CN114907970A - 一种培养箱无菌检测机构及检测方法 - Google Patents

一种培养箱无菌检测机构及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种培养箱无菌检测机构及检测方法。包括：定位底座，与培养瓶形状适配，用于放置待检测的培养瓶；激光组件，发生的激光穿过培养瓶中的空气部分，根据吸收光谱判断微生物生长代谢的二氧化碳浓度；二氧化碳感应器，设置在培养瓶内的底部，根据微生物生长代谢的二氧化碳浓度发生颜色改变；相机，采集二氧化碳感应器的图像数据；数据处理装置，综合二氧化碳感应器的颜色和吸收光谱分析计算的二氧化碳浓度，获得最终的微生物生长判读结果。使用两种检测手段利于更早得出无菌检查样品的判读结果。代替人工检测，克服了经验需求和主观判断，能够及时判断并对微生物生长变化进行追溯。

Description

一种培养箱无菌检测机构及检测方法
技术领域
本发明涉及微生物检测领域，尤其涉及一种培养箱无菌检测机构及检测方法。
背景技术
无菌药品需要按照药典规定的方法进行无菌试验来确认产品的无菌是否合格。现有的方法是将样品接种于含有培养基的透明容器中，并放置于特定的恒温环境进行培养。若样品中含有可生长的微生物，在一定的时间内此类微生物通过增殖，将使培养基出现肉眼可见的浊度变化，据此来判断该样品的无菌是否合格。当容器中没有微生物时，培养基仍然呈清澈透明状。一个显而易见的事实是，此过程需要依赖于富有经验的专业人员进行频繁的观察，方能更早发现微生物的生长。受限于人员经验、观察时间的不确定性，导致无菌检查结果的判定存在主观性，时间滞后以及难以追溯等问题。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种微生物快速检测方法”，其公告号CN106556599B，在特异性液体培养基富集培养样品中目标微生物的整个过程中，使用一种由有机硅材料和颜色指示剂溶液组成的传感器来检测目标微生物生长时所代谢的小分子产物(例如二氧化碳、小分子酸)，此类代谢产物渗透进入传感器中导致传感器的颜色发生变化，以此来判断样品中是否存在目标微生物。该方案能有效缩短检测微生物所用的时间，但是该过程还是需要专业人员观察，观察时间不确定，存在时间滞后难以追溯的问题。
发明内容
本发明主要解决现有技术无菌培养的微生物生长观察受限于人员经验、观察时间的不确定性，导致无菌检查结果的判定存在主观性，时间滞后以及难以追溯的问题；提供一种培养箱无菌检测机构及检测方法，实现药品无菌检查自动判读的方法，提高判定准确性，以降低对操作人员经验的依赖。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种培养箱无菌检测机构，包括：
定位底座，与培养瓶形状适配，用于放置待检测的培养瓶；
激光组件，发生的激光穿过培养瓶中的空气部分，根据吸收光谱判断微生物生长代谢的二氧化碳浓度；
二氧化碳感应器，设置在培养瓶内的底部，根据微生物生长代谢的二氧化碳浓度发生颜色改变；
相机，采集二氧化碳感应器的图像数据；
数据处理装置，综合二氧化碳感应器的颜色和吸收光谱分析计算的二氧化碳浓度，获得最终的微生物生长判读结果。
本方案通过二氧化碳感应器和半导体吸收光谱技术两种技术分别检测培养瓶中底部与顶部空气中微生物代谢的二氧化碳浓度，由于微生物生长特性的不同，有些微生物悬浮在培养基液面生长产生CO2后快速发散在顶空被更早检测到，或代谢产物使感应器变色不明显而使顶空CO2被更早检测到，此时顶空CO2检测结果更早，而有些微生物代谢产物排放在培养基液体中使感应器更早被检测到，此时图像视觉检测结果更早，使用两种检测手段利于更早得出无菌检查样品的判读结果。代替人工检测，克服了经验需求和主观判断，能够及时判断并对微生物生长变化进行追溯。
