0 引言
血培养是检测菌血症和真菌血症最简单、最准确、最常用的一种方法，是评估血液感染的金标准，能帮助医护人员合理用药、降低患者的死亡率。血液细菌培养仪广泛应用于医院检验科，且数量庞大、质量控制要求高、计量需求明确。该仪器采用自动化方法进行血液细菌培养和检测，可对十几种细菌进行培养检测，且污染低、自动化程度高，但由于不是将直接培养取得的最终微生态学状态作为判断标准而得到判断结果，可能会因操作不当或设备性能(如控温不准确或光学检测系统故障等)导致假阳性或假阴性结果。因此，卫生标准、行业规范等均提出要求，对设备进行验证和周期性校准。
1 自动血液细菌培养仪原理及质控要求
血液细菌培养仪一般包含恒温孵育系统、震荡系统和检测系统，其中恒温系统和检测系统是设备的控制关键。恒温系统会提供一个稳定的微生物生长温度;检测系统则用于检测是否有微生物生长，且普遍采用荧光检测技术，即通过荧光技术检测血培养瓶中荧光或比色发射光信号因微生物生长代谢所产生的氧气、二氧化碳气体浓度变化，进而计算微生物增长情况，并分析是否有细菌生长。光学检测系统通常采用一个发光二极管作为激发光源，每10min照亮一次血培养瓶底部传感器，并用光检测器捕获检测反射光信号，信号强度的改变与染料转换的发射光对成比例，后者与培养瓶内的气体浓度有关。将采集的数据经不同厂家的软件算法分析，可判断瓶内微生物增长情况。基于荧光法、比例显色法、pH值变色法原理的血液细菌培养仪均需要依靠光学检测进行阳性或阴性结果的判读，且使用量占市场量的85%以上。
此外，还有少量血液细菌培养仪的原理为压力法。微生物生长过程中，会消耗氧气，产生二氧化碳或氮气等，导致血培养仪瓶内部压力变化，而利用压力原理的血培养仪可通过监测血培养瓶顶部空气的压力，将压力转换为微生物生长曲线，从而判断是否有微生物生长。
血液细菌培养仪普遍采用模块化设计，能支持培养瓶容量的叠加使用，用户可根据血培养数量需求选择一个或多个模块组合使用，具有更好的扩展性。
临床血培养仪性能验证和质量控制常用方法包括留样验证和平行比对，可优先选择标准菌株、质控菌株或其他已知菌株进行验证。WS/T503－2017《临床微生物实验室血培养操作规范》要求对血液细菌培养仪进行质量控制，规定按照厂商要求对恒温孵育系统及检测系统进行质量控制。YY/T0656－2008《自动化血培养系统》对温控系统和检测系统均有质控要求，其中检测系统要求使用标准菌株作为质控品进行培养、质控。但该方法不是物理方法，溯源性不可保证，且培养时间需要72h以上，效率较低。
针对血液细菌培养仪的控温系统和光学检测系统校准，已有一些方法研究。2020年四川省市场监督管理局发布实施的JJF(川)171－2020《血液细菌培养仪校准规范》，要求对血液细菌培养仪的温度参数进行校准;2022年1月市场监管总局发布的JJF1937－2021《全自动血液细菌培养分析仪校准规范》，要求对血液细菌培养仪的温度和照度进行校准。
2 血液细菌培养仪双通道校准系统整体设计
针对血液细菌培养仪温控系统和光学检测系统共同决定最终血培养结果准确性的原理，结合行业规范、计量校准规范对血培养仪的校准要求，本文设计了血液细菌培养仪双通道校准系统，包括温度采集和照度采集功能，能同时对血液细菌培养仪的温度和照度参数进行校准。
2.1 校准装置硬件设计
血液细菌培养仪在培养过程中处于密封状态，且孵育温度极易受到环境温度的影响。将培养瓶放置在具有一定深度的圆形凹槽的培养孔内，且尺寸应完全契合，在培养过程中，使设备处于完全密闭状态，从而提供稳定可靠的培养环境。本文结合血液细菌培养仪的实际使用，模拟血培养瓶的形状和加热状态，设计了无线双通道校准装置，实现了血培养仪温度和照度参数的校准。在结构设计上，使其形状和尺寸与血培养瓶一致。尺寸刚好与孔位腔相贴合，能直接导热传递，自由布点，适用于各种孔位的血培养仪。校准装置结构设计如图1所示，具有温度采集、光学采集、存储、通信和供电等功能。
