DE69220949T2

DE69220949T2 - Nachweis von mikrobiologischem Wachstum

Info

Publication number: DE69220949T2
Application number: DE69220949T
Authority: DE
Inventors: Gideon Eden; Nadine M Sullivan
Original assignee: Difco Laboratories Inc
Current assignee: Difco Laboratories Inc
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2012-10-17
Also published as: DE69220949D1; EP0592728B1; ES2108084T3; US5232839A; EP0592728A1; ATE155532T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Detektion von mikrobiologischem Wachstum und insbesondere auf das Vorhandensein von Mikroorganismen in Körperfluiden.

Hintergrund und Kurzbeschreibung der Erfindung

Auf dem Gebiet der Medizin ist es wichtig, daß man bestimmen kann, ob normalerweise sterile Körperfluide, wie zum Beispiel Blut, Mikroorganismen enthalten oder nicht. Das Vorhandensein von Mikroorganismen in Blutproben zeigt das Vorliegen einer ernsthaften Infektion an und kann lebensbedrohlich sein, wenn es nicht rechtzeitig festgestellt wird.
Derzeit werden mehrere Verfahren zum Detektieren von Mikroorganismen verwendet. Bei manuell arbeitenden Systemen wird eine zu überprüfende Materialprobe inkubiert, wobei dies üblicherweise in einem geeigneten Wachstumsmedium erfolgt. Während der Inkubations- und Überwachungsperiode sind verschiedene Manipulationen, wie zum Beispiel ein Umrühren erforderlich. Die Detektion eines Wachstums erfolgt durch visuelle Inspektion. Zum Beispiel führen Techniker eine Beobachung und Einschätzung des Wachstums von Bakterien auf einer Petrischale durch, oder sie werten die Klarheit einer Nährbouillon aus (Trübung). Die visuellen Betrachtungen und Einschätzungen sind aber subjektiv und unterliegen daher Fehlern. Ferner sind diese manuellen Verfahren kostenintensiv, sie benötigen ein beträchtliches Ausmaß an Manipulationen und beinhalten die Beobachtung aller Proben durch Laborpersonal.
Es ist eine Anzahl von Verfahren zum Detektieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Mikroorganismen durch weniger subjektive Mittel vorgeschlagen worden. Das US-Patent Nr. 3 743 581 (1973) von Cady et al. offenbart ein Verfahren zum überwachen von mikrobiologischem Wachstum durch Messen der Veränderung der Leitfähigkeit ausgewählter Nährstoffe, die in eine Probe eingeimpft werden. Dieses Verfahren reduziert Ungenauigkeiten, die aufgrund einer Betrachtung des Wachstums von Organismen durch Menschen entstehen. Das Verfahren ist jedoch relativ teuer. Außerdem ist es relativ komplex, da Temperaturschwankungen sowie Bewegung oder Turbulenz einen nachteiligen Einfluß auf dieses Verfahren haben. Dies ist ein Nachteil, da optimale Wachstumsraten von Mikroorganismen unter Schütteln oder Umrühren der Kulturen auftreten. Soweit sich dieses Verfahren der Leitfähigkeit bedient, müssen das Medium und die Probe während der Messung stationär sein. Andererseits kann ein optimales Wachstum auftreten, wenn die Kulturen umgerührt werden, wobei dies in der Technik als Schütteln der Kulturen bekannt ist, was in einer geeigneten Vorrichtung zum Schütteln des Behälters erfolgt.
Das US-Patent Nr. 3 907 646 (1975) von Wilkins et al. beschreibt die Messung der Gaserzeugung von Mikroorganismen. Ein Druckwandler wird an einer Teströhre angebracht und an eine Energiequelle und Streifenschreiber angeschlossen. Messungen werden auf den Streifenschreibern aufgezeichnet, so daß dadurch eine Darstellung eines elektrischen Signals gebildet wird, das über die Zeit erzeugt wird und das Vorhandensein sowie die Menge von Mikroorganismen anzeigt. Das Instrument ist sehr groß und kompliziert, so daß die Überwachung von mehreren Proben nicht praktikabel ist.
In dem europäischen Patent Nr. 0 124 193 beinhaltet das Verfahren zum Beobachten des Wachstums von Bakterien in einer Probe das Einbringen einer Probe in ein Wachstumsmedium in einem geschlossenen Behälter und das Inkubieren der Probe für eine gewisse Zeitdauer, nämlich 18 Stunden, wobei durch eine Druckänderung veranlaßt wird, daß Flüssigkeit durch eine Nadel hindurch in eine Kammer gezwängt wird, in der sich die Veränderung des Flüssigkeitspegels feststellen läßt. Die Volumenänderung läßt sich auf verschiedenartige Weise feststellen, ein schließlich der Verwendung einer einfachen Spritze zur Schaffung einer visuellen Anzeige einer Volumenänderung in der Probenflüssigkeit ohne die Notwendigkeit der Verwendung irgendeines elektronischen Geräts (vgl. Seite 2, Zeilen 5 bis 8). Eine Volumenänderung läßt sich auch durch eine visuelle Erfassung der Volumenänderung der Flüssigkeit in einer Rohrschlange feststellen, die mit der Injektionsnadel verbunden ist. Bei allen in dem Europäischen Patent Nr. 0 124 193 beschriebenen alternativen Ausführungsformen wird die Nadel einer Spritze dazu veranlaßt, den Verschluß der Flasche bis auf ein Niveau unter dem Flüssigkeitspegel in der Flasche zu durchstoßen, so daß dadurch ein Druckanstieg Flüssigkeit in einen Zylinder der Volumenanzeigeeinrichtung drückt. Dabei handelt es sich um ein indirektes Verfahren zum Überwachen einer Volumenänderung, da die volumenänderung in dem Kopfraum eine Kraft ausübt, die auf die Flüssigkeit übertragen werden muß, um die Flüssigkeit dadurch zu veranlassen, in der Nadel nach oben zu steigen. In Beispiel I erfolgt die Überwachung der Volumenänderung in dem Flüssigkeitsniveau bei einem Wandler. Bei einem Schütteln oder Durchmischen der Probe während des Tests, wie dies üblich ist, könnte das Gas in dem Kopfraum durch die Nadel über das Flüssigkeitsniveau gelangen, so daß kein Signal erzeugt wird. Falls Veränderungen in der Umgebungstemperatur oder des Drucks vorhanden sind, würde sich das Flüssigkeitsniveau verändern. Um zu wissen, ob eine solche Änderung vorhanden ist, muß die Bedienungsperson daher den Testvorgang kontinuierlich visuell überwachen, was sehr unpraktisch ist. Außerdem kann eine Bedienungsperson nicht sicher sein, was eine Veränderung verur sacht hat, nämlich die Temperatur, der Atmosphärendruck oder das Wachstum von Mikroorganismen. Es kann daher zu einer falschen Ablesung kommen.
Das US-Patent Nr. 4 152 213 beschreibt ein System, mit dem das Wachstum von Mikroorganismen in einem dicht verschlossenen Behälter durch das Messen von Kopfraum-Druckabfällen, da der Mikroorganismus Sauerstoff verbraucht, sowie durch das Vergleichen des Druckabfalls mit einem Bezugsstandard des ursprünglichen Drucks detektiert wird. Ein Vakuumsensor erfaßt einen Druckabfall in dem Kopfraum eines Behälters und liefert ein elektrisches Signal an entfernt angeordnete elektronische Einrichtungen. Ein Hauptproblem bei einem solchen System besteht darin, daß es auf solche Organismen begrenzt ist, die Sauerstoff verbrauchen. Viele Mikroorganismen verbrauchen aber keinen Sauerstoff. Das Vorhandensein eines Vakuums ist somit kein universeller Indikator für mikrobiologisches Wachstum. Ein weiteres Problem bei einem solchen System besteht darin, daß in vielen Fällen die maximale Verminderung des Kopfraumdrucks im Vergleich zu den natürlichen Schwankungen des Atmosphärendrucks gering ist. Außerdem benötigt dieses Verfahren exakte Drucksensoren, da es auf der Basis von Absolutwerten des ursprünglichen Drucks sowie von Schwellenwert-Druckwerten arbeitet.
Zu den Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung gehört die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Detektieren des Vorhandenseins von Mikroorganismen in Körperfluiden, die folgende Eigenschaften besitzen: die Druckänderungsraten in dem Kopfraum über einer Probe direkt überwachen, um eine Anzeige für mikrobiologisches Wachstum in der Probe zu schaffen; die Änderungen beim Atmosphärendruck unterscheiden und diese kompensieren; die sowohl Mikroorganismen detektieren, die beim Wachsen Gas erzeugen, als auch Mikroorganismen, die beim Wachsen Sauerstoff verbrauchen, so daß sich sowohl ein mikrobiologisches Wachstum mit Sauerstoffverbrauch als auch ein mikrobiologisches Wachstum ohne Sauerstoffverbrauch detektieren lassen; die ein Wachstum sowohl bei Mikroorganismen mit raschern Wachstum als auch bei Mikroorganismen mit langsamem Wachstum detektieren; die elektronische Einheiten zum Detektieren solcher Mechanismen verwenden; die in einer unabhangigen und einfachen integralen Vorrichtung verkörpert sind, die auf den Hals einer Flasche oder eines Behälters paßt, in dem die Probe enthalten ist, wobei die unabhängige Vorrichtung eine Wegwerf-Anschlußeinrichtung und eine die Verschlußkappe der Probenflasche überdeckende Hülse sowie eine Injektionsnadel aufweist; und wobei eine elektronische Vorrichtung mit einem Sensor und elektronischen Einrichtungen vorgesehen ist, die abnehmbar an der Wegwerf-Anschlußeinrichtung anbringbar sind.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung weist das Verfahren zum Detektieren von Mikroorganismen die folgenden Schritte auf:
1. Vorsehen eines sterilen Fläschchens oder Behälters, der mit einem sterilen flüssigen Kulturmedium gefüllt ist, wobei das Kulturmedium eine Kombination von Nährstoffen enthält, die je nachdem für die Verwendung bei der Detektion aerober Mikroorganismen oder anaerober Mikroorganismen besonders geeignet sind. Das sterile Fläschchen ist mittels eines für Inertgas undurchlässigen Verschlußstopfens verschlossen, wobei es sich zum Beispiel um einen Gummiverschluß handelt. Der Herstellungsprozeß für das Nährstoffmedium erzeugt in der Flasche ein Vakuum. Dieses Vakuum ermöglicht ein direktes Abziehen einer Probe, wie zum Beispiel einer Blutprobe von einem Patienten.
2. Einbringen des Körperfluids, das der Detektion von Mikroorganismen unterzogen werden soll, in das Fläschchen unter Verwendung einer Injektionsnadel oder einer Ähnlichen Vorrichtung, die durch die Gummistopfen hindurchgedrückt wird.
3. Anordnen einer Wegwerf-Anschlußeinrichtung, die einen Kragen und eine Nadel aufweist, auf dem Flgschchen, wobei die Injektionsnadel der Vorrichtung durch den Verschluß hindurchgedrückt wird, so daß sich der obere Bereich der Nadel in dem Kopfraum oberhalb des flüssigen Kulturmediums befindet.
4. Positionieren einer elektronischen Vorrichtung an der Anschlußeinrichtung und Aktivieren der Elektronik zum periodischen Überwachen der Druckänderungsrate, die aufgrund des Vorhandenseins von Mikroorganismen stattgefunden haben kann. Wenn die Druckänderung eine vorbestimmte Druckänderungsrate aufgrund des Wachstums von Mikroorganismen übersteigt, wird ein Signal oder ein Alarm aktiviert. Ein Mikroprozessor analysiert die Druckänderungsrate und vergleicht die Druckänderungsraten nacheinander mit gespeicherten Änderungsraten, die aerobe Organismen und anaerobe Organismen repräsentieren, die verschiedene Druckänderungsraten aufweisen und entweder gaserzeugend oder gasverbrauchend sind, und er bestimmt, ob die Änderungsraten ein Wachstum von Organismen oder fremde Änderungen, wie zum Beispiel der Temperatur oder des Atmosphärendrucks, angeben.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Detektieren von mikrobiologischem Wachstum in einem dicht verschlossenen Probenbehälter oder Testbehälter, die für die Verwendung in Verbindung mit der Überwachung entweder eines einzelnen Probenbehälters oder einer Vielzahl von Probenbehältern geeignet sind, die zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, der Zuverlässigkeit sowie einer Reduzierung der Größe einer Ausführung auf der Grundlage eines Mikroprozessors zugänglich sind, die zur Verwendung beim Detektieren von Wachstum sowohl aerober als auch anaerober Mikroben geeignet sind, die sich in einfacher Weise sowohl für Mikroben verwenden lassen, die eine relativ rasche Änderung des Drucks im Behälterkopfraum erzeugen, als auch für Mikroben, die den Kopfraumdruck langsamer ändern, die von relativ ungeschickten Bedienungspersonen verwendet werden können, und zwar mit geringer oder gar keiner Intervention durch die Bedienungsperson, und die sich in einer einzigen Ausführung zum Detektieren des Wachstums von Mikroben vieler verschiedener Typen und mit vielen verschiedenen Wachstumsraten verwenden lassen.
Bei einem solchen Verfahren und einer solchen Vorrichtung zum Detektieren von mikrobiologischem Wachstum in einem dicht verschlossenen Probenbehälter gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Druck im Kopfraum des Behälters überwacht, um die Änderungsrate dieses Kopfraumdrucks zu erfassen. Die Anwesenheit von mikrobiologischem Wachstum in dem Behälter wird als Funktion der Änderungsrate des Kopfraumdrucks angezeigt. Die Druckänderungsrate wird mit einer Standardrate für eine Familie von Mikroorganismen verglichen, und ein Wachstum wird angezeigt, wenn die Druckänderungsrate (die positiv oder negativ sein kann) den Absolutwert der Standardrate (die ebenfalls positiv oder negativ sein kann) überschreitet. Zum Detektieren von mikrobiologischem Wachstum, das unterschiedliche Wachstumsraten aufweisen kann, wird der Absolutwert der Druckänderungsrate mit einer Vielzahl von Standardraten für verschiedene Familien von Mikroorganismen verglichen. Wenigstens einige der Raten können positiv sein, wobei dies einem Wachstum von gaserzeugenden Organismen entspricht, und wenigstens einige der Raten können negativ sein, wobei dies einem Wachstum von gasverbrauchenden Organismen entspricht. In beiden Fällen wird ein mikrobiologisches Wachstum in dem Prüfgegenstand angezeigt, wenn der absolute mathematische Wert der Druckänderungsrate des Kopfraums den absoluten mathematischen Wert irgendeiner der Standardraten überschreitet.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der Kopfraumdruck überwacht durch Positionieren eines Drucksensors in einer derartigen Weise, daß er ein elektrisches Drucksignal entwickelt, das sich als Funktion des Kopfraumdrucks innerhalb des Behälters ändert. Das Drucksignal wird in vorgewählten periodischen Zeitintervallen abgetastet und gespeichert, und aufeinanderfolgende Signale werden miteinander verglichen, um die Druckänderungsrate zu bestimmen. Vorzugsweise wird jedes abgetastete Drucksignal mit einem Drucksignal verglichen, das eine vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen zuvor abgetastet und gespeichert worden ist. Auf diese Weise werden allmähliche Druckänderungsraten detektiert. In der am meisten bevorzugten Weise wird jedes Abtastsignal mit wenigstens zwei Signalen verglichen, die unterschiedliche, vorbestimmte Anzahlen von Intervallen zuvor abgetastet und gespeichert worden sind, um dadurch Druckänderungsraten über unterschiedliche Zeitintervalle zu bestimmen.
Das Detektionsverfahren sowie die Detektionsvorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurden, besitzen eine Anzahl wesentlicher Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Zum Beispiel hilft die Verwendung der Druckänderunsrate anstatt des Absolutwerts des Behälterdrucks bei der Eliminierung falscher Wachstumsanzeigen aufgrund von Veränderungen des Umgebungsdrucks, der Temperatur oder anderer ähnlicher Bedingungen. In gleicher Weise ermöglicht ein Vergleich der Rate einer tatsächlichen Druckänderung mit einer oder mehreren vorbestimmten Standardwachstumsraten die Eliminierung falscher oder fehlerhafter Wachstumsanzeigen, während die Erfindung gleichzeitig für die Detektion von Wachstum mit unterschiedlichen Raten sowie für die Detektion von Wachstum sowohl aerober als auch anaerober Mikroben ausgelegt ist. In gleicher Weise trägt die Bestimmung der Druckänderungsrate durch Vergleichen des aktuellen Drucks mit dem Druck zu verschiedenen vorausgehenden Zeiten dazu bei, daß unterschiedlichen Wachstumsraten sowohl bei aeroben als auch bei anaeroben Mikroben Rechnung getragen werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufrißansicht der Anordnung, in der die Erfindung verkörpert ist;
Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht des Kulturbehälters und einer Druckmeßeinrichtung, in der die Erfindung verkörpert ist.
Fig. 3 eine fragmentarische Schnittansicht der Wegwerf-Anschlußeinrichtung in vergrößertem Maßstab;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der in der Vorrichtung verwendeten Elektronik;
Fig. 5 eine fragmentarische Schnittansicht einer modifizierten Anordnung;
Fig. 6 eine Kurve des Drucks gegenüber der Zeit bei einer typischen Druckanalyse;
Fig. 7 eine Perspektivansicht einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ein Funktions-Blockdiagramm eines Systems zum Überwachen von Wachstumsraten in einer Vielzahl von Probenbehältern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 9 bis 16 graphische Darstellungen der Druckänderung in Probenbehältern für verschiedene Typen von Mikroben, die gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßbar sind.

