CN101379194A - 读取器与培养箱的组合 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测样品中分析物的存在的检测设备，所述设备包括处理器、存储器、显示器、颜色测量装置，其特征在于，存在用于维持所述样品恒定温度或温度谱的装置。而且，本发明提供了一种通过分析如下化验中的图像数据来测定流体中是否存在分析物的方法，所述化验在化验培养基中产生图像结果，所述方法包括如下步骤：(a)将所述流体的样品与所述化验一起在预定温度或温度谱下进行培养；(b)在化验培养基上获得所述图像结果；(c)采用图像获取装置对所述图像结果进行成像，从而生成与所述图像结果相应的数字图像数据；(c)利用数据处理装置，将存储的所述图像结果和化验标定数据之间的关系应用到所述数字图像数据，从而产生所述化验的定量结果，其特征在于，培养步骤(a)与步骤(b)－(c)同时实施。

Description

读取器与培养箱的组合

技术领域

本发明涉及一种改善的新型化验系统和新型的方法，所述化验系统和方法利用简单的读取装置和计算机装置与加热装置联用来快速测定样品中是否存在分析物。

背景技术

在本领域中，用于检测样品中的分析物的测定方法(化验)是已知的。化验的具体实例如下：在所述化验中，待检测的分析物具有特定的颜色光谱、IR光谱或UV光谱，因而可以通过含有光电管、扫描仪、任何类型照相机的读取器进行检测，这当然是可视的。如果待测分析物的光谱特征不足以胜任检测，那么通常可以使用间接方法。例如，分析物的存在引发次级过程，然后导致具有特定光谱特征的产品或事件形成，这个方法是可用的。上述产品或事件可以是有色产品，也可以是pH、氧化还原电势、温度等的变化，从而反过来引发指示剂分子的颜色光谱、IR光谱、氧化还原光谱或UV光谱发生变化。对于各种应用，本领域采用许多类型的次级过程。

一个实例是：分析物与荧光分子或有色分子进行化学反应，从而使产品不具有荧光或颜色或具有不同荧光或颜色，或与之相反。

另一个实例是：分析物抑制(生物)化学过程，从而根据上述(生物)化学过程作用的不存在(或存在)来间接测定是否存在分析物。后者可以例如通过用于检测分析物的微生物化验来说明，所述分析物具体为，诸如牛奶、肉汁、血清、尿、(废)水等的流体中的抗生素的残余物以及化学疗法的残余物。上述化验的实例已在CA 2056581、DE 3613794、EP0005891、EP 0285792、EP 0611001、GB A 1467439和US 4,946,777中进行描述。这些描述都准备利用如下化验：使用化验生物体并通过添加到化验中的指示剂分子指示的变化(例如pH指示剂和/或氧化还原指示剂的颜色变化)得到结果。指示剂的变化表明存在生长着的化验生物体。其原理在于，当存在于流体中的分析物的浓度足以抑制化验生物体的生长时，指示剂的颜色保持不变。与此相反，当没有发生抑制作用时，化验生物体的生长伴随着酸的形成或代谢物的减少或其它诱发指示剂信号的迹象。上述已知化验包括，采用合适的化验生物体(优选芽孢杆菌菌株、埃希氏菌菌株或链球菌菌株)接种的化验培养基，诸如琼脂培养基；pH指示剂和/或氧化还原指示剂。将合适的化验生物体和指示剂，任选的缓冲剂、营养物、表面活性剂等，引入凝胶或简单保存在溶液中。以如下方式选择常规条件：化验生物体存活但不能繁殖，因为缺乏基本的生长必需条件(所述必需条件可以为营养物、特定的pH值或室温或任何其它基本参数)。

在上述方法之中，为了得到可靠且精确结果或多或少需要严格温度方案的化验形成一类特定的方法。这种类型的方法需要培养装置，从而使化验保持在预定温度或温度谱下一段特定时间。通常，在使用所安装的读取器检测指示分析物存在的事件以后，确定上述化验的结果。WO03/033728描述了上述化验的实例，所述专利申请涉及如下方法：利用耦合到计算机上的标准扫描仪，通过测定与L^*a^*b颜色模型相关的样品的颜色数值，从而检测在64℃下培养后存在于样品(诸如食品，例如肉、牛奶；或体液，例如血液、尿)中的分析物(诸如β-内酰胺)。后种读取技术也公开在EP953149中。

