于其他能够观测的细胞。

根据本申请实施例的光学检测食源性致病菌的系统采用显微镜本体、照明组件和摄像组件相结合，通过照明组件和高光谱成像仪等相配合，有利于生成背景为暗场，被测样本为明场的信号的特殊图像，从而有利于实现对于致病菌单细胞级别的检测识别。

根据本申请的一个实施例，照明组件20包括光源和光线导向件，光源能够发出光线，光线导向件位于光源和载物台14之间，光线导向件能够将光源发出的光线导向至载玻片16。

也就是说，光源可以位于载物台14的下方，在光源发出光线后，通过光线导向件能够将光线引导至载玻片16，光线导向件对光线起到调整光路方向的作用。

可选的，光源为低能耗的卤钨灯光源，其中需要说明的是，为了保证细胞的活性，必须采用较小能量的光源照明，避免光能过热造成细胞损伤，但该做法使得细胞表面的成像信号变得极为微弱，难以捕捉。

在本申请的一些具体实施方式中，光线导向件包括光线传输光纤，光线传输光纤的第一端朝向光源，光线传输光纤的第二端朝向载玻片16，例如，光线传输光纤的第一端与光源连接，光源发出的光线通过光线传输光纤到达载玻片16。具体地，照明组件20从载物台14的底部发射光线，光线通过光线传输光纤传送，自下而上入射到载玻片16。

根据本申请的一个实施例，光线传输光纤的数量为多个，多个光线传输光纤组成了光纤束，光纤束的下端朝向光源所在方向延伸，光纤束的上端朝向载玻片16所在方向延伸，也就是说，多个光线传输光纤组成了光纤束，例如光纤束大致沿上下方向延伸，光纤束的下端与光源连接，光纤束的上端朝向载玻片16所在方向延伸。

在本申请的一些具体实施方式中，高光谱成像仪32包括声光换能器，在沿着从光源向载物台14的方向，光纤束能够将光线均匀送入食源性致病菌菌液样本的内部，并能够与声光换能器形成重合焦面，从而构建一个环形的光场。

根据本申请的一个实施例，光线导向件还包括棱镜组件40，棱镜组件40设于载物台14和光线导向件之间，棱镜组件40具有入射面和出射面，入射面与光线传输光纤的第二端相对设置，出射面与载玻片16相对设置。也就是说，光源发出的光线通过光线传输光纤的第一端流至入射面，经过棱镜组件40的传输，从出射面流至载玻片16。

在本申请的一些具体实施方式中，系统100还包括遮光器50，遮光器50内限定有进光通道，遮光器50设于载物台14和照明组件之间，进光通道的第一端与照明组件相对设置，进光通道的第二端与载玻片16相对设置。例如，从出射面流出的光线从进光通道的下端向上流入进光通道，并从进光通道的上端流出并流入入射面。

下面结合具体实施例对本申请的棱镜组件40、光线传输光纤、光源之间的配合关系进行举例说明。

光线从光源出发，通过光线传输光纤传送，自下而上入射到棱镜组件40的聚光镜形成散射光，菌液样本吸收部分光能形成透射光与入射光的光程差；营养液吸收极小部分光子，大部分光子信号直接透射至显微镜的光圈系统100，利用遮光器50进行屏蔽。为了保证细胞的活性，必须采用较小能量的光源照明，避免光能过热造成细胞损伤，但该做法使得细胞表面的成像信号变得极为微弱，难以捕捉。本发明通过添加特殊的暗场装置进行信号增强，暗场信号增强器将信号强度与光子能量进行逆运算增强细胞本体与背景之间的明暗振幅差，从而形成相差并进一步生成背景为暗场，被测样本为明场的信号的特殊图像。

其中，在棱镜组件40与光线传输光纤相配合时，光源可以从载物台14的下方发射光线，光线通过光线传输光纤传送，自下而上入射到棱镜组件40的聚光镜中形成散射光，利用透射光与入射光的光程差对待测菌液的细胞样本进行光能表征，并将信号强度与光子能量进行逆运算形成相差，生成背景为暗场、被测样本为明场的信号的特殊灰度图像。

