一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，主要由激發(fā)光源、熒光濾片系統(tǒng)、光學(xué)信號采集系統(tǒng)、熒光生物指示劑、溫控系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、輸出結(jié)果組成。其主要原理和工作過程是：將經(jīng)過滅菌處理的生物指示劑插入本發(fā)明，在合適的溫度和培養(yǎng)液中芽孢萌發(fā)劑的作用下，芽孢開始萌發(fā)，并產(chǎn)生一種活性酶與培養(yǎng)基中添加的熒光物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，激發(fā)光源發(fā)出特定波長的激發(fā)光并照射熒光生物指示劑，熒光生物指示劑中的熒光物質(zhì)經(jīng)激發(fā)后，發(fā)出特定波長的熒光被數(shù)字化高靈敏度CCD所捕獲并成像，圖像處理系統(tǒng)對采集的圖像信息進行處理并對比分析，短時間內(nèi)判斷出滅菌是否有效的結(jié)果。
【專利說明】一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器
一、所屬

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，特別涉及一種用光學(xué)顯微技術(shù)和圖像處理技術(shù)來檢測滅菌是否合格的方法。

二、【背景技術(shù)】
[0002]自1880年查爾斯?張伯倫生產(chǎn)了第一臺壓力蒸汽滅菌器以來，研究人員就一直致力于發(fā)現(xiàn)能夠監(jiān)測滅菌效果的方法。為了能夠方便和快速地檢測到滅菌操作過程中所出現(xiàn)的滅菌問題，生物指示物獲得了極大的發(fā)展。目前生物指示劑被廣泛應(yīng)用于測試滅菌方法的有效性，通常情況下，將含有微生物孢子的生物指示劑暴露于某種滅菌劑，然后將暴露處理過的孢子置于能夠維持孢子發(fā)芽和微生物生長的環(huán)境中，從而確定暴露處理過的孢子的存活率，一般情況下，孢子比絕大多數(shù)的微生物更耐滅菌過程，因此認為，能夠殺死微生物孢子的滅菌方法同樣可以殺死其它任何污染的微生物。
[0003]醫(yī)院感染控制傳統(tǒng)采用對生物指示劑進行培養(yǎng)并檢測PH值是否改變的方式，其原理為:生物指示劑由載有細菌芽孢的菌片及內(nèi)含培養(yǎng)液的安瓿瓶組成，滅菌結(jié)束后，擠碎安瓿瓶，使菌片與培養(yǎng)液充分接觸。根據(jù)滅菌是否成功，會出現(xiàn)以下兩種情況:若滅菌失敗，芽孢并未全部死亡，則芽孢與培養(yǎng)液接觸后會有細菌生長，細菌生長時會排泄出酸性或堿性的物質(zhì)，這些物質(zhì)會改變培養(yǎng)液的Ph值，使培養(yǎng)液中所含的酸堿指示物變色。若滅菌成功，細菌芽孢已全部死亡，則細菌芽孢與培養(yǎng)液接觸后不會有細菌生長，培養(yǎng)液本身的Ph值不會改變，因此培養(yǎng)液的顏色不會發(fā)生變化，依然保持原來的顏色，以此來判定滅菌成功。
[0004]上述的這種常規(guī)方法需要24?48小時的培養(yǎng)，才能評估滅菌效果的有效性，這種方法傳統(tǒng)而有效，但存在的問題是所需時間過長，這顯然不能滿足醫(yī)院迫切需要知道滅菌結(jié)果的需求，所以，對能夠準確、快速判斷滅菌是否合格是醫(yī)療機構(gòu)普遍存在的需求，如何在較短時間內(nèi)判定滅菌的有效性一直是感控領(lǐng)域的難題。

三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對以上技術(shù)問題提供了一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，主要由激發(fā)光源、熒光濾片系統(tǒng)(包括激發(fā)濾片、阻斷濾片)、光學(xué)信號采集系統(tǒng)(高靈敏度CCD)、熒光生物指示劑、溫控系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、輸出結(jié)果組成:
[0006]I)熒光生物指示劑的熒光信號強度的質(zhì)量與激發(fā)光源的強度、波長有很大關(guān)系，本發(fā)明所選擇的激發(fā)光源為高壓汞燈，高壓汞燈能以最小的表面積釋放出最大數(shù)量的短光波，而且亮度大、性能穩(wěn)定。