这些现有方法的不利之处在于，它仅仅能够在培养后进行读取操作。这样的结果是，诸如用于检测抗菌剂残余的微生物化验的诊断方法仅得到阳性或阴性结果(即仅仅表明分析物的浓度是否在某一阈值以上或以下)。在采用这些所谓的筛选化验得到阳性结果的情况下，不得不采用第二种诊断方法对样品进一步检测从而确认。通常，上述确认方法(例如HPLC或质谱)非常昂贵，并且在得到结果以前要花费长时间。因此，在筛选化验自身过程中读取化验结果将是有利的，因为这将允许获得更详细的信息，从而改善诸如化验持续时间、分析物的类型或分析物的浓度的参数。

然而，在如下方法中已知在化验过程中读取信息并且同时对该化验进行培养，所述方法基于化验的一端存在光源并且化验的另一段选择光信号，这种方法的实例为公知的ELISA-读取器。不幸的是，这个原理存在三个主要缺陷。第一，在这个化验中，样品被放置在衬底上，并且所需反应发生在所述衬底中，当光线或其它类型的辐射穿过样品和衬底二者时，样品的性质和用量将会干扰测量。第二，上述测量通常所用的装备大部分由受训人员操作和设计并且在实验室环境中使用。第三，现有原理被设计为测量唯一特定波长。因此，需要一种装置和方法，其不具有上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于检测样品中分析物的存在的检测设备，其包括处理器、存储器、显示器、颜色测量装置，所述存储器、所述显示器和所述颜色测量装置被布置成与所述处理器通信，所述颜色测量装置被布置成产生光信号，将所述光信号发送到所述样品，接收从所述样品返回的光信号，将所述返回的光信号转换成颜色信号并且将所述颜色信号发送到所述处理器，所述处理器由存储在所述存储器中的指令操作并且被布置成根据如下方程计算复合参数Z的数值：

$Z=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{x}_i$

其中：x_i是第i个颜色信号，w_i是相应的权重因子，i是在1至n范围内的指数，n是等于颜色信号数量的整数，其特征在于，存在用于维持所述样品恒定温度或温度谱的装置。

而且，本发明的目的在于，提供一种通过分析来自产生对于化验培养基的图像结果的化验的图像数据来测定流体中是否存在分析物的方法，包括如下步骤：

(a)将所述流体的样品与所述化验一起在预定温度或温度谱下进行培养；

(b)获得所述对于化验培养基的图像结果；

(c)采用图像获取装置对所述图像结果进行成像，从而生成与所述图像结果相应的数字图像数据；

(d)利用数据处理装置，将存储的所述图像结果和化验标定数据之间的关系应用到所述数字图像数据，从而产生所述化验的定量结果，

其特征在于，培养步骤(a)与步骤(b)-(c)同时进行。

具体实施方式

以下术语和缩略语通篇使用并且定义如下。

术语“化验培养基”指组合物，诸如溶液、固体，或优选溶胶或凝胶，例如包括凝胶剂。凝胶剂的合适实例为琼脂、海藻酸及其盐、角叉较、明胶、羟丙基瓜耳胶及其衍生物、刺槐豆胶(长豆角胶)、加工过的麒麟菜属海藻(processed eucheuma seaweed)等。然而，本领域技术人员将理解，其它类型的固体化验培养基可以以载体材料为基础，载体材料诸如为陶瓷、棉花、玻璃、金属粒子、纸张和任何形状或形式的聚合物、硅酸盐、海绵、羊毛等。通常，化验培养基包含一种或多种指示剂；然而，这些化合物也可以在进行化验以后加入。化验培养基可以包括一种或多种类型的化验生物体或酶作为检测试剂和营养物。任选地，化验培养基还可以包含一种或多种缓冲剂、稳定剂、以积极方式或消极方式改变某些分析物灵敏度的物质和/或增稠剂。改变某些分析物灵敏度的物质的实例为：叶酸拮抗剂，如欧美德普(ormethoprim)、四氧普林(tetroxoprim)和甲氧苄啶，它们改善化验生物体对磺胺类化合物的灵敏度；或草酸或氢氟酸的盐，其改善对四环素的灵敏度。增稠剂的实例为：抗坏血酸甲基硅烷醇果胶酸酯、卡波姆、羧甲基纤维素、鲸蜡硬脂醇(cetearyl alcohol)、十六醇、十六酯、椰子酰胺DEA、乳化蜡、葡萄糖、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、月桂酰胺DEA、亚油酰胺DEA、硅酸铝镁、麦芽糊精、PEG-8二硬脂酸酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、PVP/十六烯共聚物、氯化钠、硫酸钠、大豆油酰胺丙基甜菜碱、黄原胶等。化验培养基可以包含在任何类型的容器中；常用的容器为：试管、微量滴定板和陪替氏培养皿。

