用于检测接种的方法和装置及设有这种检测装置的自动接种设备与流程

本发明涉及一种用于检测接种的方法和装置及配备有这种检测装置的自动接种设备。

背景技术：

在医学诊断及工业、农业和食品、药品或化妆品微生物控制领域中，培养板(特别是皮氏培养皿)上的琼脂培养基数十年来成为检测和鉴定可能致病的微生物的主要工具。

在传统方式中，借助接种工具手动地进行这种培养基的接种，所述接种工具可能是孔眼、通常由铂制成的环(其在两次使用之间出于杀菌目的需受加热)、拭子或德氏球(trigalskiball)球。同样能够借助一次性移液管进行接种。同样能够使用为此目的开发并投入市场的系统，以自动方式进行接种。

接种通常涉及将待分析的生物样本沉积在诸如琼脂的固体培养基的表面上的操作或步骤，以及借助接种工具使生物样本扩散到所述表面上的操作或步骤。这种扩散操作确保样本的稀释。

借助于前述类型的接种工具，可以在所述表面上进行这种扩散操作，该接种工具能够沿取决于所选分离法的路径在所述表面上移动。因此，最常见的分离技术之一是刻度盘分离法，其涉及在所述固体培养基的表面上通过预定方法形成条纹。也能够使用其它方法，诸如螺旋分离法或者编号分离法。

根据所用的接种工具，沉积生物样本的步骤可与借助所述接种工具扩散样本的步骤同时或分开进行。

在借助自动接种装置进行接种的情况下，存在由于无接种导致的假阴性的主要风险。这种无接种可能归因于样本未沉积在培养基的接种表面上，特别是当沉积与分离在两个相继的不同操作中进行时，或者可能是归因于样本未分离，这可能是由于接种工具发生故障或者诸如固体培养基的高度的缺陷所致。

样本未沉积或未分离必然会导致在培养板的接种后无微生物生长，从而推断出阴性结果。在假阴性的情况下，即，由于未接种而非缺失样本中微生物而导致无微生物生长的情况下，这会产生严重的后果。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目的在于提出一种用于检测接种的方法和装置，以及设计为能够防止存在假阴性的接种设备。

本发明的另一目的在于，提出一种用于检测接种的方法和装置，以及设计为使得可以获得能够被处理的精确图像的接种设备，尤其是能够通过基础图像处理方法在短时间内处理。

为此，本发明的主题是一种用于检测接种的方法，用以检测在培养板上成层地存在的固体培养基与样本的接种，所述培养板位于支撑件上，其特征在于，所述方法包括：朝向所述支撑件投射入射光通量的步骤，以在培养板以部署状态设置在所述支撑件上时，允许对培养板的所述培养基的、称为接种表面的表面进行倾斜照射；在显示屏幕的显示区域上显示由培养板的接种表面在由包括至少一个照明元件的用于投射光通量的部件照明的照明状态下反射的入射光通量的二维图像的步骤；以及拍摄屏幕的显示区域的照片的步骤，所述照片能够被处理以确定培养基的接种状态。

固体培养基的接种表面在接种之前是光滑的表面，特别是在琼脂培养基的情况下。无论通过同时还是相继的沉积和分离进行的接种都对所述表面的状态产生修改。由于培养基的表面是光滑且相对平面的，该表面的反射可以由镜面反射近似。因此，易于将屏幕布置在由所述接种表面反射的光束所取的路径上，并且获得极其精确的2d图像，其中表面中的多余厚度或中空的特征相比于更均匀的平面区会显得暗或亮。这种修改是由于琼脂表面的平面度的改变而产生的，其产生入射光通量的反射角度的修改。结果，尤其是以两个步骤进行接种的情况下，可以识别样本的沉积，其表现为表面的多余厚度和该照片中的暗区，并且可以识别所述样本的分离，其表现为表面的中空特征和该照片中的明亮特征。