作为优选，还包括将相机罩在内的防尘罩。防止灰尘影响相机的检测性能。
作为优选，所述的激光组件包括：
激光发射器，发射激光束穿过培养瓶顶部的空气部分；
聚光结构，将穿过培养瓶后被折射的光聚集到激光接收器的接收区域；
激光接收器，接收经过聚光结构聚集的激光束。
由于无菌检查培养瓶为圆形透明材质，激光束穿过培养瓶时会发生折射，导致穿过培养瓶的激光束未全部落在接收器的接收区域内，接收器的数据处理模块带有自校准功能，若激光束大部分落在接收区域内，可保证所测数据的准确性，若超过一定比例，则自校准模块失效，测试数据失真，易造成判读结果错误，通过聚光结构，使大部分激光束都落在接收区域内，获取相对稳定准确的数据。
作为优选，所述的培养瓶底部设置存储有样品信息的条码，样品信息包括类型、培养温度和生产日期。
相机识别底部的条码，获得样品信息，确认样品是何种类型培养瓶，厌氧或是需氧，判断实际温度和设置的培养温度是否对应，辨别当前时间和培养瓶本身条码内含的生产日期信息，确认样品培养瓶是否过期。
作为优选，所述的定位底座包括环形支撑部，环形支撑部用于支撑培养瓶，环形支撑部的中间镂空部分为相机提供获取培养瓶底部图像数据的检测区域；检测机构还包括用于检测培养瓶放置是否到位的位移传感器。
通过激光测距的位移传感器判断培养瓶是否到位，到位后相机通过环形支撑部的镂空部分获取二氧化碳感应器的颜色和条码信息。
作为优选，所述的环形支撑部上均匀设置有若干的应变片。
在环形底座上设置应变片，根据返回的数据获得培养瓶放置的压力分布数据，以此判断培养瓶是否放置倾斜，保证底部的相机能获得有效的二氧化碳感应器的颜色数据和条码的信息。
一种培养箱无菌检测方法，包括以下步骤：
S1：检测准备阶段；将样品信息录入后上料，设置培养过程参数；培养过程参数包括培养温度、检测间隔时间和培养时间等参数。
S2：信息检测阶段；根据条码中的样品信息与实际参数进行样品信息异常检测和培养瓶合格检测；
S3：微生物检测阶段；通过相机获取二氧化碳感应器的图像数据，通过激光组件的吸收光谱计算获取二氧化碳浓度数据，对比两种检测手段的数据分析结果，得到最终判读结果；
S4：判读结果处理阶段；将判读结果实时发予远程手机端，直至完成该批次所有样品的判读，输出相应的检测报告。
本方案通过二氧化碳感应器和半导体吸收光谱技术两种技术分别检测培养瓶中底部与顶部空气中微生物代谢的二氧化碳浓度，由于微生物生长特性的不同，有些微生物悬浮在培养基液面生长产生CO2后快速发散在顶空被更早检测到，或代谢产物使感应器变色不明显而使顶空CO2被更早检测到，此时顶空CO2检测结果更早，而有些微生物代谢产物排放在培养基液体中使感应器更早被检测到，此时图像视觉检测结果更早，使用两种检测手段利于更早得出无菌检查样品的判读结果。代替人工检测，克服了经验需求和主观判断，能够及时判断并对微生物生长变化进行追溯。
作为优选，所述的样品信息异常检测包括：
根据条码信息，确认该样品是否已经录入信息至设备中，若未录入，则警示重新进行样品信息录入；
确认样品类型、温度与设置的培养温度是否对应，若不对应，则警示重新放入对应温度的培养腔室或重新设置培养温度；
所述的培养瓶合格检测包括：
比对当前时间和培养瓶条码内含的生产日期信息，确认样品培养瓶是否过期，若过期，则不合格警示，提示操作人员进行处理；
通过相机采集培养瓶底部感应器的初始图像，确认感应器颜色是否为出厂时的标准颜色，若不合格，则警示操作人员进行处理。