Beschreibung

Wie sich unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 ergibt, handelt es sich bei der Durchführung des Verfahrens bei dem Fläschchen oder Behälter 10 um eine allgemein bekannte Konstruktion, wie zum Beispiel eine Glasflasche, die eine Abdeckkappe 11 mit einem elastischen Gummistopfen 12 aufweist, der zu ihrem oberen Ende freiliegt. Der Behälter 10 wird vor der Anbringung der Verschlußkappe 11 in Abhängigkeit von dem Mikroorganismus, der detektiert werden soll, entweder mit einem aeroben oder mit einem anaeroben Kulturmedium gefüllt. Der Behälter 10 besitzt einen Hals 13 und eine Schulter 14.
Nachdem das zu überprüfende Körperfluid mittels einer Injektionsnadel durch den Stopfen 12 hindurch eingebracht worden ist, wird eine Wegwerf-Anschlußeinrichtung 15 aus Kunststoff, die eine Hülse 16 aufweist, derart über den Hals 13 des Behälters 10 teleskopartig aufgeschoben, daß das untere Ende der Hülse 16 an der Schulter 14 anliegt (Fig. 2). Die Hülse 16 beinhaltet einen rohrförmigen Bereich 17 und eine obere Wand 18. Ferner beinhaltet die Hülse 16 einen integralen rohrförmigen Vorsprung 20, an dem das Verbindungsstück 21 einer Injektionsnadel 22 reibungsschlüssig sowie dicht gehaltert ist (Fig. 3). Ein integraler rohrförmiger Bereich erstreckt sich von der Hülse 16 nach oben und ist mit einer Öffnung 24 ausgebildet, die mit der Öffnung 25 des Vorsprungs 20 kommuniziert. Ein hydrophober Entlüftungsfilter 26 ist an dem Verbindungsstück 21 der Nadel 22 vorgesehen. Der Filter 26 hat die Funktion, ein Hochsteigen von Flüssigkeit nach oben zu verhindern. Der Entlüftungsfilter 26 ist mit der schützenden Hülse und der Nadelanordnung zur Erzielung der nachfolgend genannten Funktionen kombiniert:
1. Zur Schaffung einer in zwei Richtungen erfolgenden Gasströmung von dem Kopfraum des Fläschchens zu einem Drucksensor während der Messung oder in die Umgebung während des anfänglichen oder des abschließenden Entlüftungsstadiums.
2. Zur Verhinderung einer jeglichen Flüssigkeitsströmung von dem Fläschchen zu dem Sensor oder zur Umgebung, um dadurch die Bedienungsperson vor einer Verseuchung durch Bakterien oder Vieren zu schützen.
Bei dem Entlüftungsfilter 26 kann es sich entweder um einen Tiefenfilter oder einen Siebfilter handeln. Ein Tiefenfilter zeichnet sich aus durch eine Matrix aus in einer Zufallsorientierung vorliegenden Fasern oder Kügelchen, die durch Pressen, Wickeln oder anderweitige Verbindung miteinander in Form eines Labyrints von Strömungskanälen ausgebildet sind. Ein Siebfilter ist durch ein starres, gleichmäßiges, kontinuierliches Gitter aus polymerem Material mit gut definierter Porengröße gebildet.
Zur Verhinderung einer jeglichen Flüssigkeitsströmung ist der Filter 26 aus einem hydrophoben Material gebildet, d.h. er ist feuchtigkeitsabstoßend. Die Porengröße und die Art des Materials bestimmen den Flüssigkeits-Durchbruchdruck, der auf einen Bereich von mehreren Pfund pro Quadratinch eingestellt werden sollte (z.B. ein hydrophobes Glaslaminat mit einer Porengröße von 0,3 µm). Die Anschlußeinrichtung 15, die die Nadel 22 beinhaltet, bildet somit eine integrale Wegwerfeinheit, die sich auf dem oberen Ende eines Behälters 10 anordnen läßt. Die Anschlußeinrichtung 15 ist aus Kunststoff hergestellt, der sich steril machen läßt.
Die Anschlußeinrichtung 15 ist dazu ausgelegt, mit einem rohrförmigen Vorsprung 28 an einer abnehmbaren elektronischen Sensoreinheit 27 derart verbunden zu werden, daß sie sich in abdichtendem Eingriff mit dem Bereich 23 befindet. Die elektronische Einheit beinhaltet einen Drucksensor und ist vorzugsweise mit entfernt angeordneten elektronischen Einrichtungen verbunden, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 zu sehen ist, besitzt die elektronische Einheit einen Drucksensor 30, einen Treiber 31 zum Aktivieren des Drucksensors, einen Signalprozessor 32 zum Umwandeln des von dem Drucksensor 30 erzeugten Signals in proportionale digitale Daten, die einem Mikroprozessor 33 zugeführt werden, der die aus den Druckschwankungen resultierenden Daten verarbeitet und bestimmt, wenn die Datenänderungen durch das Wachstum von Mikroorganismen bedingt sind. Ferner beinhaltet die Vorrichtung einen Alarmtreiber 34, einen Batterie-/LED-Tester 35 zum Prüfen der Integrität der Batterie 36 und der Alarmanzeige 37, einen Zeitgeber 38 und einen Schalter 39.
Das Vorhandensein von Organismen in einer Probe wird durch den Mikroprozessor 33 detektiert, der mehrere vorbestimmte Kriterien verwendet, die auf den dynamischen Eigenschaften der Druckänderungsraten basieren. Diese Raten sind von den folgenden Parametern abhängig:
1. Typ des Organismus (aerob oder anaerob)
2. Kombination von Medium/Temperatur (spezifische Eigenschaften)
3. Gesamtvolumen des Mediums und Volumenverhältnis Blut/Medium
4. Volumen des Kopfraums der Flasche
5. Pneumatische und elektrische Schwankungen innerhalb von Komponenten (Wandler, interne Leckagen, Grenzfläche Nadel/Septum usw.)
Diese Parameter haben.einen Einfluß auf den allgemeinen Trend der Änderungsraten. Der Mikroprozessor hat die Funktion, den relativ breiten Bereich von Raten zu erkennen und Mikroorganismen aufgrund ihrer Wachstumsraten zu detektieren. Der Algorithmus berücksichtigt jedoch nicht die Druckwerte, und er führt keinen Vergleich dieser Werte mit einer bekannten Probe durch.
Raten lassen sich entweder lokal (zeitmultiplexe Funktionen) oder über längere Zeitdauern integriert berechnen. Für eine wirksame Erfassung werden lokale Raten für schnelle Organismen verwendet, die Muster mit höheren Raten erzeugen. Integrierte Raten sind für langsamere Organismen geeignet, da eine aussagekräftige Änderung über einen längeren Zeitraum angezeigt wird. Zusätzlich dazu hat der Mikroprozessor die Funktion, entweder positive oder negative Raten zu erkennen, die sich auf die Erzeugung oder den Verbrauch von Gasen in dem Kopfraum beziehen.
Die Logik des Mikroprozessors ist derart ausgebildet, daß sie den großen Bereich bestehender Raten berücksichtigt und falsche negative sowie falsche positive Detektionen auf ein Minimum reduziert. Dabei sind die-folgenden Elemente kombiniert:

