[發(fā)明專利]一種基于可調(diào)諧激光光譜的血液細(xì)菌檢測方法和系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN115015114A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜琛昱;王磊;石東鑫;賈睿昊;孫靖;宋煜梟;趙儒仕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/39
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 韓玲

本發(fā)明提出了一種基于可調(diào)諧激光光譜的血液細(xì)菌檢測方法和系統(tǒng)，通過可調(diào)諧激光光譜技術(shù)，利用光信號與電信號的轉(zhuǎn)換處理算法，測定血液培養(yǎng)瓶中的氣體濃度，進(jìn)而判定血液中是否存在厭氧菌、需氧菌及兼性厭氧菌。該技術(shù)不需要在血液培養(yǎng)瓶中添加其他物質(zhì)，在減少誤差的同時(shí)簡化檢測步驟，大大提高檢測效率和準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光光譜信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于可調(diào)諧激光光譜的血液細(xì)菌檢測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

血流感染是最嚴(yán)重的臨床感染，會(huì)導(dǎo)致患者休克、多器官衰竭、彌漫性血管內(nèi)凝血，甚至死亡。近年來，血流感染在醫(yī)院感染中的發(fā)生率呈不斷上升趨勢，血培養(yǎng)是診斷血流感染的金標(biāo)準(zhǔn)，全自動(dòng)血培養(yǎng)儀使血培養(yǎng)成為一種準(zhǔn)確可靠的診斷血流感染的手段。由微生物侵犯血液引起敗血癥和菌血癥是臨床上的危急病癥，對于血液感染性疾病患者，能否有效治愈，很大程度上決定于快速、及時(shí)和準(zhǔn)確的檢測報(bào)告。

目前血液細(xì)菌培養(yǎng)檢測的方法分為侵入式和非侵入式兩種，侵入式檢測對操作者專業(yè)技術(shù)要求高、工作量大、耗時(shí)長、采樣點(diǎn)少，容易導(dǎo)致雜菌干擾，影響檢測結(jié)果的效率和準(zhǔn)確性，導(dǎo)致其應(yīng)用受到了限制；非侵入式檢測主要是利用微生物在血液中代謝產(chǎn)生二氧化碳作為有無微生物的判斷依據(jù)，常用的檢測裝置有均質(zhì)熒光增強(qiáng)檢測裝置、顯色檢測裝置(二氧化碳感受器)以及放射標(biāo)記檢測裝置等，這些檢測裝置利用二氧化碳與熒光物質(zhì)或水的相互作用進(jìn)行標(biāo)記，間接檢測二氧化碳的存在，進(jìn)而判斷血液中是否存在微生物，然而這些利用熒光、顯色或放射標(biāo)記的檢測裝置由于均是采用間接的方式檢測二氧化碳的存在，導(dǎo)致檢測耗時(shí)長、檢測成本高，并且需要使用多個(gè)一次性培養(yǎng)瓶造成環(huán)境污染的問題。全自動(dòng)血培養(yǎng)儀為微生物快速培養(yǎng)系統(tǒng)，可以對敗血癥、菌血癥等患者血液里的病原微生物進(jìn)行快速靈敏的檢測，同時(shí)也可檢測體內(nèi)正常無菌部位(胸腔、腹腔、關(guān)節(jié)腔、心包腔、腦脊髓腔等)的病原微生物，為臨床迅速有效地進(jìn)行抗感染治療提供診斷依據(jù)。其最大優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、靈敏度高，可自動(dòng)校準(zhǔn)，維護(hù)工作較少。

本發(fā)明針對現(xiàn)有的非侵入式血液細(xì)菌檢測裝置存在的問題，提出了一種新型的血液培養(yǎng)檢測技術(shù)，以緩解現(xiàn)有的非侵入式血液細(xì)菌檢測裝置采用間接的方式檢測二氧化碳，導(dǎo)致檢測耗時(shí)長、檢測成本高的問題，以及解決需要使用多個(gè)一次性培養(yǎng)瓶的造成的環(huán)境污染問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于可調(diào)諧激光光譜的血液細(xì)菌檢測方法，包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，其中，數(shù)據(jù)采集是將溫度信號和二次諧波信號通過串口傳入上位機(jī)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理是將所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理、平滑處理、最大值處理、峰值提取、峰值匹配和閾值判斷；所述溫度信號由溫度控制器提供，所述二次諧波信號是信號探測器通過探測穿過細(xì)菌培養(yǎng)皿的激光得到的信號信息。

進(jìn)一步地，DFB激光器發(fā)射激光穿過細(xì)菌培養(yǎng)皿，所述DFB激光器的頻率輸出表示為：ν(t)＝ν₀+ν_acos(2πft)

其中，ν為激光中心頻率，ν_a為調(diào)制振幅，f為調(diào)制頻率。

進(jìn)一步地，穿過細(xì)菌培養(yǎng)皿的透射激光強(qiáng)度在傅立葉余弦級數(shù)中展開，通過鎖相放大器，經(jīng)過頻域分析轉(zhuǎn)化，得到透射激光強(qiáng)度的二次諧波分量，并傳至數(shù)據(jù)采集卡；所述二次諧波分量表示為：M(ν₀,ν_a)，且C∝M(ν₀,ν_a)，其中C為二氧化碳濃度。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理過程包括：

S1.數(shù)據(jù)采集卡開啟端口，接受數(shù)據(jù)；

S2.按組存入數(shù)據(jù)庫；

S3.判斷數(shù)據(jù)處理模塊是否提取完整數(shù)組，如果是n個(gè)數(shù)據(jù)，則按組進(jìn)行噪聲處理，如果未達(dá)到n個(gè)數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)處理模塊繼續(xù)提取數(shù)據(jù)；

S4.平滑處理，以k₁為步進(jìn)長度遍歷數(shù)組中的n個(gè)數(shù)據(jù)，依次完成移動(dòng)方差處理；