專利名稱：生物生長板上的生物因子計數(shù)方法和系統(tǒng)的制作方法
生物生長板上的生物因子計數(shù)方法和系統(tǒng)
本申請是于2008年1月18日提交的申請?zhí)枮?0081002604. 4，發(fā)明名稱為“生 物生長板上的生物因子計數(shù)”的發(fā)明專利申請的分案申請。2008年1月18日提交的申 請?zhí)枮?0081002604. 4，發(fā)明名稱為“生物生長板上的生物因子計數(shù)”的發(fā)明專利申請是 2004年8月30日提交的國際申請?zhí)枮镻CT/US2004/(^8130，進入中國國家階段申請?zhí)枮?200480025457. 2，發(fā)明名稱為“生物生長板上的生物因子計數(shù)”的發(fā)明專利申請的分案申 請。發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及對生物生長板進行分析以及在食物樣品，實驗室樣品等等樣品中對細 菌或其他生物因子進行測定的生物掃描系統(tǒng)。
發(fā)明背景
生物安全是現(xiàn)代社會高度關(guān)注的問題。對食品或其它材料中生物污染的檢測已成 為食品開發(fā)商和經(jīng)銷商的一項重要甚至強制性的要求。生物檢測也用于鑒定實驗室樣品中 的細菌或其它因子，這些實驗室樣品可來源于醫(yī)學(xué)病人的血樣或用于研究目的的樣品，也 可以是其它類型的生物樣品。許多種技術(shù)和裝置都可用來改進生物檢測技術(shù)并使生物檢測 方法流程化和標(biāo)準(zhǔn)化。
生物生長板已經(jīng)發(fā)展出很廣泛的類型。舉一例，M.Paul，Minesota的3M公司 (下文稱“3M”)已經(jīng)開發(fā)出生物生長板。特別是3M公司已經(jīng)售出冠有PETRIFILM商品 名的生物生長板。生物生長板可以用來促進通常與食品污染有關(guān)的細菌和生物因子的 快速生長和檢測，這些污染包括，例如，需氧細菌，大腸桿菌，大腸菌(coliform)，腸細菌 (enterobacteriaceae),酵母菌，霉菌，金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus),李其Jf特 菌，彎曲桿菌等。使用PETRIFILM板和其它介質(zhì)可以簡化食物樣品中的細菌檢測。
生物生長板可以用來計數(shù)和識別存在的細菌，進而采取糾正措施(就食品檢測而 言)或作出恰當(dāng)?shù)脑\斷(就醫(yī)藥用途而言)。在其它應(yīng)用方面，生物生長板可以用來快速生 長實驗室樣品中的細菌或其它生物因子，例如，為了實驗?zāi)康摹?br> 生物掃描單元是指能夠用來掃描或計數(shù)生物生長板上的細菌菌落或某種生物因 子數(shù)量等的裝置。例如，可把食物樣品或?qū)嶒炇覙悠贩旁谏锷L板上，然后將板插入培養(yǎng) 箱，培養(yǎng)一段時間后，生物生長板可放入生物掃描單元進行細菌生長的自動的檢測和計數(shù)。 以這種方式，生物掃描單元自動進行生物生長板上細菌或其它生物因子的檢測和計數(shù)，因 此，通過減少了人為誤差而改進了生物檢測方法。
發(fā)明概述
一般地，本發(fā)明涉及計數(shù)生物生長板或類似介質(zhì)上生物因子的技術(shù)。為了計數(shù)生 物因子，將生物生長板插入到生物掃描單元中。隨后生物掃描單元可產(chǎn)生板的圖像。其后， 圖像上出現(xiàn)的生物因子的數(shù)量，例如細菌菌落數(shù)，可以被計數(shù)或者通過掃描單元內(nèi)部或通 過外部計算裝置，如桌面電腦或工作站等執(zhí)行的圖像處理和分析例程進行判斷。本發(fā)明還 描述了用以改進生物生長板上生物因子數(shù)目自動計數(shù)的準(zhǔn)確性的多種的計數(shù)規(guī)則。
在一個實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，包括接收生物生長板介質(zhì)的一幅或多 幅圖像，測定與生物生長介質(zhì)有關(guān)的背景色值是否在某一范圍之內(nèi)，如果背景值超出范圍 可以對生物生長介質(zhì)進行標(biāo)記以進行另外的研究。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，包括接收生物生長板上接收的一或 多種圖像，鑒定生物生長板介質(zhì)上生物因子的第一次計數(shù)，當(dāng)?shù)谝淮斡嫈?shù)鑒定到的一種或 多種生物因子與第一次計數(shù)鑒定到的一種或多種其它生物因子的緊鄰時，則可以減少第一 次的計數(shù)量以產(chǎn)生第二次的計數(shù)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，包括接收生物生長板上的一個或更 多圖像，檢測與生物生長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的生物因子第一次的數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)周 邊部分相關(guān)的生物因子第二次的數(shù)量，并且當(dāng)?shù)谝淮蔚臄?shù)量小于閾值時從第二次計數(shù)中減 去距生長介質(zhì)生長區(qū)域邊緣在特定距離范圍內(nèi)的一個或更多生物因子。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，包括接收生物生長板的一個或更多 圖像，檢測與生物生長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的第一種顏色生物因子的數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì) 內(nèi)部相關(guān)的第二種顏色生物因子的數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的第一種顏色 生物因子的數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的第二種顏色生物因子的數(shù)量。該方 法還包括當(dāng)與內(nèi)部相關(guān)的第一種顏色生物因子的數(shù)量比第一閾值大而且與內(nèi)部相關(guān)的第 二種顏色生物因子的數(shù)量比第二閾值小時，將與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)第二種顏色生 物因子的數(shù)量改成包含在與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)第一種顏色生物因子的數(shù)量內(nèi)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，包括接收生物生長板的一個或更多 圖像，檢測與生物生長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的生物因子的第一個數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)周邊 部分相關(guān)的生物因子的第二個數(shù)量，并且當(dāng)?shù)诙€數(shù)值比第一個數(shù)值乘以因子還要大時對 生物生長介質(zhì)進行標(biāo)記以進行另外研究。