培养腔的气体浓度控制系统以及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种培养腔的气体浓度控制系统以及方法。该方法包括：获取培养腔的各类气体的目标气体浓度，并基于气体检测单元对培养腔排除的气体进行气体浓度检测，得到各类气体的实时气体浓度；基于各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度确定各类气体对应的气体输入开关的控制指令，其中，所述控制指令包括所述气体输入开关的开关状态以及持续时长，用于控制所述开关组件的各第一开关。通过本发明专利技术实施例的技术方案，实现了培养腔中的各类气体的气体浓度快速且准确地达到设置平衡态，同时可以满足多个用户同时培养需求，提高了培养腔的培养效率。培养效率。培养效率。

【技术实现步骤摘要】
培养腔的气体浓度控制系统以及方法


[0001]本专利技术实施例涉及智能控制
，尤其涉及一种培养腔的气体浓度控制系统以及方法。

技术介绍

[0002]辅助生殖技术，又称医学助孕，是指利用现代医学的最新成果通过人工的手段代替自然生殖过程的一部分或全部的技术。目前的辅助生殖技术胚胎着床成功率低于60％。在体外，配子/胚胎自身不具备任何屏障和保护功能，可能暴露于含有害气体的空气中，面临温度、渗透压、pH等变化的应激，削弱胚胎的发育潜能。为了解决胚胎暴露于环境的问题，Time
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lapse培养腔得到了越来越多的关注，该培养腔不仅能将胚胎体外培养过程中暴露于环境中的风险降到最低，还能记录胚胎体外发育的整个过程，为胚胎学家研究胚胎发育过程、挑选可移植胚胎都提供了重要的依据。
[0003]以胚胎细胞培养为例，胚胎的培养对环境要求十分严格，特别是气体环境，包括N2、CO2、O2,最适宜的浓度值如下：5％CO2、5％O2、90％N2。这里需要补充说明的是：1)CO2为了调节培养环境的PH值；2)因为体内环境的O2浓度远低于体外环境，N2主要为了调节空气中O2的浓度。环境中，一般气路有CO2传感器，通常为红外传感器(IR)或热导传感器(TCD)，CO2传感器用来检测腔体内CO2浓度，将检测结果传递给控制电路及电磁阀等控制器件，如果检测到CO2浓度偏低，则电磁阀打开，CO2进入腔体，直到CO2浓度达到所设置浓度，此时电磁阀关闭，腔内CO2切断，达到稳定状态。同理，类似于CO2浓度的控制方式，气路中接有N2源，通过气路中的控制器件来进行调控N2的浓度从而调控氧气浓度。
[0004]现有基于规则的控制技术方法简单，具有明显缺点，具体表现在以下两点：1)达到设置的气体平衡状态所需调控时间长；2)三气浓度波动幅度较大，难以满足胚胎培养的苛刻环境要求；3)三气比例平衡问题属于强耦合问题，单一气体浓度到平衡后不一定其它气体也到平衡。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种培养腔的气体浓度控制系统以及方法，以实现多个培养腔中的各类气体的气体浓度快速且准确地达到目标平衡状态，提高了培养腔的培养效率，降低了培养成本。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种培养腔的气体浓度控制系统，该系统包括：系统控制模块、开关组件、气体预处理模块、至少一个培养腔以及气体检测模块；
[0007]其中，所述开关组件包括至少一个第一开关，各所述第一开关分别设置于各类气体对应的各气体通道上，所述第一开关的开关状态用于控制对应气体通道内气体的流通状态，各气体通道与所述气体预处理模块连接，所述气体预处理模块用于将进入各所述培养腔之前的各类气体进行预处理，并将处理后的气体输入至各所述培养腔；
[0008]所述气体检测模块包括至少一个气体检测单元，各所述气体检测单元分别与培养
腔连接，用于对培养腔排除的各类气体进行气体浓度检测，得到各类气体的实时气体浓度；
[0009]所述系统控制模块分别与所述开关组件的各第一开关和所述气体检测模块连接，用于获取培养腔的各类气体的目标气体浓度，并基于各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度确定各类气体对应的气体输入开关的控制指令，其中，所述控制指令包括所述气体输入开关的开关状态以及持续时长，用于控制所述开关组件的各第一开关；
[0010]所述培养腔用于接收和输出各类气体，并在所述各类气体的目标气体浓度下培养目标对象。
[0011]可选的，所述系统控制模块包括气体浓度调节单元；其中，
[0012]所述气体浓度调节单元用于各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度，并根据预先训练好的气体浓度调节模型，得到所述气体浓度调节模型的输出结果；其中，所述输出结果包括各类气体对应的各第一开关的控制指令。
[0013]可选的，各所述培养腔的输入端和输出端分别设置有气体输出开关和气体输出开关，所述控制系统模块分别与各所述培养腔对应的气体输入开关和气体输出开关连接，用于根据各所述培养腔的选择信息控制各所述培养腔对应的气体输入开关和气体输出开关。
[0014]可选的，所述气体预处理模块包括气体过滤单元和气体分压单元；其中，
[0015]所述气体过滤单元用于将经过气体通道输入的各类气体进行气体过滤处理；
[0016]所述气体分压单元用于将向各所述培养腔输入同等压力和流量的气体；其中，所述气体为经过过滤的气体，各所述培养腔的气体输入开关的开关状态为打开状态。
[0017]可选的，所述气体通道包括外部输入的气体对应的气体通道以及所述气体检测模块输出的循环气体对应的气体通道。
[0018]可选的，所述系统还包括气体消毒模块；其中，
