專利名稱：用于推測性鑒定培養(yǎng)物內(nèi)微生物類型的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
提供了用于鑒定培養(yǎng)物內(nèi)微生物類型的改進的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
對諸如血培養(yǎng)物之類的培養(yǎng)物中微生物的快速可靠檢測是臨床微生物實驗室最 重要的功能之一。當前，使用培養(yǎng)物小瓶(culture vial)確定患者體液內(nèi)尤其是血液內(nèi)諸 如細菌之類的生物活性因子的存在。通過封閉的橡膠隔膜將小量患者體液注入包含培養(yǎng)基 的無菌小瓶，該小瓶隨后被培育并被監(jiān)測微生物生長。培養(yǎng)物小瓶的普通目檢隨后涉及監(jiān)測濁度或者觀察小瓶內(nèi)液體懸浮液最終顏色 變化。已知的儀器方法也可用于檢測培養(yǎng)皿二氧化碳含量的變化，其中二氧化碳是細菌生 長的代謝副產(chǎn)品。監(jiān)測二氧化碳含量可由本領(lǐng)域內(nèi)周知的方法來實現(xiàn)。在某些實例中，在利用具有透紅外窗的特制小瓶的情況下使用非侵入性紅外微生 物檢測儀器。在某些實例中，玻璃小瓶由自動操作臂轉(zhuǎn)移至紅外分光計，并由紅外分光計透 過玻璃小瓶進行測量。在某些實例中，在小瓶內(nèi)放置化學(xué)敏感器。這些敏感器通過改變自 己的顏色或者通過改變自己的熒光強度來響應(yīng)液相中二氧化碳濃度的變化。這些技術(shù)基于 光強測量并且需要對激發(fā)和/或發(fā)射信號進行光譜過濾。如上指示，實驗室可以使用多種不同的培養(yǎng)物系統(tǒng)和方法。例如，經(jīng)常用于這 一任務(wù)的BACTEC 輻射測量和非輻射測量系統(tǒng)(BectonDickenson Diagnostic Instrument Systems, Sparks，Maryland)。BACTEC 9240 儀器例如可容納多達 240 個培養(yǎng)皿并且用作培育箱、攪拌器和檢測系統(tǒng)。每個培養(yǎng)皿都包含熒光CO2傳感器，并且各 傳感器被連續(xù)監(jiān)測(例如，每10分鐘)。通過基于增加的變化率以及CO2產(chǎn)物的持續(xù)增加 的生長檢測的計算機算法，而不是通過使用生長指標閾值或增量值，培養(yǎng)物被識別為陽性。
一旦已裝載培養(yǎng)皿，BACTEC 9240就完全自動工作。這類微生物檢測方法的一個缺點在于它們并不總能檢測這些培養(yǎng)物內(nèi)的微生物 類型。每一個上述系統(tǒng)的都需要一種非侵入性的自動確定培養(yǎng)物內(nèi)微生物類型的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)本領(lǐng)域內(nèi)的上述需要，為設(shè)計用于培養(yǎng)存在未知類型微生物的樣本以有 意確定該微生物類型的存在或者存在與鑒定的任何培養(yǎng)物系統(tǒng)提供用于推測性生物鑒定 的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。有利地，使用本發(fā)明的創(chuàng)新系統(tǒng)/方法和設(shè)備，諸如BACTEC 血培養(yǎng)物系統(tǒng) 的培育系統(tǒng)就能夠被編程為在執(zhí)行人工測試(諸如革蘭氏染色法或傳代培養(yǎng))之前確定培 養(yǎng)物內(nèi)的微生物類型。事實上，在某些實例中，本發(fā)明的創(chuàng)新系統(tǒng)/方法和設(shè)備能夠消除任 何為了鑒定正感染培養(yǎng)物的微生物類型而執(zhí)行革蘭氏染色或傳代培養(yǎng)的需要。簡言之，本文公開的諸如最大代謝速率(maximum metabolicrate)和生長范圍 (extent of growth)的新穎參數(shù)可用于確定正感染培養(yǎng)物的微生物的類型。已經(jīng)意外地發(fā)
9現(xiàn)，每種微生物類型(例如，每個微生物物種)對于這些新穎參數(shù)都具有唯一的值?；谶@ 一意外發(fā)現(xiàn)，就能夠在實驗室技術(shù)人員執(zhí)行人工測試(諸如革蘭氏染色或傳代培養(yǎng))之前， 由自動培育器直接確定感染生物學(xué)樣本的微生物類型。事實上，在某些實例中，不再需要這 些人工測試來確定感染培養(yǎng)物的微生物類型。在本發(fā)明中，計算已被已知類型微生物感染的每個生物學(xué)樣本的本文公開新穎參 數(shù)的值，并使用這些值來構(gòu)建可選查找表或訓(xùn)練分類器或者可用于確定微生物類型身份的 其他等同形式。典型地，使用已知種的微生物建立查找表。計算可能會潛在感染未知生物 學(xué)樣本的每個微生物類型(例如，微生物種)的值，并且使用這些值來構(gòu)建查找表。有利 地，因為使用已經(jīng)由常規(guī)實驗室用生物學(xué)樣本記錄的可觀察量來計算諸如最大代謝速率和 生長范圍之類的新穎參數(shù)，所以這一查找表可在不需要進行任何附加實驗的情況下組合而 成。例如，在許多實驗室中，隨著時間的過去，已經(jīng)使用常規(guī)革蘭氏染色和/或傳代培養(yǎng)鑒 別了各種被感染的樣本。此外，在這些實驗室中，也已經(jīng)為這些樣本記錄了作為時間函數(shù)來 跟蹤代謝的生長曲線數(shù)據(jù)。的確，常常是生長曲線數(shù)據(jù)導(dǎo)致對這些樣本已被微生物感染的 確定。對于這些被感染的樣本，所述新穎參數(shù)可由生長曲線數(shù)據(jù)計算，與來自革蘭氏染色和 /或傳代培養(yǎng)的微生物類型相匹配，并用于構(gòu)建查找表。隨后，可以通過計算新培養(yǎng)物的所 述新穎參數(shù)的值并且例如把該值與針對給定微生物類型的查找表內(nèi)的值相比較，從而能夠 確定感染該新培養(yǎng)物(未知)的微生物類型的類型。雖然本文公開的所述新穎參數(shù)的各種示例值由本文呈現(xiàn)的針對給定培養(yǎng)基的許 多不同微生物類型的數(shù)據(jù)所給出，但是應(yīng)該明了針對給定微生物類型的所述新穎參數(shù)的這 些值可以隨著用于支持培養(yǎng)物生長的培養(yǎng)基的變化而改變。因此，對于任何給定的查找表， 應(yīng)該注意確保用于確定未知培養(yǎng)物生長曲線的生物培養(yǎng)基與用于確定已知培養(yǎng)物生長曲 線的生物培養(yǎng)基相同或類似。此外，所述新穎參數(shù)的這些值在使用不同培育箱的情況下也 可能有所變化。因此，優(yōu)選地是，用于生成構(gòu)建查找表的數(shù)據(jù)的同一培育箱同樣也用于培育 所述未知培養(yǎng)物。作為替換，可以構(gòu)造若干不同的查找表，其中每個查找表針對不同的培養(yǎng) 基類型和/或培育箱。本文從針對一種已知生長培養(yǎng)基的各種不同的微生物類型給出諸如最大代謝速 率和生長范圍之類的新穎參數(shù)的示例值。數(shù)據(jù)示出了每組微生物類型針對本文公開的新穎 參數(shù)具有不同且唯一的特征值。此外，新穎參數(shù)的各個值從在前記錄的生長數(shù)據(jù)算出，因此 計算本文公開的各個值就不再需要額外的實驗。如上所述，本文公開的針對新穎參數(shù)的各 個值在使用不同培養(yǎng)基的情況下可能會移位。然而，正如本文公開的數(shù)據(jù)所明確例證的，對 于給定培養(yǎng)基，新穎參數(shù)的各個值將針對每種微生物類型而有所不同，并且由此能夠用作 鑒定已被推測性鑒定為被微生物類型感染的未知樣本中的所述微生物類型的基礎(chǔ)。由此， 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法就能夠提供在微生物及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)有用的多種應(yīng)用，并且在細胞培養(yǎng) 物無菌測試法中找到具體應(yīng)用。在一個方面，本發(fā)明利用生長速率和生長范圍的差異來提供有關(guān)培養(yǎng)物內(nèi)存在并 生長的微生物類型的信息，而所述信息能夠?qū)е禄蛴糜趯υ撐⑸镱愋偷蔫b定。本發(fā)明的 這一方面利用了能夠以針對培養(yǎng)物內(nèi)存在的微生物類型的參數(shù)提供值的方式而被應(yīng)用于 代謝或細胞生長數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。本發(fā)明的這個方面能夠被用于確定i微生物類型的身 份。
在另一方面，本發(fā)明提供一種用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中微生物類型的方法。針 對培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的每一個測量值計算(i)該測量值和(ii)在初始時間點測 得的培養(yǎng)物初始生物學(xué)狀態(tài)之間的規(guī)格化相對值，由此形成多個規(guī)格化相對值。所述多個規(guī)格化相對值能夠基于時間被拆分成第一時間點和第二時間點之間各 時間點的預(yù)定的固定間隔。例如，第一預(yù)定的固定間隔可以包括前10個規(guī)格化相對值，第 二預(yù)定的固定間隔可以包括下10個規(guī)格化相對值，等等直到達到第二時間點。針對第一時 間點和第二時間點之間各時間點的預(yù)定的固定間隔中的每一個預(yù)定的固定間隔，確定在該 預(yù)定的固定間隔內(nèi)各規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)，由此形成多個速率轉(zhuǎn)化值。存在針對各時間點的每個預(yù)定的固定間隔的速率轉(zhuǎn)化值。所述多個速率轉(zhuǎn)化值可 被認為是包括多組速率轉(zhuǎn)化值。速率轉(zhuǎn)化值的每一組分別針對第一時間點和第二時間點之 間連續(xù)時間點的不同組。例如，第一組速率轉(zhuǎn)化值可以是多個速率轉(zhuǎn)化值中前7個速率轉(zhuǎn) 化值，第二組速率轉(zhuǎn)化值可以是多個速率轉(zhuǎn)化值中下7個速率轉(zhuǎn)化值，等等。針對所述多組 速率轉(zhuǎn)化值中的每一組速率轉(zhuǎn)化值，計算平均相對轉(zhuǎn)化值作為該組速率轉(zhuǎn)化值中每一個速 率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢測度。由此方式，計算多個平均相對轉(zhuǎn)化值。從多個規(guī)格化相對值和多個平均相對轉(zhuǎn)化值確定最大代謝速率和生長范圍。在某 些實施例中，將所述最大代謝速率和所述生長范圍與可選查找表相比較，該可選查找表將 所述最大代謝速率和所述生長范圍與一微生物類型相匹配，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的 微生物類型。在某些實施例中，所述最大代謝速率和所述生長范圍在等效物或其他形式的 經(jīng)訓(xùn)練分類器中使用，以確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。在某些實施例中，將所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的鑒定輸出至用戶接口 裝置、監(jiān)視器、計算機可讀存儲介質(zhì)、計算機可讀存儲器、或者本地或遠程計算機系統(tǒng)。在某 些實施例中，則顯示所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的鑒定。在某些實施例中，第一時間點位于所述初始時間點的5分鐘或更多分鐘之后，并 且第二時間點位于所述初始時間點的30個或更多個小時之后。在某些實施例中，第一時間 點是初始時間點的0. 5小時到3小時之后，第二時間點是初始時間點的4. 5小時到20小時 之后。在某些實施例中，在所述多組速率轉(zhuǎn)化值的第一組速率轉(zhuǎn)化值中的速率轉(zhuǎn)化值的集 中趨勢測度包括在所述第一組速率轉(zhuǎn)化值中的每一個速率轉(zhuǎn)化值的幾何均值、算數(shù)均值、 中位數(shù)或眾數(shù)。在某些實施例中，其中所述培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值中的測量值分別在第 一時間點和第二時間點之間的周期性時間間隔處由所述培養(yǎng)物測得。