优选地，所述方法涉及根据基准数据进行照片处理以确定接种状态(ok/不ok)的步骤。

优选地，所述方法还涉及与所接种的样本和/或培养板的标记相关联地存储所述照片和所述照片的标识的步骤。

本发明还涉及一种用于检测接种的装置，用以检测在培养板上成层地存在的固体培养基与样本的接种，其特征在于，所述装置包括：支撑件，用以接收被接种的培养板；朝向所述支撑件投射入射光通量的部件，以在培养板以部署状态位于所述支撑件上时，允许对培养板的所述培养基的、称作接种表面的表面进行倾斜照明；显示屏幕，其包括显示区域，该显示区域能够显示由培养板的接种表面在由投射光通量的部件照明的状态下反射的入射光通量的二维图像；以及拍摄屏幕的显示区域的照片的部件。

由于该装置的设计，除了由于上述原因获得精确的2d图像的可能性之外，该装置还可以布置在支撑件的上方且与其相隔一段距离，以允许无阻碍地移置支撑件。

优选地，该装置包括用于存储屏幕的显示区域的所述照片的存储器及处理所述照片以便确定接种状态的部件。

优选地，处理所述照片的部件包括分析照片的至少一部分的灰度级的部件。

被分析灰度级的照片部分被称为感兴趣区域，其对应于实现表面外观易于被所述接种修改的接种表面的区的可视化的照片部分。对表面的这种修改可能是在所述样本沉积在接种表面上之后存在的样本滴、条纹或其它物项。

由于图像的简单性和精确度，可以借助于已知的图像处理软件进行图像处理。

优选地，接收支撑件具有暗色的、优选地黑色的用于培养板的接收表面。支撑件的这种暗色允许在固体培养基(在琼脂的情况下，通常是透明或半透明的)与所述支撑件之间的加重对比度，并防止在屏幕上形成杂散反射。

优选地，显示屏幕是亮色的、优选地白色的屏幕。同样，这种选择可以提高在所述屏幕上获得的二维图像的质量。

优选地，拍摄部件包括相机，所述相机优选地配备有以入射光通量的波长为中心的带通滤波器。

优选地，拍摄部件布置成面向屏幕。

再优选地，拍摄部件布置在低于投射光通量的部件的水平处，优选在所述投射装置下方。这导致所述装置的占地面积减小。

特别地，投射光通量的部件、屏幕和拍摄部件优选地安装在支撑架上，且布置在支撑件上方。

优选地，投射光通量的部件设计成产生准直光，优选地单色的准直光。

优选地，投射光通量的部件是激光型部件，该激光型部件优选地包括并联安装的两个激光二极管。特别地，投射光通量的部件包括至少一个照明元件。该照明元件可以是激光型。

优选地，屏幕是可缩回的。通过卷绕屏幕或者屏幕的上下移置而可能发生的这种缩回使得可以进一步空出通往支撑件的通路。

优选地，所述装置包括通信和命令模块，其设计成根据从接种器控制单元接收的指令来控制拍摄部件和照片处理部件，且接收照片处理部件的结果并将所述结果发送到所述控制单元。这种模块的存在允许与接种设备相关的自动化操作。

本发明进一步涉及一种用于接种在培养板上成层地存在的固体培养基的自动化设备，所述设备包括所述培养板的接种器、接种器控制单元及用于检测接种的装置，其特征在于，该控制单元包括接种指令、拍摄指令和照片处理指令，并且该控制单元设计成根据这些指令来控制接种器，并且，用于检测接种的装置包括通信和控制模块，其设计成与控制单元进行通信并且根据从所述控制单元接收的拍摄指令和图像处理指令来控制拍摄部件和照片处理部件，并且接收照片处理部件的结果并将这些结果发送到所述控制单元。

优选地，接种指令、拍摄指令和照片处理指令以指令集的形式存在，其中这些集中的至少一个集对应于以下步骤：

a)验证培养板在支撑件上的存在；

b)借助于接种器执行接种步骤；

c)借助于拍摄部件拍摄照片；

d)借助于照片处理部件分析照片。

附图说明

参照附图，研读下文示例性实施例的说明将会更好地理解本发明，其中：

-图1表示根据本发明的用于检测接种的装置的示意图；

-图2表示用于接种的设备的局部透视图，其配备有根据本发明的用于检测接种的装置；

-图3示意性地表示接种程序的步骤的一部分。

具体实施方式

如上所述，根据本发明的用于检测接种的装置1更特别地设计成检测在培养板20上成层地存在的固体培养基21与给定生物样本的接种。待分析的样本可以来自食品、药品、化妆品或者一些其它行业。这种所谓的生物样本易于含有活的微生物，应分析例如该微生物的存在和/或数量。

