JP2002125697A - 生物学的サンプルの抗生物質感受性を分析するためのシステムおよび方法 - Google Patents

生物学的サンプルの抗生物質感受性を分析するためのシステムおよび方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生物学的サンプルのようなサンプルを分析し
て、抗菌性物質に対するサンプルの感受性を正確かつ効
果的に決定して、各サンプルおよび抗菌性物質について
の最低抑制濃度(MIC)値を決定するためのシステム
および方法を提供する。 【解決手段】 複数の各時間間隔で、このシステムおよ
び方法は、赤、緑および青波長のような複数の異なる分
析光波長を、複数の各サンプルウェル上に向けて送り、
各分析光波長について各サンプルウェルから発する各結
果の光波長を検出する。このシステムおよび方法は、結
果の光波長を使用して、たとえば、サンプルウェルの酸
化還元状態および濁度の特性を表す少なくとも2つの成
長指標特性曲線を生成する。次いで、このシステムが、
同じ抗菌性物質を含むサンプルウェルの酸化還元状態お
よび濁度の特性を使用して、これらのウェルに含まれた
サンプルに関してこの物質についてのMIC値を決定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生物学的サンプル
のようなサンプルを分析して、抗生物質のような抗菌性
物質に対するサンプルの感受性を決定するためのシステ
ムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、様々
なタイプおよび濃度の抗菌性物質をその中に有するサン
プル試験パネルのサンプルウェルに含まれた生物学的サ
ンプルの複数の光学読取りを行い、これらの読取りに基
づいて、各抗菌性物質がサンプルの成長を抑制する各最
低抑制濃度(MIC)を決定するシステムおよび方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】患者の診断および治療に関係する微生物
サンプルで試験を実行するための、多数の従来のシステ
ムが存在する。微生物サンプルは、様々な源から生じる
可能性があり、これには、細菌感染した傷、生殖器官感
染、脳脊髄液、血液、膿瘍または他のいかなる適切な源
が含まれる。微生物サンプルから、接種物が、所定の濃
度の細菌または細胞懸濁物を生じる確立された手順にし
たがって用意される。当業者には理解されるように、さ
らなる懸濁物の処理は、使用する検査方法によって決ま
る可能性がある。
【0003】従来のシステムは、たとえば、患者のサン
プルに存在する微生物のタイプを識別するために使用さ
れる。典型的には、このようなシステムでは、試薬が、
識別トレイのキューピュール(cupule)すなわち
試験ウェルに入れられ、この中にサンプルが導入され
る。試薬は、活動的に成長する微生物の培養物の存在下
において、変色する。変色またはその欠如に基づいて、
微生物を、参照表の使用によって識別することができ
る。
【0004】他のシステムが、微生物の感受性検査のた
めに開発されている。これらのシステムを使用して、サ
ンプルにおける微生物の、抗生物質のような様々な治療
薬に対する感受性を決定する。これらの検査結果に基づ
いて、次いで医師が、たとえば、微生物の成長をなくす
かあるいは抑制することに成功するであろう抗菌薬製品
を処方する。定性的な感受性試験は、特に、微生物が特
定の抗生物質に対して耐性であるか感受性であるかの指
示を提供するが、微生物の感受性または耐性の程度につ
いての指示は提供しない。他方では、定量的な感受性試
験は、微生物の成長を抑制するために必要とされる抗菌
剤の濃度の指示を提供する。最低抑制濃度(MIC)と
いう用語を使用して、微生物の成長を抑制するために必
要とされる抗菌剤の最低濃度を指す。
【0005】従来のシステムは、各抗菌剤が各微生物の
成長を抑制するMICを決定する際に幾分有用である可
能性があるが、これらのシステムにはある欠点がある。
たとえば、識別および感受性試験を実行しているとき、
試験トレイが、制御された温度で拡張された期間に渡っ
てインキュベートされる。所定の時間間隔で、試験トレ
イのウェルが個別に変色または他の試験基準の指示につ
いて検査される。しかし、この処理は、技術者により手
動で実行されたとき、長く単調なものになる可能性があ
る。加えて、識別および感受性試験トレイについてのイ
ンキュベーション時間が異なる可能性があり、あるい
は、試験結果を試験トレイから読み取るための最適な時
間が、あらかじめ分からない可能性がある。したがっ
て、技術者は典型的には、試験片の結果を、時には大き
く間隔のあいた、幾つかの異なる回数で読み取り、記録
する必要がある可能性があり、これが帰属または相関の