在某些實施例中，所 述周期性時間間隔是1分鐘到20分鐘之間、5分鐘到15分鐘之間、或者0. 5分鐘到120分 鐘之間的時間量。在某些實施例中，由與培養(yǎng)物接觸的傳感器的熒光輸出確定該培養(yǎng)物的初始生物 學(xué)狀態(tài)。例如，在某些實施例中，所述傳感器的熒光輸出的量受CO2濃度、O2濃度、或PH的影響。在某些實施例中，所述培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)的所述多個測量值包括所述培養(yǎng)皿內(nèi) 培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)的10到50，000、100到10，000、150到5，000個測量值。在某些實施 例中，各時間點的每個預(yù)定的固定間隔包括針對第一時間點和第二時間點之間的時間窗內(nèi) 的各時間點的每個速率轉(zhuǎn)化值或由其組成，并且其中所述時間窗是在20分鐘到10小時、20分鐘到2小時或者30分鐘到90分鐘之間的時間段。在某些實施例中，多個速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值包括4到20個、5到15個、 或者2到100個的連續(xù)的速率轉(zhuǎn)化值，或者由其組成在某些實施例中，所述多個平均相對轉(zhuǎn) 化值中有5到500或者20到100個平均相對轉(zhuǎn)化值。在某些實施例中，培養(yǎng)物的容量在 Iml到40ml之間、2ml到IOml之間、小于100ml、或者大于100ml。在某些實施例中，培養(yǎng)皿包括與所述培養(yǎng)物流體通信的傳感器成分，其中所述傳 感器成分包括發(fā)光化合物，所述發(fā)光化合物一旦暴露于氧中，當由含有使得所述發(fā)光化合 物發(fā)發(fā)光的波長的光照射時呈現(xiàn)出發(fā)光性質(zhì)的改變；并且其中傳感器組分的存在對培養(yǎng)物 沒有破壞性；并且其中培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)由一方法測得，所述方法包括(i)用包含 使發(fā)光化合物發(fā)光的波長的光來照射所述傳感器組分并且(i)在用光照射該傳感器組分 的同時觀察來自所述發(fā)光化合物的發(fā)光強度。在某些實施例中，發(fā)光化合物被包含在相對 不透水和非氣溶性但對氧有高滲透性的基質(zhì)中。在某些實施例中，基質(zhì)包含橡膠或塑料。在某些實施例中，最大代謝速率被認定是多個平均相對轉(zhuǎn)化值中最大的平均相對 轉(zhuǎn)化值。在某些實施例中，生長范圍由下式確定NR^fter_growth ^-^minimum_growth其中NRafto grawth(NR^us)是所述多個規(guī)格化轉(zhuǎn)化值中用于計算(i)所述多個平 均相對轉(zhuǎn)化值中最大平均相對轉(zhuǎn)化值之后的第一平均相對轉(zhuǎn)化值、(ii)最大平均相對轉(zhuǎn) 化值、或者(iii)最大平均相對轉(zhuǎn)化值的之前的第一平均相對轉(zhuǎn)化值的規(guī)格化相對值，而 NRminiM—grarth(NR^n)是所述多個規(guī)格化轉(zhuǎn)化值中用于計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值以獲得閾 值的規(guī)格化相對值。在某些實施例中，閾值是5至100或者25至75之間的值。在某些實施例中，生長范圍由下式確定ARTmax * (timeAETniax-timeinitial)其中ARTmax(平均是所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中的最大平均相對轉(zhuǎn)化值， timeAKTmax(時間是(a)初始時間點和(b)測量一規(guī)格化相對值的時間點之間的持 續(xù)時間，其中該規(guī)格化相對值是上述多個規(guī)格化相對值中用于計算(i)所述多個平均相對 轉(zhuǎn)化值中最大平均相對轉(zhuǎn)化值之后的第一平均相對轉(zhuǎn)化值、(ii)最大平均相對轉(zhuǎn)化值、或 者(iii)最大平均相對轉(zhuǎn)化值之前的第一平均相對轉(zhuǎn)化值的所述規(guī)格化相對值，而所述
是(a)初始時間點和(b)測量一規(guī)格化相對值的時間點之間的持續(xù)時 間，其中該規(guī)格化相對值是上述多個規(guī)格化最大值中用于計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值以獲得 閾值的所述規(guī)格化相對值。在某些實施例中，閾值是5至100或者25至75之間的值。在某些實施例中，生長范圍由下式確定[ARTmax * (timeAETniax-timeinitial) ] /timeinitial其中ARTmax(平均是所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中的最大平均相對轉(zhuǎn)化值， timeAKTmax(時間是(a)初始時間點和(b)測量一規(guī)格化相對值的時間點之間的持續(xù) 時間，其中該規(guī)格化相對值是上述多個規(guī)格化相對值中用于計算(i)所述多個平均相對轉(zhuǎn) 化值中最大平均相對轉(zhuǎn)化值的后一個平均相對轉(zhuǎn)化值、(ii)所述最大平均相對轉(zhuǎn)化值、或 者(iii)所述最大平均相對轉(zhuǎn)化值的前一個平均相對轉(zhuǎn)化值的所述規(guī)格化相對值，而所述
是(a)初始時間點和(b)測量一規(guī)格化相對值的時間點之間的持續(xù)時 間，其中該規(guī)格化相對值是上述多個規(guī)格化最大值中用于計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值以實現(xiàn)閾值的所述規(guī)格化相對值。在某些實施例中，所述確定步驟基于最大代謝速率和生長范圍將培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng) 物中的所述微生物類型鑒定為(i)腸桿菌科的細菌或者(ii)非腸桿菌科的細菌。在某 些實施例中，所述確定步驟基于最大代謝速率和生長范圍將所述微生物類型鑒定為細菌。 在某些實施例中，所述確定步驟基于最大代謝速率和生長范圍將所述微生物類型鑒定為 (i)腸桿菌科、(ii)葡萄球菌科、(iii)鏈球菌屬、或(iv)不動細菌屬。在某些實施例中， 所述確定步驟將所述微生物類型鑒定為從如下各項組成的組中選出的腸桿菌科的單個 屬:Alishewanella,交替單胞菌屬、Aquamonas> Aranicola、Arsenophonus> Azotivirga、 Blochmannia> Brenneria>Buttiauxella>MJ&M^M>ir @l 桿菌屬、Dickeya、愛德華菌屬、腸桿菌屬、歐文菌屬、埃希桿菌屬、尤因菌屬、Griimontella, 哈夫尼亞菌屬、克雷白桿菌屬、克魯維菌屬、勒克菌屬、勒米諾菌屬、米勒菌屬、摩根菌屬、 肥桿菌屬、成團泛菌、果膠桿菌屬、Candidatus Phlomobacter、發(fā)光桿菌、鄰單胞菌屬、 Pragia、變形桿菌屬、普羅維登斯菌屬、拉恩菌屬、Raoultella、沙門菌屬、Samsonia、沙雷菌 屬、志賀菌屬、Sodalis、塔特姆菌屬、Trabulsiella, Wigglesworthia、致病桿菌屬、耶爾森 菌屬、以及約克菌屬。在某些實施例中，所述確定步驟將所述微生物類型鑒定為從如下各項組成的組中 選出的葡萄球菌科的單個種金黃色葡萄球菌、山羊葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血性葡萄 球菌、溶血性葡萄球菌、路鄧葡萄球菌、Staphylococcus pettenkoferi、腐生性葡萄球菌、 瓦氏葡萄球菌、以及木糖葡萄球菌細菌。在某些實施例中，所述確定步驟將所述微生物類型 鑒定為從如下各項組成的組中選出的鏈球菌屬的單個種無乳鏈球菌、牛鏈球菌、突變鏈球 菌、肺炎鏈球菌、釀膿鏈球菌、唾液鏈球菌、血鏈球菌、豬鏈球菌、草綠色鏈球菌、和乳房鏈球 菌。在某些實施例中，所述確定步驟基于最大代謝速率和生長范圍將所述微生物類型 鑒定為需氧的。在某些實施例中，所述確定步驟基于最大代謝速率和生長范圍將所述微生 物類型鑒定為厭氧的。在某些實施例中，培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)由比色計裝置、熒光劑裝置、濁度計裝 置或紅外裝置測得。在某些實施例中，生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值中的每一個生物學(xué)狀態(tài)由 比色計裝置、熒光劑裝置、濁度計裝置或紅外裝置測得。在某些實施例中，培養(yǎng)物是來自受 驗者(例如，人類受驗者、哺乳動物受驗者等)的血培養(yǎng)物。在另一方面，本發(fā)明提供一種用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的設(shè)備， 其中所述設(shè)備包括處理器以及耦合至所述處理器用以執(zhí)行本文公開的任何方法的存儲器。 在再一方面，本發(fā)明提供一種存儲計算機程序產(chǎn)品的計算機可讀介質(zhì)，所述計算機程序產(chǎn) 品可由計算機執(zhí)行用以鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。所述計算機程序產(chǎn)品包括用 于執(zhí)行本文公開的任何方法的指令。在又一方面，本發(fā)明提供一種用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中微生物類型的方法。獲 取所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的微生物狀態(tài)的多個測量值，所述多個測量值中的每一個測量值在 第一時間點和第二時間點之間的不同時間點測得；為第一時間點和第二時間點之間各時間 點的每一個預(yù)定的固定間隔，確定針對在各時間點的該預(yù)定的固定間隔內(nèi)生物學(xué)狀態(tài)各測 量值的一階導(dǎo)數(shù)，由此形成多個速率轉(zhuǎn)化值，其中多個速率轉(zhuǎn)化值包括多組速率轉(zhuǎn)化值，其中多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值針對第一時間點和第二時間點之間的連續(xù)時間點 的不同組。為多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值，計算平均相對轉(zhuǎn)化值作為該組速率轉(zhuǎn) 化值中每個速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢測度，由此計算多個平均相對轉(zhuǎn)化值。從多個規(guī)格化相 對值和多個平均相對轉(zhuǎn)化值確定最大代謝速率和生長范圍。將所述最大代謝速率和所述生 長范圍與查找表相比較，該查找表將所述最大代謝速率和所述生長范圍與一微生物類型相 匹配，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。


圖1例示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的微生物類型的 設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器以及耦合至處理器的存儲器。圖2例示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的培養(yǎng)皿和CO2檢測器系統(tǒng)的示意圖。圖3A和3B例示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的微生物類 型的方法。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的從培養(yǎng)皿內(nèi)的血培養(yǎng)物中測得的規(guī)格化相 對值的坐標圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于圖4速率轉(zhuǎn)化值隨時間的平均變化率，平均 相對轉(zhuǎn)化值隨時間的坐標圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖4規(guī)格化相對值的二階導(dǎo)數(shù)繪圖，并且示出了 代謝速率隨時間的變化。圖7是對于包含已知類型微生物的參考培養(yǎng)物，生長范圍/相對于最大代謝速率 之比的坐標圖。類似的參考數(shù)字在各附圖中指代相應(yīng)的部分。