保证初始信息无误。
作为优选，两种检测手段获得的数据通过若干算法进行分析，分别给出检测结果，算法包括：滑动窗口均值、滑动窗口方差、滑动窗口最大差值、当前数值与最小值差值以及额定时间内生长速率；
若前数据为Rx，滑动窗口长度为n，则滑动窗口内的数据为Rx-n+1，Rx-n+2，……，Rx；当滑动窗口均值M滑均大于等于微生物生长均值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
当滑动窗口均方差
Figure BDA0003625647890000041
大于等于微生物生长均方差分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
当滑动窗口最大差值D滑差大于等于微生物生长最大滑差分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
D滑差＝R滑max-R滑min
其中，R滑max为滑动窗口中的最大值；
R滑min为滑动窗口中的最小值；
当前数值与最小值差值D差大于等于微生物生长差值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
D差＝Rx-R滑min
当一定时间内生长速率K大于等于微生物生长差值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
K＝Rx/Rx-m
其中，Rx-m为额定时间前所测的数据。
作为优选，相机获取二氧化碳感应器图像数据的具体过程为：
相机抓取条码的边界特征，识别边界内的条码信息；
抓取以条码边界为内环的环形检测区域，均匀采集环形检测区域内多个点的感应器图像；将感应器图像转为代表颜色的数值；
将多个点的数值作均值处理，对应条码信息进行存储。
该方案有效解决感应器局部未变色及瓶底局部被污染导致测试结果异常等问题，优于直接采取环形区域图像数值(即随机采点获取数据)，数据更加平稳。
本发明的有益效果是：
1.通过二氧化碳感应器和半导体吸收光谱技术两种技术分别检测培养瓶中底部与顶部空气中微生物代谢的二氧化碳浓度，使用两种检测手段利于更早得出无菌检查样品的判读结果。
2.代替人工检测，克服了经验需求和主观判断，能够及时判断并对微生物生长变化进行追溯。
3.通过聚光结构，使大部分激光束都落在接收区域内，获取相对稳定准确的数据。
4.将感应器颜色的多个点数值作均值处理，对应条码信息进行存储；有效解决感应器局部未变色及瓶底局部被污染导致测试结果异常等问题，数据更加平稳。
附图说明
图1是本发明的一种无菌检测机构的结构示意图。
图2是本发明的一种激光检测组件设置示意图。
图3是本发明培养瓶底部示意图。
图4是本发明的一种无菌检测方法流程图。
图5是本发明聚光结构实施前使用激光组件检测二氧化碳浓度的数据曲线图。
图6是本发明聚光结构实施后使用激光组件检测二氧化碳浓度的数据曲线图。
图7是本发明的一种微生物生长实测曲线。
图8是本发明的另一种微生物生长实测曲线。
图9为本发明黑曲霉菌采用相机识别感应器颜色的检测数据曲线。
图10为本发明黑曲霉菌采用光谱吸收检测二氧化碳浓度的检测数据曲线。
图11为本发明痤疮丙酸霉菌采用相机识别感应器颜色的检测数据曲线。
图12为本发明痤疮丙酸霉菌采用光谱吸收检测二氧化碳浓度的检测数据曲线。
图中1.培养瓶，2.定位底座，3.激光发射器，4.激光接收器，5.相机，6.防尘罩，7.聚光结构，8.二氧化碳感应器，9.条码。
图7、图8中，A.M滑均判读点，B.