[0007]2)熒光濾片系統(tǒng)的激發(fā)濾片裝在激發(fā)光源和熒光生物指示劑之間的濾片滑板中，其作用是吸收光源中波長較長的可見光，允許短于一定波長的光波通過，作為快速驗證滅菌效果的生物閱讀器的激發(fā)光。
[0008]3)熒光濾片系統(tǒng)的阻斷濾片裝在熒光生物指示劑和光學(xué)信號采集系統(tǒng)之間的光路滑板中，其作用是過濾背景干擾光強信號，只允許生物指示劑被激發(fā)后所產(chǎn)生的熒光通過，以獲得高清晰的熒光圖像。
[0009]4)光學(xué)信號采集系統(tǒng)由數(shù)字化高靈敏度CCD組成，位于阻斷濾片之后，其作用是對所激發(fā)的熒光信號進行捕捉并成像。
[0010]5)圖像處理系統(tǒng)的工作過程包括以下步驟:圖像存儲、信號放大、圖像預(yù)處理(包括圖像的平滑、銳化和直方圖化)、圖像的對比分析和判斷。
[0011]6)熒光生物指示劑由透明容器、含有芽孢的菌片和培養(yǎng)基組成，菌片上的芽孢可以是嗜熱脂肪芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌黑色變種、短小芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌或是以上菌體的組合，且在培養(yǎng)基中含有細菌芽孢萌發(fā)促進劑、營養(yǎng)物及熒光物質(zhì)。
[0012]7)溫控系統(tǒng)可以根據(jù)熒光生物指示劑的種類進行溫度調(diào)節(jié)，維持熒光生物指示劑中所含芽孢的正常萌發(fā)、生長所需的溫度。
[0013]8)輸出結(jié)果:對經(jīng)過圖像處理系統(tǒng)所得出的滅菌是否有效的判斷結(jié)果進行輸出，輸出裝置可以為蜂鳴器、打印設(shè)備、顯示器等，也可以是以上幾種裝置的組合形式。
[0014]光學(xué)信號采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)的主要工作步驟和作用過程，具體描述如下:
[0015]I)信號的采集與輸入
[0016]信號采集與輸入的具體過程為熒光生物指示劑經(jīng)激發(fā)光源激發(fā)后發(fā)出熒光，該熒光通過阻斷濾片，阻斷濾片對其背景干擾信號進行過濾，最終光學(xué)信號采集系統(tǒng)(高靈敏度CCD)捕捉到熒光信號并形成熒光圖像傳輸?shù)綀D像處理系統(tǒng)的存貯器中。該光學(xué)信號采集系統(tǒng)的信號采集每間隔一段時間進行一次，以備對圖像信號的變化與時間的關(guān)系進行分析。
[0017]2)熒光圖像的預(yù)處理
[0018]輸入到圖像處理系統(tǒng)中的熒光圖像，通常是模糊的熒光團，如同蒙上了一層薄霧，此時的圖像往往包含了各類噪聲甚至伴隨著失真、模糊等現(xiàn)象，圖像質(zhì)量并不符合圖像分析的要求，需要進行預(yù)處理，圖像預(yù)處理的主要任務(wù)是去除噪聲、圖像增強和圖像復(fù)原，并使圖像變換成標準形式，使特征提取、識別、測量變得簡單易行，圖像增強將感興趣信息突出，抑制或去除不需要的信息，以提高圖像使用價值，主要包括圖像的平滑，銳化等過程。
[0019]a)圖像的平滑，實際獲得的圖像在形成、傳輸、接收和處理過程中，不可避免地存在內(nèi)部和外部的干擾，圖像平滑的目的是去除噪聲改善圖像質(zhì)量，圖像受到的噪聲干擾來自成像系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)圖像噪聲的性質(zhì)，針對特定的噪聲模型，選擇相應(yīng)的圖像平滑算法，圖像的平滑可以在空間域進行，也可以在頻率域進行，在空間域，可采用多幅圖像平均、領(lǐng)域平均法和中值濾波法等實現(xiàn)去噪聲，在頻率域，噪聲主要對應(yīng)于頻譜中的高頻分量，適當衰減高頻分量和保留低頻分量，即可達到去除噪聲的效果。
[0020]b)圖像的銳化處理主要用于增強圖像中的輪廓邊緣、細節(jié)以及灰度跳變部分，形成完整的物體邊界，達到將目標從圖像背景中分離出來或?qū)⒈硎就荒繕吮砻娴膮^(qū)域檢測出來的目的，從空間域的處理角度出發(fā)，采用微分法，如梯度法、Roberts算子、Sobel算子以及Laplacian算子等，將空間域的圖像通過傅里葉變換成頻率域，由于圖像中的邊緣對應(yīng)于頻譜中的高頻分量，因此采用高通濾波器讓高頻分量通過，而抑制低頻分量，可使圖像的邊緣變得更清楚，從而實現(xiàn)圖像的銳化。