根据JJF(川)171－2020《血液细菌培养仪校准规范》的要求，布放时不影响血液细菌培养仪的密封性和保温性能，感温头布放位置应不低于培养孔深度大约1/2处，且不能直接接触培养孔的内壁。在培养孔深度1/2处，设计温度检测舱，模拟血培养仪为正常使用状态。将温度检测舱内装入纯水，用来模拟血培养瓶内部的培养液，再将温度探头插入舱内，对纯水的温度进行采集，并校准血培养仪的温度偏差、温度波动度、温度稳定度、温度均匀度。温度探头为铂电阻探头，探头与温度检测舱交接处用密封塞密封，保证温度检测舱使用时处于密封状态。
采用照度传感器对检测系统的光源稳定性和各个培养孔位的光源均匀性进行校准。采用多参数集成法对温度及光源参数进行同时校准。在设备底部进行照度采集，光敏元件位于底部，限位安装在装置内部固定卡位，保证各个校准装置的光敏元件处于同一高度，装置在血培养仪不同孔位布放时，每个孔位的光敏元件应与血培养仪培养孔底部发光位置高度一致，从而对其均匀性进行评估。装置底部镂空并放置玻璃片，光敏元件位于镂空位置，可通过玻璃片接收血培养仪检测系统的发光，校准血培养仪光学检测系统光照度均匀性和稳定性。本文采用数字型光照度传感器集成电路，实现血液细菌培养仪各培养孔位光照度的采集。照度传感器原理框图如图2所示。
包含温敏二极管、运放、ADC、I2C接口、内部振荡器等。由于血液细菌培养仪在使用过程中，光源检测普遍为逐孔检测，为保证各个培养孔内放置的标准器均能受到激发光源同等水平的照射，照度采集模块采取限位设置，保证照度采集点在装置同一高度，且插入后与被测血培养仪发射光源距离一致。照度采集模块光强度测量范围满足(0～10000)lx，最大允许误差±5.0%。2.2无线通信设计与实现血液细菌培养仪通常为多模块叠加设计，每个模块可同时孵育检测数十个培养瓶，培养孔位较多，因此，在校准时，需要考虑血培养仪模块内部不同孔位温度分布均匀性，同时对多个孔位的温度参数进行校准。为保证一对多通信的便捷和稳定，采用ZigBee无线通信协议与PC通信，如图3所示。该设备连接可靠、数据传输稳定，极大地简化了接线的烦琐步骤，测量装置无须任何接线即可完成对温度的测量与数据传输。
2.3 校准系统软件设计
校准系统软件采用C++语言编写，系统整体架构如图4所示。软件端不仅可监测被测血液细菌培养仪的实时温度和照度，而且可对采集到的温度和照度数据进行自动分析计算，自动生成温度示值误差、温度波动度、温度均匀性、光源照度均匀性和光源照度重复性校准结果，避免人为计算导致的误差，提高了计量效率。
3 系统测试
根据JJF1937－2021《全自动血液细菌培养分析仪校准规范》的要求，使用本文研制的校准系统对1台血液细菌培养仪进行校准测试，共布放校准装置9个，采样间隔2min，均匀分布于血培养仪模块内不同位置孔，软件自动截取稳定阶段每个校准装置30min的15组温度数据和6组照度数据，并自动分析计算校准结果。温度校准结果和光照度校准结果分别如表1、表2所示。
4 结束语
本文针对血液细菌培养仪的设备原理、实际使用工况及验证校准需求，研制了一款包含温度和照度检测的双通道校准系统，实现了同时对血液细菌培养仪的温度参数和照度参数进行校准，并自动计算生成校准结果。该系统适配性良好，测量结果稳定，能准确可靠地对自动血液细菌培养仪进行校准，满足血液细菌培养仪的校准需求，提高了校准效率，减少了人为误差，具有较高实用价值。