ES2784462A1 - Sistema de control del desarrollo de un cultivo en un medio solido en una incubadora robotizada - Google Patents
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Abstract
Sistema de control del desarrollo de un cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada, que comprende un sistema de toma de imágenes (1) configurado para tomar imágenes sin mover una placa Petri (5) de la ubicación donde se realiza el cultivo, un sistema de análisis de las imágenes obtenidas por el sistema de toma de imágenes, donde basándose en la información proporcionada por el sistema de análisis de imágenes del sistema de toma de imágenes, que analiza las imágenes proporcionadas por el sistema de toma de imágenes mediante un algoritmo de detección de crecimiento, se conoce el desarrollo del cultivo en una incubadora (100) sin mover la placa Petri (5) de la ubicación donde se realiza el cultivo.
Description
DESCRIPCIÓN
SISTEMA DE CONTROL DEL DESARROLLO DE UN CULTIVO EN UN MEDIO
SÓLIDO EN UNA INCUBADORA ROBOTIZADA
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora robotizada que permite realizar el seguimiento y control de dicho desarrollo en medio sólido sin necesidad de mover la placa Petri de la ubicación donde se realiza el cultivo. El sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora objeto de la invención es de aplicación en el ámbito de los laboratorios donde se desarrollan y estudian cultivos biológicos de microorganismos.
Antecedentes de la invención
Existen estudios clínicos donde es necesario realizar un cultivo microbiológicos o celular y para realizar dicho cultivo se emplean incubadoras automáticas, que son dispositivos que sirven para mantener y hacer crecer cultivos microbiológicos o cultivos celulares manteniendo condiciones de temperatura, humedad y contenido de O2 o CO2 presente.
Muchas de las incubadoras automáticas de aplicación en microbiología cuentan con un sistema de imagen, que permite analizar periódicamente cada una de las placas con el objetivo de determinar cómo continua su procesado según si hay crecimiento o no, valorando diferentes parámetros entre otros la imagen de la placa y el tiempo de incubación.
Existen dos maneras de desarrollar un cultivo en un ensayo, se puede desarrollar en medio líquido y en medio sólido. El control del crecimiento o desarrollo de un ensayo en medio líquido es relativamente sencillo, ya que los líquidos se encuentran de forma más o menos homogénea y los sistemas de control en medios líquidos se basan en controlar características del líquido homogéneo, como por ejemplo, la fluorescencia, que es diferente si en el líquido hay o no presencia de bacterias. Sin embargo, en cultivos desarrollados medio sólido, el control del crecimiento es completamente diferente ya que es necesario buscar las no homogeneidades en el medio sólido, ya que dichas no homogeneidades son las que marcan zonas con crecimiento bacteriano.
En ensayos en medio líquido la detección basada en sistemas ópticos está muy extendida por ser más sencilla la identificación del crecimiento o desarrollo, ya que se basa en buscar homogeneidades del medio líquido.
En el estado de la técnica el análisis de las placas de ensayos en medio sólido se hace de forma periódica, mediante un sistema de imagen, basándose en un patrón de tiempo de incubación, pero para la toma de imágenes, es necesario extraer la placa Petri del interior de la incubadora y, en ese momento, la placa Petri pierde las condiciones óptimas del ensayo.
En el estado de la técnica es conocido el documento WO2017185012A1 que hace referencia a un sistema automatizado de incubadora de microorganismos que permite el control de los distintos ensayos realizados sobre los cultivos en ensayos realizados sobre pocillos, que son un medio líquido, dicho sistema consta de un alojamiento para múltiples placas de pocillos, contenedoras de muestras, manipuladas con brazo robótico, y un subsistema óptico para monitorizar el crecimiento de los cultivos. Este último elemento incluye una fuente de iluminación (como ejemplo, halógena, LED o láser...) y al menos un detector (como ejemplo de tecnología sensor CCD, CMOS, fotodiodo...).
Sin embargo, este sistema al aplicarse a controlar el crecimiento en un medio líquido basa el control del crecimiento en la búsqueda de características homogéneas del líquido, como por ejemplo la fluorescencia, que son diferentes si en el medio líquido hay o no presencia de bacterias.