誤りを引き起こす可能性がある。
【0006】自動化システムが、これらの試験を実行す
る際に技術者の処理時間を最小化し、ならびに、人的誤
りの可能性を最小化するために望ましい。加えて、自動
化システムは、一般に結果を手動の方法より高速かつ正
確に得ることができるので、好ましい可能性がある。1
つの知られている微生物サンプルの自動インキュベーシ
ョンおよび読取りのための微生物試験装置は、試験され
るサンプルまたは薬品を含む複数のウェルを有する複数
の試験トレイを使用する。トレイは最初にインキュベー
タに入れられ、次いで、十分なインキュベーション期間
の後に検査場所へ移動される。検査場所では、光源がト
レイの上に配置され、1組のビデオカメラがトレイの下
に配置される。各ビデオカメラが、トレイ全体のビデオ
画像を撮り、トレイ全体のビデオ画像信号が画像プロセ
ッサへ送信されて分析される。
【0007】画像プロセッサは、検査場所全体ににわた
る均一の光照射を要求する。したがって、プロセッサ
が、トレイの各ウェルに対応する関心領域内の各画素の
バックグラウンド光のレベルを記録して、光源の変動を
評価する。画像プロセッサがトレイのビデオ画像を処理
し、特定のウェルについて、強度がその関心領域の所定
のしきい値を越える画素数を決定する。画素数が所定数
を越えた場合、肯定的な結果がそのウェルに割り当てら
れる。画像プロセッサが、バイナリーの部分結果をウェ
ルから分析して、微生物の可能な識別を決定する。バイ
ナリーの部分結果が、事前記録された各タイプの試験ト
レイについての結果のパターンと比較されて、問題のサ
ンプルが識別される。
【0008】反応剤と、検出、感受性および識別試験の
ためのサンプルとの相互作用の結果生じる蛍光放射反応
の存在を検出するための微生物試験装置も知られてい
る。この装置では、複数の試験室を有する多数のトレイ
が、カルーセル内に含まれる。このカルーセルが回転さ
れて、トレイの1つを検出領域に接近させるように移動
する。次いで、位置決め機構が高速にこのトレイをカル
ーセルから出して検出領域へ移動させ、高エネルギーの
光源がトレイのもっとも近くに配置される。光源が、試
験室内の反応から放射蛍光を生じるために十分な狭帯域
の光を提供し、これは、次に、光源の反対側かつ位置決
めされたトレイの後ろに配置されたビデオ機構によって
検出される。ビデオ機構は、放射波長に基づいて画像を
生成する。
【0009】細菌を識別するための別の試験システムが
知られており、これは、複数のセルを有する培養皿に配
置された試験片から反射された単色光の強度に基づいた
信号を使用する。6個の干渉フィルタを含む回転ディス
クが、ランプと一群の光ファイバの間に挿入される。ラ
ンプからの光が特定の干渉フィルタを通過して、ある波
長の単色光を生成する。フィルタリングされた単色光
が、光ファイバによってガイドされて、培養皿の各セル
上に入射する。ディスクは、6個の異なる波長の単色光
がセル上に順次に入射されるように回転される。試験片
から反射された光が、追加の光ファイバによって対応す
るフォトトランジスタへガイドされる。信号が各試験片
について、反射された単色光の強度に基づいて導出され
る。次いで、これらの信号が分析されて、信号の間の差
分または比率を計算すること、および、結果を参照値と
比較することによって、試験片の識別が決定される。
【0010】上述のシステムは幾分有用である可能性が
あるが、各システムは、完全に自動化された微生物試験
システムのすべての要件を満たしていない。特に、知ら
れているシステムは、より正確な試験結果を得るために
必要とされる比色分析タイプと蛍光分析タイプの試験を
多重ウェル試験パネル上で同時に実行することができな
い。さらに、これらのシステムは一般に、連続的に試験
データを複数の多重ウェル試験パネルから、高速かつ信
頼性のある方法で収集するように設計されていない。さ
らに、これらのシステムの自動化処理は制限されてい
る。
【0011】加えて、知られているシステムは、サンプ
ルの成長の多数の指標を検査せず、次いで、MIC計算
をこれらの多数の成長指標に基づかせる。多数の成長指
標からのデータの使用は、結果の精度および統合性を向
上させるために望ましい。さらに、知られているシステ
ムは、問題のあるMIC結果をふるい分ける方法を使用
することがない。特に、知られているシステムは、MI
C結果の品質および信頼性を評価して、MIC結果が正
しいと見なされる確実性のレベルを指示する確率または
信頼性の値を提供しない。
【0012】したがって、生物学的サンプルを分析して
抗菌性物質に対するサンプルの感受性を決定し、様々な
サンプルに関して抗菌性物質についてのMIC値を提供
するための改良されたシステムおよび方法のための、シ
ステムおよび方法の必要性がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、生