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供包含計算機可讀指令的計算機可讀媒介，該指 令在處理器中執(zhí)行時，接收生物生長介質(zhì)的一幅或多幅圖像，決定與生物生長介質(zhì)相關(guān)的 的背景色值是否在某一范圍內(nèi)，并且當(dāng)背景色值超過這一范圍時對生物生長介質(zhì)進行標(biāo)記 以進行進一步研究。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供包含計算機可讀指令的計算機可讀媒介，包括， 該指令在處理器中執(zhí)行時，接收生物生長介質(zhì)的一幅或多幅圖像，鑒定生物生長介質(zhì)上的 生物因子第一次計數(shù)，當(dāng)?shù)谝淮斡嫈?shù)鑒定的一個或多個生物因子與第一次計數(shù)的一個或多 個另外的生物因子緊鄰時，減少第一次計數(shù)的值以產(chǎn)生第二次的計數(shù)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供包含計算機可讀指令的計算機可讀媒介，該指 令當(dāng)在處理器上執(zhí)行時，接收生物生長介質(zhì)的一幅或多幅圖像，鑒定與生物生長介質(zhì)內(nèi)部 相關(guān)的生物因子的第一個數(shù)量，鑒定與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的生物因子的第二個數(shù) 量，當(dāng)?shù)谝粋€數(shù)值小于閾值時從第二個數(shù)量中除去距介質(zhì)生長區(qū)域邊緣限定距離內(nèi)的一個 或更多生物因子生物因子。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供包含計算機可讀指令的計算機可讀媒介，該指 令當(dāng)在處理器中執(zhí)行時，接收到一個或多個生物生長介質(zhì)圖像，鑒定與生物生長介質(zhì)內(nèi)部 相關(guān)的第一種顏色生物因子的數(shù)量，鑒定與生物生長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的第二種顏色生物因子 的數(shù)量，鑒定與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的第一種顏色生物因子的數(shù)量，鑒定與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的第二種顏色生物因子的數(shù)量，當(dāng)與內(nèi)部相關(guān)的第一種顏色生物因子 的數(shù)量比第一閾值大而且與內(nèi)部相關(guān)的第二種顏色生物因子的數(shù)量比第二閾值小時，將與 生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)第二種顏色生物因子的數(shù)量改成包含在與生物生長介質(zhì)周邊 部分相關(guān)第一種顏色生物因子的數(shù)量內(nèi)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供包含計算機可讀指令的計算機可讀媒介，該指 令當(dāng)在處理器中執(zhí)行時，接收一個或多個生物生長介質(zhì)圖像，鑒定與生物生長介質(zhì)內(nèi)部相 關(guān)的生物因子的第一數(shù)量，鑒定與生物生長介質(zhì)周圍部分相關(guān)的生物因子的第二數(shù)量，當(dāng) 第二數(shù)量比第一數(shù)量乘以因子還要大時，對生物生長介質(zhì)進行標(biāo)記以進行進一步研究。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一個系統(tǒng)，所述系統(tǒng)含有產(chǎn)生生物生長介質(zhì)的 一幅或多幅圖像的成像裝置，和處理器，該處理器用以接收圖像，判斷與生物生長介質(zhì)相關(guān) 的的背景色值是否在某一范圍內(nèi)，并且當(dāng)背景色值超過這一范圍時對生物生長介質(zhì)進行標(biāo) 記以進行進一步研究。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一個系統(tǒng)，所述系統(tǒng)含有產(chǎn)生一個生物生長介 質(zhì)的一幅或多幅圖像的成像裝置，和處理器，該處理器用以接收圖像，鑒定生物生長介質(zhì)上 的生物因子第一計數(shù)，當(dāng)?shù)谝挥嫈?shù)鑒定的一個或多個生物因子數(shù)目與第一計數(shù)鑒定的一個 或多個其他生物因子緊鄰時減少第一計數(shù)以產(chǎn)生第二計數(shù)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一個系統(tǒng)，所述系統(tǒng)含有成像以產(chǎn)生一個生物 生長介質(zhì)的一幅或多幅圖像的成像裝置，和處理器，該處理器用以接收圖像，檢測與生物生 長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的生物因子的第一個數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)周圍部分相關(guān)的生物因子 的第二個數(shù)量，當(dāng)?shù)谝粋€數(shù)量小于閾值時從第二次計數(shù)中除去距介質(zhì)生長區(qū)域邊緣的部分 限定距離內(nèi)的在一個或更多生物因子。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一個系統(tǒng)，所述系統(tǒng)含有成像產(chǎn)生一個生物生 長介質(zhì)的一幅或多幅圖像的成像裝置，和處理器，該處理器用以接收圖像，檢測與生物生長 介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的第一種顏色生物因子的數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的第二種顏色 生物因子的數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的第一種顏色生物因子的數(shù)量，檢測 與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的第二種顏色生物因子的數(shù)量，當(dāng)與內(nèi)部相關(guān)的第一種顏色 生物因子的數(shù)量比第一閾值大而且與內(nèi)部相關(guān)的第二種顏色生物因子的數(shù)量比第二閾值 小時，將與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)第二種顏色生物因子的數(shù)量改成包含在與生物生長 介質(zhì)周邊部分相關(guān)第一種顏色生物因子的數(shù)量內(nèi)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一個系統(tǒng)，所述系統(tǒng)含有成像產(chǎn)生生物生長介 質(zhì)的一幅或多幅圖像的成像裝置，含有處理器，該處理器用以接收圖像，檢測與生物生長介 質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的生物因子的第一個數(shù)量，檢測與生物生長介質(zhì)周圍部分相關(guān)的生物因子的第 二個數(shù)量，當(dāng)?shù)诙€數(shù)量比第一個數(shù)量乘以因子還要大時對生物生長介質(zhì)進行標(biāo)記以進行進一步研究。