En el estado de la técnica es conocida la incubadora WASP LAB - Smart Incubator, que cuenta con un sistema de toma de imágenes que toma una imagen de la placa desplazando la placa a una posición en la que se sitúa el sistema de toma de imágenes y que basa la búsqueda de crecimiento del cultivo en la placa en el patrón tiempo, de modo que desplaza las placas cada cierto tiempo a la posición de toma de imágenes, y en base a estas imágenes se estima el crecimiento o no del del cultivo en la placa.
Este sistema presenta una serie de inconvenientes:
- Las placas son analizadas por el sistema de imagen basándose en el patrón tiempo, en general cada 4 horas. El crecimiento de bacterias u otros organismos
puede tener patrones temporales muy variables, desde unos pocos minutos a varios días;
- El uso del patrón tiempo es poco representativo;
- los sistemas de imagen conocidos en el estado de la técnica requieren sacar la placa Petri de la incubadora con la consiguiente pérdida de tiempo y limitación a la capacidad máxima de la incubadora;
- La incubadora no puede contener más placas de las que el sistema de imagen sea capaz de procesar cada 4 horas;
- Para un numero de placas habitual del orden de las 800-1000 el periodo de revision de las placas no puede bajar de las 3-4 horas;
- Durante el tiempo que las placas estan fuera de la incubadora para obtener las imágenes las placas no estan en las condiciones de incubaciones previstas por lo que el ensayo no se desarrolla en condiciones óptimas;
- El continuo movimineto de placas entrando y saliendo de la incubadora produce perturbaciones en las condiciones de incubación.
De igual manera este sistema envía la imagen a un monitor donde un técnico evalúa si existe o no desarrollo del cultivo objeto de estudio.
En el estado de la técnica es conocido el documento WO2014008222A1 que divulga un dispositivo configurado para seleccionar células o grupos de células dentro de una muestra heterogénea que requiere de realizar un tratamiento químico previo sobre la muestra antes de hacer la detección, mientras que con el dispositivo objeto de la invención la muestra no se altera con ningún tratamiento.
Descripción de la invención
Es objeto de la invención un sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora robotizada que comprende un sistema de toma de imágenes configurado para tomar imágenes sin mover la placa Petri de la ubicación donde se realiza el cultivo, y un sistema de análisis de las imágenes obtenidas por el sistema de toma de imágenes, donde basándose en la información proporcionada por el sistema de análisis de imágenes del sistema de toma de imágenes, que analiza las imágenes proporcionadas por el sistema de toma de imágenes mediante un algoritmo de detección de crecimiento, se conoce el desarrollo del cultivo en una incubadora sin mover la placa Petri de la ubicación donde se realiza el cultivo.
Para el algoritmo de detección de crecimiento del sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora robotizada objeto de la invención contempla varias opciones:
- una basada en la identificación de diferencias de las imágenes respecto a una imagen inicial, tomada a tiempo cero donde no hay crecimiento,
- otra opción basada en inteligencia artificial donde ese algoritmo de detección de crecimiento es entrenado con técnicas de “Deep Learning” para ser capaz de clasificar las imágenes según el nivel de crecimiento que presentan,
- otra opción son técnicas mixtas donde el algoritmo de detección de crecimiento de inteligencia artificial también utiliza la imagen a tiempo cero.
En el sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora robotizada objeto de la invención, el sistema de toma de imágenes comprende una cámara configurada para tomar las imágenes de forma directa sobre las placas Petri.
En otra realización, el sistema de toma de imágenes del sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora robotizada objeto de la invención, comprende una cámara y al menos un espejo configurado para proporcionar a la cámara el enfoque sobre la placa Petri para la toma de imágenes.
En el sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora robotizada objeto de la invención el sistema de toma de imágenes comprende un sistema de iluminación configurado para iluminar la placa Petri en el interior de la incubadora y facilitar la toma de las imágenes por parte del citado sistema de toma de imágenes.
El sistema de iluminación comprende al menos uno de los siguientes elementos: fuentes de luz en el interior de la incubadora, un foco en el exterior de la incubadora enfocado a la placa Petri, y un sistema de guía óptica que guía la luz hasta la placa Petri.