Figure BDA0003625647890000051
判读点，C.D滑差判读点，D.D差判读点，E.K判读点。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：
本实施例的一种培养箱无菌检测机构，如图1所示，包括培养瓶1、定位底座2、激光组件、相机5和防尘罩。
定位底座2上设置有与培养瓶1形状适配的定位孔，用于放置待检测的培养瓶1；激光组件包括激光发射器3和激光接收器4，激光发射器3和激光接收器4分别架设在培养瓶1的两侧，激光发射器3发射的激光束穿过培养瓶1顶部的空气被激光接收器4接收。
相机5设置在定位底座2的下方，用于拍摄培养瓶1底部的图像数据。防尘罩6罩设在相机外，防止灰尘影响相机5的检测性能。
如图2所示，激光组件还包括聚光结构7，在本实施例中，聚光结构7为凸透镜，聚光结构7将穿过培养瓶后被折射的光聚集到激光接收器的接收区域；激光组件根据吸收光谱判断微生物生长代谢的二氧化碳浓度，从而判断微生物的生长情况。
由于无菌检查培养瓶为圆形透明材质，激光束穿过培养瓶1时会发生折射，导致穿过培养瓶1的激光束未全部落在激光接收器4的接收区域内，接收器的数据处理模块带有自校准功能，若激光束大部分落在接收区域内，可保证所测数据的准确性，若超过一定比例，则自校准模块失效，测试数据失真，易造成判读结果错误，通过聚光结构7使大部分激光束都落在接收区域内，对比图5和图6使用聚光结构7前后的数据对比能够知道，使用聚光结构后能够获取相对稳定准确的数据，减少了异常的突起数据，
在培养瓶1内的底部还设置有二氧化碳感应器8，二氧化碳感应器8根据微生物生长代谢的二氧化碳浓度发生颜色改变；相机5采集二氧化碳感应器8的图像数据，根据其颜色的变化判断微生物生长代谢的二氧化碳浓度变化，从而判断微生物的生长程度。
如图3所示，培养瓶1底部设置存储有样品信息的条码9，样品信息包括类型、培养温度和生产日期。
在本实施例中，条码9设置在培养瓶1底部的中心，条码9检测区域与二氧化碳感应器8检测区域构成了同心圆。
相机5识别底部的条码9，获得样品信息，确认样品是何种类型培养瓶，厌氧或是需氧，判断实际温度和设置的培养温度是否对应，辨别当前时间和培养瓶本身条码内含的生产日期信息，确认样品培养瓶是否过期。
为了保证相机5的识别性能，定位底座2包括环形支撑部，环形支撑部用于支撑培养瓶1，环形支撑部的中间镂空部分为相机提供获取培养瓶底部图像数据的检测区域。
本实施例的检测机构还包括用于检测培养瓶放置是否到位的位移传感器。通过激光测距的位移传感器判断培养瓶是否到位，到位后相机通过环形支撑部的镂空部分获取二氧化碳感应器的颜色和条码信息。
本实施例的检测机构还包括数据处理装置，数据处理装置应用设置的检测方法综合二氧化碳感应器的颜色和吸收光谱分析计算的二氧化碳浓度，获得最终的微生物生长判读结果。
通过二氧化碳感应器和半导体吸收光谱技术两种技术分别检测培养瓶中底部与顶部空气中微生物代谢的二氧化碳浓度，由于微生物生长特性的不同，有些微生物悬浮在培养基液面生长产生CO2后快速发散在顶空被更早检测到，或代谢产物使感应器变色不明显而使顶空CO2被更早检测到，此时顶空CO2检测结果更早，而有些微生物代谢产物排放在培养基液体中使感应器更早被检测到，此时图像视觉检测结果更早，使用两种检测手段利于更早得出无菌检查样品的判读结果。代替人工检测，克服了经验需求和主观判断，能够及时判断并对微生物生长变化进行追溯。
如图4所示，本实施例的一种培养箱无菌检测方法，包括以下步骤：
S1：检测准备阶段。将样品信息录入后上料，设置培养过程参数；培养过程参数包括培养温度、检测间隔时间和培养时间等参数。
开始：准备好已经完成接种的无菌检查培养瓶样品。
样品信息录入：用扫码枪扫描样品上的条码，录入样品具体信息。
上料：解开门电子锁，打开门，解除托盘滑轨锁止机构，抽出托盘，放入样品，推回托盘，关闭门。
参数设置：设置培养温度、检测间隔时间、培养时间等参数。
设备开启：手动或自动输入该次培养批号，设备开启自动运行。