本發(fā)明的許多方面都提供多種優(yōu)點。例如，本發(fā)明能夠改進生物生長介質(zhì)上對生 物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。特別是，此處描述的規(guī)則能夠指出通常發(fā)生的問題，并指出哪個 能破壞生物生長介質(zhì)上對因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。
并且，本發(fā)明能夠通過在成像裝置中使用低成本的光學(xué)元件而降低所述生物系統(tǒng) 的成本。例如，本發(fā)明中描述的一個或多個計數(shù)規(guī)則可以補償成像裝置中的光學(xué)缺陷。相應(yīng)地，在一些案例中計數(shù)規(guī)則可以通過在成像裝置中加使用低成本的光學(xué)元件進而降低所 述系統(tǒng)中生物掃描系統(tǒng)的成本。
以上或其它實施方案中的其它細節(jié)將在隨后的附圖和說明中闡明。本發(fā)明的其它 特性、目的和優(yōu)點將在說明書、附圖和權(quán)利要求中闡明。
附圖簡述


圖1所示為可以執(zhí)行本發(fā)明計數(shù)技術(shù)的生物掃描系統(tǒng)的透視圖。
圖2所示為另一示例性的生物掃描系統(tǒng)的透視圖所述系統(tǒng)包括連接到執(zhí)行此處 描述的圖像分析的外部的計算機的掃描單元。
圖3所示為生物掃描系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)可以與圖1或圖2的任一系統(tǒng)相對應(yīng)。
圖4為說明生物生長介質(zhì)自動分析過程的流程圖。
圖5和圖6為共同說明可能發(fā)生的一個問題的生物生長介質(zhì)示例圖。
圖7為說明可以在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用的規(guī)則1的流程圖，該規(guī)則 發(fā)現(xiàn)圖5和圖6說明的問題。
圖8為說明可能發(fā)生的一個問題的示例的生物生長介質(zhì)的圖。
圖9為說明可能在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用的規(guī)則2A的流程圖，該規(guī)則 發(fā)現(xiàn)圖8說明的問題。
圖10為說明可能在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用的規(guī)則2B的流程圖，該規(guī) 則發(fā)現(xiàn)圖8說明的問題。
圖11為說明可能發(fā)生的一個問題的示例的生物生長介質(zhì)的圖。
圖12為說明可能在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用到規(guī)則3A的流程圖，該規(guī) 則發(fā)現(xiàn)圖11說明的問題。
圖13為說明可能在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用的規(guī)則:3B的流程圖，該規(guī) 則發(fā)現(xiàn)圖11說明的問題。
圖14為說明可能發(fā)生的一個問題的示例的生物生長介質(zhì)的圖。
圖15為說明可能在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用的規(guī)則4的流程圖，該規(guī)則 發(fā)現(xiàn)圖14說明的問題。
圖16為說明可能發(fā)生的一個問題的示例的生物生長介質(zhì)的圖。
圖17為說明可能在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用的規(guī)則5的流程圖，該規(guī)則 發(fā)現(xiàn)圖16說明的問題。
圖18為說明可能發(fā)生的一個問題的示例的生物生長介質(zhì)的圖。
圖19為說明可能在生物生長介質(zhì)自動分析過程中使用的規(guī)則6的流程圖，該規(guī)則 發(fā)現(xiàn)圖18說明的問題。
發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及對生物生長板或類似介質(zhì)上生物因子數(shù)目計數(shù)的技術(shù)。下面將詳述多 種計數(shù)規(guī)則，其可以用來改進對生物生長介質(zhì)上生物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。所述計數(shù)規(guī) 則通常被存儲為可計算機執(zhí)行的軟件規(guī)則，并在生物掃描系統(tǒng)中通過處理器來執(zhí)行?；蛘?所述規(guī)則能安裝在硬件中，如專用集成電路(ASIC)，場可編程門陣列(FPGA)，或各種硬件 組件。本發(fā)明所描述的各種規(guī)則可單獨應(yīng)用，或根據(jù)被掃描的生長介質(zhì)而組合應(yīng)用。在任 何情況下，使用本發(fā)明所描述的一個或多個規(guī)則，可改進對生物生長介質(zhì)上生物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。
圖1是示例的生物掃描系統(tǒng)10的透視圖，所述系統(tǒng)能夠執(zhí)行本發(fā)明所描述的計數(shù) 規(guī)則。如圖1所示，生物掃描系統(tǒng)10包括具有打開即可接受生物生長介質(zhì)(圖1中沒有顯 示)的抽屜14的掃描單元元件12。抽屜14將生物生長介質(zhì)移動進入掃描單元12進行掃 描和分析。成像裝置和處理器位于掃描單元12內(nèi)部。當(dāng)生物生長介質(zhì)通過抽屜14插入掃 描單元12，成像裝置產(chǎn)生生物生長介質(zhì)的一幅或多幅圖像。這些圖像隨后被傳到處理器中， 處理器能夠通過圖像分析計算生物生長介質(zhì)上生物因子的數(shù)目。具體地，掃描單元12中的 處理器能夠調(diào)用下文將要詳述的一個或更多計數(shù)規(guī)則，所述規(guī)則可改進生物生長介質(zhì)上生 物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。
生物掃描系統(tǒng)10還包括安置在掃描單元12上的顯示屏16用以對用戶顯示生物 生長介質(zhì)的分析的進程和結(jié)果?？商鎿Q的或另外的方面，顯示屏16可以給用戶顯示生物掃 描系統(tǒng)10所掃描的生物生長介質(zhì)圖像。顯示的圖像可以光學(xué)放大或數(shù)字化按比例放大。安 裝平臺18界定彈出狹縫20，通過所述狹縫可以在生物掃描系統(tǒng)10獲得生物生長介質(zhì)圖像 后彈出生長板。換句話說，生物掃描系統(tǒng)10可以具有兩部分設(shè)計，即掃描單元12安裝在安 裝平臺18上。圖1就是所舉的兩部分設(shè)計的例子，但兩部分設(shè)計并不是本發(fā)明所必須的或 將本發(fā)明限制于此。
掃描單元12包括一個掃描生物生長介質(zhì)所需的成像裝置。所述成像裝置可采取 線掃描或面掃描的形式，這種裝置常與照明系統(tǒng)結(jié)合使用來提供對生物生長介質(zhì)的前和/ 或后照明。此外，掃描單元12還包括分析掃描的圖像的處理硬件，軟件和/或固件，如為了 測定生長板上的生物因子數(shù)目。例如，在通過抽屜14遞呈生物生長板后，所述板將與光學(xué) 板緊鄰放置以用于掃描。并且，根據(jù)本發(fā)明，為了改進生物生長介質(zhì)培養(yǎng)板上對生物因子自 動計數(shù)的準(zhǔn)確性在掃描單元12中通過處理器應(yīng)用了各種計數(shù)規(guī)則。
