(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210524445.4 (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 中国科学院苏州生物医学工程 技术 研究所 地址 215163 江苏省苏州市高新区科技城 科灵路88号 (72)发明人 姜琛昱　王磊　石东鑫　贾睿昊　 孙靖　宋煜枭　赵儒仕　 (74)专利代理 机构 北京远大卓悦知识产权代理 有限公司 1 1369 专利代理师 韩玲 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/39(2006.01) (54)发明名称 一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测 方法和系统 (57)摘要 本发明提出了一种基于可调谐激光光谱的 血液细菌检测方法和系统， 通过可调谐激光光谱 技术， 利用光信号与电信号的转换处理算法， 测 定血液培养瓶中的气体浓度， 进而判定血液中是 否存在厌氧菌、 需氧菌及兼性厌氧菌。 该技术不 需要在血液培养瓶中添加其他物质， 在减少误差 的同时简化检测步骤， 大大提高检测效率和准确 性。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 115015114 A 2022.09.06 CN 115015114 A 1.一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， 包括数据采集和数据 处理， 其中， 数据采集是将温度信号和二次谐波信号通过串口传 入上位机存储， 数据处理是 将所述存储数据进 行降噪处理、 平滑处理、 最大值处理、 峰值提取、 峰值匹配和阈值判断； 所 述温度信号由温度控制器提供， 所述二次谐波信号是信号探测器通过探测穿过细菌培养皿 的激光得到的信号信息 。 2.根据权利要求1所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， DFB激光器发射激光穿 过细菌培养皿， 所述DFB激光器的频率输出表示为： ν(t)＝ν0+νacos(2 π ft) 其中， ν 为激光中心频率， νa为调制振幅， f为调制频率。 3.根据权利要求1所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， 穿过细菌培养皿的透射激光强度在傅立叶余弦级数中展开， 过锁相放大器， 经过频域分析 转化， 得到透射激光 强度的二次谐波分量， 并传至数据采集卡； 所述二次谐波分量表示为： M ( ν0, νa)， 且C∝M( ν0, νa)， 其中C为 二氧化碳浓度。 4.根据权利要求1所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， 所述数据处 理过程包括： S1.数据采集 卡开启端口， 接受数据； S2.按组存 入数据库； S3.判断数据处理模块是否提取完整数组， 如果是n个数据， 则按组进行噪声 处理， 如果 未达到n个数据， 则数据处 理模块继续 提取数据； S4.平滑处理， 以k1为步进长度遍历数组中的n个数据， 依次完成移动方差处 理； S5.最大值处 理， 以k2为步进长度遍历数组中的n个数据， 依次取移动最大值； S6.提取峰值， 按组进行峰值匹配， 如果匹配， 则进入步骤S7， 如果不匹配， 则继续该步 骤S6； S7.判断峰值是否超过阈值， 如果是， 则对对应培养瓶报警， 如果没有超过阈值， 则不报 警。 5.根据权利要求4所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， 所述噪声处 理采用中位 值平均滤波算法： 其中xmax表示该组数据中的最大值， xmin表示该组数据中 的最小值。 6.根据权利要求4所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， 所述移动方差处 理方法为： 具体是将数组中降噪后的n 个数据x′1～x′n依次循环排列， x ′i排在以k1为步进长度的段首， fi为x′i对应权值， 排在以k1为步进长度的段尾， 为 对应权值， 当i从1～n ‑k1+1取值时， 所述段 尾未溢出x ′n， 当i从n‑k1+2～n取值时， 所述段尾溢出x ′n， 则溢出部分的空位个数是1～k1‑权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115015114 A 21， 根据空位个数， 按照由 的顺序补位填充， 直至满足所述段首到段尾为k1个数 据， 当x′1重新回到段 首时， 终止平 滑处理， 则间断的电信号 转化为平滑曲线。 7.根据权利要求4所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， 所述移动最大值方法为： 具体是将平滑处理后的曲线进行最大值处理， 得到的n个数据x ″1～x″n依次循环排列， x″i排在以k2为步进长度的段首， 排在以k2为步进长度的段尾， 当i从1～n ‑k2+1取值 时， 所述段尾未溢出x ″n， 当i从n‑k2+2～n取值时， 所述段尾 溢出x″n， 则溢出部分的空位个数 是1～k2‑1， 根据空位个数， 按照由 的顺序补位填充， 直至满足所述段首到段尾 为k2个数据， 当x ″1重新回到段首时， 终止最大值处理， 此时所得到的H(x ″)曲线为与原始信 号一一对应的最大值曲线。 8.根据权利要求4所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测方法， 其特征在于， 所述峰值 提取是在获得最大值曲线之后， 采取阈值触发查找方法， 采用拉普拉斯 算子： 求曲线凹凸点和极值， 极大值为曲线波峰峰值， 极小值为曲线波谷值， 并通过峰值对应 的算法将其最大值峰值与对应分组进 行一一对应， 最 终得到的峰值结果为对应培养皿电信 号的峰值信息， 通过该峰值信息判定该培养皿中的二氧化碳浓度， 以此判定二氧化碳含量 是否超标， 超标则进行 阳性判定， 反 之则继续进行检测。 9.一种基于权利要求1 ‑8所述的任意一种可调谐激光光谱的血液细菌检测方法的系 统， 其特征在于， 包括恒温细菌培养箱、 DFB激光器、 温度控制器、 激光二极管控制器、 准直 器、 信号探测器、 锁相放大器以及数据采集卡和上位机； 其中， 所述恒温细菌培养箱内部设 置所述温度控制 器， 所述温度控制 器提供温度信息， 通过所述数据采集卡将所述温度信息 反馈至所述上位机， 所述上位机通过所述温度信息对所述恒温细菌培养箱的温度整体调 控， 保证所述恒温细菌培养箱的温度恒定； 所述恒温细菌培养箱内设置若干细菌培养皿， 进 行厌氧菌、 需氧菌及兼性厌氧菌等细菌的培养； 所述DFB激光器由对应的温度控制器和激光 二极管控制器协调控制。 10.根据权利要求9所述的一种基于可调谐激光光谱的血液细菌检测系统， 其特征在 于， 包括数据收集模块和数据 处理模块， 所述数据收集模块和所述数据 处理模块通过串口 传输数据， 所述数据收集模块包括数据采集模块、 数据反馈模块、 数据传输模块； 所述数据 处理模块包括峰值提取模块、 数据分析模块、 数据接受模块； 所述数据收集模块收集温度传 感器模块和探测器信号传达的数据， 所述数据处理模块处理数据后于上位机界面同步显示 并同下位机进行 数据反馈 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115015114 A 3