1. Bewegliche Fenster

Ein Datenpuffer wird speichermäßig für jede Flasche zugeteilt, wenn mehr als eine Flasche geprüft wird. Dieser Puffer wird bei jeder Messung eines neuen Datenpunkts (Spannung gegenüber Druck) aktualisiert. Der neue Datenpunkt wird an dem letzten Platz des Puffers gespeichert. Die übrigen Datenpunkte in dem Fenster, die früheren Datenpunkten entsprechen, werden um einen Platz verlagert, wobei der erste Platz aufgegeben wird. Das Fenster zeigt somit zu jedem Zeitpunkt die jüngste geschichtlichte Entwicklung der Kurve.

2. Mehrere Fenster

Zur Kompensation der großen Vielzahl der Druckraten werden zwei (oder mehr) Fenster gleichzeitig verwendet. Diese Fenster können entweder verschiedene Anzahlen von Datenpunkten oder Datenpunkte aufweisen, die in unterschiedlichen Zeitintervallen aufgenommen werden. Für Organismen, die bei schnellen Raten ansprechen, ist die zeitliche Gesamtlänge des Fensters kurz, um dadurch das rasche Wachstum zu erfassen, das nicht über eine lange Zeitdauer anhält.

3. ODER-Strategie

Der Mikroprozessor verwendet eine ODER-Logik. Mit anderen Worten heißt dies, wenn eines oder mehrere der Fenster eine positive Anzeige liefern, zeigt der Algorithmus eine positive Probe an.

4. Integrierte Raten

Jedesmal, wenn ein neuer Datenpunkt gesammelt wird und die Fenster aktualisiert werden, wird jede Fensterrate durch Subtrahieren des anfänglichen Werts von dem Endwert des Fensters bestimmt. Diese Rate wird anschließend mit vorbestimmten Raten verglichen, die in dem Speicher des Computers gespeichert sind.