當(dāng)在掃描生長板后打開抽屜14時，生長板會落入下層的安裝平臺18以從彈出狹 縫20中彈出。為了以上目的，安裝平臺18包括將生長板從掃描單元12通過噴射狹縫20 從彈出的運送裝置。換句話說，當(dāng)生物生長板插入抽屜14，移動到掃描單元12被掃描后，生 物生長板落入下方的安裝平臺18，此處水平運送裝置，例如一個傳送帶通過彈出狹縫20彈 出介質(zhì)。
圖2是另一個生物掃描系統(tǒng)20的透視圖，該系統(tǒng)能執(zhí)行本發(fā)明中所描述的計數(shù)規(guī) 則。生物掃描系統(tǒng)20包括掃描單元21，其連接到外部的計算機22，計算機對掃描單元21 得到的圖像進行分析。換句話說，盡管在系統(tǒng)10(圖1)中，掃描單元12內(nèi)部整合了處理 器，但系統(tǒng)20(圖2)利用掃描單元21外部的處理器，例如外部計算機22。例如，外部計算 機22可以包括微處理器來執(zhí)行軟件以分析生物生長板M圖像。外部電腦22可以包括個 人電腦(PC)，桌面電腦，筆記本電腦，掌上電腦，工作站等。例如，軟件程序可以加載到外部 電腦22上來促進由生物掃描系統(tǒng)20產(chǎn)生的生物生長板M圖像的分析。
掃描單元21與外部電腦22通過接口 25相連接。接口 25，例如可以包括通用串行 總線(USB)接口，一個通用串行總線2 (USB2)接口，一個IEEE 1394火線接口，一個小型計 算機系統(tǒng)接口(SCSI)接口，一個高級技術(shù)附件(ATA)接口，一系列ATA接口，一個外圍部件 互連(PCI)接口或一個傳統(tǒng)串行或并行接口等。
如上文所述，生物掃描系統(tǒng)20被設(shè)計來接收生物生長板24。具體是，掃描單元21包括一個外殼26，所述外殼形成接受生物生長板M的輸入狹縫觀板。引導(dǎo)裝置23可以裝 在外殼沈上來幫助生物生長板M進入掃描單元21。掃描單元21還包括彈出狹縫(沒有 標(biāo)出)，通過所述彈出狹縫生物生長板M成像后被彈出。掃描單元21還包括其它特征，如 用以對用戶顯示生物生長介質(zhì)的分析進程和結(jié)果的顯示屏。
掃描單元21包括成像裝置，如二維的單色相機用于產(chǎn)生插入的生物生長板M的 一個或更多圖像。并且，掃描單元21還可以包括各種照明設(shè)備用于在成像時對生物生長板 24的進行前和后照明。照明設(shè)備可以用一種或多種顏色光照明生物生長板M，板M即可 產(chǎn)生一種或多種圖像進而確定生物生長板M上的細菌數(shù)目。具體的，掃描單元21可與外 部電腦22交換圖像，所述電腦包括執(zhí)行圖像分析的處理器。
生長板M包括生長區(qū)域27，細菌和其它生物因子可在該區(qū)域上顯現(xiàn)。生長平面 27可以是平面和凹孔。確定在生長板M上檢測的樣品是否從菌落計數(shù)的角度可以接受，取 決于每單位面積的菌落數(shù)。因此，從掃描單元21得到的圖像可被用來對板M每單位面積 的菌落數(shù)目定量。若需要，單菌落的大小也能被包括在分析中。在生長區(qū)域27的生物生長 板M的表面包含設(shè)計以促進一種或多種細菌或其它生物因子快速生長的一種或多種生長 增強劑生物因子。在某些例子中，生物生長板M在插入掃描單元21前要孵育。
生長板M常包括標(biāo)記四，例如條形碼或其它能標(biāo)示生長板M的標(biāo)記物。標(biāo)記包 括RFID標(biāo)簽，二維光學(xué)可檢測的條碼或類似物。在任何情況下，標(biāo)記四可用來識別生長板 24上生長和檢測的細菌或生物因子的類型。掃描單元21可以設(shè)計為將生長板M拉入掃 描單元21的第一個位置產(chǎn)生標(biāo)記四的圖像，然后將生長板M拉到第二個位置產(chǎn)生生長區(qū) 域27的圖像。通過此方法，生物掃描系統(tǒng)20可產(chǎn)生標(biāo)記四和生長區(qū)域27的圖像?；蛘?產(chǎn)生同時包括標(biāo)記四和生長區(qū)域27的單個圖像。任何一種情況標(biāo)記四都可用來幫助識 別板的類型，以使一個或更多的計數(shù)規(guī)則通過自動方式被應(yīng)用。
作為例子，生長板M可以是由3M公司售出的冠有PETRIFILM商品名的生物生長 板。生長板M可被用來促進與食物污染有關(guān)的一種或多種細菌或其它生物因子的快速生 長和檢測，這種污染包括例如，有氧細菌，大腸桿菌，大腸型細菌，腸細菌，酵母菌，霉菌，金 黃色葡萄球菌，李斯特菌，彎曲桿菌菌等。生長板通常是用于生物生長、細菌檢測和計數(shù)的 生長介質(zhì)。然而本發(fā)明還可以用于多種其他類型的生長介質(zhì)。
為了改進生物生長介質(zhì)板上對生物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性，本發(fā)明的不同方面建 立可在圖像處理過程中應(yīng)用的規(guī)則。換句話說，后面將詳述的規(guī)則可以形成系統(tǒng)10和系統(tǒng) 20中執(zhí)行的計數(shù)算法的一部分。不同的規(guī)則可被單獨或任意組合應(yīng)用，這依賴于被掃描的 介質(zhì)類型和可能遇到的問題。例如，某些規(guī)則可能與下面列出的具體殊類型的生長板有關(guān)。 應(yīng)用規(guī)則的順序也影響結(jié)果。在任何情況下，應(yīng)用一種或更多規(guī)則可以通過改進對生長介 質(zhì)等上的生物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性來改進生物掃描系統(tǒng)，例如例如系統(tǒng)10或系統(tǒng)20的 準(zhǔn)確性。
圖3是生物掃描系統(tǒng)30的方框圖，可與系統(tǒng)10 (圖1)或系統(tǒng)20 (圖2)相對應(yīng)。 生物掃描系統(tǒng)30包括成像裝置32，其產(chǎn)生介質(zhì)的一個或更多圖像并為處理器34提供圖像。 處理器34與存儲器36相連。存儲器36含有各種處理器可執(zhí)行的軟件指令，能夠利于成像 裝置32產(chǎn)生的圖像的分析。具體的，存儲器36儲存一個或更多計數(shù)規(guī)則37，該規(guī)則在圖像 分析時應(yīng)用以改進對生長介質(zhì)上生物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。輸出裝置38用來接收由處理器34判斷的結(jié)果和為使用者提供結(jié)果。
作為例子，成像裝置32包括一個二維的單色相機用于產(chǎn)生插生物生長板的一個 或更多圖像。例如，各種照明設(shè)備(未顯示)可以用于照明生物生長板的前和后側(cè)。例如 照明設(shè)備可以一種或多種顏色照明生物生長板，并且可通過成像裝置32產(chǎn)生生物生長板 的一種或多種圖像。這些圖像隨后被提供給處理器34，并也可以被存儲在存儲器36。在任 何情況下，圖像通過使用計數(shù)規(guī)則37分析以決定板上細菌數(shù)目。成像裝置32的分辨率是 大約每厘米155像素。這樣，圖像上每厘米行有155像素長，每像素長約6. 45xlOEE-3。
減少成像裝置32的成本是合需的。盡管高成本的光學(xué)元件如高品質(zhì)的透鏡可以 改善成像，但這樣會把系統(tǒng)30的成本提高到過度的水平。一種或更多的計數(shù)規(guī)則37可以 提供另外的改善系統(tǒng)30的機制。例如，一種或更多的計數(shù)規(guī)則37可以補償成像裝置32的 光學(xué)缺陷。因此在某些情況下，計數(shù)規(guī)則37可以通過在裝置32使用低成本的光覺元件而 降低系統(tǒng)30的成本。