物学的サンプルのようなサンプルを分析して、抗菌性物
質に対するサンプルの感受性を正確かつ効果的に決定す
るためのシステムおよび方法を提供することである。
【0014】本発明のもう1つの目的は、生物学的サン
プルの多数の成長の指標を測定し、次いでこれらの測定
値を使用して、様々な抗菌性物質に対するサンプルの感
受性を決定して、各サンプルおよび抗菌性物質について
のMIC値を提供するシステムおよび方法を提供するこ
とである。
【0015】本発明のさらなる目的は、各サンプルおよ
び抗菌性物質について計算されたMIC値を評価して、
MIC値が正しいと見なされる確実性のレベルを指示す
る確率または信頼性の値を提供するシステムおよび方法
を提供することである。
【0016】本発明のさらなる目的は、様々なタイプお
よび濃度の抗菌性物質をその中に有するサンプル試験パ
ネルのサンプルウェルに含まれた生物学的サンプルを光
学的に読み取り、これらの読取りに基づいて、サンプル
の複数の成長指標を測定するためのシステムおよび方法
であって、そのシステムおよび方法がサンプルの複数の
成長指標を使用して、各抗菌性物質がサンプルの成長を
抑制する各最低抑制濃度(MIC)を決定する、システ
ムおよび方法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらおよび他
の目的は、実質的には、少なくとも1つのサンプルウェ
ルに含まれたサンプルを、赤、緑および青のような、異
なる波長の複数の分析光波を、サンプルウェルに含まれ
たサンプル上に向けて送ること、および、サンプル上に
向けて送られている各分析光波についてサンプルから発
する各結果の光波を検出することによって分析するため
の、システムおよび方法を提供することによって達成さ
れる。次いで、このシステムおよび方法は、各結果の光
波を表す結果値を提供し、数学的に結果値を結合して、
それぞれサンプルの各成長特性を表す、サンプルの酸化
還元状態および濁度のような少なくとも2つの成長指標
値を提供する。この方法およびシステムは、向けて送る
ステップ、検出ステップおよび数学的結合ステップを、
サンプルウェルにおけるサンプル上で、複数の時間間隔
で実行して、実行された各数学的結合ステップが、1組
の成長指標値を各時間間隔について提供するようにする
ことができる。
【0018】この方法およびシステムは、上記ステップ
を、複数のサンプルウェル上で複数の時間間隔で実行し
て、各サンプルウェルについての各組の成長指標値を各
時間間隔で得ることができる。次いで、この方法および
システムはさらに、各サンプルウェルについての各組の
成長指標値におけるある成長指標値を数学的に結合し
て、MIC値のような各サンプルウェル特性値を、各サ
ンプルウェルについて提供することができる。次いで、
この方法およびシステムは、サンプルウェル特性値を複
数のグループにグループ化し、サンプルウェル特性値を
各グループのそれぞれにおいて互いに比較して、各グル
ープにおけるどのサンプルウェルにおいてサンプルの成
長が抑制されるかを決定することができる。
【0019】本発明のもう1つの側面は、複数のサンプ
ルウェルを含むサンプルコンテナに含まれたサンプルに
ついての少なくとも1つの最低抑制濃度(MIC)値を
決定するためのシステムおよび方法を提供することにあ
り、そのそれぞれが、サンプルの一部、および、サンプ
ルの成長に影響を与えるように適合された各物質を含
む。このシステムおよび方法は、複数の各時間間隔で各
サンプルウェルの各組の読取りを取り、各サンプルウェ
ルについての各組の値を前記各間隔で提供する。読取り
は、たとえば、赤、緑および青のような異なる波長の複
数の光波を、各サンプルウェルから前記各間隔で検出し
て、各サンプルウェルについての各組の値を各間隔で提
供することによって取られる。また、各組の値におい
て、一方の値がその各サンプルウェルの酸化還元状態を
表し、他方の値が、その各サンプルウェルの濁度値を表
す。
【0020】各サンプルウェルについて、このシステム
および方法は、各組の値を数学的に結合して、各サンプ
ルウェルについての各ウェル特性値を提供する。次い
で、このシステムおよび方法が、サンプルウェル特性値
を、各グループのサンプルウェルを表す複数のグループ
にグループ化し、各グループのそれぞれにおいてサンプ
ルウェル特性値を互いに比較して、各グループのサンプ
ルウェルについての各MIC値を決定する。
【0021】本発明のこれらおよび他の目的、利点およ
び新しい特徴は、以下の詳細な説明を、添付の図面と共
に読んだときに、より容易に理解されるであろう。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態に従
った、生物学的サンプルを分析して、様々なタイプおよ