在所示的示例中，培养板20由皮氏培养皿的主体形成，这是最常见的情形，但也能够使用通常具有带边缘的盘形状的其它类型的培养板。

在所示的示例中，固体培养基21是由倒入所述皮氏培养皿内的琼脂形成的琼脂基。琼脂基的优点在于，一旦其固化则立即形成一层通常透明的或半透明的培养基，培养基中旨在形成培养基的接种表面22的表面是光滑的，该表面22基本平行于在此由培养皿的主体的底部形成的板的中面延伸。

装置1进一步包括支撑件2，用以接收接种的培养板20。该支撑件2通常以托盘的形式存在，其可以配备有将培养板保持在所述支撑件上的部件，以使培养板处于使板的培养基的接种表面22大体上平行于所述托盘的中面延伸的位置。

一般地，如示例中所示，该支撑件2是关于自身旋转的旋转支撑件，尤其用以促进上述的刻度盘式分离法。

支撑件的培养板20的接收表面在托盘型支撑件的情况下由用以放置培养板20的托盘的上表面的形成，该接收表面是暗色的。在所示的示例中，该接收表面是黑色的，用以加强对比度，并且促进光的反射。

在所示的示例中，支撑件2整合到自动化接种设备中。该自动化设备包括：驱动部件，其用于移置接种的培养板20，以便将培养板20布置在所述支撑件上；以及将培养板20从所述支撑件提升的部件。这些部件并未示出。另外，支撑件2在此还以能够上下移动和平移的支撑件的形式表示。

由此，为了进行接种步骤，接种设备包括用于培养板20的支撑件，该支撑件与用于检测接种的装置的培养板的支撑件有共同之处。

在所示的示例中，接种设备还包括培养板20的接种器11以及接种器11的控制单元12。该控制单元12包括接种指令、拍摄指令和照片处理指令，并且设计成根据这些指令来控制接种器11。

所述控制单元优选为电子和/或计算机型系统，包括例如与存储器相关联的微控制器或微处理器。因此，当指定将所述控制单元或所述控制单元的部件设计成执行具体操作时，这意味着该系统包括用以执行该操作的计算机指令和对应的执行部件。

接种器11可以涉及大量形状，因为存在各种自动化接种设备，例如由文献wo98/41610、wo92/11538或us3850754所说明。

在所示的示例中，该接种器11包括用于接种工具(未示出)的存储区、用于抓取和驱动至少一个接种工具的移置的诸如夹钳的抓取装置，所述控制单元12特别地设计成使得用于抓取和驱动接种工具的移置的部件(即抓取装置)在固体培养基的表面上沿对应于接种指令的预定轨迹移动。

控制单元可以包括多个接种指令序列，每个序列取决于所需接种类型。

因此，控制单元设计成根据所选的接种指令来控制接种器。

为了能够检测上述一个或多个接种阶段，用于检测接种的装置包括部件3，部件3包括至少一个用于朝向支撑件2投射入射光通量的照明元件3，其入射光束与所述支撑件、特别地所述支撑件2上用于接收培养板20的平面的法线形成非零角，且因此与培养板20的培养基21的所述接种表面22的法线形成非零角，以在培养板20置于所述支撑件2上的状态下，允许对培养板20的所述培养基21的接种表面22进行倾斜照明。

在所示的示例中，入射光束与接种表面之间的该角度接近45°。由于培养基的接种表面是基本平坦的光滑表面，该表面的反射能够被近似为镜面反射。因此，由所述接种表面反射的光线与所述表面的法线形成一定角度，该角度的数值类似于由入射光束与所述法线形成的角度的数值。