5. Mehrere Raten

Es werden mehrere Raten verwendet. Zum Beispiel sind die zwei Fenstern zugeordneten Raten wie folgt:
a. Aerober Organismus, kurzes Fenster, positive Rate (Gaserzeugung)
b. Aerober Organismus, langes Fenster, positive Rate
c. Aerob, kurzes Fenster, negative Rate (Gasverbrauch)
d. Aerob, langes Fenster, negative Rate
e. Anaerob, kurzes Fenster, positive Rate
f. Anaerob, langes Fenster, positive Rate.
Hinweis: Bei diesem System verbrauchen anaerobe Organismen kein Gas, und aus diesem Grund sind keine speziellen Fenster für negative Raten zugewiesen.
Beispiele für Organismen, die den vorstehend genannten Raten entsprechen:
a. Escherichia coli
b. Haemaphilus influenzae
c. Acinetobacter antitratus
d. Streptococcus pneumoniae
e. Clostridium perfringens
f. Fusobacterium necrophorum
Für jede Flasche wird ein Datenpunkt in vorbestimmten Zeitintervallen aufgenommen. Datenpunkte werden durch elektrische Potentialdifferenzen (mV) in Bezug auf den Druck im Inneren des Raums der Flasche gemessen. Die gesammelten Datenpunkte werden in einem Direktzugriffsspeicher (RAM) unter Verwendung der Technik der "beweglichen Fenster" gespeichert. Bei einem beweglichen Fenster handelt es sich um eine Anordnung von Datenpunkten, die bei jeder Aufnahme eines neuen Datenpunktes aktualisiert wird. Es sei angenommen, daß wir 10 Punkte in einem Fenster X&sub1;, X&sub2;, X&sub3; ... haben, wobei es sich bei X&sub1;&sub0; um den neuesten Punkt handelt. Wenn ein neuer Datenpunkt X gesammelt wird, dann wird der folgende Vorgang durchgeführt:
X&sub1; wird aus dem Speicher gelöscht
X&sub2; wird auf Platz X&sub1; verlagert
X&sub3; wird auf Platz X&sub2; verlagert
X&sub4; wird auf Platz X&sub3; verlagert
X&sub5; wird auf Platz X&sub4; verlagert
X&sub6; wird auf Platz X&sub5; verlagert
X&sub7; wird auf Platz X&sub6; verlagert
X&sub8; wird auf Platz X&sub7; verlagert
X&sub9; wird auf Platz X&sub8; verlagert
X&sub1;&sub0; wird auf Platz X&sub9; verlagert
Das neue X wird auf den Platz X&sub1;&sub0; gesetzt.
Bei jedem Sammeln eines neuen Datenpunkts wird somit das gesamte Datenfenster verlagert, wobei der älteste Punkt gelöscht wird.
Mehrfachdauer-Fenster werden verwendet, um dem breiten Bereich dynamischer Kurven langsamer und schneller Organismen Rechnung zu tragen. Ein langsamer Organismus läßt sich möglicherweise in dem kurzen Fenster nicht erfassen, läßt sich jedoch in dem breiteren erfassen, und umgekehrt. In dieser Hinsicht handelt es sich bei dem Erfassungsschema um einen ODER-Zustand zur Minimierung falscher negativer Anzeigen.
Die Technik des "beweglichen Fensters" gestattet dynamische Erfassungen, die auflokalen Raten, anstatt statischen Messungen auf der Basis von Amplitudengrenzwerten basieren. Bei früheren, bestehenden Systemen wird jeder gesammelte Datenpunkt mit einem Bezugspunkt verglichen, der den Anfangsdruck darstellt. Wenn die Differenz einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt, wird eine Erfassung angezeigt. Diese statischen Mes sungen können nicht zwischen langsamen und schnellen Kurven unterscheiden, selbst wenn diese Kurven überhaupt kein Wachstum von Organismen darstellen. Zum Beispiel kann eine sehr moderate Veränderung (Drift) auftreten, wenn weiße Blutzellen CO&sub2; erzeugen und dadurch den Druck in dem Kopfraum mit einer sehr langsamen Rate erhöhen. Infolgedessen erfolgt eine falsche positive Erfassung, obwohl keine Organismen vorhanden sind.
Das System erfordert nicht, daß eine Bestimmung dahingehend durchgeführt wird, ob Überdruckbedingungen oder Unterdruckbedingungen (Vakuum) erzeugt werden. Ein sauerstoffverzehrender Organismus läßt sich bei Überdrücken feststellen, und ein gaserzeugender Organismus läßt sich bei einem Vakuum feststel len. Mit anderen Worten, es wird die Feststellung nicht durch den Amplitudenwert des Drucks bestimmt. Bei der Technik des sich "bewegenden Fensters" des vorliegenden Systems sind nur dynamische Änderungen erforderlich.
Nachdem Körperfluid, wie zum Beispiel Blut, durch eine separate Injektionsnadel abgezogen und in den Behälter eingebracht worden ist, wird die Wegwerf-Anschlußeinrichtung 15 oben auf dem Behälter 10 angeordnet. Die Anschlußeinrichtung 15 wird nach unten gedrückt, und die Injektionsnadel 22 durchdringt den Gummistopfen 12, bis das untere Ende der Hülse 16 an der Schulter 14 angreift. In dieser Position befindet sich das freie Ende der Nadel 22 in dem Kopfraum oberhalb des Niveaus des Flüssigkeitsmediums. Die elektronische Einheit 27 wird dann durch einen Verriegelungsmechanismus mit der Wegwerfeinheit verbunden. Der Drucktastenschalter 39 wird kurz gedrückt, um die elektronische Vorrichtung zurückzustellen und die Integrität der Batterie 36 und der lichtemittierenden Diode 37 (LED) zu prüfen. Die LED schaltet ein, wenn die Batterie ausreichend Energie für wenigstens einen Test aufweist.
Sobald die Rückstelltaste gedrückt ist, wird die elektronische Schaltung in einen "Schlafmodus" geschaltet, in dem ein Minimum an Energie von der Batterie entnommen wird, um einen Zeitgeber 38 zu aktivieren und die Information in dem Speicher des Mikroprozessors 33 zu erhalten. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer reaktiviert der Zeitgeber 38 die elektronische Schaltung, und eine Druckgröße wird durch den Sensor 30 ausgelesen, durch den Signalprozessor 32 verarbeitet und in dem Speicher des Mikroprozessors als erster Wert oder Datenpunkt gespeichert. Die anfängliche Aktivierungszeit ermöglicht dem Behälter, der in einem Inkubator angeordnet ist, das Erreichen seiner Inkubationstemperatur, die zum Beispiel 35 ºC bis 37 ºC beträgt.
Die elektronische Schaltung wird durch den Mikroprozessor zurück in den "Schlafmodus" geschaltet, und der Vorgang wiederholt sich zu den vorbestimmten Zeitintervallen. Ein in den Mikroprozessor eingebauter Algorithmus bestimmt, ob eine wesentliche Druckratenänderung aufgrund eines Vorhandenseins von Organismen stattgefunden hat. Bei einer positiven Entscheidung aktiviert der Mikroprozessor 33 die LED-Sichtanzeige 37 durch den Alarmtreiber 34. Diese Anzeige bleibt unabhängig von jeglichen Druckschwankungen eingeschaltet, bis der Rückstellschalter wieder gedrückt wird, um einen neuen Test zu starten.
Fig. 6 zeigt eine typische Druck-Zeit-Kurve, die durch einen Drucksensor erzeugt wird, der den entwickelten Druck in dem Kopfraum des Glasfläschchens mißt. Der anfängliche Anstieg (zwischen dem Zeitpunkt Null und dem Punkt a) ist durch einen Anstieg der Temperatur des Glasfläschchens von Umgebungstemperatur auf 35 ºC bedingt. Die darauffolgende Druckreduzierung (Intervall a bis b) ist durch eine Sauerstoffreduzierung in dem Kopfraum des Glasfläschchens aufgrund eines Sauerstoffverbrauchs durch das Medium bedingt. Wenn kein Organismus vorhanden ist, stabilisiert sich die Kurve schließlich auf einem gewissen Niveau (Vakuum), wie dies durch das Intervall b bis d dargestellt ist. Aufgrund einer geringfügigen Leckage von Luft in das Glasfläschchen hinein kann die Kurve später möglicherweise von Unterdruck (negative Werte) auf Atmosphärendruck (Wert Null) langsam nach oben "driften". Wenn ein Organismus vorhanden ist, führt das erzeugte Gas zu einem scharfen Druckanstieg, wie dies durch das Reaktionsintervall von b nach c dargestellt ist. Dieser Anstieg sollte von der Schaltung erfaßt werden, um dadurch das Vorhandensein von Mikroorganismen anzuzeigen. Sobald eine positive Detektion angezeigt wird, wird die Alarmleuchte eingeschaltet, und es erfolgt die Speicherung "Detektionszeit".