Las imágenes se pueden tomar directamente de la cara de la placa Petri donde se ha producido el crecimiento o de la cara de la placa Petri posterior. En este caso el sistema de iluminación proyecta el crecimiento a la parte trasera de la de la placa Petri de donde se toma la imagen.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva de un juego de dibujos en base a los que se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas del objeto de la invención.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una incubadora robotizada para cultivo en medio sólido con el sistema de control del desarrollo del cultivo objeto de la invención.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva del sistema de toma de imágenes del sistema de control del desarrollo del cultivo objeto de la invención.
Descripción detallada de la invención
Antes de definir con detalle el sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada objeto de la invención, es necesario destacar que el cultivo en medio sólido se desarrolla sobre placas Petri (5), que son las apropiadas para este tipo de cultivo.
El sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada objeto de la invención comprende:
- un sistema de toma de imágenes (1) configurado para tomar imágenes de las placas Petri (5) en el interior de la incubadora (100);
- un sistema de análisis de las imágenes tomadas por el sistema de toma de imágenes (1), configurado para determinar la existencia o no de crecimiento de un cultivo en una placa Petri (5).
El sistema de toma de imágenes (1) está configurado para realizar tomas de imágenes de las placas Petri (5), es decir la muestra en medio sólido, de forma periódica, pero, al contrario que ocurre con los sistemas de toma de imágenes para control del desarrollo de un cultivo en medio sólido conocidos en el estado de la técnica, estas imágenes se toman sin necesidad de mover la placa Petri (5) con el cultivo en medio sólido de la ubicación donde se realiza el cultivo.
Para saber las placas que están teniendo un desarrollo correcto según el ensayo que se esté realizando, el sistema de análisis de las imágenes del sistema de control del desarrollo de un cultivo en una incubadora (100) objeto de la invención emplea un
algoritmo de detección de crecimiento que evalúa en base a la citada fotografía el posible crecimiento o no de un cultivo.
Para el algoritmo de detección de crecimiento, el sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada objeto de la invención contempla varias opciones:
- una basada en la identificación de diferencias de las imágenes respecto a una imagen inicial, tomada a tiempo cero donde no hay crecimiento;
- otra opción basada en inteligencia artificial donde el algoritmo de detección de crecimiento es entrenado con técnicas de “Deep Learning” para ser capaz de clasificar las imágenes según el nivel de crecimiento que presentan;
- otra opción son técnicas mixtas donde el algoritmo de detección de crecimiento de inteligencia artificial también utiliza la imagen a tiempo cero.
El algoritmo de detección de crecimiento entrenado funciona en base a librería de imágenes clasificadas en grupos de interés, realizada por un especialista, que se utiliza para entrenar al algoritmo de detección de crecimiento enseñándole la clasificación en base a la imagen, para que, una vez se ha enseñado la librería de imágenes clasificadas, el algoritmo de detección de crecimiento tiene capacidad para hacer la clasificación de nuevas imágenes de forma automática. Es necesario una revisión de la clasificación realizada por el algoritmo de detección de crecimiento, ya que si durante el funcionamiento nominal se detecta alguna imagen no clasificada correctamente, esta imagen erróneamente clasificada se utiliza a posteriori para mejorar el entrenamiento del algoritmo de detección de crecimiento.
En el sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada objeto de la invención, la clasificación más básica se realiza en dos grupos (crecimiento y no crecimiento), aunque se puede extender a varios grupos clasificados por diferentes niveles de crecimiento.
Para la toma de imágenes del sistema de toma de imágenes (1), el citado sistema de toma de imágenes (1) comprende una cámara (2) que puede tomar las imágenes de dos maneras diferentes:
- de forma directa sobre las placas Petri (5), (100), o
- mediante el empleo de espejos (3) para enfocar sobre la placa Petri (5).
De igual manea existen dos opciones para tomar imágenes, se pueden tomar imágenes de la placa Petri (5), bien desde la parte superior de la misma o desde la parte inferior de la misma.
Las imágenes que toma el sistema de toma de imágenes (1) se toman de forma cíclica continuada, una placa Petri (5) después de otra, teniendo en cuenta dos limitaciones:
- la capacidad de desplazamiento de la cámara (2), y
- criterios biológicos de crecimiento del cultivo, ya que no tiene sentido tomar imágenes cada minuto ya que los cultivos no se desarrollan tan rápido.