在所示的示例中，用于投射光通量的部件包括激光型照明元件，其包括以一副双目镜的光学部件的方式并联安装的两个激光二极管。这些投射光通量的部件设计成产生准直的单色光。

检测装置还包括显示屏幕4，其具有显示区域41，显示区域41能够显示由培养板20的接种表面22在由投射光通量的照明元件3照明的状态下反射的入射光通量的二维图像。

该显示屏幕4在此以竖直屏幕的形式表示，其可通过上下移动而缩回。该显示屏幕能够以类似方式实现成可卷曲屏幕的形式。该显示屏幕是浅色的屏幕，在此被表示成白色屏幕的形式。该屏幕是无反射的屏幕，以使其有别于镜面。在本实例中，屏幕能够由单张纸形成。该屏幕布置在高于支撑件2的水平，以便不会阻碍支撑件2的移动。

用于检测接种的装置1还包括拍摄屏幕的显示区域41的照片的部件5。这些拍摄部件5包括相机。该相机配备有带通滤波器10，带通滤波器10的所选的带率仅允许与投射光能量的部件产生的入射光通量的频带相对应的频带通过。

一般地，所用的波长范围是大约650nm，其是入射光的波长。

在所示的示例中，拍摄部件布置成面向屏幕，处于低于照明元件3的水平处，特别是在照明元件3下方。

照明元件3、屏幕4和拍摄部件5安装在支撑架9上，并且布置在所述支撑件2上方。至少拍摄部件5安装成能够调整它们在支撑架9上的位置，以便优化拍摄。

检测装置1还包括：用于保存屏幕4的显示区域41的所述照片的存储器7；以及用于根据基准数据处理所述照片以便确定接种状态的部件8。在下述的实施例中，这些处理部件8包括处理器。

最后，检测装置1包括通信和控制模块6，该通信和控制模块6设计成与控制单元12通信，且根据从所述控制单元12接收的拍摄指令和照片处理指令来控制拍摄部件5和照片处理部件8，并且接收照片处理部件8的结果并将所述结果发送到所述控制单元12。

再次，通信和控制模块6是电子和/或计算机型系统，例如包括与存储器相关联的微控制器或微处理器。因此，当指定模块或所述模块的部件设计成执行特定操作时，这意味着所述系统包括计算机指令和用来实行该操作的对应的执行部件。

一般而言，接种指令、拍摄指令和照片处理指令以指令集的形式存在，其中这些集中的至少一个集对应于以下步骤：

a)验证培养板20在支撑件2上的存在；

b)借助于接种器11执行接种步骤；

c)借助于拍摄部件5拍摄照片；

d)借助于照片处理部件8分析照片。

接种步骤可以包括借助于接种工具将接种的生物样本滴布置在接种表面上的步骤。

接种步骤可以包括借助于接种工具从布置所述滴的区的表面开始扫过接种表面的步骤。

作为变型，接种步骤可以包括借助于装载有样本的接种工具布置样本且扫过接种表面的同时步骤。

根据由拍摄部件和照片处理部件接收到的拍摄指令和处理指令，能够控制拍摄部件和照片处理部件在沉积之前拍摄照片。在此情况下，所拍摄的照片对应于任何接种操作之前的接种表面。

拍摄部件和照片处理部件同样可以基于所接收的拍摄指令和照片处理指令而被控制，以在所述滴的沉积之后拍摄照片。在此情况下，用于照片处理的处理器设计成处理照片以便确定接种状态是ok或不ok，该处理器可以根据样本(已知为滴)的沉积区是在由琼脂的反射形成的图像的外围还是在其内部而以多种方式设计。在各种情况下，由处理器执行的该照片处理通常是基于对照片的至少一部分的灰度级的分析。因此，用于照片处理的该处理器包括用于照片的至少一部分的分析部件(也已知为灰度级分析器)，并且通常包括限定形成被分析灰度级的照片部分的感兴趣区域的部件。感兴趣区域的限定可取决于接种的类型和灰度级分析的类型而变化。在图像处理意在验证样本滴沉积的情况下，用于图像处理的该处理器包括限定形成待分析的照片部分的感兴趣区域的部件。该感兴趣区域通常对应于一照片区，该照片区的表面高于假定被沉积的样本滴覆盖且已被样本滴至少部分地覆盖的表面。在下述的第一种情况下，该感兴趣区域的面积至少等于由沉积的样本滴占据的假定表面面积的三倍。在下述的第二种情况下，感兴趣区域的面积可以大体上等于由所述滴占据的假定表面面积。