Sobald die Rückstelltaste gedrückt ist, wird die elektronische Schaltung in einen "Schlafmodus" geschaltet. In diesem Modus kann die elektronische Schaltung begrenzte Funktionen durchführen, wie zum Beispiel Daten in dem Speicher gespeichert halten. Sie kann keine anderen Funktionen durchführen, wie zum Beispiel eine Datenverarbeitung. Der Grund für eine Programmierung der Schaltung auf einen "Schlafmodus" besteht im Einsparen von Energie und dadurch in einer Verlängerung der Batterie-Lebensdauer. In dem vorliegenden Fall bleiben während der "Schlafperiode" Daten erhalten, und der elektronische Zeitgeber bleibt aktiv, um von dem "Schlafmodus" auf einen "Verarbeitungsmodus" umzuschalten, in dem der nächste Signalwert erfaßt und verarbeitet wird. Die Zeitdauer dieses "Verarbeitungsmodus" ist recht gering im Vergleich zu der Zeitdauer des "Schlafmodus", wobei sie zum Beispiel 1 Sekunde in dem "Verarbeitungsmodus" und 12 Minuten in dem "Schlafmodus" beträgt. Die Lebensdauer der Batterie läßt sich unter Verwendung einer Schlaf-/Verarbeitungs-Methode somit um etwa das 1320fache verlängern.
Nach dem Drücken der Rückstelltaste erfolgt nach einer vorbestimmten Zeit eine Reaktivierung der elektronischen Schaltung durch den Zeitgeber, und der erste Zyklus wird wiederholt.
Bei der in Fig. 5 gezeigten modifizierten Form der Vorrichtung ist die Wegwerf-Anschlußeinrichtung isa im wesentlichen ähnlich der vorstehend beschriebenen Anschlußeinrichtung 15, und sie beinhaltet eine obere Wand 18a mit einem integralen, sich nach unten erstreckenden Rohr 50, das das Verbindungsstück 21a einer Injektionsnadel 22a haltert. Bei dieser Ausführungsform wird der hydrophobe Entlüftungsfilter 26a in der oberen Wand 18a durch eine Anschlußeinrichtung 51 in seiner Position festgehalten, die mit der oberen Wand 18a verbunden ist und einen sich nach oben erstreckenden rohrförmigen Bereich 52 aufweist. Die elektronische Einheit 27a ist derart modifiziert, daß sie eine zylindrische Aussparung 53 beinhaltet, in die der rohrförmige Bereich 52 derart hineinragt, daß das obere Ende der Nadel zu dem Wandler innerhalb der elektronischen Einheit 27a hin freiliegt. Ansonsten erfolgen die Verwendung und die Arbeitsweise der Anordnung in derselben Weise, wie dies in Verbindung mit der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform beschrieben ist.
Fig. 8 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm eines Systems 100 zum Überwachen einer Vielzahl von Probenbehältern 10, wie sie in Fig. 7 gezeigt sind, wobei eine entsprechende Vielzahl von Drucksensoren 30a bis 30n durch zugehörige Signalaufbereitungsschaltungen 32a bis 32n mit entsprechenden Eingängen eines Multiplexers 102 verbunden sind. Der Multiplexer 102 ist durch einen Mikroprozessor 104 ansteuerbar, um die elektrischen Drucksensorsignale selektiv auszulesen und das ausgewählte Signal über einen A/D-Wandler 106 auf Daten-Eingangsports des Mikroprozessors zu führen. Abtastsignale werden in sequentiellen Speicherplätzen eines Prozessorspeichers 108 gespeichert, der auch eine geeignete Steuerprogrammierung sowie andere Betriebsparameter enthalten kann. Ausgangsports des Mikroprozessors 104 sind mit geeigneten Ausgabemechanismen 110 verbunden, wie zum Beispiel Alarmlampen, Druckern, Bildschirmen und dergleichen. Ferner ist der Mikroprozessor 104 mit einer Tastatur oder einer anderen Eingabevorrichtung 112 zum Dialog mit dem Benutzer verbunden. Ferner erhält der Multiplexer 102 einen wählbaren Eingang von einem Drucksensor 114, der in der Inkubatorkammer positioniert sein kann, um Veränderungen beim Kammeratmosphärendruck zu erfassen. Im Fall einer radikalen Atmosphärendruckänderung, die zum Beispiel einen Bruch des Inkubators anzeigt, kann ein Alarm ertönen, und der Testvorgang kann abgebrochen werden. Weniger radikalen Änderungen des Atmosphärendrucks kann durch eine geeignete Modifizierung (Normalisierung) der Druck-Ablesewerte Rechnung getragen werden.
In Fig. 7 ist eine Anzahl von Behältern 10 einzeln in entsprechenden Vertiefungen oder Wannen 150 einer flachen Basis oder eines Tabletts 152 aufgenommen. Ein Oberteil 154, das eine Vielzahl von Anschlußeinrichtungen 15 (Fig. 3) oder 15a (Fig. 5) enthält, ist mittels Halterungen 156 über der Basis 152 getragen, wobei jede Anschlußeinrichtung mit einer entsprechenden Vertiefung 150 ausgefluchtet ist. Beim Anordnen des Oberteils 154 über der Basis 152 werden die Anschlußeinrichtungen mit den Behältern 10 ausgefluchtet, und die Anschlußeinrich tungs-Nadeln durchstoßen die Verschlüsse der Behälter. Drucksensoren, die vorliegend mit 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h an dem Oberteil 154 dargestellt sind, werden mit einem geeigneten Kabel (nicht gezeigt) mit den entfernt angeordneten elektronischen Einrichtungen (Fig. 8) verbunden.
Im Betrieb wird das Drucksignal von jedem Sensor 30a bis 30n in vorbestimmten Zeitintervallen abgetastet, und die abgetasteten Drucksignale werden in zugeordneten sequentiellen Plätzen des Speichers 108 gespeichert. Die auf diese Weise für jeden Sensor gespeicherten Daten umfassen somit eine Datenanordnung oder ein Fenster aus sequentiellen Abtastsignalen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie vorstehend zusammengefaßt wurde, kann man sich diese Datenanordnung oder dieses Fenster als eine nicht wieder umlaufende Schieberegisteranordnung vorstellen, in der das älteste Datenbyte bei der Einbringung eines jeweiligen neuen Datenbytes in die Anordnung gelöscht wird. Obwohl eine Datenspeichertechnik dieser Art derzeit zur Reduzierung von Speicheranforderungen bevorzugt ist, ist zu erkennen, daß eine solche Arbeitsweise nicht von kritischer Bedeutung für die Erfindung in ihren breitesten Gesichtspunkten ist, die in einem auf einem Mikroprozessor basierenden System durchgeführt werden kann, in dem alle Daten für einen späteren Abruf sowie eine Analyse des Wachstumsverlaufs usw. gespeichert sind, falls dies erwünscht ist.
Die Rate der Probenkopfraum-Druckänderung, die zu der Rate des Mikrobenwachstums in Korrelation steht, wird bestimmt durch Subtrahieren jedes abgetasteten Drucksignals von einem oder mehreren zuvor gespeicherten Signalen, die dem derzeitigen Signal um eine vorbestimmte Anzahl von Probeninkrementen vorausgehen. Zum Beispiel werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Drucksignale in Inkrementen von 6 Minuten abgetastet und gespeichert. Jedes abgetastete Drucksignal wird von den vorausgehenden Signalen für diesen Sensor subtrahiert, und zwar um 5 und 10 Abtastzeitinkremente getrennt von der aktuellen Probe. Im Endeffekt wird daher jedes Abtastsignal von entsprechenden Signalen subtrahiert, die 30 Minuten und 60 Minuten zuvor erzielt wurden. Das kurze Vergleichsfenster, das bei dem vorliegenden Beispiel 5 Abtastinkremente aufweist, erfaßt Organismen, die ein relativ rasches Wachstum und eine entsprechende Druckänderung aufweisen. Andererseits detektiert das längere Vergleichsfenster, das im vorliegenden Beispiel 10 Intervalle aufweist, das Vorhandensein von Mikroben, die langsamere Wachstumsraten besitzen.