[0019]所述气体消毒模块分别与所述气体检测模块和各所述培养腔的输出端连接，用于对各所述培养腔输出的各类气体进行消毒杀菌处理，以使所述输出的各类气体可以继续循环输入。
[0020]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种培养腔的气体浓度控制方法，该方法应用于上述任一实施例提供的培养腔的气体浓度的控制系统，具体的该方法包括：
[0021]获取培养腔的各类气体的目标气体浓度，并基于气体检测单元对培养腔输出的各类气体进行气体浓度检测，得到各类气体的实时气体浓度；
[0022]基于各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度确定各类气体对应的各第一开关的控制指令，其中，所述控制指令包括所述各第一开关的开关状态以及持续时长，用于控制所述开关组件的各第一开关。
[0023]可选的，基于各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度确定各类气体对应的各第一开关的控制指令，包括：
[0024]将所述各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度输入至预先训练好的气体浓度调节模型，得到所述气体浓度调节模型的输出结果；其中，所述输出结果包括各类气体对应的各第一开关的控制指令。
[0025]可选的，所述方法还包括：
[0026]若所述培养腔的选择信息发生变化，基于变化后的培养腔的实时气体浓度调整所述各类气体对应的各第一开关的控制指令。
[0027]可选的，在所述调整所述各类气体对应的各第一开关的控制指令之前，还包括：
[0028]将未发生变化的培养腔对应的气体输入开关和气体输出开关的开关状态保持关闭状态；
[0029]相应的，在所述调整所述各类气体对应的各第一开关的控制指令之后，还包括：
[0030]将未发生变化的培养腔对应的气体输入开关和气体输出开关的开关状态保持打开状态。
[0031]可选的，所述方法还包括：
[0032]获取预先训练好的调节评价结果模型对气体浓度调节模型输出结果的评价结果，基于所述评价结果对所述气体浓度调节模型进行优化训练，得到训练好的气体浓度调节模型。
[0033]可选的，所述调节结果评价子模型在训练中的损失函数包括：L(θ
i
)＝r(s
t
,a
t
)+γQ(s
t+1
,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种培养腔的气体浓度控制系统，其特征在于，包括：系统控制模块、开关组件、气体预处理模块、至少一个培养腔以及气体检测模块；其中，所述开关组件包括至少一个第一开关，各所述第一开关分别设置于各类气体对应的各气体通道上，所述第一开关的开关状态用于控制对应气体通道内气体的流通状态，各气体通道与所述气体预处理模块连接，所述气体预处理模块用于将进入各所述培养腔之前的各类气体进行预处理，并将处理后的气体输入至各所述培养腔；所述气体检测模块包括至少一个气体检测单元，各所述气体检测单元分别与培养腔连接，用于对培养腔输出的各类气体进行气体浓度检测，得到各类气体的实时气体浓度；所述系统控制模块分别与所述开关组件的各第一开关和所述气体检测模块连接，用于获取培养腔的各类气体的目标气体浓度，并基于各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度确定各类气体对应的各第一开关的控制指令，其中，所述控制指令包括所述各第一开关的开关状态以及持续时长，用于控制所述开关组件的各第一开关；所述培养腔用于接收和输出各类气体，并在所述各类气体的目标气体浓度下培养目标对象。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统控制模块包括气体浓度调节单元；其中，所述气体浓度调节单元用于各类气体的目标气体浓度和实时气体浓度，并根据预先训练好的气体浓度调节模型，得到所述气体浓度调节模型的输出结果；其中，所述输出结果包括各类气体对应的各第一开关的控制指令。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各所述培养腔的输入端和输出端分别设置有气体输出开关和气体输出开关，所述控制系统模块分别与各所述培养腔对应的气体输入开关和气体输出开关连接，用于根据各所述培养腔的选择信息控制各所述培养腔对应的气体输入开关和气体输出开关。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体预处理模块包括气体过滤单元和气体分压单元；其中，所述气体过滤单元用于将经过气体通道输入的各类气体进行气体过滤处理；所述气体分压单元用于将向各所述培养腔输入同等压力和流量的气体；其中，所述气体为经过过滤的气体，各所述培养腔的气体输入开关的开关状态为打开状态。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述气体通道包括外部输入的气体对应的气体通道以及所述气体检测模块输出的循环气体对应的气体通道。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括气体消毒模块；其中，所述气体消毒模块分别与所述气体检测模块和各所述培养腔的输出端连接，用于对各所述培养腔输出的各类气体进行消毒杀菌处理，以使所述输出的各类气体可以继续循环输入。7.一种培养腔的气体浓度控制方法，其特征在于，应用于权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冀聪，王海波，
申请(专利权)人：北京航空航天大学合肥创新研究院北京航空航天大学合肥研究生院，
类型：发明
国别省市：