术语“CFU”是集落形成单位(Colony Forming Units)的缩写，指能够生成微生物群落的微生物、微生物的孢子、部分发育的微生物的孢子或生殖细胞的数目。

术语“读取器”指能够捕获颜色或其它光谱图像并能将这些图像翻译成模拟信号或数字信号的装置，诸如扫描仪、数码照相机或摄像机、网络摄像装置(web cam apparatus)等。

术语“流体”指容易流动或者与容器轮廓共形的物质(为液体，但不为气体)。

术语“凝胶剂”指，有助于使混合物变化成凝胶形式或使混合物呈现凝胶形式的化合物。

术语“指示剂”指，用于测量(例如通过颜色或荧光的改变)化验培养基的关于特定物质(例如酸、碱、氧化剂或还原剂)的存在的状况的物质。例如，术语“指示剂”可以指被称为pH指示剂的一种或多种化合物，也可以指被称为氧化还原指示剂的一种或多种化合物。而且，术语“指示剂”可以指两种或多种不同类型指示剂的混合物，诸如pH指示剂和氧化还原指示剂的组合。一般而言，当使用两种或多种指示剂时，这些指示剂进行合作，从而较之单独使用时增强每种指示剂的指示作用。

术语“灵敏度”指，特定体系感受某些状态的感知(receptiveness)程度。更具体地，在本发明中，“灵敏度”指，样品中的分析物的浓度可被测定的程度。

术语“孢子”指，一种简单的通常是单细胞的、通常耐环境的休眠体，或者由微生物生成并能够长成新单个微生物的再生体。

术语“温度谱”指，作为时间函数的一定范围的温度数值。这可以为线性范围、双曲线范围、指数范围、多项式范围，也可以为适于具体应用但不必通过简单的数学函数描述的任何范围。预定温度是一种均布的温度谱(genus temperature profile)，因为该温度是在整个时间内保持同一的温度数值。

术语“阈值”指浓度数值，在该数值以上，认为存在(阳性)特定的分析物；在该数值以下，认为不存在(阴性)特定的分析物。一般而言，通过局部、区域或区域间的规定对具体样品中的特定分析物给定阈值，但也可以为了某项研究目的预设定阈值。或者，阈值可以是由公式导出的，例如斜率。

术语“透明的”指允许光线穿过材料的任何材料。理想地，透明材料不会保留任何比例的入射光线，然而，因为这种材料是未知的，所以术语“透明的”具体指允许穿过的光线具有最低损耗的材料。最低损耗可以在低于50％.mm^-1的范围内，优选在低于20％.mm^-1的范围内，更优选在低于10％.mm^-1的范围内，还要更优选在低于5％.mm^-1的范围内，最优选在低于1％.mm^-1的范围内。

在本发明的第一方面，提供了一种用于检测样品中分析物的存在和浓度的检测设备，所述设备包括处理器、存储器、显示器、通信装置(诸如com端口或USB端口)以及光谱测量装置，所述存储器、所述显示器和所述测量装置被布置成与所述处理器进行通信，并且被布置成产生光信号，将所述光信号发送到所述样品，接收来自所述样品的光信号，将所述光信号转换成颜色信号并且将所述颜色信号发送到所述处理器，其中，存在用于维持所述样品的恒定温度或温度谱的装置。这种装置可以为培养箱，其包括加热装置和用于保持样品的孔(aperture)。测量装置位于加热装置中，或者加热装置位于测量装置中。虽然检测设备可以包括在一个源处产生光信号，接着在与所述第一源相对的源处检测光信号，但是在优选的实施方式中，检测设备避免与光线穿过样品和衬底相关的问题，因为它是基于光反射的原理。因此，利用光反射，不再需要辐射前例如从衬底除去样品，相应地其优点在于，可以使用较宽部分的光谱(即还包括红外)。然而，以上可以利用容易得到且相对廉价的装置(诸如数码相机、扫描仪、网络摄像机等)来实现。