[0021]3)對圖像的對比分析和判斷
[0022]圖像處理系統(tǒng)對經(jīng)過預(yù)處理的熒光圖像信息做更進一步處理，實現(xiàn)數(shù)字化，最終熒光圖像根據(jù)光強度被轉(zhuǎn)化為O?255之間的灰度值，圖像處理系統(tǒng)中數(shù)字圖像的像素顏色的深淺程度是用灰度來表示的，一般將灰度值O對應(yīng)于黑點，將灰度值255對應(yīng)白點，按照這樣的約定，灰度值越小則目標越暗淡，或者采用相反的約定，灰度值越小則目標越明亮。對一幅圖像所包含的全體像素的灰度值做統(tǒng)計，用橫坐標表示灰度值，縱坐標表示圖像中具有該灰度值的像素數(shù)目，或表示具有某一灰度值的像素數(shù)目在總的像素數(shù)目中所占的比例，這樣繪制的曲線稱為圖像的灰度分布直方圖(可簡稱灰度直方圖)，灰度直方圖反映了一幅圖像中灰度值和出現(xiàn)這種灰度值的概率關(guān)系，反映圖像明暗程度、細節(jié)清晰度和動態(tài)范圍等圖像的整體性質(zhì)。將每一時間點采集的熒光圖像信息進行直方圖化，并對其進行比對分析，在一定的時間范圍內(nèi)(2h或3h)，如有芽孢萌發(fā)或微生物生長，在激發(fā)光的激發(fā)下，熒光生物指示劑會產(chǎn)生熒光，而且熒光強度會隨微生物數(shù)量的增長而不斷增大，其熒光圖像的灰度直方圖也會發(fā)生相應(yīng)的變化，經(jīng)圖像處理系統(tǒng)對其進行對比、分析、判斷，可得到陽性結(jié)果；反之，如果在滅菌過程中芽孢全部被殺滅，熒光生物指示劑則無熒光產(chǎn)生或只有背景熒光，其光強度不發(fā)生變化，熒光圖像的灰度直方圖也會在一定的范圍內(nèi)保持不變，因此就可判斷得出陰性結(jié)果。
[0023]本發(fā)明的原理和主要工作過程:將經(jīng)過滅菌處理的生物指示劑擠碎，按操作規(guī)程要求插入快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，在合適的溫度和培養(yǎng)液中芽孢萌發(fā)劑的作用下，芽孢開始萌發(fā)并繁殖，并產(chǎn)生一種活性酶與培養(yǎng)基中添加的熒光物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，此時快速驗證滅菌效果的生物閱讀器中的激發(fā)光源發(fā)出特定波長的激發(fā)光并照射熒光生物指示齊U，熒光生物指示劑中的熒光物質(zhì)經(jīng)激發(fā)后，發(fā)出特定波長的熒光并被本發(fā)明的光學(xué)信號采集系統(tǒng)的高靈敏度CCD所捕獲并成像，該信號采集動作每隔一個時間周期進行一次，并將形成的圖像傳遞給圖像處理系統(tǒng)的存儲器進行存儲。圖像處理系統(tǒng)對不同時間采集的圖像信息進行處理和對比分析，便可得到是否有芽孢萌發(fā)或細菌生長，由此得出細菌是否被徹底殺滅的結(jié)論。
[0024]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明與傳統(tǒng)驗證滅菌效果的檢測方法相比，所需時間由原來的24-48h縮短至2-3h，大大提高了滅菌結(jié)果檢測效率，解決了傳統(tǒng)滅菌檢測方法所存在的需求與檢測結(jié)果相脫節(jié)的矛盾，加快了醫(yī)院醫(yī)療器械的滅菌結(jié)果檢測時間，提高了醫(yī)療器械的發(fā)放速度，同時也為滅菌過程中所出現(xiàn)問題的及時解決和早期預(yù)防提供了便利。

四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是圖像處理系統(tǒng)的工作過程示意圖。

五、【具體實施方式】
[0027]取一定數(shù)量的生物指示劑對其進行滅菌處理，以壓力蒸汽滅菌方式為例，滅菌溫度設(shè)為121°C，滅菌時間分為3min和20min兩組，而且每組里都選定相同數(shù)量和同種類的生物指示劑。同時，對每組都準備一個經(jīng)過相同方式滅菌處理的對照組。按照美國藥典、IS011138-2、GB18281-2等標準中關(guān)于壓力蒸汽生物指示劑的規(guī)定，其存活時間應(yīng)大于等于