上料仓位及异常检测：XYZ移动平台带动位移传感器检测托盘上样品的放置位置，以便电动夹爪精准高效地抓取既定位置的样品去检测位检测；若样品在托盘上放置异常，则设备停止警示，操作人员对异常样品进行重新上料。
S2：信息检测阶段。
根据条码中的样品信息与实际参数进行样品信息异常检测和培养瓶合格检测。
样品信息异常检测：设备自动检测样品上的条码信息，确认该样品是否已经录入信息至设备中，若未录入，则警示重新进行样品信息录入；确认样品是何种类型培养瓶，厌氧或是需氧，和设置的培养温度是否对应，若不对应则警示重新放入对应温度的培养腔室或重新设置培养温度。
样品培养瓶合格检测：通过系统自动辨别当前时间和培养瓶本身条码内含的生产日期信息，确认样品培养瓶是否过期，若过期则不合格警示，提示操作人员进行处理；通过视觉采集培养瓶底部感应器的初始图像，确认感应器颜色是否为出厂时的标准颜色，若不合格则警示操作人员进行处理。
S3：微生物检测阶段。
通过相机获取二氧化碳感应器的图像数据，通过激光组件的吸收光谱计算获取二氧化碳浓度数据，对比两种检测手段的数据分析结果，得到最终判读结果。
数据实时检测采集：由视觉相机进行瓶底条码的检测并采集感应器的图像，同时半导体吸收光谱技术元件检测瓶内顶空二氧化碳浓度，数据与条码一一对应，每完成一轮数据检测采集，系统自动识别设置的培养温度，若20-25℃则对应需氧培养瓶，开启摇床促培养，若30-35℃则对应厌氧培养瓶，培养液中有厌氧层则不开启摇床；直至下一次检测间隔时间，开启新一轮的检测。摇床具有促进微生物生长作用，开启摇床有利提早发现微生物的生长。
相机获取二氧化碳感应器图像数据的具体过程为：
相机抓取条码的边界特征，识别边界内的条码信息；
抓取以条码边界为内环的环形检测区域，均匀采集环形检测区域内多个点的感应器图像；将感应器图像转为代表颜色的数值；
将多个点的数值作均值处理，对应条码信息进行存储。
该方案有效解决感应器局部未变色及瓶底局部被污染导致测试结果异常等问题，优于直接采取环形区域图像数值(即随机采点获取数据)，数据更加平稳。
数据分析检测：基于多种算法分析两种检测手段所获得的数据，并获得相应的数据分析结果。
两种检测手段获得的数据通过若干算法进行分析，分别给出检测结果，算法包括：滑动窗口均值、滑动窗口方差、滑动窗口最大差值、当前数值与最小值差值以及额定时间内生长速率。
若前数据为Rx，滑动窗口长度为n，则滑动窗口内的数据为Rx-n+1，Rx-n+2，……，Rx。
当滑动窗口均值M滑均大于等于微生物生长均值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性。
Figure BDA0003625647890000081
当滑动窗口均方差
Figure BDA0003625647890000082
大于等于微生物生长均方差分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性。
Figure BDA0003625647890000083
当滑动窗口最大差值D滑差大于等于微生物生长最大滑差分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性。
D滑差＝R滑max-R滑min
其中，R滑max为滑动窗口中的最大值；
R滑min为滑动窗口中的最小值；
当前数值与最小值差值D差大于等于微生物生长差值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
D差＝Rx-R滑min
当一定时间内生长速率K大于等于微生物生长差值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
K＝Rx/Rx-m
其中，Rx-m为额定时间前所测的数据。
判读结果输出：对比两种检测手段的数据分析结果，给出最终判读结果。
不同的微生物生长特性不同，会形成不同的生长曲线，采用多种算法利于更早检出培养瓶中是否有微生物生长。如图7、图8所示的两种实测曲线为例，不同的算法检出阳性时间不同。对于生长曲线急速上升，一定时间内生长速率到达阈值的算法最先检出，对于中间小幅度上升后续缓慢上升的曲线，滑动窗口方差算法最先检出，因此多种算法结合可以有效尽早检出不同微生物的生长。