根据本申请的一个实施例，显微镜本体10还包括镜筒15，显微镜本体10具有连通载物台14和镜筒15的第二光路，第二光路与第一光路之间可切换，摄像组件30包括：增强型电荷耦合相机31，增强型电荷耦合相机31能够通过第二光路获取食源性致病菌样本的图像，增强型电荷耦合相机31与高光谱成像仪32电连接，通过配置镜筒15，使得可以通过增强型电荷耦合相机31进行数字化图像采集。其中镜筒15的长度可以较长作为延长镜筒，有利于增强型电荷耦合相机31的设置。也就是说，增强型电荷耦合相机31能够通过第二光路获取食源性致病菌样本的图像，即通过增强型电荷耦合相机31进行数字化图像采集。

其中，增强型电荷耦合相机31具有高灵敏度，通过增强型电荷耦合相机31可以进行微弱信号的大通量快速采集。由于仅有数个不同波段的光线能够最终进入增强型电荷耦合成像装置，因此本申请利用高灵敏度的增强型增强型电荷耦合相机31进行信号捕捉。其中需要说明的是，传统增强型电荷耦合相机31无法对微弱的信号进行快速高通量的捕捉，其原因在于电子无法对于微弱强度信号进行快速叠加增益。通过降低温度能够有效地促进电子移动速度，通过设置倍增放大器循环能够实现电子增益，从而形成一种称为“片上增益”的现象，使得高吞吐量的高光谱数据采集成为可能。因此，本申请采用的增强型增强型电荷耦合相机31，其拥有更短的曝光时间和更快的采样速度，能够收集活体细胞的光谱数据，形成超立方体表征。

高光谱成像仪32与增强型电荷耦合相机31电连接，高光谱成像仪32能够获取食源性致病菌样本的高光谱图像数据。其中高光谱成像仪32可以选用AOTF高光谱成像仪32，AOTF高光谱成像仪32包含声光介质、换能器、终端等部件，其中换能器能够生成不同频率的声波震动，驱动声光晶体材料产生布拉格衍射，从而使得介质只能通过不同波长的光。对于从细胞样本表面出发的光线，通过AOTF高光谱成像仪32能够滤波成为不同波段的光线进入后续的增强型电荷耦合相机31中。

增强型电荷耦合相机31可以采用高性能EM增强型电荷耦合相机31，利用AOTF高光谱成像仪32和高性能EM增强型电荷耦合相机31协同工作采集细胞样本表面的微弱光能信号，通过堆叠不同波段16位图像形成高光谱超立方体数据矩阵用于单个细胞的光谱和图像表征。

此外，对光谱数据进行处理时，可以从细胞超立方体数据中抽取代表细胞的光谱数据，进行数据清洗、汇总、预处理和数据集划分，通过主成分分析法进行光谱建模判别分析。

本申请还公开了一种光学检测食源性致病菌的方法，该方法包括以下步骤：

S1、在载物台14上固定有载玻片16，载玻片16上设有食源性致病菌菌液样本和营养液。

S2、通过位于载物台14的下方的照明组件20对载玻片16进行照明，经过菌液样本和营养液的光线形成光程差，照明组件20根据光程差对食源性致病菌进行光能表征并形成相差，得到灰度图像。

S3、通过高光谱成像仪32筛选经过载玻片16的光线。

S4、通过摄像组件30获取经过高光谱成像仪32的图像数据。

S5、通过表征模块获取图像数据，并将图像数据与细胞超立方体数据中的数据进行比对，获得食源性致病菌的表征数据。

根据本申请的一个实施例，照明组件20包括光纤束和棱镜组件40，棱镜组件40包括反光棱镜，光纤束包括光线传输光纤，在步骤S2中，通过光纤束和棱镜组件40使光束进入载玻片16。

下面结合具体实施例对根据本申请实施例的光学检测食源性致病菌的方法进行详细说明。

实施例一

(1)打开系统100各部件电源，系统100初始化；

(2)显微镜光路设置为暗场模式，光源系统100放置远离显微镜主体避免热量灼伤细胞；

(3)使用移液枪吸出3μL将菌液混合样本放置于载玻片16中央，利用生物柜干燥制样，在实验前滴入2滴无菌水，使用盖玻片按压挤出多余气泡，在盖玻片上方滴入松柏油等待显微镜中的100X油镜观测。