Bei der bevorzugten Ausführungsforrn der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend als Beispiel erläutert wurde, wird somit jedes abgetastete Drucksignal von zwei vorausgehenden Signalen subtrahiert, und es werden zwei Wachstumsraten als Funktion der Differenzen zwischen den aktuellen und den vorausgehenden Abtastsignalen entwickelt oder berechnet. Diese Raten werden dann mit verschiedenen vorbestimmten Standardraten verglichen, um dadurch festzustellen, ob in der betreffenden Probe ein Mikrobenwachstum angezeigt ist. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend erläutert wurde, werden Raten zum Bestimmen des Vorhandenseins oder des Nicht-Vorhandenseins eines Wachstums von Mikroben unterschiedlicher Typen verwendet. Die Standardraten werden empirisch als durchschnittliche Wachstumsraten für verschiedene Familien von Mikroorganismen vorbestimmt. Es hat sich herausgestellt, daß sechs Familien-Wachstumsraten die meisten Mikroorganismen umfassen. Es werden durchschnittliche Wachstumsraten für jede Mikrobenfamihe, jedoch keine absoluten Druckwerte oder vollständige Druckkurven gebildet und zuvor in dem Speicher 108 gespeichert. Die anfängliche Verzögerungsperiode wird durch den am raschesten wachsenden, zu erfassenden Mikroorganismus bestimmt. Zum Beispiel werden für gaserzeugende aerobe Organismen verschiedene positive Raten für die kurzen und langen Vergleichsfenster (z.B. 30 bzw. 60 Minuten) verwendet. Gleichermaßen werden eine dritte und eine vierte negative Rate für aerobe gasverbrauchende Mikroben für die kurzen bzw. langen Vergleichsfenster verwendet. Eine fünfte und eine sechste positive Rate werden für anaerobe Organismen sowie die kurzen bzw. langen Vergleichsfenster verwendet. Bei dem vorliegenden System ist kein Gasverbrauch durch anaerobe Organismen vorhanden, und aus diesem Grund werden keine entsprechenden Raten für anaerobe negative Wachstums-Druckraten zugeteilt. Wenn der mathematische Absolutwert der Druckänderungsrate in der dem Prüfvorgang unterzogenen Probe den mathematischen Absolutwert von irgendeiner der gespeicherten Raten übersteigt, wird das Vorhandensein einer Mikrobe angezeigt, und ein Alarm wird in entsprechender Weise aktiviert. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß das Prüfverfahren der vorliegenden Erfindung qualitativer Art ist - d.h. es wird der Druck eines Mikroorganismus bestimmt, jedoch werden keine Anstrengungen zum Erfassen einer Konzentration unternommen. Gleichermaßen werden keine Anstrengungen unternommen, entweder die Familie oder den Typ des Mikroorganismus zu ermitteln. Diese Bestimmungen können in anderen Verfahren erfolgen, falls dies erwünscht ist. Die vorliegende Erfindung will lediglich das Vorhandensein eines Mikro- Organismus bestimmen, und zwar unabhangig von Typ oder Konzentrationen desselben.
Die Fig. 9 bis 16 veranschaulichen die Detektion verschiedener Mikrobenwachstumsvorgänge und Wachstumsraten gemäß weiteren derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. In den Fig. 9 bis 16 ist jeweils ein Drucksensor-Ausgangssignal in Millivolt gegenüber der Zeit in Stunden aufgetragen. Dabei werden unterschiedliche Testparameter (z.B. Abtastintervall, lange und kurze Fenster) verwendet, wie dies in Verbindung mit jeder Figur beschrieben wird. Während einer anfänglichen (programmierbaren) Periode wurden keine Probenwerte abgelesen, um eine Stabilisierung auf die Inkubatortemperatur und den Beginn eines Mikrobenwachstums zu ermöglichen. Es ist zu erkennen, daß die vorstehend genannten sowie weitere Testparameter durch einen Bedienungsperson-Einstellmechanismus 112 (Fig. 8) oder dergleichen verändert werden können.
Fig. 9 veranschaulicht die in einem kurzen Fenster erfolgende Erfassung einer gaserzeugenden Mikrobe. Nach einer anfänglichen Wartezeit oder Verzögerungsperiode von 3 Stunden wird das Drucksignal in Inkrementen von 12 Minuten abgetastet und gespeichert. Die Rate des kurzen und des langen Fensters waren auf zehn Millivolt eingestellt - d.h. eine Veränderung von zehn Millivolt zwischen dem aktuellen Abtastsignal und dem vorausgehenden Signal, mit dem es verglichen wird. Das kurze Fenster betrug 72 Minuten oder 6 Abtastintervalle, und das lange Fenster betrug 2 Stunden oder 10 Abtastintervalle. Nach 1,6 Stunden - d.h. 4,6 Stunden abbeginn des Tests - wird das Vorhandensein einer Mikrobe bei dem Punkt 120 angezeigt. Die hohe positive Rate oder Kurve der Druckänderung zwischen dem Punkt 120 und der fünf Abtastvorgänge früher bei dem Punkt 122 durchgeführten Ablesung überstieg die entsprechende Detektionsrate des kurzen Fensters. Gleichermaßen erfolgte in Fig. 10 der anfängliche Ablesevorgang nach der Verzögerung von drei Stunden an dem Punkt 124. Danach zeigt jeder Ablesewert eine negative Rate oder Kurve bis zu dem Punkt 126 bei etwa neun Stunden an. Diese negative Kurve überschreitet jedoch nicht die negativen Raten oder gasverbrauchenden Raten. Nach neun Stunden wird eine positive oder gaserzeugende Druckänderungsrate bei dem Punkt 128 detektiert, wobei dies insgesamt 10,4 Stunden nach Beginn des Tests liegt. Fig. 11 veranschaulicht eine mit einem langen Fenster erfolgende Detektion einer gaserzeugenden Mikrobe. Eine in einem langen Fenster (120 Minuten) erfolgende Detektion zeigt an dem Punkt 130 ein Wachstum einer entsprechenden Mikrobe an.
Die Fig. 12 bis 14 erläutern die Detektion von gasverbrauchenden oder eine negative Rate aufweisenden Mikroben bei einem kurzen Detektionsfenster von 120 Minuten (Fig. 12 und 14) und langen Detektionsfenstern von 144 Minuten (Fig. 13). In jeder der Fig. 12 bis 14 betrug die anfängliche Stillstandsperiode 180 Minuten, und der Abtastintervall betrug 12 Minuten. Die Detektions-Schwellenwerte lagen jeweils bei zehn Millivolt. Das Vorhandensein von Mikroben wurde an den Punkten 132, 134 bzw. 136 detektiert.
Die Fig. 15 und 16 erläutern die Detektion von gaserzeugenden Mikroben. In den Fig. 15 und 16 betrug die anfängliche Stillstandszeit 360 Minuten, der Abtastintervall war 24 Minuten, und die Detektionszeit im kurzen Fenster betrug 96 Minuten, die Detektionszeit im langen Fenster betrug 336 Minuten, der kurze positive Detektions-Schwellenwert war sieben Millivolt und der lange positive Detektions- Schwellenwert war fünf Millivolt. Die Detektion im kurzen Fenster erfolgte bei dem Punkt 138 in Fig. 15, und die Detektion im langen Fenster fand in Fig. 16 bei dem Punkt 140 statt.
Auf diese Weise werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Mikroorganismus-Wachstum angegeben, die alle der eingangs genannten Aufgaben und Ziele erfüllen. Die in den Fig. 1 bis 3 und 5 dargestellten Wegwerf-Anschlußeinrichtungen sind in der Herstellung und im Gebrauch kostengünstig. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei jedem Ausführungsbeispiel die äußere Hülse eine axiale Dimension aufweist, die größer ist als die der Nadel, um den Benutzer zu schützen. Die Filter 26, 26a schaffen einen Schutz gegen das Austreten von Fluid unter Druck beim anfangs erfolgenden Einführen der Nadel.
Eine Eigenschaft der elektronischen Einrichtungen (Fig. 4 und 8) besteht in einem Vergleich von Druckänderungsraten, im Gegensatz zuabsolutwerten des tatsächlichen Drucks, der aufgrund von Schwankungen in der Umgebungstemperatur und des Drucks sowie anderen Faktoren Fehlern unterliegen kann. Die Druckänderungsrate jeder Probe wird über kurze und/oder lange Zeitintervalle mit vorbestimmten Standardraten verglichen, die für Familien von Mikroorganismen empirisch festgelegt sind.
Die Vermeidung von Versuchen zur Bestimmung spezieller Mikroben-Typen und/oder einer speziellen Mikroben-Konzentration schafft eine große Vereinfachung, und zwar sowohl verfahrensmäßig als auch vorrichtungsmäßig.
Das Verfahren und die Vorrichtung sind auch in einemn weiten Bereich einstellbar bzw. verstellbar, um unterschiedlichen Umgebungen und Bedingungen Rechnung zu tragen. Die Atmosphärenbedingungen in der Inkubationskammer werden automatisch berücksichtigt. Es werden sowohl sauerstoffverbrauchende als auch sauerstofferzeugende Mikroben detektiert, ebenso wie Mikroben mit unterschiedlichen Wachstumsraten. Die elektronischen Einrichtungen, einschließlich des Drucksensors, lassen sich in wirtschaftlicher Weise in einem Gehäuse unterbringen, um lösbar mit einer Wegwerf-Anschlußeinrichtung gekoppelt zu werden, die an dem Testbehälter angebracht werden kann. Dabei sind die elektronischen Einrichtungen von den Fluiden getrennt, und sie können wiederholt mit neuen Anschlußeinrichtungen wiederverwendet werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können entfernt vorgesehene elektronische Einrichtungen Signale von einer Vielzahl von Drucksensoren erhalten, die jeweils lösbar an der Anschlußeinrichtung an einem Testbehälter angebracht sind.