S4：判读结果处理阶段；将判读结果实时发予远程手机端，直至完成该批次所有样品的判读，输出相应的检测报告。
判读结果处理：系统具有远程通讯模块，可根据需求将判读结果发予远程手机端，以便实时获取结果信息。若全部阴性，则系统继续运行判读；若发现阳性结果，则设备发出声光警示并远程通知手机端用户及时处理阳性结果带来的影响。
完成：完成该批次所有样品的培养判读，输出相应的检测报告。
经过算法分析后给出了两种检测手段各自的检测结果，由于微生物生长特性的不同，有些微生物悬浮在培养基液面生长产生CO2后快速发散在顶空被更早检测到，或代谢产物使感应器变色不明显而使顶空CO2被更早检测到，此时顶空CO2检测结果更早，而有些微生物代谢产物排放在培养基液体中使感应器更早被检测到，此时图像视觉检测结果更早，本实施例使用两种检测手段利于更早得出无菌检查样品的判读结果。
如图9和图10所示的黑曲霉菌的检测数据，底部感应器的检出时间约在第5天，而顶空CO2的检出时间约在第8天，属于典型的培养瓶底部感应器变化会优于顶部空气中CO2浓度变化。
如图11和图12所示的痤疮丙酸霉菌的检测数据，顶空CO2的检出时间约在第7天，底部感应器R值上升变化不明显，检出时间约在第9天，属于典型培养瓶顶部空气中CO2浓度变化会优于底部感应器的变化。
采用两种不同的检测方法共同使用，能够适用于检测不同生长特性的微生物。
实施例二：
本实施例的一种培养箱无菌检测机构在环形支撑部上均匀设置有若干的应变片。
在环形底座上设置应变片，根据返回的数据获得培养瓶放置的压力分布数据，以此判断培养瓶是否放置倾斜，保证底部的相机能获得有效的二氧化碳感应器的颜色数据和条码的信息。
本实施例仅对环形支撑部的设计进行优化，其他内容同实施例一。
实施例三：
本实施例的一种培养箱无菌检测方法，对相机识别二氧化碳感应器颜色的检测手段进行优化，具体包括以下过程：
相机抓取条码的边界特征，识别边界内的条码信息；
抓取以条码边界为内环的环形检测区域，均匀采集环形检测区域内多个点的感应器图像；将感应器图像转为代表颜色的数值；
对比各点间的颜色数值差，若颜色数值差大于色差阈值，则相应的对相应的点附加标记flag加1；
遍历所有点后，判断各点的附加标记flag的值，若flag≥n/2，则剔除该点，其中，n为所有点的总数；
将剔除干扰点后的所有点的数值作均值处理，对应条码信息进行存储。
通过剔除干扰点，减少瓶局部变色对检测结果带来的影响。
本实施例仅对相机识别二氧化碳感应器颜色的检测手段进行优化，其他内容同实施例一。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，包括：
定位底座，与培养瓶形状适配，用于放置待检测的培养瓶；
激光组件，发生的激光穿过培养瓶中的空气部分，根据吸收光谱判断微生物生长代谢的二氧化碳浓度；
二氧化碳感应器，设置在培养瓶内的底部，根据微生物生长代谢的二氧化碳浓度发生颜色改变；
相机，采集二氧化碳感应器的图像数据；
数据处理装置，综合二氧化碳感应器的颜色和吸收光谱分析计算的二氧化碳浓度，获得最终的微生物生长判读结果。
2.根据权利要求1所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，还包括将相机罩在内的防尘罩。
3.根据权利要求1或2所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，所述的激光组件包括：
激光发射器，发射激光束穿过培养瓶顶部的空气部分；
聚光结构，将穿过培养瓶后被折射的光聚集到激光接收器的接收区域；
激光接收器，接收经过聚光结构聚集的激光束。
4.根据权利要求1所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，所述的定位底座包括环形支撑部，环形支撑部的中间镂空部分为相机提供获取培养瓶底部图像数据的检测区域；检测机构还包括用于检测培养瓶放置是否到位的位移传感器。