在本发明的第一实施方式中，用于维持样品和化验培养基的恒定温度或温度谱的所述装置是如下装置，其包括一个或多个用于保持化验培养基和/或样品的孔。样品和/或化验培养基可被直接引入孔中，或者可以存在于至少底部是透明的容器中。所述装置具有透明的底部，至少在样品和/或化验培养基所处的那些位置是透明的。通过由在施加电流时升温的材料构成装置的至少一部分来实现温度保持，或者由具有预定温度的流体循环通过的材料构成装置的至少一部分来实现温度保持。作为实例，用于维持样品和/或化验的恒定温度或温度谱的所述装置是透明板，例如由玻璃或任意种类的塑料制成的透明板。透明板被如下材料覆盖，所述材料可以例如通过施加电流进行加热。有利的是，所述材料是透明的或半透明的。在后种情况下，当以足够薄层施加该材料时，允许光线穿过，所述薄层的厚度优选在0.01-200μm范围内，更优选在0.1-50μm的范围内，最优选在1-20μm的范围内，还要最优选在5-15μm的范围内。二氧化钛是一种特别适于获得所需效果的材料，但也可以使用本领域已知的其它材料。粒子的尺寸优选在0.1-100nm的范围内，更优选在1-50nm的范围内，最优选在10-30nm的范围内。为了加热材料并因而加热保持待分析样品的板，将用于施加电流的装置附接到所述板上。所述装置可以是一套附接到板上并与所述材料接触的电极。所述电极可以由任何允许电流传送的材料制成；电极的连接可以采用能够传送电流的胶来实现。上述电极和胶是本领域技术人员已知的。任选地，通过以类似方式附接到板上并连接到处理器上的温度传感器测量温度。任选地，还将所述电极连接到处理器上，并且指示处理器通过将所需电流施加到电极上从而将所述板的温度保持在预定值或预定谱。样品和/或化验培养基可被直接引入加热装置的孔中，或者可以存在于至少底部是透明的容器中。所述装置具有透明的底部，至少在样品和/或化验培养基所处的那些位置是透明的。通过由在施加电流时升温的材料构成装置的至少一部分，来实现温度保持。

在本发明的另一实施方式中，用于维持样品和化验培养基的恒定温度或温度谱的所述装置是如下装置，其包括一个或多个用于保持化验培养基和/或样品的孔。例如由诸如铝、铜、金、铅、银、锡等的金属制成的热迹线(heat trace)附接到所述装置上，上述金属允许为了得到均匀的温度梯度产生特定热输入。为了提高所述装置上温度梯度的精确性，任选包括一个或多个温度传感器和/或控制器，从而调节电流输入。在实施例中，所述温度传感器电集成在印刷板上，并与所述装置热接触，所述装置由传热材料(诸如铝、铜或铁的金属)制成。通过比例积分微分(PID)控制器或任何其它类型的控制器或其组合控制温度。为了提高检测速度和重复性，可以将加热装置在较高温度下预热。

在附图及其说明中，给出了本发明的检测设备(图1)的实例和加热装置(图2)的实例。尽管这些附图并不意欲限制本发明的范围，但是这些附图将允许本领域技术人员再现本发明。

在本发明的第二方面，提供了一种方法，该方法用于通过分析来自于产生针对化验培养基的图像结果的化验的图像数据来测定流体中是否存在分析物。更具体地，所述化验连同待分析的流体样品需要在预定温度下或温度谱下进行培养。温度或温度谱依赖于化验的性质。例如，在微生物抑制化验中，微生物通常需要范围在25-45℃，优选在30-40℃，更优选在35-39℃的温度。然而，诸如喜温微生物(即嗜热脂肪芽孢杆菌及其他)的其它微生物需要完全不同的温度用于最佳生长，即在40-75℃的范围内，优选在50-70℃的范围内，更优选在60-68℃的范围内，最优选在63-66℃的范围内。有利地，本发明的方法提供了同时进行的化验培养、获取针对化验培养基的图像结果以及采用图像获取装置对所述图像结果成像以产生与所述图像结果相应的模拟和/或数字图像数据。而且同时，可以使用数据处理装置将存储的图像结果和化验标定数据(诸如标准色卡)之间的关系应用到所述数字图像数据，从而产生对所述化验的定量结果。或者，可以采用基于随时间的色差的多次测量，从而获得所述定量结果。后种方法的优点在于，可以避免标定。

在本发明第二方面的第一实施方式中，通过本发明第一方面中所概述的用于维持恒定温度或温度谱的装置来维持预定温度或温度谱。有利的是，在所述装置的每个点在相同的温度下对所述装置进行加热。优选地，所述装置各个点之间的温差不大于10℃，优选不大于5℃，更优选不大于2℃，最优选不大于1℃。