具體實施例方式提供了用于鑒定培養(yǎng)物內(nèi)微生物類型的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。在一個方面，為培養(yǎng)物 生物學(xué)狀態(tài)的每一個測量值計算(i)該測量值和(ii)初始生物學(xué)狀態(tài)之間的規(guī)格化相對 值。對于各時間點的每個固定間隔，計算各時間點的該間隔內(nèi)生物學(xué)狀態(tài)的各測量值的所 述規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)，由此形成多個速率轉(zhuǎn)化值。針對所述多個速率轉(zhuǎn)化值中的每 一組速率轉(zhuǎn)化值，計算該組內(nèi)各速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢測度，由此形成多個平均相對轉(zhuǎn)化 值。在某些實施例中，將從所述規(guī)格化相對值和所述平均相對轉(zhuǎn)化值確定的最大代謝速率 和生長范圍與用于將這些值與微生物類型相匹配的可選查找表相比較。5. 1 定義本文使用的術(shù)語“不動桿菌屬”指代屬于蛋白菌門的革蘭陰性細菌屬。不運動的 不動桿菌屬種是氧化酶陰性的，并且在放大下成對出現(xiàn)。本文使用的術(shù)語“生物學(xué)狀態(tài)”指代通過例如CO2濃度、O2濃度、pH、CO2濃度變化
率、O2濃度變化率或者培養(yǎng)物中PH變化率確定的培養(yǎng)物代謝活動的測度。本文使用的術(shù)語“血液”意味著全血或者從由血紅細胞、血小板、中性白細胞、嗜酸 性粒細胞、嗜堿性粒細胞、淋巴細胞和單核系統(tǒng)組成的細胞類型組中的任意一種、兩種、三 種、四種、五種、六種或七種細胞類型。血液可以來自任何物種，包括但不限于人類、任何實驗動物(例如，大鼠、小鼠、狗、黑猩猩)或者任何哺乳動物。本文使用的術(shù)語“血培養(yǎng)物”指代已與血培養(yǎng)基混合的任意總量的血液。培養(yǎng)基的 示例包括但不限于添加了大豆酪蛋白的培養(yǎng)液、大豆酪蛋白提煉物、氯化血紅素、甲萘醌、 碳酸氫鈉、聚茴香腦磺酸酯鈉(sodium polyaneltholesulfonate)、蔗糖、吡哆醛HCKI、酵母 提取液和L-半胱氨酸?？捎米餮囵B(yǎng)基的一種或多種試劑例如可以在Stanier等人，1986， The Microbial World,5th edition,Prentice-Hall,Englewood CliffsiNew Jersey,pages 10-20, 33-37,and 190-195找到，該文為此目的通過引用全文結(jié)合在此。在某些實例中，在 受驗者有菌血癥癥狀時獲取血培養(yǎng)物。血液從受驗者抽取并直接注入包含營養(yǎng)培養(yǎng)液的培 養(yǎng)皿中。在某些實例中，每個培養(yǎng)皿需要10毫升血液。本文使用的術(shù)語“培養(yǎng)物”指代單離的或者與為培養(yǎng)細胞設(shè)計的一種或多種試劑 混合的任何生物樣本。來自受驗者的生物樣本可以是例如血液、細胞、細胞提取物、腦脊 髓液、血漿、血清、唾液、痰、組織標本或者組織活檢、尿、傷口分泌物、來自內(nèi)部導(dǎo)尿管表面 的樣本、或者糞便標本。受驗者可以是任何物種的一員，包括但不限于人類、任何實驗動物 (例如，大鼠、小鼠、狗、黑猩猩)或者任何哺乳動物。可與生物樣本混合的一種或多種試 劑例如可以在 Stanier 等人，1986，The Microbial World, 5th edition, Prentice-Hall, EnglewoodCliffs，New Jersey, pages 10-20，33-37，and 190-195 找到，該文為此目的通過 引用全文結(jié)合在此。血培養(yǎng)物是培養(yǎng)物的一個例子。在某些實施例中，生物樣本是液體形 式并且培養(yǎng)物中生物樣本的量在Iml到150ml之間、在2ml到100ml之間、在0. 5ml到90ml 之間、在0. 5ml到75ml之間、或者在0. 25ml到100，OOOml之間。在某些實施例中，生物樣本 是液體形式并且占據(jù)到99%之間的培養(yǎng)物體積、5%到80%之間的培養(yǎng)物體積、10%到 75%之間的培養(yǎng)物體積、少于80%的培養(yǎng)物體積、或者對于10%的培養(yǎng)物體積。在某些實 施例中，生物樣本是液體形式并且占到99%之間的培養(yǎng)物總重量、5%到80%之間的培 養(yǎng)物總重量、10%到75%之間的培養(yǎng)物總重量、少于80%的培養(yǎng)物總重量、或者多于10% 的培養(yǎng)物總重量。本文使用的術(shù)語“腸桿菌科(Enterobacteriaceae) ”指代包括沙門菌屬和大腸桿 菌的大細菌科。腸桿菌科在本文還指代小腸類群。遺傳學(xué)研究吧它們列入蛋白菌，目前給 予它們自己的目(腸桿菌目)。腸桿菌科的成員呈桿狀并且典型地長Iym至5μπι。類似 于其他的蛋白菌，它們具有革蘭陰性染色，并且它們是兼性厭氧生物，發(fā)酵糖類以生成乳酸 和各種其他終產(chǎn)物。它們還把硝酸鹽還原成亞硝酸鹽。與大部分類似細菌不同，腸桿菌科 通常缺乏細胞色素c氧化酶，雖然存在例外(例如，鄰單胞菌屬)。大部分具有許多鞭毛， 但少數(shù)屬是不運動的。它們是非孢子成形的，例外是過氧化氫酶陽性的痢疾桿菌菌株。該 家族的大部分成員是在人類或其他動物腸內(nèi)找到的腸內(nèi)菌叢的正常部分，而其他成員則是 在水或油中找到，或是寄生在各種不同的動物和植物上。腸桿菌科的大部分成員具有用 于細菌細胞附至宿主的周生I型鞭毛。腸桿菌科的屬包括但不限于Alishewanella，交替 單胞菌屬、Aquamonas> Aranicola、Arsenophonus> Azotivirga、Blochmannia、Brenneria、 Buchnera、布戴約維采菌屬、Buttiauxella、西地西菌屬、檸檬酸桿菌屬、Dickeya,愛德華菌 屬、腸桿菌屬、歐文菌屬、埃希桿菌屬、尤因菌屬、Griimontella、哈夫尼亞菌屬、克雷白桿菌 屬、克魯維菌屬、勒克菌屬、勒米諾菌屬、米勒菌屬、摩根菌屬、肥桿菌屬、成團泛菌、果膠桿 菌屬、Candidatus Phlomobacter、發(fā)光桿菌、鄰單胞菌屬、Pragia、變形桿菌屬、普羅維登斯菌屬、拉恩菌屬、Raoultella、沙門菌屬、Samsonia、沙雷菌屬、志賀菌屬、Sodalis、塔特姆菌 屬、Trabulsiella、Wigglesworthia、致病桿菌屬、耶爾森菌屬(例如，鼠疫耶爾森菌)、以及 約克菌。關(guān)于腸桿菌科的更多信息可以在Stanier等人，1986，The Microbial World, 5th edition, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, Chapter 5 找至丨J,該文為此目的 通過引用全文結(jié)合在此。本文使用的術(shù)語“實例”指代算法中一個步驟的執(zhí)行。在算法內(nèi)的某些步驟可以 運行若干次，其中該步驟的每次重復(fù)被稱為該步驟的一個實例。本文使用的術(shù)語“微生物”指代直徑為Imm或以下的非病毒的有機體。本文使用的術(shù)語“微生物類型”指代細菌界的任何子分類，諸如細菌界內(nèi)的門、綱、 目、科、屬、或種。本文使用的術(shù)語“部分”指代一個集合中的至少1%、至少2%、至少10%、至少 20%、至少30%、至少50%、至少75%、至少90%、或者至少99%。于是，在一個非限制性 的例子中，多個對象的至少一部分意味著多個對象的至少1%、至少2%、至少10%、至少 20%、至少30%、至少50%、至少75%、至少90%、或者至少99%。本文使用的術(shù)語“葡萄球菌科(Staphylococcaceae) ”指代芽孢桿菌目中的一個細 菌科，包括但不限于金黃色葡萄球菌、山羊葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、溶血 性葡萄球菌、路鄧葡萄球菌、Staphylococcus pettenkoferi、腐生性葡萄球菌、瓦氏葡萄球 菌、以及木糖葡萄球菌細菌。本文使用的術(shù)語“鏈球菌屬(StMpt0C0CCUS) ”指代屬于硬壁菌門和乳酸菌類群 的球形革蘭陽性細菌屬。細胞分裂在這些細菌中沿單軸進行，于是這些細菌成鏈或成對生 長，因此來自希臘語str印tos(鏈)的名稱意味著像鏈一樣易于彎曲或扭曲。這與沿著多 個軸分裂并生成葡萄狀細胞聚簇的葡萄球菌完全不同。鏈球菌屬的種包括但不限于無乳鏈 球菌、牛鏈球菌、突變鏈球菌、肺炎鏈球菌、釀膿鏈球菌、唾液鏈球菌、血鏈球菌、豬鏈球菌、 草綠色鏈球菌、和乳房鏈球菌。本文使用中使用的“受驗者”是動物，優(yōu)選地是哺乳動物，更優(yōu)選地是非人類靈長 目動物，最優(yōu)選地是人類。術(shù)語“受驗者”、“個體”和“患者”在本文中可以互換使用。本文使用的術(shù)語“培養(yǎng)皿”指代能夠保存培養(yǎng)物(諸如，血培養(yǎng)物)的任何容 器。例如，在一個實施例中，培養(yǎng)皿是具有側(cè)壁、底盤和開口以用于容納帶裝入的培養(yǎng)物 的容器，其中該容器由諸如玻璃、透明塑料(例如，環(huán)烯共聚物)的具有足夠透明度用以 視覺觀察樣本濁度的材料制成，并且優(yōu)選在至少250°C下耐熱的材料。在某些實施例中， 該容器具有足以承受至少25psi內(nèi)部壓力的壁厚，以及耦合至容器開口端的閉合蓋，其中 培養(yǎng)物在環(huán)境條件下在培養(yǎng)皿內(nèi)存儲達延長時間段仍可基本免于污染。示例性的容器在 美國專利No. 6，432，697中有所描述，該專利通過引用結(jié)合在此。在某些實施例中，環(huán)境 條件下的延長時間段是在約40°C下至少一年。在某些實施例中，培養(yǎng)皿還包括固定到容 器內(nèi)表面的熒光傳感器化合物，當該化合物暴露于氧時，一旦暴露于熒光下就呈現(xiàn)熒光強 度的降低。在某些實施例中，容器對所述熒光基本透明。在某些實施例中，熒光傳感器 化合物公開從由三(4，7_苯基-1，10-鄰二氮雜菲)釕(II)鹽(tris-4,7-diphenyl-l, lO-phenanthrolineruthenium(II)salts) > 三聯(lián) 口比 口定釘鹽(tris-2,2 ‘ -bipyridyl ruthenium (I I) salts)、9，10 二聯(lián)苯蒽(9，10-diphenyl anthracene)及其混合物組成的組中選出。在某些實施例中，培養(yǎng)皿是Blood Culture BACTEC LYTIC/10 Anaerobic/ F培養(yǎng)物小瓶、BBL SEPTI- CHEK 小瓶、BBL SEPTI- CHEK 血培養(yǎng)物瓶、 BectonDickinson BACTEC 小瓶、Plus Aerobic/F * 以及 Plus Anaerobic/F * 培養(yǎng) 物小瓶、Becton Dickinson BACTEC Standard/10 Aerobic/F 培養(yǎng)物小瓶、Becton Dickinson BACTEC Myco/F Lytic 培養(yǎng)物小瓶、Becton Dickinson BACTEC PEDS PLUS /F 培養(yǎng)物小瓶、或者 Becton Dickinson BACTEC Standard Anaerobic/F 培養(yǎng)物小瓶(Becton Dickinson, Franklin Lakes, New Jersey)。5. 2示例性設(shè)備圖1詳示了用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的設(shè)備11，其中該設(shè)備11包 括處理器以及耦合至處理器的存儲器。在某些實施例中，由設(shè)備11或本發(fā)明任何方法鑒別 的微生物類型是細菌界的一個門。在某些實施例中，由設(shè)備11或本發(fā)明任何方法鑒別的微 生物類型是細菌界內(nèi)的一個門中的一個綱。在某些實施例中，由設(shè)備11或本發(fā)明任何方法 鑒別的微生物類型是細菌界內(nèi)的一個門中的一個綱中的一個目。