處理器34可以包括通用目的的微處理器來執(zhí)行被存儲在存儲器36中的軟件。或 者處理器34可以包括專用集成電路(ASIC)或其它特殊設(shè)計的處理器。在任何情況下，存 儲器34執(zhí)行各種計數(shù)規(guī)則37以改進對生長介質(zhì)或類似物上生物因子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。
存儲器36是由處理器34應(yīng)用的存儲處理器可執(zhí)行軟件的計算機可讀媒介的一個 例子。作為例子，存儲器36可以包括隨機存取存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)，非易失隨 機存儲器(NVRAM)，電子可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)，閃存等。以下將描述的計數(shù)規(guī) 則37被存儲在存儲器36中，并可以組成用于圖像分析的大型軟件程序的一部分。
輸出裝置38典型地包括用來與使用者交流結(jié)果的顯示器。但輸出裝置38也可包 括其它類型裝置，如打印機或其他。輸出裝置38是可以形成生物掃描單元的一部分，如掃 描單元12的顯示屏16 (圖1)，或可以在掃描單元的外部，如外部電腦22所帶的顯示器。
圖4是顯示自動分析生物生長介質(zhì)過程的流程圖。如圖4所示，處理器34接收生 長板Gl)的一個或幾個圖像。處理器34調(diào)用存儲器36中的各種例程來計數(shù)生物板上生 物因子的數(shù)目。例如，通過色彩的不同辨別細菌菌落，細菌菌落在生物板上通過改變的顏色 來顯示。處理器34所執(zhí)行的程序可以識別生長板上生物生長區(qū)域并根據(jù)生長區(qū)域上顏色 的變化自動計數(shù)生物板上在培養(yǎng)過程中已經(jīng)長出來的細菌菌落數(shù)目。
根據(jù)本發(fā)明，處理器34通過應(yīng)用一個或多個規(guī)則改進對生長介質(zhì)上生物因 子自動計數(shù)的準(zhǔn)確性。以下將描述各種規(guī)則。本發(fā)明所描述的規(guī)則可單獨應(yīng)用，或根據(jù)被 分析的生長介質(zhì)以不同的組合應(yīng)用。規(guī)則可以從存儲器36單獨調(diào)用規(guī)則或者也可通過大 型圖像分析軟件程序的子例程來調(diào)用規(guī)則。以下描述的規(guī)則被標(biāo)記為規(guī)則1，2A，2B, 3A，3B， 4，5和6。然而此標(biāo)記法被提供用于利于討論以下規(guī)則，但并不表示應(yīng)用程序的順序。這些 規(guī)則可被單獨使用或可以使用這些規(guī)則的不同組合。如果使用一組規(guī)則，其順序依賴于被 掃描的板類型。選定的應(yīng)用的規(guī)則的順序?qū)⒂绊懽罱K結(jié)果。規(guī)則的各種子集也可按一定順 序使用，規(guī)則的子集的使用順序也將影響最終結(jié)果。
圖5表示一個示例生長板50，包括生長區(qū)域52和標(biāo)記M，如用來鑒別板50是特 定類型的生長板、樣品稀釋度、樣品類型或起源。相似的，圖6表示示例生長板60，包括生長 區(qū)域62和標(biāo)記64。如所示的，生長板50上生長區(qū)域52與長板60上生長區(qū)域62的相關(guān)背 景色彩或陰影是不同的。如果與生長板50上生長區(qū)域52相關(guān)的背景色彩或陰影并不在限定的顏色范圍內(nèi)，則問題可能出在板50上。根據(jù)本發(fā)明所描述的規(guī)則1，生長板的顏色可被 鑒定并與顏色范圍相比較。如果生長板的顏色在該范圍之外，生長板會被標(biāo)記等待技術(shù)員 來檢查。
圖7是顯示規(guī)則1的流程圖。如所示的，處理器34調(diào)用存儲器36中存儲的軟件 來鑒別生物板上的色值(71)。具體的，處理器34可以定量生長板的顏色為限定板陰影的一 個或多個數(shù)值。例如，陰影可通過定義紅色、綠色、藍色值，或色調(diào)、飽和度和強度的3個數(shù) 字來定義。如果生長板有一個或多個色值都超出了規(guī)則1的范圍(72)，例如，如果板的陰影 不在已建立的可接受的陰影范圍內(nèi)，生長板會被標(biāo)記等待進一步檢查(73)。例如，被標(biāo)記的 生長板需等待技術(shù)員來檢查以判斷是否生長板的顏色說明某個問題。通過此種方法，規(guī)則 1能夠基于板顏色自動判斷潛在錯誤的生長板。規(guī)則1的色彩范圍通常對使用的生長板是 特異的，并通常建立表明生長板是可接受的色彩范圍。陰影值可用一個或多個用數(shù)值來定 義色彩范圍和色彩值。
圖8表示示例的生長板80，包括生長區(qū)域82和標(biāo)記84，圖8也提供了圖例，其中 方形區(qū)域是被鑒定的菌落，圓形區(qū)域是被鑒定的產(chǎn)氣菌落。對有些生長板來說，產(chǎn)氣菌落表 明可以計數(shù)的確認類型的生物菌落，而沒有氣體的菌落則表明所述生物菌落可以或不可以 被計數(shù)。
生長板存在的一個問題是一個菌落可能會分裂并在板上顯示兩個或更多不同的 標(biāo)記。在以上情況中，兩個或更多不同的標(biāo)記通常會表示對于菌落計數(shù)目的的同一個菌落。 然而，自動化系統(tǒng)通常將各標(biāo)記計數(shù)為單獨的菌落。這種問題常在產(chǎn)氣菌落中出現(xiàn)，因為氣 體常常從菌落內(nèi)部或菌落周圍以上或以下出現(xiàn)，這種現(xiàn)象通常會影響菌落并使菌落分裂。
為了減少以上情況的出現(xiàn)，規(guī)則2A和2B提供了可選擇的技術(shù)來辨別可能是從板 上生長的單菌落分裂而來菌落?？傮w而言，板上存在有限數(shù)量的菌落，并且有兩個和更多菌 落靠的很近，則有必要認為兩個和更多靠的很近菌落是單菌落，因為很可能兩個靠的很近 菌落是單一菌落分裂而來。例如，在85A，85B，85C鑒定的一組菌落可能是應(yīng)用這種規(guī)則的 候選者。
圖9是顯示規(guī)則2A的流程圖。處理器34調(diào)用存儲器36中的儲存的各種軟件來 分析一個或更多生物板的圖像，計數(shù)生物板上生物因子的數(shù)目。如果板的計數(shù)，即在板上鑒 定的生物因子初始數(shù)目大于規(guī)則2的閾值(91的“否”分枝)，將不改變對板的計數(shù)。但是 當(dāng)板上鑒定的生物因子初始數(shù)目小于規(guī)則2的閾值(91的“是”分枝時)，將改變對板的計 數(shù)。例如規(guī)則2的閾值約是20，盡管在其它裝備條件下規(guī)則2會取不同的值?？傮w而言，最 合需的是當(dāng)初始數(shù)目相對較小時調(diào)用(92-94)的步驟，因為當(dāng)總體數(shù)值相對較低時不正確 的數(shù)據(jù)會對數(shù)據(jù)百分率有更顯著的影響。
如果板上鑒定的數(shù)目小于規(guī)則2的閾值(91 “是”分枝時)，處理器34將測定一個 菌落是否在與另一個菌落(92)相隔D2的距離內(nèi)。如果是(91 “是”分枝時)，處理器將認 為在相隔D2的距離內(nèi)兩個菌落是一個(73)。距離&的定義可以是根據(jù)絕對距離或圖像的 像素。例如，距離D2可以被定義為兩個像素的中心約18像素的寬度。如果一個菌落在與 另一個菌落(93)相隔D2的距離內(nèi)，如從中心到中心，則將兩個菌落是計數(shù)為一個菌落。