因此，如果所述滴在由琼脂的反射形成的图像的外围处，则可以安排对应于照片中的滴边界地在感兴趣区域中检测灰度级的转变，然后对所检测到的点进行线性插值且然后进行圆弧插值，以便识别所述滴的不存在或存在。

如果所述滴在通过琼脂的反射形成的图像的内部，则可以安排：

-在感兴趣区域(即，假设包含所述滴的照片区域)中测量照片的每个像素的灰度强度，该感兴趣区的位置形成基准数据点；

-取得所述感兴趣区域中的这些灰度强度的平均值；

-将所述灰度强度的平均值与形成基准数据点的阈值相比较；

-经由通信模块将比较结果发送到控制单元。

换言之，在该第二种情况下，由于基准数据点包括与所述滴在照片中的假定位置(已知为感兴趣区域)对应的位置数据且包括灰度级阈值，照片处理部件可以包括测量感兴趣区域的区的灰度级的部件、将所测得的值与基准阈值相比较的部件、以及根据比较结果确定接种状态是ok或不ok的部件。ok结果对应于在所述感兴趣区域中存在由所述滴形成的暗斑。

如果比较结果是灰度平均值的测量值大于基准阈值，则控制单元设计成按照最初计划继续执行接种程序。

如果比较结果是灰度平均值的测量值小于基准阈值，则控制单元设计成启动事故程序，事故程序可以包含大量执行形式。因此，该事故程序可以涉及使设备停机或者重复未正确执行的接种步骤。因此，将不再赘述该事故程序。

在继续接种程序的情况下，能够以拍摄指令和照片处理指令来命令拍摄部件和照片处理部件，以在借助于接种用具扫过接种表面并在所述表面上形成条纹之后拍摄照片。为了便于图像处理，优选使条纹在照片上竖直延伸，即在由拍摄部件拍摄的图像中竖直延伸。为了获得这样的结果，可以使支撑件2相对于拍摄部件5适当地定向，这在支撑件可旋转时容易做到。

用以检测条纹的对照片的进一步处理可以涉及例如：

-限定假定存在条纹的感兴趣区域。

-将灰度级的值沿竖向投影到水平轴线上。

-获得分布曲线，分布曲线的值对应于沿图像的竖向轴线的灰度级的值的总和。

所获得的分布曲线是本身二维的照片的感兴趣区域的一维表示。在该分布曲线上，亮部是峰，暗部是谷。通过分析分布曲线的导数，可以检测峰到谷(亮到暗)或者谷到峰(暗到亮)的转变，由此检测存在或不存在条纹。最少数目的条纹被调整，以便消除照片中的伪影。

当然，重申一次，在不脱离本发明的范围的情况下，能够构想对感兴趣区域的灰度级分析的其它实施例。

上述程序在接种以两个步骤完成时适用，在第一步骤中，使用接种工具沉积样本滴，之后是使用接种工具将所述滴扩散在接种表面上的步骤。因此，在接种之前拍摄使得可以使琼脂表面在接种之前的状态可视化。在接种期间拍摄使得通过在照片上在与滴沉积区对应的位置中出现暗斑，可以确定样本的沉积。接种之后的照片使得可以使与通过用接种工具扫过接种表面所形成的条纹对应的亮特征可视化。

当接种用具是拭子时，省略接种期间的照片，因为不存在与扫过步骤不同的沉积滴液的步骤。

在一些情况下，同样省略在接种之前拍摄的步骤。

本领域技术人员将容易理解，根据上述实施例，不同的步骤，特别是由通信模块6、处理部件8和控制单元12执行的步骤可以以在处理器中实施的计算机指令集的形式来执行，或者它们能够由专用电子组件或者fpga或asic型组件来实现。还可以结合计算机部件与电子部件。这些计算机程序或计算机指令可以包含在程序存储装置中，诸如由计算机或可执行程序读取的数字数据存储媒介。程序或指令同样能够由程序存储外设来执行。

在接种结束时，已存储的照片以相关于与样本或属于已接种的培养板有关的数据的方式存储。

为此，所述设备可以以常见方式包括识别样本和/或培养板的标记的部件，这些识别部件连接至控制单元，以向该单元提供关于所述标记的信息。