在某些實施例中，由設(shè)備 11或本發(fā)明任何方法鑒別的微生物類型是細菌界內(nèi)的一個門中的一個綱中的一個目中的 一個科。在某些實施例中，由設(shè)備11或本發(fā)明任何方法鑒別的微生物類型是細菌界內(nèi)的一 個門中的一個綱中的一個目中的一個科中的一個屬。在某些實施例中，由設(shè)備11或本發(fā)明 任何方法鑒別的微生物類型是細菌界內(nèi)的一個門中的一個綱中的一個目中的一個科中的 一個屬中的一個種。圖1中例示的處理器和存儲器可以是例如自動化或半自動化輻射測量或非輻射 測量微生物培養(yǎng)物系統(tǒng)中的一部分。設(shè)備11優(yōu)選地包括·中央處理單元22 ；·可選地，用于存儲軟件和數(shù)據(jù)的非易失性主存儲單元14，例如硬盤驅(qū)動器，所述 存儲單元14由存儲控制器12控制；·系統(tǒng)存儲器36，例如高速隨機存取存儲器(RAM)，用于存儲系統(tǒng)控制程序、數(shù)據(jù)、 和應(yīng)用程序，包括(可選地從非易失性存儲單元14裝載的)程序和數(shù)據(jù)；系統(tǒng)存儲器36還 可以包括只讀存儲器(ROM)； 用戶接口 32，包括一個或多個輸入設(shè)備(例如，鍵盤28、鼠標)以及顯示器26或 其他輸出設(shè)備；·傳感器34，用于測量培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)；·網(wǎng)絡(luò)接口卡20(通信電路)，用于連接至傳感器34;·內(nèi)部總線30，用于互聯(lián)系統(tǒng)的前述元件；以及·電源24，用于給前述元件供電。中央處理單元22的存在主要由操作系統(tǒng)40控制。操作系統(tǒng)40可以存儲在系統(tǒng) 存儲器36內(nèi)。在典型實現(xiàn)中，系統(tǒng)存儲器36還包括·文件系統(tǒng)42，用于控制對由本發(fā)明使用的各類文件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問；·培養(yǎng)物類型確定模塊44，用于鑒別培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型； 生物學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)46，用于存儲培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)48以及培養(yǎng)物生物學(xué)狀 態(tài)的多次測量，其中多次測量中的每次測量50在第一(初始)時間點和第二(最終)時間 點之間的不同時間點進行；
·可選查找表54，包括在(i)多組值和(ii) 一組微生物類型之間匹配，其中多組 值中的每組值56包括最大代謝速率值57和生長范圍58，并且其中針對多組值中的每組值 56，該組微生物類型中存在相應(yīng)的微生物類型59 ；·多組速率轉(zhuǎn)化值60，其中每組速率轉(zhuǎn)化值包括多個速率轉(zhuǎn)化值62，其中每組速 率轉(zhuǎn)化值62是與各時間點的預(yù)定的固定間隔相關(guān)聯(lián)的規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)； ·針對每組60速率轉(zhuǎn)化值60的平均相對轉(zhuǎn)化值66 ；以及·用于存儲對培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物內(nèi)微生物類型68的鑒別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如圖1所示，設(shè)備11可以包括諸如生物學(xué)狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)46、可選查找表54、多組 速率轉(zhuǎn)化值60、平均相對轉(zhuǎn)化值66、以及培養(yǎng)物內(nèi)微生物類型的鑒別68之類的數(shù)據(jù)。在某 些實施例中，存儲器36或者數(shù)據(jù)存儲14還存儲平均相對轉(zhuǎn)化值66的集中趨勢的測度。以 上描述的數(shù)據(jù)可以是任何形式的數(shù)據(jù)存儲，包括但不限于，平面文件、相關(guān)數(shù)據(jù)庫(SQL)、或 者在線分析處理(OLAP)數(shù)據(jù)庫(MDX和/或其變種)。在某些實施例中，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲 在包括星形模型的數(shù)據(jù)庫中，星形模型不被存儲為立方(cube)而是具有定義層級的維度 表。此外，在某些實施例中，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被存儲在具有層級的數(shù)據(jù)庫中，所述層級在下層 數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)庫模型(例如，非層級安排的維度表)中不被明顯打破(break out)。在某些 實施例中，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被存儲在設(shè)備11中。在其他實施例中，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全部或部 分被主存(存儲)在由設(shè)備11通過圖1未示出的因特網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)可尋址的一個或多個計算 機上。在其他實施例中，在圖1的設(shè)備11中描繪的一個或多個程序模塊(諸如，培養(yǎng)物類 型確定模塊44)的全部或部分實際上常駐在由設(shè)備11通過圖1未示出的因特網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)可 尋址的裝置(例如，計算機)上，而非是設(shè)備11上。設(shè)備11通過例如CO2濃度、O2濃度、pH、C02濃度變化率、O2濃度變化率或者培養(yǎng)物 中PH變化率來確定培養(yǎng)物的代謝活動。從這一代謝活動的確定，設(shè)備11可以鑒別培養(yǎng)物 中的微生物類型。在某些實施例中，設(shè)備11容納多個培養(yǎng)皿并且用作培養(yǎng)箱、攪拌器和檢 測系統(tǒng)。未在圖1中描繪設(shè)備11的這些組件，因為這些組件的特性會取決于設(shè)備11的確 切配置而大幅變化。例如，設(shè)備容納的培養(yǎng)皿數(shù)量可以在一個培養(yǎng)皿到1000個培養(yǎng)皿的范 圍內(nèi)變化?？梢源嬖谂c每個培養(yǎng)皿相關(guān)聯(lián)的傳感器，用以測量該培養(yǎng)皿內(nèi)包含的培養(yǎng)物的 生物學(xué)狀態(tài)。傳感器可以位于培養(yǎng)皿的任何位置并且存在有多種類型的傳感器可供使用。圖2例示了能夠測量培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的一個示例性傳感器。在圖2中，0)2傳感 器204粘合在培養(yǎng)皿202的基底并且其上覆蓋有一定量的培養(yǎng)物。CO2傳感器204不透離 子、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)物，但是允許CO2自由透過。由培養(yǎng)物內(nèi)細胞產(chǎn)生的二氧化碳擴散至傳 感器204并且溶解在傳感器基質(zhì)內(nèi)存有的水中，生成氫離子。氫離子濃度的增加(pH的下 降)增加了傳感器204的熒光輸出，由此改變從激發(fā)濾波器206傳輸?shù)桨l(fā)射濾波器208的 信號。設(shè)備11重復(fù)測量隨時間穿過發(fā)射濾波器208的信號，并且使用這一數(shù)據(jù)用本文公開 的算法鑒別培養(yǎng)物內(nèi)的微生物類型。在某些實施例中，設(shè)備11是將會保有從1到1000個之間培養(yǎng)皿(例如，96、240、或 者384個培養(yǎng)皿)的培養(yǎng)箱、搖動器、熒光檢測器。在某些實施例中，在機架(例如，圓形或 線性機架)上排列培養(yǎng)皿，每個機架可以具有多個培養(yǎng)皿站。例如，在一個特定實施例中， 設(shè)備11將會保有排列在六個機架上的240個培養(yǎng)皿，其中每個機架具有40個培養(yǎng)皿站。在 某些實施例中，設(shè)備11中的每個培養(yǎng)皿站包括帶有合適激發(fā)和發(fā)射濾波器(例如，如圖2中所示)的發(fā)光二極管和光電二極管檢測器。在某些實施例中，培養(yǎng)皿被輕輕搖動并加熱 到 35 士 1°C。5. 3示例性方法現(xiàn)已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的示例性設(shè)備，如下將詳述根據(jù)本發(fā)明的示例性方法。 在某些實施例中，這些方法可以由圖1的培養(yǎng)物類型確定模塊44實現(xiàn)。參見圖3的步驟 302，獲取培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)。例如，參見圖2，在某些實施例中，初始讀取檢測器204 以確定傳感器中的CO2濃度。在替換實施例中，可以在步驟302中讀取(測量)初始O2濃 度、PH、或者培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的其他指示。在某些實施例中，由與培養(yǎng)物接觸的傳感器 (例如，傳感器204)的熒光輸出確定該培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)。在某些實施例中，傳感器 的熒光輸出量以上文結(jié)合圖2所述的方式受到CO2濃度的影響。在某些實施例中，傳感器 的熒光輸出量受到O2濃度、pH、或者本領(lǐng)域已知的代謝狀態(tài)的其他指示的影響?？傊?，代表 培養(yǎng)物代謝速率的任何物理可觀察量可被測量并存儲為初始狀態(tài)。在某些實施例中，該物 理可觀察量是分子產(chǎn)物的累積(一個例子是革蘭氏陰性細菌的脂多糖)、生長相關(guān)環(huán)境的 非分子物理/化學(xué)變化(壓力變化)、和/或累積的二氧化碳或其他代謝物的生成或者基質(zhì) (例如氧)的消耗、或者細胞物質(zhì)的累積。在某些實施例中，使用比色計裝置、熒光計裝置、濁度計裝置或紅外線裝置在步 驟302獲取血培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)。比色計裝置的示例包括但不限于使用比色計氧 化還原指示劑，諸如刃天青/亞甲藍或氯化四唑(tetrazolium chloride)或者在美國專 利No. 6,617，127中公開的對碘硝基四唑紫羅蘭(p-iodonitrotetrazolium violet)化 合物，其中上述專利通過引用全文結(jié)合在此。比色計裝置的另一個示例包括Oberoi等人 2004, “ Comparison of rapid colorimetric method withconventional method in the isolation of mycobacterium tuberculosis, " Indian J Med Microbiol 22:44—46 中使 用的比色計測定，其中該文通過引用全文結(jié)合在此。在Oberoi等人的論述中，MB/Bact240 系統(tǒng)(Organon Teknika)裝載有培養(yǎng)皿。該系統(tǒng)的工作原理基于比色計傳感器的分枝桿菌 生長檢測。如果存在所述生物，則會隨著該生物代謝基質(zhì)甘油產(chǎn)生C02。每個培養(yǎng)皿底部的 透氣傳感器的顏色會導(dǎo)致單元內(nèi)反射率增大，系統(tǒng)可使用紅外射線來監(jiān)測所述增大。比色 計裝置的示例還包括由培養(yǎng)皿內(nèi)的微生物代謝導(dǎo)致的氣體成分(諸如，CO2濃度)變化所引 起傳感器組分顏色改變的任何監(jiān)測。熒光計和比色計裝置的示例在美國專利No. 6，096，272中公開，該專利通過引用 全文結(jié)合在此并且公開了一種儀器系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中為孵化和指標化提供了旋轉(zhuǎn)傳送帶并 且存在有各自發(fā)射不同波長的光用于比色計和熒光計檢測的多個光源。本文使用的濁度計 裝置指代使用濁度計對培養(yǎng)物濁度進行測量。濁度計是用于測量液膠體或氣膠體中的懸浮 顆粒的儀器。濁度計通過利用光束(源束)和設(shè)置在源束一側(cè)(通常為90° )的光檢測器 來進行上述測量。于是，粒子密度是從粒子反射到檢測器內(nèi)的光的函數(shù)。在一定程度上，給 定粒子密度反射多少光取決于粒子的性質(zhì)，諸如粒子的形狀、顏色和反射率。因此，必須為 每一情形單獨建立濁度和懸浮固體(更有用但通常更困難的粒子量化)之間的工作相關(guān)。本文使用的用于測量血培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的紅外線裝置是本領(lǐng)域已知的任何 紅外線微生物檢測系統(tǒng)或方法，包括但不限于在美國專利No. 4，889，992以及PCT公開 W0/2006071800中公開的那些，上述專利文獻通過引用各自全文結(jié)合在此。