換句話說，板上菌落數(shù)量有限時，如果有兩個菌落靠的很近，則將兩個靠的很近菌 落計數(shù)為單一菌落，因為很可能兩個靠的很近菌落是從板上單一菌落分裂而來。處理器34考慮生長板上每一個菌落，并判斷每一個特定菌落周圍是否有距離在A內(nèi)的相鄰菌落。當(dāng) 沒有更多菌落需要考慮時，規(guī)則2A運行結(jié)束(94的“否”分枝)。因此，當(dāng)3個或更多菌落 位于彼此距離D2內(nèi)，這3個或更多菌落被計數(shù)為一個菌落。
圖10是表示規(guī)則2B的流程圖，與規(guī)則2A相比有微小變動。規(guī)則2B與2A是解決 類似問題的通常可替換的不同方法，如鑒定何種情況下兩個或更多菌落在初始計數(shù)中計為 單一菌落。在兩種情況中，處理器34產(chǎn)生初始計數(shù)，然后在初始計數(shù)中發(fā)現(xiàn)應(yīng)計為單一菌 落的兩個或更多菌落時降低初始計數(shù)而產(chǎn)生第二次計數(shù)。在圖9和圖10中使用同樣的規(guī) 則2的閾值X2，盡管不同的規(guī)則可以使用不同的閾值。
此外，處理器34調(diào)用儲存在存儲器36中的軟件來分析一個或更多生物板的圖像， 計數(shù)上生物板上生物因子的數(shù)目。如果板的計數(shù)，即板上生物因子的初始數(shù)目大于規(guī)則2 的閾值(101的“否”分枝)，則板上計數(shù)不改變。但是，板上計數(shù)小于規(guī)則2的閾值(101“是” 分枝)，則板上計數(shù)可以改變。
具體的，如果板上數(shù)目小于規(guī)則2的閾值(101 “是”分枝)時，處理器34會判斷 是否兩個菌落有重疊(102)。例如，處理器34會限定圍繞與每個菌落有關(guān)的區(qū)域的識別標(biāo) 記，每個通常直徑約0. 2到0. 3厘米之間，盡管菌落的標(biāo)記是與顯示的菌落大小成比例。如 果兩個不同區(qū)域的識別標(biāo)記有重疊(102 “是”分枝)，處理器34會對兩個重疊的菌落計數(shù) 作為1個(103)。換句話說，板上菌落數(shù)量有限時，有兩個菌落靠的很近，則認為兩個靠的很 近菌落是單一菌落，因為很可能兩個靠的很近菌落是從板上單一菌落分裂而來。處理器34 會判斷生長板上的每個菌落，是否在這個給定的菌落周圍有與它重疊的臨近菌落。當(dāng)沒有 更多菌落要考慮時，規(guī)則2B運行結(jié)束(104 “否”分枝)。
圖11表示示例的生長板110，包括生長區(qū)域112和標(biāo)記114，圖11也提供了圖例， 其中圓形區(qū)域是菌落，相對大的不規(guī)則區(qū)域是擴散菌落(也可稱為“液化器菌落”)。與圖 11所述相似的生長板存在的問題是從擴散菌落出現(xiàn)一個或更多菌落。在這種情況下，接近 擴散菌落的菌落被認為是擴散菌落的一部分，并不是分開和另外的菌落。但是，自動系統(tǒng)會 把每個標(biāo)記認為是分開的菌落，包括擴散菌落和從擴散菌落出來的各種菌落。
為了減少這類問題的發(fā)生，規(guī)則3A和:3B提供了鑒別可能從擴散菌落分離出來的 菌落的方法。規(guī)則3A和;3B與上文中的規(guī)則2A和2B很類似，但主要針對擴散菌落的鑒別。 總體上講，板上菌落數(shù)量有限時，有一個或多個菌落與相對較大的擴散菌落靠的很近，合需 的是認為兩個或更多個靠的很近擴散菌落是擴散菌落的一部分。例如在115A和115B中鑒 定的擴散菌落，可以成為應(yīng)用所述規(guī)則的對象。在圖12和圖13中使用了相同的規(guī)則3閾 值&，盡管不同的規(guī)則可以使用不同的閾值。
圖12是表示規(guī)則3A的流程圖。處理器34調(diào)用儲存在存儲器36中的軟件來分析 一個或更多生物板的圖像，計數(shù)上生物板上生物因子的數(shù)目。如果板的計數(shù)，即當(dāng)板上鑒定 的生物因子初始數(shù)目大于規(guī)則3的閾值(121 “否”分枝時)，將不改變對板的計數(shù)。但是當(dāng) 板上鑒定的生物因子初始數(shù)目小于規(guī)則3的閾值(121 “是”分枝時)，將改變對板的計數(shù)。 例如，盡管在其它裝備條件下規(guī)則3會取不同的值，但規(guī)則3的閾值可以是約150?？傮w而 言，當(dāng)初始數(shù)目小于某個閾值時最合需的是調(diào)用步驟(122-123)，因為當(dāng)總體數(shù)值相對較低 時不正確的數(shù)據(jù)會對數(shù)據(jù)百分率有更顯著的影響。
如果板上的計數(shù)小于規(guī)則3的閾值，處理器34會決定是否識別到擴散菌落(122)。例如可通過形狀、大小和/或顏色來判定擴散菌落。具體的，擴散菌落常有相對更大的不規(guī) 則形狀，在板上與其他菌落的顏色略有不同。如果鑒定出一個或多個擴散菌落，處理器34 會除去距擴散菌落在限定的距離(D3)以內(nèi)的任何菌落。距離D3的定義可以根據(jù)絕對距離 或圖像的像素。例如，距離D3可以是大約0. 065厘米，所述距離相應(yīng)于系統(tǒng)30中大約10像 素的寬度。在任何情況下，任何位于擴散菌落D3距離內(nèi)的菌落都從計數(shù)中除去，被認為是 擴散菌落的一部分。
圖13是表示規(guī)則:3B的流程圖，與3A相比有微小變動。規(guī)則2B與2A是解決類似 問題的通?？商鎿Q的方法，如在鑒定何時初始計數(shù)中的兩個或更多菌落在被計為擴散菌落 的一部分。在兩種情況中，處理器34產(chǎn)生第一次計數(shù)，然后在鑒定出擴散菌落和應(yīng)計為擴 散菌落的一部分的其它菌落后，降低第一次計數(shù)而產(chǎn)生第二次計數(shù)。
處理器34調(diào)用存儲在存儲器36中的軟件來分析一個或更多生物板的圖像，計數(shù) 上生物板上生物因子的數(shù)目。如果板的計數(shù)，即板上鑒定的生物因子初始數(shù)目大于規(guī)則3 的閾值(131 “否”分枝時)，將不改變對板的計數(shù)。但是當(dāng)板上鑒定的生物因子初始數(shù)目小 于規(guī)則3的閾值(131 “是”分枝時)，可以改變對板的計數(shù)。
具體的，如果板上的計數(shù)小于規(guī)則3的閾值(131 “是”分枝時)，處理器34會決 定是否鑒定到擴散菌落(132)。此外，同樣可通過形狀、大小和/或顏色來判定擴散菌落。 如果鑒定出一個或多個擴散菌落，處理器34會在計數(shù)中除去與擴散菌落重疊的任何菌落 (133)。例如，處理器34會限定一個包圍與擴散菌落相關(guān)區(qū)域的相對較大的鑒定標(biāo)記。并 且，處理器34會限定包圍與其它菌落相關(guān)的區(qū)域的鑒定標(biāo)記。如果與擴散菌落相關(guān)的鑒定 標(biāo)記與其它菌落重疊，則與擴散菌落重疊的另外的菌落會從計數(shù)中除去。在這種情況下，與 擴散菌落重疊的其它菌落被認為是擴散菌落的一部分。
圖14表示示例的生長板140，包括生長區(qū)域142和標(biāo)記144，圖14也提供了圖例， 其中方形區(qū)域是被鑒定的菌落，圓形區(qū)域是被鑒定的產(chǎn)氣菌落。不同的陰影區(qū)別“紅色”菌 落和“藍色”菌落。當(dāng)然，紅色和藍色只是范例的，類似的生長板也可使用其它顏色?？偟膩?說，第一種顏色對應(yīng)一種類型的菌落，第二種顏色對應(yīng)另一種類型的菌落。在某些情況下， 一種顏色對應(yīng)一般菌落，另一種顏色對應(yīng)特定的菌落。例如，紅色可以指腸細菌菌落，藍色 可指腸細菌的特定類型的大腸桿菌菌落。產(chǎn)氣菌落表明某種特定的可被計數(shù)的生物菌落類 型，沒有氣體的菌落表明某種可被或不可被以例如與政府規(guī)定相符合的確定性計數(shù)的生物 菌落類型。