(4)调节底部照明光纤和反光棱镜角度，确保光束能够正常进入遮光器50。

(5)调节载物台14的空间位置，使得载玻片16能够与100X油镜紧密接触，且保证载玻片16中央的菌液能够被观测到。

(6)通过目镜13系统100进行视野观测，先调节粗螺旋17进行细胞群落搜寻，再通过细螺旋精确定位细胞，使其能够在视野中进行观测。

(7)切换目镜13光路为增强型电荷耦合相机31光路，使用增强型电荷耦合相机31外接的计算机系统100进行观测，通过调节焦距保证被观测细菌细胞的清晰成像。

(8)打开高光谱成像仪32的操作软件，设置参数波长范围为450nm至800nm，空间分辨率为1004×1004像素，光谱分辨率为4nm。

(9)打开增强型增强型电荷耦合相机31的操作软件，设定参数增益为0.5％，曝光时间为250ms，帧率设定为100FPS，进行连续拍照，实现不同波段下图像数据的快速采集。

(10)微调载物台14的水平位置，使得显微镜视野观测更多的细胞图像，并进行图像采集。

(11)对采集获得的细胞超立方体数据进行光谱抽取，利用光谱学模型进行种类判别。

实施例2

采用与实施例1相同的步骤(1)至步骤(10)，除此以外，还包括以下步骤：

(11)重复上述步骤，对更多的致病菌样本进行图像和数据采集，直至完成。

(12)调节100X油镜至20X普通物镜，取出载玻片16，下调载物台14空间位置，关闭显微高光谱系统100的照明系统100，使用无纺布擦拭100X油镜。

(13)按序关闭高光谱成像仪32和增强型增强型电荷耦合相机31，等待10分钟后进行显微镜整体清洁，并盖上防尘布。

(14)将数据使用移动硬盘导出，并进行数据整理，形成被测样品的光谱数据集。

(15)将光谱数据集放入已建立的光谱学分析模型中，通过不同种类的细胞光谱库的自动搜寻，确定待测菌液的类型，并进行鉴定结果输出和展示。

其中，参照图1，在实施例1和实施例2中，均可以采用如下的系统100，系统100包括显微镜本体10、高光谱成像仪32、增强型增强型电荷耦合相机31等部件，各类部件按照图1所示进行搭建安装，显微镜的照明组件20、高光谱成像仪32、增强型电荷耦合相机31均有独立的电源部件，均为24V直流电，220V交流电用于外围计算机系统100等辅助设施工作。

如图1所示，显微镜包含各类光学器件，实施前应将物镜切换为20X放大倍数，目镜13切换至人工观察光路，载物台14应下移远离物镜系统100，棱镜组件40开启。

图1中高光谱成像仪32使用C-Mount接口与延长镜筒15进行连接，系统100采用声光衍射原理，将射频信号转换为不同频率的超声波进行光谱衍射，波段范围是450nm至800nm，光谱分辨率为4nm。。

图1中的增强型电荷耦合(Charge coupled device，增强型电荷耦合)相机与外部计算机系统100通过Ethernet连接，成像分辨率设定为1024*1024像素，通过自行编写的软件进行图像采集、传输和保存，默认输出格式为16位tif图像，最终每个细胞的输出数据为1024(长)×1024(宽)×16(bit)×89(波段)的超立方体矩阵。

图1中的棱镜组件40和照明组件20相配合，棱镜组件40主要由一系列聚光镜排列组合优化形成，主要功能将点光源发出的散射光线进行平行、遮挡、聚焦等过程，减少光能对于细菌活体细胞的灼伤，并增强光子透射细胞的信号强度。

图2中的细胞超立方体图像数据处理的过程，可以使用图像分割算法提取细胞的位置信息，然后将细胞位置所有像素的光谱数据进行平均取值并划分数据集，按照0.7:0.2:0.1的比例划定为训练集、验证集和测试集，并添加对应的种类标签数值。

图3中的光谱数据分析主要采用主成分分析法，通过正交矩阵的方式能够将高维的光谱特征线性压缩为数个主成分(Principal components,PCs)，通过使用PC1和PC2分别作为横坐标和纵坐标，各类致病菌群体通过散点的方式分布在PC区间中。