在某些實施例中，保有培養(yǎng)物的培養(yǎng)皿202包括與培養(yǎng)物流體通信的傳感器成分 204。傳感器組分204包括發(fā)光化合物，該發(fā)光化合物在暴露于氧中并由包含使其發(fā)光的波 長的光照射時呈現(xiàn)出發(fā)光性質(zhì)的變化。傳感器組分204的存在對培養(yǎng)物沒有破壞性。在這 類實施例中，測量步驟302(和測量步驟308的每個實例)包括用包含使發(fā)光化合物發(fā)光的 波長的光來照射傳感器組分204并且在用光照射該傳感器組分的同時觀察來自所述發(fā)光 化合物的發(fā)光強度。在某些實施例中，發(fā)光化合物被包含在相對不透水和非氣溶性但對氧 有高滲透性的基質(zhì)中。在某些實施例中，基質(zhì)包含橡膠或塑料。根據(jù)本發(fā)明該實施例的傳 感器的更多細節(jié)在美國專利No. 6，900, 030中公開，上述專利通過引用全文結(jié)合在此。在步驟304，來自步驟302在初始化測得的培養(yǎng)物初始生物學(xué)狀態(tài)被標準化并被 存儲為培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)48 (例如，為100%或者其他預(yù)定值)。存儲為圖1中的數(shù) 據(jù)元素48的該初始生物學(xué)狀態(tài)用作相對于培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的后續(xù)測量的基準值。在某 些實施例中，不執(zhí)行步驟304，而是使用步驟302的絕對測量值用于本文公開的算法。設(shè)備11在獲取初始生物學(xué)測量值之后培育培養(yǎng)物達一預(yù)定時間段。于是，在經(jīng)過 該預(yù)定時間段之后，設(shè)備11獲取該培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的另一測量值。這一過程在圖3中由 步驟306和308例示。在圖3A，該過程在步驟306示出為前進時間步長t。在步驟306中 設(shè)備等待時間前進時間步驟t的時間段期間的生物學(xué)狀態(tài)不用于確定培養(yǎng)物中微生物類 型的后續(xù)處理步驟。在步驟308，一旦時間已前進了時間步驟t，就以獲取生物學(xué)狀態(tài)的初 始測量值相同的方式再次獲取培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的測量值(例如，使用圖2中的 裝置)。在某些實施例中，預(yù)定時間段(時間步長t的持續(xù)時間)是10分鐘。在某些實施 例中，預(yù)定時間段(時間步長t的持續(xù)時間)是小于5分鐘的時間段、小于10分鐘的時間 段、小于15分鐘的時間段、小于20分鐘的時間段、在1分鐘到30分鐘范圍內(nèi)的時間段，在1 分鐘到20分鐘范圍內(nèi)的時間段、在5分鐘到15分鐘范圍內(nèi)的時間段、或者大于5分鐘的時 間段。在步驟308獲得的培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的測量值在其中步驟302的初始測量 值被用于規(guī)格化的實施例中被轉(zhuǎn)換成規(guī)格化相對值，其中所述轉(zhuǎn)換是通過相對于步驟302 的初始測量值標準化步驟308的測量值來實現(xiàn)的。在一個實施例中，在步驟308獲得的培 養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的測量值被轉(zhuǎn)換成規(guī)格化相對值，其中所述轉(zhuǎn)換是通過計算步驟 308的測量值相對于步驟302的初始測量值之比來實現(xiàn)的。在某些實施例中，這一計算出的 規(guī)格化相對值被存儲為圖1中的數(shù)據(jù)元素50。在某些實施例中，在步驟308中測得的生物 學(xué)狀態(tài)的測量值被存儲為圖1中的數(shù)據(jù)元素50并且與在步驟308中測得的生物學(xué)狀態(tài)的 測量值相對應(yīng)的規(guī)格化相對值則按需在后續(xù)處理步驟中被計算。在步驟310，確定是否已經(jīng)過第一預(yù)定的固定時間間隔。例如，在某些實施例中，預(yù) 定的固定時間間隔是70分鐘。在此例中，如果步驟306的時間步長t是10分鐘，那么在條 件310-是實現(xiàn)之前需要時間步長t前進七次。在某些實施例中，預(yù)定的固定時間間隔是在 5分鐘到5小時之間的持續(xù)時間、在20分鐘到10小時之間的持續(xù)時間、在20分鐘到2小時 之間的持續(xù)時間、在30分鐘到90分鐘之間的持續(xù)時間、小于24小時的持續(xù)時間、或者大于 24小時的持續(xù)時間。當已經(jīng)過第一預(yù)定的固定時間間隔時(310-是)，過程控制就行進到 其中執(zhí)行算法附加步驟的步驟312。當未經(jīng)過第一預(yù)定的固定時間間隔時(310-否)，過程 控制就返回到其中算法等待時間前進時間量t的步驟306，隨后再次在步驟308的新實例中 對培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)進行測量。
20
步驟306到310的最終結(jié)果是獲取培養(yǎng)皿中培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值并且 所述多個測量值中的每個測量值都在第一(初始)時間點和終結(jié)(最終)時間點之間的不 同時間點獲得的。此外，在其中時間步長t在步驟306的每個實例中都具有相同量的典型 實施例中，多個測量值中的各測量值分別以周期性的間隔從培養(yǎng)物中獲取。在某些實施例 中，該周期性間隔是從1分鐘到20分鐘的時間量、從5分鐘到15分鐘的時間量、從30秒到 5小時的時間量、或者大于1分鐘的時間量。當已經(jīng)過預(yù)定的固定間隔時(310-是)，就在步驟312中計算預(yù)定的固定間隔內(nèi)規(guī) 格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)(或者是在不執(zhí)行規(guī)格化的實施例中來自步驟302的預(yù)定的固定間 隔內(nèi)內(nèi)絕對值)，由此形成速率轉(zhuǎn)化值62。換句話說，在步驟312中確定在預(yù)定的固定間隔 期間規(guī)格化相對值的變化。注意，在測量值數(shù)據(jù)被規(guī)格化的實施例中速率轉(zhuǎn)化值是規(guī)格化 相對值的一階導(dǎo)數(shù)，而在測量值數(shù)據(jù)未被規(guī)格化的實施例中速率轉(zhuǎn)化值是絕對測量值的一 階導(dǎo)數(shù)。在某些實施例中，用來計算一階導(dǎo)數(shù)的預(yù)定的固定時間間隔包括在20分鐘到2小 時之間的前一時間段內(nèi)的所有測量值。例如，在某些實施例中，步驟310的預(yù)定的固定時間 間隔是70分鐘，并且在步驟312中橫跨該70分鐘時間間隔內(nèi)測量值的全部規(guī)格化相對值 的變化率在步驟312確定并被存儲為速率轉(zhuǎn)化值62。在一些實施例中，用來計算一階導(dǎo)數(shù) 的預(yù)定的固定時間間隔(時間窗)是前一時間段內(nèi)的所有測量值，所述前一時間段在5分 鐘到20小時之間、在30分鐘到10小時之間、在20分鐘到2小時之間、在20分鐘到10小 時之間、或在30分鐘到90分鐘之間。在步驟314，確定自從上次達到條件314-是起是否已測量了預(yù)定數(shù)量的速率轉(zhuǎn)化 值。如果是(314-是)，過程控制行進到步驟316。如果否(314-否)，過程控制就返回到步 驟306，其中過程控制等待直到已經(jīng)經(jīng)過時間步長t，隨后繼續(xù)至步驟308，其中再次計算血 培養(yǎng)物的規(guī)格化相對值。每個條件(314-是)標記一組60速率轉(zhuǎn)化值62的完成。例如，在 某些實施例中，在已經(jīng)測得7個新速率轉(zhuǎn)化值62時實現(xiàn)條件314-是。在該示例中，速率轉(zhuǎn) 化值的一個組60包括7個速率轉(zhuǎn)化值或由這7個速率轉(zhuǎn)化值組成。在某些實施例中，速率 轉(zhuǎn)化值62的一個組60包括4個到20個連續(xù)速率轉(zhuǎn)化值62或由這些速率轉(zhuǎn)化值組成.連 續(xù)的速率轉(zhuǎn)化值62是在同一組60內(nèi)的速率轉(zhuǎn)化值。這些速率轉(zhuǎn)化值62例如在步驟312 的相續(xù)實例中計算并存儲。在某些實施例中，多個速率轉(zhuǎn)化值中的速率轉(zhuǎn)化值62的每個組 60包括5個到15個連續(xù)的速率轉(zhuǎn)化值62，1個到100個連續(xù)的速率轉(zhuǎn)化值62，五個以上速 率轉(zhuǎn)化值62，或小于10個速率轉(zhuǎn)化值62，或者由這些速率轉(zhuǎn)化值組成。當條件314-是完成時，運行步驟316。在步驟316，從最新形成的速率轉(zhuǎn)化值62 的組60計算平均相對轉(zhuǎn)化(平均變化率)值。于是，對于速率轉(zhuǎn)化值62的每個組，存在一 個平均相對轉(zhuǎn)化值66.在某些實施例中，通過測量新形成的速率轉(zhuǎn)化值62的組60中速率 轉(zhuǎn)化值62的集中趨勢的測度，從所述新形成的速率轉(zhuǎn)化值62的組60中計算平均相對轉(zhuǎn)化 (平均變化率)值66。在某些實施例中，集中趨勢的這一測度是新形成的速率轉(zhuǎn)化值62的 組60中全部或部分速率轉(zhuǎn)化值62的幾何均值、算數(shù)均值、中位數(shù)、或眾數(shù)。在步驟318，確定是否已經(jīng)達到規(guī)程中的預(yù)定點。該預(yù)定點是最終時間點，也被 稱為終點或第二時間點。在某些實施例中，第二時間點在進行步驟302的初始測量之后 的一個或多個小時、兩個或多個小時、三小時到一百小時之間、或者小于20個小時到達 (318-是)。在某些實施例中，第二時間點在步驟308實例已經(jīng)對培養(yǎng)皿內(nèi)血培養(yǎng)物的生物
21學(xué)狀態(tài)進行了 10到50，000次、10到10，000、150到5，000次、大于10次、大于50次，或者