在第二实施方式中，连续或者定期(即至少两次并且两次相继测量之间的时间间隔为0.00001至20分钟)或者不定期得到图像结果，从而尽可能早的确定任何变化。优选地，所述时间间隔为0.1分钟至160分钟，更优选为0.5分钟至120分钟，最优选为1分钟至10分钟。作为时间的函数测量色值提供了数个基本优点。

第一点，本领域所用的许多化验具有可持续时间短的缺陷。因为这一点，固定的化验持续时间不可避免地会导致精确性较低。其原因在于，给定化验越陈旧，为了获得某些结果花费的时间越长。通过进行空白化验确定所需测试持续时间可以避免这一点，但是这是一种麻烦的方法，其仍缺乏最佳精确度。然而，现在通过得到作为时间函数的结果，则避免了上述缺陷，因为现在可以在化验过程中精确地测量给定颜色参数变化的精确时间点。因此，通过使用本发明的方法，化验储存寿命(assay storage life)虽然对于化验本身的适用性仍是重要参数，但将不再决定该化验的精确性。

第二点，通过在化验过程初期进行测量，提高了化验的灵敏度。例如，在微生物抑制化验中，微生物的生长抑制作用发生在较低分析物浓度下，稍后在化验过程中分析物的抑制作用开始降低。有利地，根据分析物的类型，可以在迄今为止前所未有的短时间内得到微生物抑制化验的结果，即在120分钟内，在90分钟内，或者甚至在60或30分钟内。

第三点，除了通过在化验初期测量来提高灵敏度以外，本发明的方法还允许在微生物抑制化验中通过增加微生物的数量来进一步加快分析时间。然而，在现有方法中，这种方法将导致灵敏度降低，在本发明中以时间函数形式进行测量可能通过缩短化验持续时间来抵消灵敏度的降低。作为实施例，现有微生物抑制化验通常采用的微生物浓度在10⁴至10⁹CFU.ml^-1的范围内，而本发明中，上述浓度可以提高两倍—甚至1000倍而不会损失灵敏度。因此，利用高至10⁹、5×10⁹、10¹⁰、5×10¹⁰、10¹¹或甚至10¹²CFU.Ml^-1的微生物浓度，可以实现合适的快速的化验，这使得化验的持续时间在5-120分钟的范围内，优选在30-100分钟的范围内，更优选在45-90分钟的范围内。

第四点，本发明的方法允许容易插入一个以上的阈值，从而例如满足多种(官方)要求。例如，阈值可以与色值对时间关系的斜率(即二阶导数)相关，同样地，多个阈值可以与多个斜率值相关。这允许测量多个灵敏度和/或多种分析物。

在第三实施方式中，可用的检测设备由处理器、存储器、显示器和颜色测量装置构成，所述存储器、所述显示器和所述颜色测量装置被布置成与所述处理器进行通信，其中所述颜色测量装置产生光信号，将所述光信号发送到所述样品，接收从所述样品返回的反射光信号，将所述反射光信号转换成颜色信号并且将所述颜色信号发送到所述处理器。任选地，对所述颜色信号进行操作，从而在所关注的颜色分量之间实现更好的分离。

一个实例是：通过数学公式(例如本领域技术人员已知的图片处理程序(photographic manipulation program)中存在的那些)来修正所关注的颜色参数。已表明，使用上述图片处理程序会导致颜色参数的明显差异，从而更容易区别各种样品。这种现象导致更早解释有疑问的化验，从而使该化验明显快于现有化验。

数学公式的另一实施例是：在所述处理器的协助下计算复合参数的数值。上述参数可以为如下方程中的参数Z：

$Z=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{x}_i$

其中：x_i是第i个颜色信号，w_i是相应的权重因子，i是在1至n范围内的指数，n是等于颜色信号数量的整数。为了确定化验中进行着的变化，可以进行如下次序的步骤：

1)测定每个样品的Z值，并确定所述Z值等于值Z₁的时间t₁和所述Z值等于值Z₂时间t₂；

2)通过所述处理器根据公式Δt＝t₂—t₁计算所述时间t₁和所述时间t₂之间的差Δt。

用在本发明中的合适颜色模型是L^*a^*b模型，所述方程为：

Z＝w₁.L+w₂.a+w₃.b

合适数值Z₁和Z₂的典型实例为30至-30，前提条件是，Z₁大于或等于Z₂。另外，上述序列可以按如下条件通过计算展开：如果Δt大于Δt_ref，且如果满足上述条件，则赋予一个阳性化验结果，这表明所述分析物的浓度高于浓度A；如果不满足上述条件，则赋予一个阴性化验结果，这表明所述分析物的浓度低于浓度B，其中浓度A小于浓度B。