总而言之，根据本申请实施例的光线检测食源性致病菌的系统100和方法，解决了传统成像技术无法对于食源性致病菌进行快速表征的问题，具有非侵入性快速检测的显著优势。传统光学显微镜为明场照明，无法对透明的细胞进行高分辨率摄影，因为细胞本体和背景灰度值没有形成强烈对比。为了克服现有显微镜学和光谱学技术的不足，本申请提供了一种基于光谱算法技术和可见/近红外显微高光谱成像技术的致病菌检测方案。本发明在致病菌单细胞级别的检测识别中具有天然优势，本发明可以利用暗场显微镜技术突破传统光学在单细胞成像时的灵敏度和分辨率极限，并利用可见/近红外光谱技术在不牺牲显微镜高分辨率成像和损伤活体细胞的情况下添加光谱表征。通过对光谱数据进行智能建模，能够对不同类型致病菌的光谱特征进行快速匹配检测，实现致病菌检测分类的目的。因此，本申请具有无损伤、检测效率高、检测精度高的显著优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光学检测食源性致病菌的系统，其特征在于，包括显微镜本体，所述显微镜本体包括底座、支撑臂、目镜和载物台，所述载物台设于所述支撑臂且与所述底座间隔开相对设置，所述载物台上设有用于夹持载玻片的夹持部，所述载玻片上设有食源性致病菌菌液样本和营养液，所述显微镜本体具有连通所述载玻片和所述目镜的第一光路，所述目镜能够观测所述载玻片；所述系统还包括：

照明组件，所述照明组件设于所述底座且能够发出光线，所述光线能够穿过所述载物台并对所述载玻片进行照明，经过所述菌液样本和所述营养液的所述光线形成光程差，所述照明组件根据所述光程差对所述食源性致病菌进行光能表征并形成相差，得到灰度图像；

高光谱成像仪，所述高光谱成像仪设于所述支撑臂并与所述照明组件的位置相对应，所述高光谱成像仪用于筛选经过所述载玻片的光线；

摄像组件，所述摄像组件设于所述支撑臂，所述摄像组件用于获取经过所述高光谱成像仪的图像数据；

表征模块，所述表征模块获取所述图像数据，并将所述图像数据与细胞超立方体数据中的数据进行比对，获得所述食源性致病菌的表征数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述照明组件包括：

光源，所述光源能够发出光线；

光线导向件，所述光线导向件位于所述光源和所述载物台之间，所述光线导向件能够将所述光源发出的光线导向至所述载玻片。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光线导向件包括光线传输光纤，所述光线传输光纤的第一端朝向所述光源，所述光线传输光纤的第二端朝向所述载玻片。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光线传输光纤的数量为多个，多个所述光线传输光纤组成了光纤束，所述光纤束的下端朝向所述光源所在方向延伸，所述光纤束的上端朝向所述载玻片所在方向延伸。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述高光谱成像仪包括声光换能器，在沿着从所述光源向所述载物台的方向，所述光纤束能够将光线均匀送入所述食源性致病菌菌液样本的内部，并能够与所述声光换能器形成重合焦面，从而构建一个环形的光场。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光线导向件还包括：

棱镜组件，所述棱镜组件设于所述载物台和所述光线导向件之间，所述棱镜组件具有入射面和出射面，所述入射面与所述光线传输光纤的第二端相对设置，所述出射面与所述载玻片相对设置。

7.根据权利要求1-6中任一所述的光学检测食源性致病菌的系统，其特征在于，还包括：

遮光器，所述遮光器内限定有进光通道，所述遮光器设于所述载物台和所述照明组件之间，所述进光通道的第一端与所述照明组件相对设置，所述进光通道的第二端与所述载玻片相对设置。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述显微镜本体还包括镜筒，所述显微镜本体具有连通所述载物台和所述镜筒的第二光路，所述第二光路与所述第一光路之间可切换，所述摄像组件包括：

增强型电荷耦合相机，所述增强型电荷耦合相机能够通过所述第二光路获取所述食源性致病菌样本的图像，所述增强型电荷耦合相机与所述高光谱成像仪电连接。

9.一种光学检测食源性致病菌的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在载物台上固定有载玻片，所述载玻片上设有食源性致病菌菌液样本和营养液；

S2、通过位于所述载物台的下方的照明组件对所述载玻片进行照明，经过所述菌液样本和所述营养液的光线形成光程差，所述照明组件根据所述光程差对所述食源性致病菌进行光能表征并形成相差，得到灰度图像；

S3、通过高光谱成像仪筛选经过所述载玻片的光线；

S4、通过摄像组件获取经过所述高光谱成像仪的图像数据；

S5、通过表征模块获取所述图像数据，并将所述图像数据与细胞超立方体数据中的数据进行比对，获得所述食源性致病菌的表征数据。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述照明组件包括光纤束和棱镜组件，所述棱镜组件包括反光棱镜，所述光纤束包括光线传输光纤，在步骤S2中，通过所述光纤束和所述棱镜组件使光束进入所述载玻片。

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