大于100次的測量之后到達(318-是)。如果尚未到達規(guī)程中的預(yù)定點(318-否)，過程控 制于是就返回步驟306，其中過程控制等待時間步長t前進，隨后初始步驟308的其他實例， 其中血培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)被再次測量并用于計算規(guī)格化相對值。如果已經(jīng)達到規(guī)程中的 預(yù)定點(318-是)，過程控制行進至步驟320。在步驟320，確定針對所述培養(yǎng)物獲得的最大代謝速率值57。在某些實施例中，最 大代謝速率57被認定是針對所述培養(yǎng)物在步驟316的任意實例中計算的最大平均相對轉(zhuǎn) 化值66。例如，如果在步驟316的一實例期間針對所述培養(yǎng)物計算出的最大平均相對轉(zhuǎn)化 值66是250，那么針對所述培養(yǎng)物的最大代謝速率值57就將被認定為是250。在步驟322，確定培養(yǎng)物的生長范圍58.在某些實施例中，生長范圍(EG)58由下式 確定EG 一 NRafter_growth-NRminimum_growth 式 1在某些實施例中，式1的NRafte 1。_是所述多個規(guī)格化最大值中用于計算針對所 述培養(yǎng)物獲得的最大平均相對轉(zhuǎn)化值66的規(guī)格化相對值。因此，如果規(guī)格化相對值135至 144用于計算最大平均相對轉(zhuǎn)化值66，那么NRafte, grawth將會是規(guī)格化相對值{135，. . .，144} 組中的一個規(guī)格化相對值。在某些實施例中，式1的NRafto grawth是所述多個規(guī)格化最大值中用于計算針對所 述培養(yǎng)物獲得的最大平均相對轉(zhuǎn)化值66的后一個平均相對轉(zhuǎn)化值66的規(guī)格化相對值。因 此，如果規(guī)格化相對值145至154用于計算最大平均相對轉(zhuǎn)化值66的后一個平均相對轉(zhuǎn)化 值66，那么NRafte,—grawth將會是規(guī)格化相對值{145，...，154}組中的一個規(guī)格化相對值。在某些實施例中，式1的NRafto grawth是所述多個規(guī)格化最大值中用于計算針對所 述培養(yǎng)物獲得的最大平均相對轉(zhuǎn)化值66的前一個平均相對轉(zhuǎn)化值66的規(guī)格化相對值。因 此，如果規(guī)格化相對值125至134用于計算最大平均相對轉(zhuǎn)化值66的前一個平均相對轉(zhuǎn)化 值66，那么NRafte, grawth將會是規(guī)格化相對值{125，...，134}組中的一個規(guī)格化相對值。在某些實施例中，式1的NRafto grawth是用于計算針對所述培養(yǎng)物獲得的最大平均 相對轉(zhuǎn)化值66的規(guī)格化相對值中全部或部分規(guī)格化相對值的集中趨勢測度。因此，如果規(guī) 格化相對值135至144用于計算最大平均相對轉(zhuǎn)化值66，那么NRafte, grawth將會是規(guī)格化相 對值{135，...，144}組中的全部或部分規(guī)格化相對值的集中趨勢測度(幾何均值、算數(shù)均 值、中位數(shù)、或眾數(shù))。在某些實施例中，式1的NRafto grawth是用于計算針對所述培養(yǎng)物獲得的最大平均 相對轉(zhuǎn)化值66的后一個平均相對轉(zhuǎn)化值66的規(guī)格化相對值中全部或部分規(guī)格化相對值的 集中趨勢測度。因此，如果規(guī)格化相對值145至154用于計算最大平均相對轉(zhuǎn)化值66的后 一個平均相對轉(zhuǎn)化值66，那么NRafto grawth將會是規(guī)格化相對值{145，...，154}組中的全部 或部分規(guī)格化相對值的集中趨勢測度(幾何均值、算數(shù)均值、中位數(shù)、或眾數(shù))。在某些實施例中，式1的NRafto grawth是用于計算針對所述培養(yǎng)物獲得的最大平均 相對轉(zhuǎn)化值66的前一個平均相對轉(zhuǎn)化值66的規(guī)格化相對值中全部或部分規(guī)格化相對值的 集中趨勢測度。因此，如果規(guī)格化相對值125至134用于計算最大平均相對轉(zhuǎn)化值66的前 一個平均相對轉(zhuǎn)化值66，那么NRafto grawth將會是規(guī)格化相對值{125，...，134}組中的全部 或部分規(guī)格化相對值的集中趨勢測度(幾何均值、算數(shù)均值、中位數(shù)、或眾數(shù))。
在某些實施例中，NRminimimgrawth是所述多個規(guī)格化最大值中用于計算第一平均相對 轉(zhuǎn)化值66以獲得閾值的規(guī)格化相對值。因此，如果規(guī)格化相對值20至29用于計算第一平 均相對轉(zhuǎn)化值66以獲得閾值，那么NRminimumgrawth將會是規(guī)格化相對值{20，... ,29}組中的 一個規(guī)格化相對值。在某些實施例中，NRminimum grawth是計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值66以獲得閾值的各規(guī) 格化相對值的集中趨勢測度。因此，如果規(guī)格化相對值20至29用于計算第一平均相對轉(zhuǎn) 化值66以獲得閾值，那么NRminimum—grawth將會是規(guī)格化相對值{20，... ,29}組中的全部或部 分規(guī)格化相對值。在其中式1用于計算生長范圍48的某些實施例中，所述閾值在非限制性示例中是 在5到100之間的值、25到75之間的值、1到1000之間的值或者小于50的值。在某些實施例中，生長范圍(EG) 58由下式確定EG = ARTmax * (timeAKTmax-timeinitial)式 2其中ARTmax是針對所述培養(yǎng)物獲得的最大平均相對轉(zhuǎn)化值66，而timeAKTmax是(a) 在時間步驟302測量所述培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)的初始時間點和(b)測量一規(guī)格化相對值的 時間點之間的持續(xù)時間，其中該規(guī)格化相對值是由步驟316的各實例針對上述培養(yǎng)物確定 的用于計算(i)所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中最大平均相對轉(zhuǎn)化值的后一個平均相對轉(zhuǎn)化 值、(ii)所述最大平均相對轉(zhuǎn)化值、或者(iii)所述最大平均相對轉(zhuǎn)化值的前一個平均相 對轉(zhuǎn)化值的規(guī)格化相對值。此外，所述^!!^皿…是(i)在時間步驟302測量所述培養(yǎng)物的 生物學(xué)狀態(tài)的初始時間點和(b)測量一規(guī)格化相對值的時間點之間的持續(xù)時間，其中該規(guī) 格化相對值是用于計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值以獲得閾值的規(guī)格化相對值。在其中式2用于計算生長范圍48的某些實施例中，所述閾值在非限制性示例中是 在5到100之間的值、25到75之間的值、1到1000之間的值或者小于50的值。在某些實施例中，生長范圍(EG) 58由下式確定EG= [ARTmax^f (timeAETniax-timeinitial) ]/timeinitial 式 3其中ARTmax、timeAETmax和timeinitial的值如式2給出。在其中式3用于計算生長 范圍48的某些實施例中，所述閾值在非限制性示例中是在5到100之間的值、25到75之間 的值、1到1000之間的值或者小于50的值。假設(shè)在構(gòu)造用于可選查找表54的參考生長范圍值58時使用相同的形式，則在式 1、2 或 3 中使用的值 ARTmax、timeAKTmax、time
initial、NRafter_growth 禾口 ^-^minimum_growth 可以獨立與任
何實數(shù)相乘。更具體地，式1、2或3中的任一個都能夠包含額外的數(shù)學(xué)運算(線性和非線 性兩者)，并且假設(shè)在構(gòu)造用于查找表54的參考生長范圍值58時使用相同的數(shù)學(xué)運算，則 還可用于計算生長范圍58。使用含有已知類型微生物的培養(yǎng)物來計算查找表54的參考生 長范圍值58和最大代謝速率值57。在步驟324，使用在步驟320確定的培養(yǎng)物的最大代謝速率值57以及在步驟322 確定的培養(yǎng)物的參考生長范圍值58來確定感染微生物的身份。在步驟342的某些實施例 中，將使用在步驟320確定的培養(yǎng)物的最大代謝速率值57以及在步驟322確定的培養(yǎng)物的 參考生長范圍值58與查找表54中的值相比較，該查找表54將所述代謝速率值57以及所述 生長范圍值58與一微生物類型59相匹配，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。為 了例示，考慮其中培養(yǎng)物的最大代謝速率值57是“200”，培養(yǎng)物的生長范圍值58是“450”，并且值查找表54具有如下的值
權(quán)利要求
一種鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的方法，所述方法包括(A)為所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值中的每個測量值，計算(i)該測量值與(ii)在初始時間點測得的培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)之間的規(guī)格化相對值，由此形成多個規(guī)格化相對值，其中所述多個測量值中的每個測量值在第一時間點和第二時間點之間的不同時間點測得；(B)為第一時間點和第二時間點之間各時間點的每一個預(yù)定的固定間隔，確定針對在各時間點的該預(yù)定的固定間隔內(nèi)生物學(xué)狀態(tài)各測量值的規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)，由此形成多個速率轉(zhuǎn)化值，其中多個速率轉(zhuǎn)化值包括多組速率轉(zhuǎn)化值，其中多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值針對第一時間點和第二時間點之間的連續(xù)時間點的不同組；(C)為多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值，計算平均相對轉(zhuǎn)化值作為該組速率轉(zhuǎn)化值中每個速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢測度，由此計算多個平均相對轉(zhuǎn)化值；(D)從多個規(guī)格化相對值和多個平均相對轉(zhuǎn)化值確定最大代謝速率和生長范圍；(E)從最大代謝速率和生長范圍確定所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括(F)將所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的鑒定輸出至用戶接口裝置、監(jiān)視器、計算 機可讀存儲介質(zhì)、計算機可讀存儲器、或者本地或遠程計算機系統(tǒng)；或者顯示所述培養(yǎng)物中 的微生物類型的鑒定。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一時間點位于所述初始時間點的5分鐘或更多分 鐘之后，并且第二時間點位于所述初始時間點的30個或更多個小時之后。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一時間點位于初始時間點的0.5小時到3小時之 后，第二時間點位于初始時間點的4. 5小時到20小時之后。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述多組速率轉(zhuǎn)化值的第一組速率轉(zhuǎn)化值中的各 速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢測度包括在所述第一組速率轉(zhuǎn)化值中的每一個速率轉(zhuǎn)化值的幾何均值， 在所述第一組速率轉(zhuǎn)化值中的每一個速率轉(zhuǎn)化值的算數(shù)均值， 在所述第一組速率轉(zhuǎn)化值中的每一個速率轉(zhuǎn)化值的中位數(shù)，或者 在所述第一組速率轉(zhuǎn)化值中的每一個速率轉(zhuǎn)化值的眾數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值中的各測量值 分別在第一時間點和第二時間點之間的周期性時間間隔處從所述培養(yǎng)物測得。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述周期性時間間隔是在1分鐘到20分鐘之間的時間量。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述周期性時間間隔是在5分鐘到15分鐘之間的時間量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)通過與所述培養(yǎng)物接 觸的傳感器的熒光輸出來確定。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述傳感器的熒光輸出的量受CO2濃度、O2濃度、或 PH的影響。