5.根据权利要求1或4所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，所述的培养瓶底部设置存储有样品信息的条码，样品信息包括类型、培养温度和生产日期。
6.根据权利要求5所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，所述的环形支撑部上均匀设置有若干的应变片。
7.一种培养箱无菌检测方法，采用如权利要求1～6中任意一项所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，包括以下步骤：
S1：检测准备阶段；将样品信息录入后上料，设置培养过程参数；
S2：信息检测阶段；根据条码中的样品信息与实际参数进行样品信息异常检测和培养瓶合格检测；
S3：微生物检测阶段；通过相机获取二氧化碳感应器的图像数据，通过激光组件的吸收光谱计算获取二氧化碳浓度数据，对比两种检测手段的数据分析结果，得到最终判读结果；
S4：判读结果处理阶段；将判读结果实时发予远程手机端，直至完成该批次所有样品的判读，输出相应的检测报告。
8.根据权利要求7所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，所述的样品信息异常检测包括：
根据条码信息，确认该样品是否已经录入信息至设备中，若未录入，则警示重新进行样品信息录入；
确认样品类型、温度与设置的培养温度是否对应，若不对应，则警示重新放入对应温度的培养腔室或重新设置培养温度；
所述的培养瓶合格检测包括：
比对当前时间和培养瓶条码内含的生产日期信息，确认样品培养瓶是否过期，若过期，则不合格警示，提示操作人员进行处理；
通过相机采集培养瓶底部感应器的初始图像，确认感应器颜色是否为出厂时的标准颜色，若不合格，则警示操作人员进行处理。
9.根据权利要求7所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，两种检测手段获得的数据通过若干算法进行分析，分别给出检测结果，算法包括：滑动窗口均值、滑动窗口方差、滑动窗口最大差值、当前数值与最小值差值以及额定时间内生长速率；
若前数据为Rx，滑动窗口长度为n，则滑动窗口内的数据为Rx-n+1，Rx-n+2，……，Rx；
当滑动窗口均值M滑均大于等于微生物生长均值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
当滑动窗口均方差
Figure FDA0003625647880000021
大于等于微生物生长均方差分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
当滑动窗口最大差值D滑差大于等于微生物生长最大滑差分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
D滑差＝R滑max-R滑min
其中，R滑max为滑动窗口中的最大值；
R滑min为滑动窗口中的最小值；
当前数值与最小值差值D差大于等于微生物生长差值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
D差＝Rx-R滑min
当一定时间内生长速率K大于等于微生物生长差值分界值时，该数据对应的样品检测为阳性，否则为阴性；
K＝Rx/Rx-m
其中，Rx-m为额定时间前所测的数据。
10.根据权利要求7所述的一种培养箱无菌检测机构，其特征在于，相机获取二氧化碳感应器图像数据的具体过程为：
相机抓取条码的边界特征，识别边界内的条码信息；
抓取以条码边界为内环的环形检测区域，均匀采集环形检测区域内多个点的感应器图像；
将感应器图像转为代表颜色的数值；
将多个点的数值作均值处理，对应条码信息进行存储。
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CN117551542A (zh) * 2024-01-13 2024-02-13 江苏中盛医学诊断试剂有限公司 基于激光技术的微生物培养识别监测系统
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