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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，主要由激發光源、熒光濾片系統、光學信號采集系統、熒光生物指示劑、溫控系統、圖像處理系統、輸出結果組成。其主要原理和工作過程是：將經過滅菌處理的生物指示劑插入本發明，在合適的溫度和培養液中芽孢萌發劑的作用下，芽孢開始萌發，并產生一種活性酶與培養基中添加的熒光物質發生反應，激發光源發出特定波長的激發光并照射熒光生物指示劑，熒光生物指示劑中的熒光物質經激發后，發出特定波長的熒光被數字化高靈敏度CCD所捕獲并成像，圖像處理系統對采集的圖像信息進行處理并對比分析，短時間內判斷出滅菌是否有效的結果。
【專利說明】一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器
一、所屬

【技術領域】
[0001]本發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顯微技術和圖像處理技術來檢測滅菌是否合格的方法。

二、【背景技術】
[0002]自1880年查爾斯?張伯倫生產了第一臺壓力蒸汽滅菌器以來，研究人員就一直致力于發現能夠監測滅菌效果的方法。為了能夠方便和快速地檢測到滅菌操作過程中所出現的滅菌問題，生物指示物獲得了極大的發展。目前生物指示劑被廣泛應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芽和微生物生長的環境中，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]醫院感染控制傳統采用對生物指示劑進行培養并檢測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含培養液的安瓿瓶組成，滅菌結束后，擠碎安瓿瓶，使菌片與培養液充分接觸。根據滅菌是否成功，會出現以下兩種情況: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，這些物質會改變培養液的Ph值，使培養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，則細菌芽孢與培養液接觸后不會有細菌生長，培養液本身的Ph值不會改變，因此培養液的顏色不會發生變化，依然保持原來的顏色，以此來判定滅菌成功。
[0004]上述的這種常規方法需要24?48小時的培養，才能評估滅菌效果的有效性，這種方法傳統而有效，但存在的問題是所需時間過長，這顯然不能滿足醫院迫切需要知道滅菌結果的需求，所以，對能夠準確、快速判斷滅菌是否合格是醫療機構普遍存在的需求，如何在較短時間內判定滅菌的有效性一直是感控領域的難題。

三、
【發明內容】

[0005]本發明針對以上技術問題提供了一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器，主要由激發光源、熒光濾片系統(包括激發濾片、阻斷濾片)、光學信號采集系統(高靈敏度CCD)、熒光生物指示劑、溫控系統、圖像處理系統、輸出結果組成:
[0006]I)熒光生物指示劑的熒光信號強度的質量與激發光源的強度、波長有很大關系，本發明所選擇的激發光源為高壓汞燈，高壓汞燈能以最小的表面積釋放出最大數量的短光波，而且亮度大、性能穩定。
[0007]2)熒光濾片系統的激發濾片裝在激發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光。
[0008]3)熒光濾片系統的阻斷濾片裝在熒光生物指示劑和光學信號采集系統之間的光路滑板中，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后所產生的熒光通過，以獲得高清晰的熒光圖像。
[0009]4)光學信號采集系統由數字化高靈敏度CCD組成，位于阻斷濾片之后，其作用是對所激發的熒光信號進行捕捉并成像。
[0010]5)圖像處理系統的工作過程包括以下步驟:圖像存儲、信號放大、圖像預處理(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，且在培養基中含有細菌芽孢萌發促進劑、營養物及熒光物質。
[0012]7)溫控系統可以根據熒光生物指示劑的種類進行溫度調節，維持熒光生物指示劑中所含芽孢的正常萌發、生長所需的溫度。
[0013]8)輸出結果:對經過圖像處理系統所得出的滅菌是否有效的判斷結果進行輸出，輸出裝置可以為蜂鳴器、打印設備、顯示器等，也可以是以上幾種裝置的組合形式。
[0014]光學信號采集系統、圖像處理系統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激發光源激發后發出熒光，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，最終光學信號采集系統(高靈敏度CCD)捕捉到熒光信號并形成熒光圖像傳輸到圖像處理系統的存貯器中。該光學信號采集系統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系進行分析。
[0017]2)熒光圖像的預處理
[0018]輸入到圖像處理系統中的熒光圖像，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、模糊等現象，圖像質量并不符合圖像分析的要求，需要進行預處理，圖像預處理的主要任務是去除噪聲、圖像增強和圖像復原，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，不可避免地存在內部和外部的干擾，圖像平滑的目的是去除噪聲改善圖像質量，圖像受到的噪聲干擾來自成像系統的各個環節，應根據圖像噪聲的性質，針對特定的噪聲模型，選擇相應的圖像平滑算法，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、領域平均法和中值濾波法等實現去噪聲，在頻率域，噪聲主要對應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將表示同一目標表面的區域檢測出來的目的，從空間域的處理角度出發，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]圖像處理系統對經過預處理的熒光圖像信息做更進一步處理，實現數字化，最終熒光圖像根據光強度被轉化為O?255之間的灰度值，圖像處理系統中數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對應于黑點，將灰度值255對應白點，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目，或表示具有某一灰度值的像素數目在總的像素數目中所占的比例，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這種灰度值的概率關系，反映圖像明暗程度、細節清晰度和動態范圍等圖像的整體性質。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(2h或3h)，如有芽孢萌發或微生物生長，在激發光的激發下，熒光生物指示劑會產生熒光，而且熒光強度會隨微生物數量的增長而不斷增大，其熒光圖像的灰度直方圖也會發生相應的變化，經圖像處理系統對其進行對比、分析、判斷，可得到陽性結果；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生或只有背景熒光，其光強度不發生變化，熒光圖像的灰度直方圖也會在一定的范圍內保持不變，因此就可判斷得出陰性結果。
[0023]本發明的原理和主要工作過程:將經過滅菌處理的生物指示劑擠碎，按操作規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液中芽孢萌發劑的作用下，芽孢開始萌發并繁殖，并產生一種活性酶與培養基中添加的熒光物質發生反應，此時快速驗證滅菌效果的生物閱讀器中的激發光源發出特定波長的激發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經激發后，發出特定波長的熒光并被本發明的光學信號采集系統的高靈敏度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的存儲器進行存儲。圖像處理系統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或細菌生長，由此得出細菌是否被徹底殺滅的結論。
[0024]本發明的有益效果:本發明與傳統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，大大提高了滅菌結果檢測效率，解決了傳統滅菌檢測方法所存在的需求與檢測結果相脫節的矛盾，加快了醫院醫療器械的滅菌結果檢測時間，提高了醫療器械的發放速度，同時也為滅菌過程中所出現問題的及時解決和早期預防提供了便利。