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)皿內(nèi)的培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值 包括培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的10到50，000個測量值。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)皿內(nèi)的培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值 包括培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的100到10，000個測量值。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)皿內(nèi)的培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值 包括培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的150到5，000個測量值。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(B)中各時間點的每個預(yù)定的固定間隔由針對 第一時間點和第二時間點之間的時間窗內(nèi)的各時間點的每個速率轉(zhuǎn)化值組成，并且其中所 述時間窗是在20分鐘到10小時之間的時間段。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(B)中各時間點的每個預(yù)定的固定間隔由針對 第一時間點和第二時間點之間且在其間測量所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)的時間窗 內(nèi)的所有時間點的速率轉(zhuǎn)化值組成，并且其中所述時間窗的持續(xù)時間是20分鐘到2小時之 間的時間段。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(B)中各時間點的每個預(yù)定的固定間隔由針對 第一時間點和第二時間點之間且在其間測量所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)的時間窗 內(nèi)的所有時間點的速率轉(zhuǎn)化值組成，并且其中所述時間窗的持續(xù)時間是30分鐘到90分鐘 之間的時間段。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中多個速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值由4到20個 的連續(xù)的速率轉(zhuǎn)化值組成。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中多個速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值由5到15個 的連續(xù)的速率轉(zhuǎn)化值組成。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在多個平均相對轉(zhuǎn)化值中存在5到500個平均相對 轉(zhuǎn)化值。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在多個平均相對轉(zhuǎn)化值中存在20到100個平均相對轉(zhuǎn)化值。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)物的體積在Iml到40ml之間。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)物的體積在2ml到IOml之間。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)皿包括與所述培養(yǎng)物流體連通的傳感器 成分，其中所述傳感器成分包括發(fā)光化合物，所述發(fā)光化合物一旦暴露于氧中，當由含有使 得所述發(fā)光化合物發(fā)光的波長的光照射時呈現(xiàn)出發(fā)光性質(zhì)的改變，其中所述傳感器化合物 的存在對培養(yǎng)物沒有破壞性并且所述培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)如下測得由含有使得所述發(fā)光化合物發(fā)光的波長的光照射所述傳感器化合物；以及在用所述光照射所述傳感器成分的同時觀察來自發(fā)光化合物的發(fā)光強度。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述發(fā)光化合物被包含在相對不透水和非氣溶性 但對氧有高滲透性的基質(zhì)中。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述基質(zhì)包括橡膠或塑料。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其中最大代謝速率被認定是多個平均相對轉(zhuǎn)化值中最 大的平均相對轉(zhuǎn)化值。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生長范圍(EG)由下式確定PP —— IUD_\TDE/Vj ^-^-after_growth 丄 "^minimum一growth其中，NRaftCT—grarth是所述多個規(guī)格化相對值中用于計算(i)所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中最大 平均相對轉(zhuǎn)化值之后的第一平均相對轉(zhuǎn)化值、(ii)最大平均相對轉(zhuǎn)化值、或者(iii)最大 平均相對轉(zhuǎn)化值之前的第一平均相對轉(zhuǎn)化值的規(guī)格化相對值；以及NRminimum-所述多個規(guī)格化相對值中用于計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值以獲得閾值的 規(guī)格化相對值。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中閾值是5到100之間的值。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中閾值是25到75之間的值。
30.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生長范圍(EG)由下式確定 EG = ARTmax (timeAETniax-timeinitial)其中，ARTmax是所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中的最大平均相對轉(zhuǎn)化值； timeAKTmax是(a)初始時間點和(b)測量多個規(guī)格化相對值中的一個規(guī)格化相對值的時 間點之間的持續(xù)時間，其中該規(guī)格化相對值用于計算(i)所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中最大 平均相對轉(zhuǎn)化值之后的第一平均相對轉(zhuǎn)化值、(ii)最大平均相對轉(zhuǎn)化值、或者(iii)最大 平均相對轉(zhuǎn)化值之前的第一平均相對轉(zhuǎn)化值；以及^!!^―⑷是(a)初始時間點和(b)測量多個規(guī)格化相對值中的一個規(guī)格化相對值的 時間點之間的持續(xù)時間，其中該規(guī)格化相對值用于計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值以獲得閾值。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中閾值是5到100之間的值。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中閾值是25到75之間的值。
33.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生長范圍(EG)由下式確定 EG= [ARTmax * (timeAETniax-timeinitial) ] /timeinitial其中，ARTmax是所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中的最大平均相對轉(zhuǎn)化值； timeAKTmax是(a)初始時間點和(b)測量多個規(guī)格化相對值中的一個規(guī)格化相對值的時 間點之間的持續(xù)時間，其中該規(guī)格化相對值用于計算(i)所述多個平均相對轉(zhuǎn)化值中最大 平均相對轉(zhuǎn)化值之后的第一平均相對轉(zhuǎn)化值、(ii)最大平均相對轉(zhuǎn)化值、或者(iii)最大 平均相對轉(zhuǎn)化值之前的第一平均相對轉(zhuǎn)化值；以及^!!^―⑷是(a)初始時間點和(b)測量多個規(guī)格化相對值中的一個規(guī)格化相對值的 時間點之間的持續(xù)時間，其中該規(guī)格化相對值用于計算第一平均相對轉(zhuǎn)化值以獲得閾值。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中閾值是5到100之間的值。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中閾值是25到75之間的值。
36.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍將 培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的所述微生物類型鑒定為(i)腸桿菌科的細菌或者(ii)非腸桿菌科的 細菌。
37.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍將 所述微生物類型鑒定為細菌。
38.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍將 所述微生物類型鑒定為(i)腸桿菌科、(ii)葡萄球菌科、(iii)鏈球菌屬、或(iv)不動細菌jM ο
39.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍將 所述微生物類型鑒定為從如下各項組成的組中選出的腸桿菌科的單個屬=AlishewaneIla, 交替單胞菌屬、Aquamonas> Aranicola、Arsenophonus> Azotivirga、Blochmannia、 Brenneria、Buchnera、布戴約維采菌屬、Buttiauxel la、西地西菌屬、檸檬酸桿菌屬、 Dickeya、愛德華菌屬、腸桿菌屬、歐文菌屬、埃希桿菌屬、尤因菌屬、Griimontella、哈夫尼 亞菌屬、克雷白桿菌屬、克魯維菌屬、勒克菌屬、勒米諾菌屬、米勒菌屬、摩根菌屬、肥桿菌 屬、成團泛菌、果膠桿菌屬、Candidatus Phlomobacter、發(fā)光桿菌、鄰單胞菌屬、Pragia、變 形桿菌屬、普羅維登斯菌屬、拉恩菌屬、Raoultella、沙門菌屬、Samsonia、沙雷菌屬、志賀菌 屬、Sodalis、塔特姆菌屬、Trabulsiella、Wigglesworthia、致病桿菌屬、耶爾森菌屬、以及 約克菌屬。
40.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍 將所述微生物類型鑒定為從如下各項組成的組中選出的葡萄球菌科的單個種金黃色葡 萄球菌、山羊葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、路鄧葡萄球菌、 Staphylococcus pettenkoferi、腐生性葡萄球菌、瓦氏葡萄球菌、以及木糖葡萄球菌細菌。
41.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)確定所述微生物是金黃色葡萄球 菌還是凝固酶陰性葡萄球菌。
42.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍將 所述微生物類型鑒定為從如下各項組成的組中選出的鏈球菌屬的單個種無乳鏈球菌、牛 鏈球菌、突變鏈球菌、肺炎鏈球菌、釀膿鏈球菌、唾液鏈球菌、血鏈球菌、豬鏈球菌、草綠色鏈 球菌、和乳房鏈球菌。