在最优选的实施例中，使用根据图4示意的方案的本发明的检测设备。对图4的说明中详细给出了从产生光信号到得到化验数据的过程。

在第四实施方式中，可以采用多个样品，所述样品之一可以包括具有已知量(诸如阈值量)待测分析物的参照样品。因此，至少两个不同流体的样品与化验培养基(包括化验微生物和指示剂)进行接触，同时进行培养和监测，其中，Z₁值由所述处理器设定为等于任一样品的最低Z值，前提条件是：所述最低Z值比所测的任何样品的最高Z值低至少10％但不超过50％，并且其中，Z₂值由所述处理器设定为等于所述样品的最低Z值，前提条件是：所述最低Z值比所测的任何样品的最高Z值低至少90％但不超过200％。

在第五实施方式中，提供了一种方法，在所述方法中，上述Z₁等于Z₂，Z_t是在时刻t记录的Z值，并且所述方法进一步包括通过所述处理器计算将Z_t与t关联的数学表达式的参数，从而比较该参数的数值与对照样品(对照样品中，所述分析物的浓度是已知的)的参数数值，并且产生信号来表明所述样品中的所述分析物的浓度高于、等于还是低于对照样品中分析物的浓度。任选地，在所述对照样品中的将Z_t与t关联的数学表达式的参数在计算机程序中被预先设定和/或可由所述处理器通过网络从远程处理器获得。

在第六实施方式中，提供一种方法，所述方法用于通过分析来自产生针对化验培养基的图像结果的化验的图像数据来测定流体中是否存在分析物。以定期间隔连续得到所述图像结果，并将其与存储的参照数据进行比较。这些存储的参照数据由例如数种已知分析物在不同浓度下的光谱变化曲线组成。随后，被存储数据与所得数据的比较给出了额外的信息，该信息涉及分析物的类型以及这种分析物在样品中的浓度。令人惊讶地发现，本发明的方法的额外优点在于，可以同时检测分析物的各种类型以及分析物在样品中的浓度。因此，通过测定已知分析物的光谱变化曲线并将这些曲线存储在处理器中，可以利用最佳拟合方法(best-fit method)将特定化验结果与被存储的数据拟合，因而可以推断出分析物的类型和浓度。利用这个实施方式的方法，可以区分两种或多种不同类型的分析物，诸如β-内酰胺抗生素和磺胺类(例如区分青霉素和磺胺嘧啶)。

附图说明

图1是本发明的检测和培养设备的实例图。A部分包括颜色测量装置B(例如扫描仪)、用于维持样品恒定温度或温度谱的装置C(诸如含有温度传感器的加热装置)和通信装置D。E是(个人)计算机，其包括通信装置D、用于确定Z值的算法F、一个或多个温度控制器G以及与用户和/或外部装置接口的软件H。

图2是图1所述装置C和G的细节图，其包括温度设定点发生器I、控制器(例如PID)J、加热元件K、化验支架L和温度传感器M。为了提高温度的精确性，装置J到M包括M可被累积数次。

图3是如2所述加热元件和化验支架的实施例的剖视图，其包括玻璃板N、加热器O、支架P、化验物Q、第二加热器R和绝缘材料S。

图4是利用本发明的检测和培养设备实施的步骤序列图。

-在T1中，每次测量后，得自颜色测量装置B的图像被描述成一组像素。每个像素包括三种颜色信号：红色、绿色和蓝色(RGB)。像素颜色可被表达成RGB，但也可以使用其它颜色空间，诸如青色、品红、黄色和黑色(CMYK)、XYZ以及色调、饱和度和数值(HSV)。利用本领域技术人员已知的技术来测定化验物的精确位置，所述技术例如在WO2003/034341中进行描述。然后，取该化验区域中的代表性样品并且根据化验物的尺寸得到n×m像素的矩阵(n和m优选在1-1000的范围内，更优选在3-100的范围内)；n×m的合适实例为20×40、100×100、60×40、20×20，最优选9×9)。用于测定代表性样品的其它形状可以为圆形、椭圆形或一组自由的像素。T1的最终结果是每个化验物的一组像素，每组包含RGB数据，代表所选像素的颜色信息和荧光信息。