生長板分析中存在的一個問題是圖像假像可引起生長板圖像的不規(guī)則性。如果在 成像裝置中使用低成本的光學(xué)元件，如低成本的透鏡這種問題會更加顯著。但另一方面，有 必要控制生物掃描系統(tǒng)的成本，高成本的光學(xué)元件可以增加大量的成本。比使用高成本的 光學(xué)元件更好的選擇應(yīng)是發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)和克服與低成本的光學(xué)元件有關(guān)的問題的圖像分 析規(guī)則和技術(shù)。
生長板140在生長區(qū)域142的內(nèi)部147包含相對少量的菌落。但是，生長區(qū)域142 的周邊部分149有大量的菌落出現(xiàn)。統(tǒng)計顯示，這些菌落是均勻分布的。因此，生長區(qū)域 142的周邊部分149有比內(nèi)部區(qū)域有多得多的菌落出現(xiàn)時，會產(chǎn)生一個問題。這種現(xiàn)象歸 結(jié)于成像裝置32中光學(xué)元件的缺陷。在隨后的描述中，內(nèi)部147 —般指生長區(qū)域142內(nèi)部 大約75 %的部分，而周邊部分149指生長區(qū)域142周邊大約25 %的部分。在其它實施方式12中，內(nèi)部和周邊部分的劃分不同。
圖15表示說明圖14中發(fā)現(xiàn)的問題的規(guī)則4的流程圖。盡管圖15提到參考“紅 色”和“藍色”，所述規(guī)則在任何第一和第二種顏色中同樣適用。
處理器34調(diào)用儲存在存儲器36中的軟件來分析一個或更多生物板的圖像，計數(shù) 上生物板上生物因子的數(shù)目。處理器34定義了一些生物板內(nèi)部，例如內(nèi)部147的紅色計數(shù) (Rrtsp) (151)。并且，處理器；34定義了一些生物板內(nèi)部藍色計數(shù)(Brtsp) (152)。如果生物板 內(nèi)部紅色的計數(shù)(Rrtsp)小于規(guī)則4的閾值(X4) (153“是”分枝時)，處理器就不會距生長介 質(zhì)生長區(qū)域外部邊緣，例如周邊部分149特定距離D4以內(nèi)的任何小的紅色菌落(154)。同 樣，如果生物板中心部分藍色的計數(shù)(Brtsp)小于規(guī)則4的閾值(X4) (155 “是”分枝時)，處 理器就不會計算距生長介質(zhì)生長區(qū)域邊緣，例如周邊部分149特定距離D4以內(nèi)的任何小的 藍色菌落(154)。
小面積菌落一般指具有特定面積或直徑小于特定閾值的菌落。小面積菌落可以相 對于絕對的測量尺寸而定義或根據(jù)圖像的像素來定義。在一個例子中，小面積菌落是尺寸 小于大約20像素的菌落。距離D4可以根據(jù)絕對距離或圖像的像素來定義。例如，距離D4 可被定義為約15像素的寬度。
圖16說明了示例的培養(yǎng)板160，包括生長區(qū)162及標(biāo)示164。圖16提供了圖例， 其中方形陰影區(qū)域表示已鑒定菌落，圓形陰影區(qū)域表示已鑒定的產(chǎn)氣菌落。不同的陰影區(qū) 分紅色菌落、藍色菌落。但是紅色和藍色只是舉例，類似的介質(zhì)也可用其它的顏色。一般說 來，第一種顏色表示一種菌落類型，第二種顏色表示另一種菌落類型。在有些情況，一種顏 色表示一般菌落，而另一種顏色表示更特定的菌落。例如，紅色表示腸細菌菌落，而藍色就 可能用來表示大腸桿菌菌落，即特定的腸細菌。產(chǎn)氣的菌落表明某種確定的可被計數(shù)的生 物菌落類型，沒有氣體的菌落表明可以或不可以確定地，例如根據(jù)政府的規(guī)定而被計數(shù)的 生物菌落類型。
生長板分析的一個問題是生長板可能顯示出對生長指示物不均勻的觸發(fā)(化學(xué) 反應(yīng))。在統(tǒng)計上，期望菌落可以均勻分布。如果紅色菌落高度集中出現(xiàn)在一個區(qū)域，藍色 菌落高度集中出現(xiàn)在另一個區(qū)域，那么問題可能就出現(xiàn)了。若是那樣的話，藍色菌落很可能 被計成了紅色菌落，如，當(dāng)紅色菌落識別到更通常細菌生長類型的存在，藍色菌落識別到更 加特定的類型細菌生長類型的存在。當(dāng)不均勻分布時，藍色菌落作為特定類型細菌生長存 在的指示將較不可信，而一般指示通常的細菌生長類型。因此，在自動細菌菌落計數(shù)中，如 果出現(xiàn)不均勻分配，有必要將藍色菌落計成紅色菌落，特別是當(dāng)板上菌落數(shù)較低時。
以生長板160為例(圖16)，內(nèi)部167有6個紅色菌落，和一個紅色產(chǎn)氣菌落。在 內(nèi)部167中沒有藍色菌落或產(chǎn)氣的藍色菌落。相反，在周邊部分169中有3個藍色菌落，1 個產(chǎn)氣藍色菌落，和1個紅色菌落。在此例中，由于不均勻分配，藍色菌落和有產(chǎn)氣藍色菌 落被計成紅色菌落(此處產(chǎn)氣藍色菌落被光學(xué)計為產(chǎn)氣紅色菌落)。內(nèi)部167可以指生長 區(qū)域162內(nèi)部大約75%的部分，而周邊部分169指生長區(qū)域162周邊大約25%的部分。在 其它實施方式中，中心部分和周邊部分的劃分不同。
圖17是表示規(guī)則5的流程圖，規(guī)則5說明了圖16說明的問題。盡管圖17提到參 考“紅色”和“藍色”，所述規(guī)則同樣適用于任何第一和第二種顏色。
處理器34調(diào)用儲存在存儲器36中的軟件來分析一個或更多生物板的圖像，計數(shù)上生物板上生物因子的數(shù)目。處理器34確定生物板內(nèi)部，例如內(nèi)部167的紅色的計數(shù)(R內(nèi) 部)(171)。并且，處理器；34確定生物板內(nèi)部藍色的計數(shù)(Brtsp) (172)。處理器；34定義了一 些生物板周邊部分紅色的計數(shù)(Ras)，例如周邊169 (17 。并且，處理器34定義了一些生 物板周邊部分藍色的計數(shù)(Bas) (174)。
如果生物板中心部分紅色的計數(shù)(R_)大于第一次規(guī)則5的閾值(X5)時，并且如 果生物板內(nèi)部藍色的計數(shù)(Brtsp)小于第二次規(guī)則5的閾值(Y5) (175 “是”分枝時)，處理 器34就會將生物板周邊部分藍色的計數(shù)(Bas)改成紅色的計數(shù)(176)。換句話說，當(dāng)識別 到違背可能的統(tǒng)計程度上的不均勻分布時，周邊部分藍色的計數(shù)會被計成紅色的計數(shù)。作 為例子，第一個規(guī)則5的閾值(X5)是大約5，第二個規(guī)則5的閾值(Y5)是大約2，盡管根據(jù) 所需的配置可選擇不同的數(shù)值。
圖18說明了示例的培養(yǎng)板180，包括生長區(qū)182及標(biāo)示184。圖18還提供圖例， 其中方形陰影區(qū)域表示菌落。
此外，生長板分析的一個問題是生長板可能顯示出生長指示物不均衡的觸發(fā)(化 學(xué)反應(yīng))。在統(tǒng)計上，期望菌落均勻分布。如果菌落一個區(qū)域的出現(xiàn)比在另一個區(qū)域出現(xiàn)的 比例高，那么問題可能就出現(xiàn)了。在這種情況下，有必要對生長板進行標(biāo)記以便，例如由技 術(shù)人員進行進一步的研究。
在生長板180中，例如在內(nèi)部187包括4個菌落。相反，在周邊部分189包括15個 菌落。在這種情況下，有必要對生長板進行標(biāo)記以進行進一步的研究，如由技術(shù)人員完成， 因為菌落的分配不服從統(tǒng)計規(guī)律。