43.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍將 所述微生物類型鑒定為需氧的。
44.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)基于最大代謝速率和生長范圍將 所述微生物類型鑒定為厭氧的。
45.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)由比色計裝置、熒光 劑裝置、濁度計裝置或紅外裝置測得。
46.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值中的每一個生物學(xué) 狀態(tài)由比色計裝置、熒光劑裝置、濁度計裝置或紅外裝置測得。
47.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述培養(yǎng)物是來自受驗者的血培養(yǎng)物。
48.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟(E)將所述最大代謝速率和所述生長 范圍與查找表相比較，該查找表將所述最大代謝速率和所述生長范圍與一微生物類型相匹 配，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。
49.一種用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器以及 耦合至所述處理器的存儲器，所述存儲器包括微生物類型確定模塊，包括(A)用于為多個測量值中的每個測量值，計算(i)該測量值與(ii)在初始時間點測得 的培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)之間的規(guī)格化相對值，由此形成多個規(guī)格化相對值的電子編碼 指令，其中所述多個測量值中的每個測量值在第一時間點和第二時間點之間的不同時間點 測得；(B)用于為第一時間點和第二時間點之間各時間點的每一個預(yù)定的固定間隔，確定針 對在各時間點的該預(yù)定的固定間隔內(nèi)生物學(xué)狀態(tài)各測量值的規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)，由 此形成多個速率轉(zhuǎn)化值的電子編碼指令，其中多個速率轉(zhuǎn)化值包括多組速率轉(zhuǎn)化值，其中 多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值針對第一時間點和第二時間點之間的連續(xù)時間點的 不同組；(C)用于為多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值，計算平均相對轉(zhuǎn)化值作為該組速率 轉(zhuǎn)化值中每個速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢的測度，由此計算多個平均相對轉(zhuǎn)化值的電子編碼指 令；(D)用于從多個規(guī)格化相對值和多個平均相對轉(zhuǎn)化值確定最大代謝速率和生長范圍的 電子編碼指令；(E)用于從最大代謝速率和生長范圍確定所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的電子 編碼指令。
50.如權(quán)利要求49所述的裝置，所述存儲器還包括查找表，所述查找表包括在(i)多組值和(ii) 一組微生物類型之間匹配，其中多組值 中的每組值包括最大代謝速率值和生長范圍，其中針對多組值中的每組值，該組微生物類 型中存在相應(yīng)的微生物類型，并且其中用于確定的電子編碼指令(E)包括用于將所述最大代謝速率和所述生長范圍與查找 表相比較，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的電子編碼指令，其中該查找表將所 述最大代謝速率和所述生長范圍與一微生物類型相匹配。
51.一種存儲計算機程序產(chǎn)品的計算機可讀介質(zhì)，所述計算機程序產(chǎn)品可由計算機執(zhí) 行用以確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物，其中所述計算機程序產(chǎn)品包括微生物類型確定模塊，包括(A)用于為多個測量值中的每個測量值，計算(i)該測量值與(ii)在初始時間點測得 的培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)之間的規(guī)格化相對值，由此形成多個規(guī)格化相對值的電子編碼 指令，其中所述多個測量值中的每個測量值在第一時間點和第二時間點之間的不同時間點 測得；(B)用于為第一時間點和第二時間點之間各時間點的每一個預(yù)定的固定間隔，確定針 對在各時間點的該預(yù)定的固定間隔內(nèi)生物學(xué)狀態(tài)各測量值的規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)，由 此形成多個速率轉(zhuǎn)化值的電子編碼指令，其中多個速率轉(zhuǎn)化值包括多組速率轉(zhuǎn)化值，其中 多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值針對第一時間點和第二時間點之間的連續(xù)時間點的 不同組；(C)用于為多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值，計算平均相對轉(zhuǎn)化值作為該組速率 轉(zhuǎn)化值中每個速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢的測度，由此計算多個平均相對轉(zhuǎn)化值的電子編碼指 令；(D)用于從多個規(guī)格化相對值和多個平均相對轉(zhuǎn)化值確定最大代謝速率和生長范圍的 電子編碼指令；(E)用于從最大代謝速率和生長范圍確定所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的電子 編碼指令。
52.如權(quán)利要求51所述的計算機可讀介質(zhì)，所述計算機程序產(chǎn)品還包括查找表，所述查找表包括在(i)多組值和(ii) 一組微生物類型之間匹配，其中多組值 中的每組值包括最大代謝速率值和生長范圍，其中針對多組值中的每組值，該組微生物類 型中存在相應(yīng)的微生物類型，并且其中用于確定的電子編碼指令(E)包括用于將所述最大代謝速率和所述生長范圍與查找 表相比較，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的電子編碼指令，其中該查找表將所 述最大代謝速率和所述生長范圍與一微生物類型相匹配。
53.一種用于鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器以及 耦合至所述處理器的存儲器，所述存儲器包括(A)用于獲取多組值的電子編碼指令，其中所述多組值中的每組值包括針對一組微生 物類型中的一種不同的微生物類型的最大代謝速率值和生長范圍；以及(B)用于存儲包括在(i)所述多組值和(ii)一組微生物類型之間匹配的查找表的的電 子編碼指令，其中對于所述多組值中的每一組值，在該組微生物類型中存在一種相應(yīng)的微 生物類型。
54.如權(quán)利要求53所述的設(shè)備，所述存儲器還包括微生物類型確定模塊，所述微生物 類型確定模塊包括(A)用于為多個測量值中的每個測量值，計算(i)該測量值與(ii)在初始時間點測得 的培養(yǎng)物的初始生物學(xué)狀態(tài)之間的規(guī)格化相對值，由此形成多個規(guī)格化相對值的電子編碼 指令，其中所述多個測量值中的每個測量值在第一時間點和第二時間點之間的不同時間點 測得；(B)用于為第一時間點和第二時間點之間各時間點的每一個預(yù)定的固定間隔，確定針 對在各時間點的該預(yù)定的固定間隔內(nèi)生物學(xué)狀態(tài)各測量值的規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)，由 此形成多個速率轉(zhuǎn)化值的電子編碼指令，其中多個速率轉(zhuǎn)化值包括多組速率轉(zhuǎn)化值，其中 多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值針對第一時間點和第二時間點之間的連續(xù)時間點的 不同組；(C)用于為多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值，計算平均相對轉(zhuǎn)化值作為該組速率 轉(zhuǎn)化值中每個速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢的測度，由此計算多個平均相對轉(zhuǎn)化值的電子編碼指 令；(D)用于從多個規(guī)格化相對值和多個平均相對轉(zhuǎn)化值確定最大代謝速率和生長范圍的 電子編碼指令；(E)用于將所述最大代謝速率和所述生長范圍與查找表相比較，該查找表將所述最大 代謝速率和所述生長范圍與一微生物類型相匹配，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類 型的電子編碼指令。
55.一種鑒定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型的方法，所述方法包括(A)獲取所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物的生物學(xué)狀態(tài)的多個測量值，所述多個測量值中的每一 個測量值在第一時間點和第二時間點之間的不同時間點測得；(B)為第一時間點和第二時間點之間各時間點的每一個預(yù)定的固定間隔，確定在各時 間點的該預(yù)定的固定間隔內(nèi)生物學(xué)狀態(tài)各測量值的一階導(dǎo)數(shù)，由此形成多個速率轉(zhuǎn)化值， 其中多個速率轉(zhuǎn)化值包括多組速率轉(zhuǎn)化值，其中多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值針對 第一時間點和第二時間點之間的連續(xù)時間點的不同組；(C)為多組速率轉(zhuǎn)化值中的每組速率轉(zhuǎn)化值，計算平均相對轉(zhuǎn)化值作為該組速率轉(zhuǎn)化 值中每個速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢測度，由此計算多個平均相對轉(zhuǎn)化值；(D)從多個規(guī)格化相對值和多個平均相對轉(zhuǎn)化值確定最大代謝速率和生長范圍；(E)從最大代謝速率和生長范圍確定所述培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述確定步驟(E)包括將所述最大代謝速率和所 述生長范圍與查找表相比較，該查找表將所述最大代謝速率和所述生長范圍與一微生物類 型相匹配，由此確定培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)物中的微生物類型。
全文摘要
提供了用于鑒定培養(yǎng)物內(nèi)微生物類型的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。針對培養(yǎng)物生物學(xué)狀態(tài)的每一個測量值計算(i)該測量值和(ii)初始生物學(xué)狀態(tài)之間的規(guī)格化相對值。針對各時間點的每一個固定間隔，計算各時間點的該間隔內(nèi)所述規(guī)格化相對值的一階導(dǎo)數(shù)，由此形成多個速率轉(zhuǎn)化值。針對所述多個速率轉(zhuǎn)化值中的每一組速率轉(zhuǎn)化值，計算該組內(nèi)各速率轉(zhuǎn)化值的集中趨勢測度，由此形成多個平均相對轉(zhuǎn)化值。將從所述規(guī)格化相對值和所述平均相對轉(zhuǎn)化值確定的最大代謝速率和生長范圍與查找表相比較，所述查找表用于將這些值與一微生物類型相匹配。
文檔編號C12Q1/04GK101978068SQ200880128140
公開日2011年2月16日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者P·S·貝蒂 申請人:貝克頓·迪金森公司