-在T2中，所有的化验数据被转换成RGB信息的一个代表性组合。合适方法的实例是计算平均值或中值。

-在T3中，根据光学测量装置和设置，可以标定颜色信息。可以应用已知的标定方法，诸如使用比色卡。标定循环得到标定谱(Pr)，其被输入校正算法中。在当前实例中，使用ICC(组内相关系数)曲线。也可以使用其它标定方法。T3的结果是待测化验物的一组经校正的颜色信号RGB。

-在T4中，利用已知方法，将RGB数据转化成Lab颜色空间。

-F是图1中所涉及的用于计算Z值的算法：Z＝w₁.L+w₂.a+W₃.b

-T5是基于化验物的位置和Z值对每个化验的Z值进行任选修正。

-任选地，在T6中，对于每个化验，可以取连续的样品并进行平滑，从而例如排除偏值(outlier)和降噪(noise reduction)。通过已知方法可以实现平滑，例如移动平均值或者计算多个样品的中值。

-任选地，在T7中，为了进一步降低噪声，可对连续样品进行曲线拟合。可用曲线的实例为，多项式类型、指数类型和对数类型。优选的曲线是二次多项式曲线。

-任选地，在T8中，为了补偿由于例如存储条件造成的可能不利的化验结果，可以使用归一化步骤。最始，补偿数值Zs为0，在m次测量后，Zs校正值可以按如下计算：

$\underset{i=1}{\overset{60}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{96}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{ij}}/(60*96)$

其中，j是化验次数，i是被归一化的样品数量。指数i在1-120的范围内，优选在10-90的范围内，最优选在40-60的范围内(在公式中以数值60作为实例)。

-当至少所需数量的化验(Nc)显示阴性结果(Zr<Zth和Zth<Z_截止)时，确定函数T9。一旦达到上述标准，就可以通过T10来确定每个化验的结果(阳性或阴性)。

-在T10中，当通过T9指示时，可以确定每个化验Zr的最终结果Zu。如果Zr≥Z断开，那么结果为阳性，否则为阴性。当应用两个不同的截止值(cut-off value)时，还可以得到被认为可疑的额外结果。

RGB数值换算成Lab和Z(包括进一步处理得到最终结果Zu)并不限于上述序列。在另一种实施方式中，可以直接使用RGB或Lab值，从而确定最终结果。

图5表示青霉素G(5A，左图)和磺胺嘧啶(5B，右图)的颜色谱(以z-数值表达，y轴)与化验持续时间(x轴，以分钟计)函数关系的差异。图5A的曲线从最低曲线到最高曲线所涉及的样品包含0、0.4、0.6、0.8、1、1.2、1.6、2、2.4、2.8和3.2ppb的青霉素G。图5B的曲线从最低曲线到最高曲线所涉及的样品包含0、20、40、50、60、70、80、100、120、140、200、300和400ppb的磺胺嘧啶。使用如下方程：Z＝0.35.a—0.65.b。

图6-12表示下表所涉及的七种抗生素的颜色谱(以z-数值表达，y轴)之间的差异。Z值被表示为化验持续时间(x轴，以分钟计)的函数。这些图中的曲线所涉及的样品包含浓度递增的抗生素(以ppb计，见下表)。如详细描述所概述的，使用以下方程：Z＝0.35.a—0.65.b。

实施例

实施例1

在可商购微生物抑制测试中确定两种不同抗生素的色值利用本发明第二方面概述的扫描技术，在可商购微生物抑制测试(DSM Delvo

)中利用复合函数Z＝w_L.L+w_a.a+w_b.b测定浓度在一定范围内的青霉素G和磺胺嘧啶的色值。使用其上安装有连接到处理器上的温度传感器和两个电极的经二氧化钛涂敷的玻璃板(得自Mansolar，www.mansolar.nl)，将样品保持在64℃。电极连接到12V电源上，该电源由处理器驱动。这些实验的结果列在图5中，表明青霉素G和磺胺嘧啶曲线的形状明显不同。使这些形状与存储在处理器的存储器中的曲线相关联，可以区分各种分析物(此处为青霉素G对磺胺嘧啶)。除了上述，图5还公开了，例如对于磺胺嘧啶，在110分钟后已可以观察到0ppb样品和20ppb样品之间的差异，而现有方法当无分析物样品达到Z＝-5至-10区域(该区域中颜色变黄)时需要至少150分钟。