Claims

1. Verfahren zum Detektieren von mikrobiologischem Wachstum in einem dicht verschlossenen Probenbehälter, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Überwachen des Drucks im Kopfraum des Behälters,

(b) Erfassen der Änderungsrate des Kopfraumdrucks und

(c) Anzeigen der Anwesenheit von mikrobiologischern Wachstum in dem Behälter als Funktion dieser Änderungsrate des Kopfraumdrucks.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) die folgenden Schritte aufweist:

(c1) Vergleichen der in Schritt (b) erfaßten Änderungsrate des Drucks mit einer vorgewählten Rate, und

(c2) Anzeigen der Anwesenheit von Wachstum, wenn der Absolutwert der erfaßten Rate den Grenzwert überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) den folgenden Schritt aufweist: Positionieren eines Drucksensors so, daß er ein elektronisches Drucksignal entwickelt, das sich als Funktion des Kopfraumdrucks ändert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) die folgenden Schritte aufweist:

(b1) Abtasten des Drucksignals in vorgewählten Zeitintervallen,

(b2) Speichern von in Schritt (b1) erzeugten Abtastsignalen und

(b3) Subtrahieren von aufeinanderfolgenden Abtastsignalen voneinander, um die Änderungsrate zu bestimmen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) Einbringen des Prüfgegenstands in einen geschlossenen Behälter mit einem Wachstumsmedium unter Belassen eines Kopfraums über dem Medium,

(b) Koppeln eines elektronischen Drucksensors mit dem Behälter, um ein elektrisches Drucksignal als Funktion des Gasdrucks in dem Kopfraum zu erzeugen,

(c) Abtasten und Speichern des Drucksignals in vorbestimmten, periodischen Zeitintervallen,

(d) Subtrahieren von aufeinanderfolgenden abgetasteten Drucksignalen voneinander, um die Änderungsrate des Drucks in dem Kopfraum zu bestimmen,

(e) Vergleichen der in dem Schritt (d) bestimmten Änderungsrate mit einer vorgewählten Druckänderungsrate, und

(f) Anzeigen der Anwesenheit von Mikroorganismen in dem Prüfgegenstand, wenn die in dem Schritt (d) bestimmte Änderungsrate die vorgewählte Druckänderungsrate überschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei wenigstens einer der Grenzwerte eine negative Druckänderungsrate ist.

7. Vorrichtung zum Detektieren von mikrobiologischem Wachstum in einem dicht verschlossenen Behälter (10), wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

eine Druckmeßeinrichtung, die einen elektronischen Drucksensor (30) und Mittel (27) zum Koppeln des Sensors mit dem Behälter (10) aufweist, um ein elektrisches Signal als Funktion des Gasdrucks in dem Kopfraum des Behälters (10) zu liefern,

eine Einrichtung (33) zum sequentiellen Abtasten und Speicher des Signais in periodischen Zeitintervallen, eine Einrichtung zum Subtrahieren von aufeinanderfolgenden abgetasteten und gespeicherten Signalen voneinander, um die Änderungsrate des Drucks in dem Behälterkopfraum zu bestimmen und

eine Einrichtung zum Anzeigen von mikrobiologischem Wachstum als eine Funktion der Änderungsrate.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Abtast- und Speichereinrichtung (108) einen Speicher, der sequentielle Speicherplätze hat, und eine Einrichtung zum sequentiellen Speichern der Signale in diesem Speicher durch Abtastinkremente aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die ein Wachstum anzeigende Einrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Vergleichen des Absolutwerts der Änderungsrate mit einer vorgewählten Änderungsrate des Drucks und eine Einrichtung zum Anzeigen von Wachstum, wenn der Absolutwert die vorgewählte Änderungsrate des Drucks überschreitet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner gekennzeichnet durch:

einen durchstechbaren Verschluß (12) an dem Behälter, eine Wegwerf-Anschlußeinrichtung (15), die eine Hülse (16) aufweist, die dazu ausgebildet ist, teleskopartig über den Hals (13) des Behälters (10) in Eingriff mit der Schulter (14) des Behälters (10) aufgeschoben zu werden,

wobei die Anschlußeinrichtung (15) eine Injektionsnadel (21) aufweist, die sich in die Hülse hinein erstreckt und ein freies Ende (22) hat, das von dem Unterende der Hülse beabstandet ist,

wobei die Nadel (21) dazu ausgebildet ist, den Verschluß (12) zu durchstechen und ihr freies Ende im Abstand von der Oberfläche des flüssigen Mediums zu haben, wenn sich die Hülse in Eingriff mit der Schulter (14) befindet,

eine trennbare elektronische Einheit (27), die dazu ausgebildet ist, mit der Anschlußeinrichtung (15) abnehmbar verbunden bzw. von ihr getrennt zu werden,

und eine Verbindungseinrichtung zwischen der elektronischen Einrichtung zum Messen des Drucks in dem Kopfraum durch die Nadel (21) und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signais als Funktion des Kopfraumdrucks.