四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的結構示意圖；
[0026]圖2是圖像處理系統的工作過程示意圖。

五、【具體實施方式】
[0027]取一定數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量和同種類的生物指示劑。同時，對每組都準備一個經過相同方式滅菌處理的對照組。按照美國藥典、IS011138-2、GB18281-2等標準中關于壓力蒸汽生物指示劑的規定，其存活時間應大于等于
3.9min，殺滅時間應小于19min，所以經121°C，3min滅菌后生物指示劑中應還有芽孢存活，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，通過溫控系統調節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，光學信號采集系統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；圖像處理系統對每個時間點提取的圖像提取特征參數并進行比對分析，短時間(2h-3h)內得出各組別生物指示劑的陰性或陽性的結果。依次準確記錄好各組別生物指示劑的陰性或陽性的結果。另外，將對照組的生物指示劑按傳統檢測滅菌結果的方式培養24-48h，以傳統的檢測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值變色管顯示的結果，對比非對照組和對照組兩種檢測結果是否一致，也就是對比本發明和傳統方法兩種檢測結果是否一致，以確定快速驗證滅菌效果的生物閱讀器的檢測結果是否準確、有效。實驗結果表明:采用本發明所描述的滅菌指示結果與傳統檢測PH值改變與否的方法檢測結果完全一致。因此可用本發明代替傳統的滅菌檢測方法，在短時間內指示滅菌效果是否合格。
【權利要求】
1.一種快速驗證滅菌效果的生物閱讀器主要由激發光源、熒光濾片系統(包括激發濾片、阻斷濾片)、光學信號采集系統(高靈敏度CCD)、熒光生物指示劑、溫控系統、圖像處理系統和輸出結果組成。
2.如權利要求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基組成，且在培養基中含有細菌芽孢萌發促進劑、營養物及熒光物質。
3.如權利要求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:所述的光學信號采集系統由數字化高靈敏度CCD組成，位于阻斷濾片之后，其作用是對所激發的熒光信號進行捕捉并成像。
4.如權利要求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的工作過程包括以下步驟:圖像存儲、信號放大、圖像預處理(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:所述的激發光源選擇的是高壓汞燈。
6.如權利要求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的激發濾片裝在激發光源和熒光生物指示劑之間的濾片滑板中。
7.如權利要求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的阻斷濾片裝在熒光生物指示劑和光學信號采集系統之間的光路滑板中。
8.如權利要求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:所述的溫控系統可以根據熒光生物指示劑的種類進行溫度調節，維持熒光生物指示劑中所含芽孢的正常萌發、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 優先權日:2013年6月18日
【發明者】李亞東, 王義鵬 申請人:北京白象新技術有限公司