圖19是說明規(guī)則6的流程圖，規(guī)則6說明了圖18表示的問題。處理器34調(diào)用儲 存在存儲器36中的軟件來分析一個或更多生物板的圖像，計數(shù)上生物板上生物因子的數(shù) 目。處理器34對生長區(qū)域進行初次計數(shù)，判斷是否板上計數(shù)大于規(guī)則6的閾值(X6)。例如， 規(guī)則6的閾值OQ是大約5，但不同的配置中可選擇不同的數(shù)值。
如果生物板的計數(shù)大于規(guī)則6的閾值(X6)時(191的“是”分支)，處理器34確定 生物板內(nèi)部(Crtsp),例如內(nèi)部187的一些計數(shù)(192)。并且，處理器34確定了生物板周邊 部分(Cas)的計數(shù)。如果周邊部分的計數(shù)(Cas)大于內(nèi)部的計數(shù)(C內(nèi)部)乘以因子(F) (194 “是”分枝時)，對生長板進行標(biāo)記以進行進一步的研究。例如，一旦被標(biāo)記，技術(shù)人員 會被提醒需要標(biāo)記的板需要手工分析。
不同的實施中內(nèi)部和周邊部分的大小不同。并且，使用的因子(F)決定于內(nèi)部和 周邊部分的大小。在一個例子中，周邊部分包括生長板上生長區(qū)域最外部大約25%的部分， 中心部分的分布包括板上生長區(qū)域最內(nèi)部大約75%的部分。在這種情況下，因子(F)是大 約1.5，但也可用其它因子。因子(F)通常大于1，表示周邊部分不成比例的計數(shù)數(shù)目。
此處描述的各種規(guī)則可被單獨使用或依賴于被掃描的板類型而組合使用。例如， 目前由3M公司售出的各種PETRIFILM板。這些板包括有氧計數(shù)板(AC)，腸細菌計數(shù)板(CC) 和大腸桿菌計數(shù)(EC)板。在分析AC，CC，EC板時可使用不同的規(guī)則組合。此外，通過給定 的標(biāo)記辨別板類型，可以在生物掃描系統(tǒng)中自動應(yīng)用正確的規(guī)則。
以AC板為例，通過使用規(guī)則1和隨后使用規(guī)則3AJB再后使用規(guī)則6可得到改進 的計數(shù)結(jié)果。對于CC板，通過使用規(guī)則1和隨后使用規(guī)則2A、2B再后使用規(guī)則4可得到改 進的計數(shù)結(jié)果。對于EC板，通過使用規(guī)則1和隨后使用規(guī)則2A、2B隨后使用規(guī)則4，再后使用規(guī)則5可得到改進的計數(shù)結(jié)果。以上例子只是一些例證，在其他的實施方案中可以以不 同的順序使用不同的其他規(guī)則組合。
本發(fā)明描述了一系列生物掃描系統(tǒng)的實施方案。具體的，本發(fā)明還描述了在生物 掃描系統(tǒng)中用以改進生物生長板上生物因子自動計數(shù)數(shù)目準(zhǔn)確性的多種計數(shù)規(guī)則。
許多技術(shù)被描述為可以軟件實現(xiàn)的。在這種情況下，計算機可讀媒介存儲處理器 可執(zhí)行的上述一個或更多指令。例如，計算機可讀媒介包括一個隨機存取存儲器(RAM)，只 讀存儲設(shè)器(ROM)，非易失隨機存儲器(NVRAM)，電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)，閃 存或類似裝備。計算機可讀媒介還包括非易失存儲器如CD-ROM來為用戶輸送軟件。計算 機可讀媒介還包括一個電磁載體波，如通過網(wǎng)絡(luò)例如英特網(wǎng)用于傳輸軟件。
同樣的技術(shù)也可在硬件中實現(xiàn)。示例的硬件實現(xiàn)裝置包括專用集成電路(ASIC)， 場可編程門陣列(FPGA)，或各種特殊設(shè)計的硬件組件，或其組合。并且，本發(fā)明中描述的一 個或多個技術(shù)可以在硬件、軟件或固件中部分執(zhí)行。
在任何情況下，可以在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下進行多種修改。例如本 發(fā)明描述的一個或更多規(guī)則可以伴隨或不伴隨其他的規(guī)則和規(guī)則的不同子集而以不同順 序應(yīng)用，這取決于所需的實現(xiàn)裝置。以上和其它實施方案都在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于計數(shù)生物生長介質(zhì)上的生物因子的方法，包括 接收生物生長介質(zhì)的一幅或多幅圖像；識別第一數(shù)量的與所述生物生長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的生物因子； 識別第二數(shù)量的與所述生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的生物因子；及 如果所述第二數(shù)量大于所述第一數(shù)量與某個因數(shù)的乘積，則標(biāo)記所述生物生長介質(zhì)以 進行額外的檢查。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述因數(shù)為約1.5。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物生長介質(zhì)是培養(yǎng)皿，所述生物因子包含細 菌菌落，標(biāo)記所述生物介質(zhì)以進行額外的檢查包括標(biāo)記所述生物介質(zhì)以便技術(shù)人員進行檢查。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中內(nèi)部約占生長介質(zhì)生長區(qū)域的75%，而周邊部分約 占生長介質(zhì)生長區(qū)域的25%。
5.一種用于計數(shù)生物生長介質(zhì)上的生物因子的系統(tǒng)，包括 產(chǎn)生生物生長介質(zhì)的一幅或多幅圖像的成像裝置；和處理器，其接收圖像，識別第一數(shù)量的與生物生長介質(zhì)內(nèi)部相關(guān)的生物因子，識別第二 數(shù)量的與生物生長介質(zhì)周邊部分相關(guān)的生物因子，以及如果所述第二數(shù)量大于所述第一數(shù) 量與某個因數(shù)的乘積，則標(biāo)記生物生長介質(zhì)以進行另外的檢查。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，所述因數(shù)為大約1.5，內(nèi)部約占生長介質(zhì)生長區(qū)域的 75 %，而周邊部分約占生長介質(zhì)生長區(qū)域的25 %。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物生長板上的生物因子計數(shù)方法和系統(tǒng)。具體而言本發(fā)明涉及一種計數(shù)生物生長板或類似介質(zhì)上生物因子的技術(shù)。為了自動計數(shù)生物因子，將生物生長板插入到生物掃描單元中，然后生物掃描單元會產(chǎn)生所述板的圖像。其后，圖像上出現(xiàn)的生物因子的數(shù)量，例如細菌菌落數(shù)，可以被計數(shù)或使用圖像處理和分析例程通過或是掃描單元或是外部計算裝置，如一個桌面電腦或工作站等進行判斷。本發(fā)明還描述了用以改進生物生長板上生物因子數(shù)目的自動計數(shù)準(zhǔn)確性的多種計數(shù)規(guī)則。
文檔編號G06K9/00GK102034090SQ201010515889
公開日2011年4月27日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者克里斯蒂娜·A·賓斯費爾德, 多伊勒·T·波特, 邁克爾·R·普 申請人:3M創(chuàng)新有限公司