El sistema de toma de imágenes también cuenta con un sistema de iluminación (4) que junto con los espejos (3) o la orientación de la cámara (2), facilita la toma de las imágenes por parte del citado sistema de toma de imágenes. Según se toman las imágenes, el sistema de iluminación (4) puede iluminar la placa Petri (5) por arriba o iluminar placa Petri (5) por abajo.
Las placas Petri (5), en el interior de la incubadora están separadas una de otra, en altura, de forma que se utiliza el hueco entre placa Petri (5) y placa Petri (5) para iluminarlas y obtener las imágenes ya sea por visión directa o a través de un espejo (3).
Existen diferentes opciones del sistema de iluminación ya que dicho sistema puede comprender fuentes de luz en el interior de la incubadora (100), un foco fuera apuntando a la placa Petri (5) o ser un sistema de guía óptica (fibra óptica) que guía la luz hasta la placa Petri (5).
Gracias a las imágenes del sistema de toma de imágenes y al sistema de análisis de las imágenes obtenidas por el sistema de toma de imágenes, el sistema de control del desarrollo del cultivo en una incubadora (100) permite actuar exclusivamente en aquellas placas Petri (5) donde el cultivo se está desarrollando de acuerdo con los requisitos de un ensayo o por el contrario desechar aquellas placas Petri (5) que no cumplan con lo establecido en el ensayo, sin afectar a las condiciones de desarrollo de las demás placas Petri (5).
Claims (5)
1. Sistema de control del desarrollo de un cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada, caracterizado por que comprende:
- un sistema de toma de imágenes (1) configurado para tomar imágenes sin mover una placa Petri (5) de la ubicación donde se realiza el cultivo,
- un sistema de análisis de las imágenes obtenidas por el sistema de toma de imágenes,
donde basándose en la información proporcionada por el sistema de análisis de imágenes del sistema de toma de imágenes, que analiza las imágenes proporcionadas por el sistema de toma de imágenes mediante un algoritmo de detección de crecimiento, se conoce el desarrollo del cultivo en una incubadora (100) sin mover la placa Petri (5) de la ubicación donde se realiza el cultivo.
2. Sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada según la reivindicación 1, caracterizado por que el algoritmo de detección de crecimiento es una opción a elegir entre:
- identificación de diferencias de las imágenes respecto a una imagen inicial, tomada a tiempo cero donde no hay crecimiento;
- un algoritmo de detección de crecimiento de inteligencia artificial entrenado con técnicas de Deep Learning es capaz de clasificar las imágenes según el nivel de crecimiento que presentan;
- una técnica mixta donde el algoritmo de detección de crecimiento de inteligencia artificial también utiliza la imagen a tiempo cero.
3. Sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el sistema de toma de imágenes comprende una cámara (2) móvil configurada para tomar las imágenes de al menos una manera a elegir entre:
- de forma directa sobre las placas Petri (5), (100), o
- mediante el empleo de al menos un espejo (3) para enfocar sobre la placa Petri (5).
4. Sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por que el sistema de toma de imágenes (1) comprende un sistema de iluminación (4) configurado
para iluminar la placa Petri (5) en el interior de la incubadora (100) y facilitar la toma de las imágenes por parte del citado sistema de toma de imágenes (1).
5. Sistema de control del desarrollo del cultivo en medio sólido en una incubadora (100) robotizada según la reivindicación 4 caracterizado por que el sistema de iluminación (4) comprende al menos uno de los siguientes elementos:
- fuentes de luz en el interior de la incubadora (100),
- un foco en el exterior de la incubadora (100) enfocado a la placa Petri (5), y - un sistema de fibra óptica que guía la luz hasta la placa Petri (5).
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| INTERSCIENCE FOR MICROBIOLOGY. ScanStation 100, 200, 300 - Real-Time incubator and colony counter. Youtube, 11/10/2019, [en línea][recuperado el 16/09/2020]. Recuperado de Internet (URL:https://www.youtube.com/watch?v=24-BBQmiq2Y), min. 0:10-0:47; 1:17-1:30; * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230340394A1 (en) | 2023-10-26 |
| WO2021170889A1 (es) | 2021-09-02 |
| EP4113368A1 (en) | 2023-01-04 |
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