3.9min，殺滅時間應(yīng)小于19min，所以經(jīng)121°C，3min滅菌后生物指示劑中應(yīng)還有芽孢存活，以此模擬滅菌失敗的情況，而滅菌20min后，芽孢應(yīng)全部被殺死，以此作為滅菌成功的樣品組。對以上組分別滅菌處理完畢后，打開快速驗證滅菌效果的生物閱讀器的電源，通過溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)好適宜芽孢繁殖的溫度，依次將各非對照組的生物指示劑用專用擠碎器擠碎，放入快速驗證滅菌效果的生物閱讀器進行培養(yǎng)，光學(xué)信號采集系統(tǒng)每隔單位時間自動對熒光生物指示劑進行掃描采集圖像信息；圖像處理系統(tǒng)對每個時間點提取的圖像提取特征參數(shù)并進行比對分析，短時間(2h-3h)內(nèi)得出各組別生物指示劑的陰性或陽性的結(jié)果。依次準確記錄好各組別生物指示劑的陰性或陽性的結(jié)果。另外，將對照組的生物指示劑按傳統(tǒng)檢測滅菌結(jié)果的方式培養(yǎng)24-48h，以傳統(tǒng)的檢測PH值是否改變的方法再對其進行觀察，也依次記錄好各組別生物指示劑的PH值變色管顯示的結(jié)果，對比非對照組和對照組兩種檢測結(jié)果是否一致，也就是對比本發(fā)明和傳統(tǒng)方法兩種檢測結(jié)果是否一致，以確定快速驗證滅菌效果的生物閱讀器的檢測結(jié)果是否準確、有效。實驗結(jié)果表明:采用本發(fā)明所描述的滅菌指示結(jié)果與傳統(tǒng)檢測PH值改變與否的方法檢測結(jié)果完全一致。因此可用本發(fā)明代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滅菌檢測方法，在短時間內(nèi)指示滅菌效果是否合格。
【權(quán)利要求】
1.一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器主要由激發(fā)光源、熒光濾片系統(tǒng)(包括激發(fā)濾片、阻斷濾片)、光學(xué)信號采集系統(tǒng)(高靈敏度CCD)、熒光生物指示劑、溫控系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和輸出結(jié)果組成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，其特征在于:所述的熒光生物指示劑由透明容器、含有芽孢的菌片和培養(yǎng)基組成，且在培養(yǎng)基中含有細菌芽孢萌發(fā)促進劑、營養(yǎng)物及熒光物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，其特征在于:所述的光學(xué)信號采集系統(tǒng)由數(shù)字化高靈敏度CCD組成，位于阻斷濾片之后，其作用是對所激發(fā)的熒光信號進行捕捉并成像。
4.如權(quán)利要求1所述的一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，其特征在于:所述的圖像處理系統(tǒng)的工作過程包括以下步驟:圖像存儲、信號放大、圖像預(yù)處理(包括圖像的平滑、銳化和直方圖化)、圖像的對比分析和判斷。
5.如權(quán)利要求1所述的一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，其特征在于:所述的激發(fā)光源選擇的是高壓汞燈。
6.如權(quán)利要求1所述的一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，其特征在于:所述的熒光濾片系統(tǒng)的激發(fā)濾片裝在激發(fā)光源和熒光生物指示劑之間的濾片滑板中。
7.如權(quán)利要求1所述的一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，其特征在于:所述的熒光濾片系統(tǒng)的阻斷濾片裝在熒光生物指示劑和光學(xué)信號采集系統(tǒng)之間的光路滑板中。
8.如權(quán)利要求1所述的一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，其特征還在于:所述的溫控系統(tǒng)可以根據(jù)熒光生物指示劑的種類進行溫度調(diào)節(jié)，維持熒光生物指示劑中所含芽孢的正常萌發(fā)、生長所需的溫度。
【文檔編號】G01N21/64GK104237180SQ201310259368
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】李亞東, 王義鵬 申請人:北京白象新技術(shù)有限公司