生產線上可見異物的新型全自動檢測方法

注射劑中可見異物的存在直接對質量水平造成巨大影響，嚴重危害到病人的身體健康——在實驗室中，藥廠一般采用人工燈檢法或光散射法進行檢測。人工燈檢對檢測員身體素質要求較高，除需要良好的視力，還要求在短時間內高度集中注意力，通過輕輕旋轉、翻轉容器等步驟，分別在黑色和白色的背景下目視檢查，并進行重復觀察。而光散射法要求操作員通過對溶液中不溶性物質引起的光散射能量的測量，與規定的閾值比較，以檢查可見異物。

上述兩種方法單支檢測耗時較長，且判定結果可能受操作員當日狀態影響，不適用于大批量的產業化生產。在規模化生產中，藥廠可選擇全自動燈檢機對產品進行檢查，全面提升檢測效率。全自動燈檢機的檢驗項目不僅針對可見異物，它通常包括如下3類：

●外觀缺陷：容器表面污跡、劃痕、裂紋，砸蓋/熔封缺陷，容器玻璃包含物，容器成形缺陷等；

●內容物缺陷：產品中的可見異物，如玻璃、纖維等；

●容器的完整性：容器的微孔，微裂痕，泄漏，穿刺性缺陷等。

本文將重點講述在生產中全自動檢測可見異物的幾個難點和相應的解決方案。

對于內容物檢測，目前市場主流全自動燈檢機采用圖片疊加的成像減法原理進行判斷。以顆粒的檢測為例，它們一般位于容器底部或浮于液體表面，無法將其與外部灰塵或劃痕區分開。在檢測前，產品通過預旋轉將液體潛在顆粒轉出，在到達顆粒檢測站之前立刻停止旋轉。此刻，液體繼續旋轉，同時相機系統拍攝出一系列的影像。顆粒的位置會不斷發生變化，而灰塵和劃痕則保持不變。將這些順序的照片進行重疊影像，以此來通過成像處理器進行驗證這些目標是否是顆粒（如圖1所示）。

近年來，美國食品藥品監督管理局（FDA）新批準的藥物里，有近1/3的產品被歸類為生物制劑；而被歐洲藥品管理局（EMA）授權的新活性物質中有44%是生物制品。到2024年，全球生物藥市場預估將達到3 940億美元；從2016年到2024年，復合年增長率為10.3%（數據來源：Variant Market Research）。生物藥通常存在于液體溶液中的微妙分子易產生氣泡。由于成本昂貴，單支售價往往較高。當利用全自動燈檢機檢測這類產品時，液體中的氣泡很可能會被相機識別為異物，將合格品誤剔。同時產品中的透明異物無論采用人工檢驗或是全自動設備檢驗，都有一定的漏檢率。特別是在產品昂貴的生物制藥領域，由于藥物性質而使燈檢過程常受氣泡干擾。因此，在生物制品檢測方面，藥廠遇到如下挑戰：

圖1 通過圖像減法判斷液體中的異物

●怎樣實現高檢出率，確保生物制品對患者安全；

●怎樣最大限度地減少誤剔率，以降低產品的漏檢率，提高產品質量。

為了應對上述問題，德國賽登納德機械制造有限公司經多年研發，于2018年推出一種專利的氣泡識別技術Bubble-X，它能可靠地將氣泡或透明異物與顆粒物區分開來。氣泡識別技術利用光的折射原理，當光線穿過液體，檢測到顆粒或氣體投射的偏差。燈檢機的3種光源可顯示出3種不同的顏色：紅、綠、藍。它們分別由特殊排列的鏡頭操控，這樣可使得光不受阻礙地通過液體，只有來自中央綠色照明的光才會擊中相機的探測器。普通的顆粒物會擋住光線，透明的顆粒物則改變光的方向。當使用光照的光譜編碼時，玻璃和空氣的折射特性導致顏色變化，氣泡與玻璃顆粒的折射成像結果相反。在這種情況下，將出現3種不同的顏色圖案，便于相機進行區分。專利的氣泡識別技術Bubble-X能可靠地檢測出氣泡，顯著降低剔廢率（如圖2所示）。

圖2 利用氣泡識別Bubble-X專利技術提高異物檢出率

圖3 賽登納德翻轉倒置模塊

在規模化生產時，除了氣泡干擾，還有一類問題在全自動燈檢過程中十分常見，例如，西林瓶肩部、頸部或側壁的液滴對檢測的干擾，使得膠塞缺陷無法得到檢驗；安瓿瓶瓶肩和頭部藥液掛壁對檢測的干擾，使得部分用戶只得關閉側壁檢驗工位。這樣就導致了燈檢過程中的誤剔率明顯增加。

針對這類問題，賽登納德在全自動燈檢機上，增加了翻轉倒置模塊（如圖3所示）。在容器被旋轉前，幾個星輪將它抬起并轉180°，使容器的肩頸部充滿液體，且無液滴存在。利用翻轉倒置技術檢驗膠塞，檢驗角度增大，對指定部位的檢驗更準確，在特殊光照下可區分出膠塞內表面的氣泡和異物（如圖4所示）。

圖5 專利的3D燈檢技術檢測高黏稠產品中的異物

另一種難檢出異物的產品是高黏稠產品，比如置于注射器中的透明質酸鈉。因為通常的檢測方法只能可靠地檢測出液體中的顆粒物。常規相機檢查會根據位置變化來識別液體產品中的顆粒物，將容器高速旋轉后急停，液體和顆粒仍在運動，而外部的印記、劃痕和污染則不再移動，因此可以通過圖像減法，清楚地區分出內容物中顆粒。而對于高黏稠的產品，由于無法通過旋轉來移動容器中的內容物，因此上述檢測方法并不適用。

圖4 利用翻轉倒置模塊能更精確檢測容器肩頸部和膠塞

賽登納德推出革命性的3D檢測技術，能有效檢測出高黏稠產品中的異物（如圖5所示）。常規檢測法被擴展到了3D：高精度的處理、高分辨率相機的交互作用和創新的計算方法可有效識別出高黏稠產品中的顆粒物。在3D檢測的第一階段，相機拍攝第一張圖像。為了能夠區分容器內部和外部的顆粒物，生成了兩個虛擬圖像。假定在真實的圖像中可見的所有顆粒物都在容器背面的外部，進行計算以查看旋轉一定角度后圖像的外觀。在下一階段，假定來自真實相機圖像的所有顆粒物都位于容器的前表面，經過相同角度的旋轉后，圖像看起來像前表面生成的虛擬圖像。接下來按照定義的角度真正旋轉容器，相機拍下第二張真實的圖像，并將此圖與兩個虛擬圖像進行比較。如果相機圖像上的顆粒物與虛擬圖像之一中的顆粒物相匹配，那么該顆粒物位于容器外表面的假設就是正確的。系統在圖像上將這個顆粒物進行消除。重復上述步驟，直到按序檢查完整個容器圓周為止。在所得圖像中，僅顯示未消除的顆粒物，這些就是在消除過程中能確定在容器內部的異物。

在燈檢技術創新的道路上，德國賽登納德從未停止腳步。憑借125年的開發制造燈檢設備及燈檢應用的經驗，賽登納德在處理各種藥品容器和工業圖像處理方面的經驗確保了系統的安全性、成本效益和可靠性。