实施例2

在可商购微生物抑制测试中利用图片处理程序确定色值

利用本发明第二方面概述的扫描技术，在可商购微生物抑制测试(DSM Delvo

)中利用Adobe Elements作为图片处理程序如下地进行分析来测定浓度在一定范围内的青霉素G、磺胺嘧啶和土霉素的色值。将得自扫描仪的图像保存为.jpg文件，并在Adobe Elements中打开。利用暗点标记(darkpoint marker)，指定阳性测试，利用亮点标记(lightpointmarker)，指定阴性测试。随后，将色调值调节至数值大于0(优选为10-30)，将饱和度调节至数值大于0(优选大于100)。然后利用公式Z＝0.35.a-0.65.b确定色值。下表清楚地表明，利用图片处理程序，可以实现45分钟的化验持续时间，灵敏度为3ppb的青霉素G、200ppb的磺胺嘧啶和200ppb的土霉素。

 

利用图片操作	化验持续时间(min)	青霉素G(ppb)	磺胺嘧啶(ppb)	土霉素(ppb)
					否	52	>6	>300	>500
是	45	3	200	200

实施例3

在可商购微生物抑制测试中确定两种不同抗生素的色值

利用本发明第二方面概述的扫描技术(图1-3所示)，在可商购微生物抑制测试DSM Delvo

中利用复合函数Z＝w_L.L+w_a.a+w_b.b测定浓度在一定范围内的青霉素G、磺胺嘧啶、头孢噻呋、阿莫西林、氯唑西林、土霉素、红霉素的色值。

使用带有孔的板将样品保持在64℃。热迹线分布在所述板上，这允许为了均匀温度梯度而产生与位置相关的特定热输入。为了增加所述板上温度梯度的精确度，使用温度传感器和控制器来调节电流输入。通过PID控制温度。为了提高检测速度和重复性，加热装置在80℃的温度下预热，这些实验的结果表示在图6-12中和上表中，结果表明，对于所述抗生素，所需浓度检测极限在105分钟可达到，而现有方法(诸如Delvo Test SP-NT)在无分析物样品达到Z＝-5至-10区域(该区域中颜色变黄)时需要至少150分钟。

Claims (8)

1.用于检测样品中分析物的存在的检测设备，其包括处理器、存储器、显示器、颜色测量装置，所述存储器、所述显示器和所述颜色测量装置被布置成与所述处理器通信，所述颜色测量装置被布置成产生光信号，将所述光信号发送到所述样品，接收从所述样品返回的光信号，将所述返回的光信号转换成颜色信号并且将所述颜色信号发送到所述处理器，所述处理器由存储在所述存储器中的指令操作并且被布置成根据如下方程计算复合参数Z的数值：

$Z=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_i{x}_i$

其中：x_i是第i个颜色信号，w_i是相应的权重因子，i是在1至n范围内的指数，n是等于颜色信号数量的整数，其特征在于，存在用于维持所述样品的恒定温度或温度谱的装置。

2.如权利要求1所述的检测设备，其中，用于维持恒定温度或温度谱的所述装置是电极附接到其上的采用二氧化钛涂敷的透明板。

3.如权利要求1所述的检测设备，其中，用于维持恒定温度或温度谱的所述装置是由金属制成的装置，所述装置包含孔。

4.一种通过分析来自产生对于化验培养基的图像结果的化验的图像数据来测定流体中是否存在分析物的方法，包括如下步骤：

(a)将所述流体的样品与所述化验一起在预定温度或温度谱下进行培养；

(b)获得所述对于化验培养基的图像结果；

(c)采用图像获取装置对所述图像结果进行成像，从而生成与所述图像结果相应的数字图像数据；

(d)利用数据处理装置，将存储的所述图像结果和化验标定数据之间的关系应用到所述数字图像数据，从而产生所述化验的定量结果，

其特征在于，培养步骤(a)与步骤(b)-(c)同时进行。

5.如权利要求4所述的方法，其中，随时间连续或者定期地获得多个图像结果。

6.如权利要求4或5所述的方法，还包括图片处理。

7.如权利要求4所述的方法，其中，进行如下步骤：

(a)测定每个样品的Z值，并确定所述Z值等于值Z₁的时间t₁和所述Z值等于值Z₂的时间t₂；

(b)通过所述处理器，根据公式Δt＝t₂—t₁计算所述时间t₁和所述时间t₂之间的差Δt。

8.如权利要求4至7中任意一项所述的方法，其中，在小于120分钟内产生所述定量结果。

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