び濃度の抗菌性物質に対するサンプルの感受性を識別す
るため、かつ、各抗生物質または抗菌性物質が各サンプ
ルの成長を抑制する最低抑制濃度(MIC)を計算する
ためのシステム100である。システム100は、格納
容器104を有する測定計器102を含み、これはカル
ーセルハウジング部106およびコントローラハウジン
グ部108に分かれる。システム100はさらに、パー
ソナルコンピュータ(PC)などのようなワークステー
ション110を含み、これがコントローラハウジング部
108に結合されて、たとえば、データをシステム10
0とやり取りするためにシステム100と通信する。
【0023】カルーセルハウジング部106は、ドア1
12およびラッチ機構114を含む。ラッチ機構114
は、ドア112を閉じた状態に維持することができ、ド
ア112を開いてカルーセルハウジング部106の内部
室115を露出できるように操作することができる。コ
ントローラハウジング部108は、表示パネル116、
キーボードパネル118、コンピュータ可読媒体ドライ
ブ120、およびバーコード読取り器122を含み、こ
れらの目的を以下でより詳細に記載する。
【0024】図2および図3に示すように、カルーセル
124はカルーセルハウジング部106の内部室115
に収容される。カルーセル124は複数のリングおよび
リブを含み、これらが駆動リング126へボトルで締め
られて、円筒形ケージを形成し、これが垂直に内部室1
15に取り付けられる。カルーセルハウジング部106
は隔離されて、実質的に均一温度のインキュベーション
環境を内部室115において提供し、そしてカルーセル
ハウジング部106は、通常動作では光を通さず、周囲
の光が内部室115に入ることを防止する。これについ
ては、同時係属の米国特許出願第09/083,130
号においてより詳細に記載されている。
【0025】この例では、カルーセル124が4個の水
平層を含むように構成され、各層は26個のパネル位置
を有し、したがって、合計で104個のパネル位置12
8を提供する。しかし、これらの層およびパネル位置1
28の数は、いかなる特定の応用例の要件にも対応する
ように変更することができ、これは当業者には理解され
よう。パネルキャリア130が、各パネル位置128に
取り付けられる。各パネルキャリア130は、試験パネ
ル132を受け取るように構成され、その一例を図4A
ないし図4Cに示す。
【0026】図4Aないし図4Cに示されるように、試
験パネル132は使い捨て可能な透過または半透明のデ
バイスであり、サンプルの識別(ID)および抗菌物質
感受性決定(AST)試験に必要とされた物質または試
薬を接種される。試験は、各ID/AST試験パネル1
32上の個々のウェル134に配置されたサンプルと試
薬の間で起こる反応に基づいて実行される。ウェル13
4が、ID/AST試験パネル132上に、行および列
を有する2次元配列として配列される。ウェル134
は、IDセクション136およびASTセクション13
8に分けられる。この例では、IDセクション136が
51個のウェル134を含み、ASTセクションが85
個のウェル134を含む。各試験パネル132がさらに
ベース140、シャシー142、ふた144、酢酸セル
ロースパッド146、接種部148、および、この試験
パネル132の完全な製造履歴を識別する情報を含むパ
ネルラベル(図示せず)を含む。システム100で使用
される試験パネル132のさらなる詳細は、上で参照し
た同時係属の米国特許出願第09/083,130号、
および、Livingstonの米国特許第5,92
2,593号に記載されており、これらの内容全体が参
照により本明細書に組み込まれる。
【0027】パネルキャリア130は、試験パネル13
2が不適当に取り付けられた状態で保持されないように
設計される。試験パネル132が4層のカルーセル12
4に取り付けられるとき、これらが実質的にウェル13
4の円形の行および垂直の列を形成するように配列され
る。つまり、カルーセル124のすべての4層において
ウェル134のすべての列が、実質的に、カルーセル1
24の高さ全体に沿って垂直方向に互いに整列されるべ
きであり、ウェル134のすべての行が実質的にカルー
セル124の円周全体に沿って互いに整列されるべきで
ある。この例では、カルーセル124の各層におけるパ
ネル位置128にゼロから25までの番号が付けられ、
パネル位置ゼロは正規化パネルのために予約され、した
がって操作員によって計器102の通常の操作中にアク
セス可能ではない。
【0028】カルーセルハウジング部106は駆動モジ
ュール150も含み、これがカルーセル124を時計周
りあるいは反時計周りに所望のように回転させるように
駆動し、さらに複数のベアリング152およびばね式ピ
ボット154を含み、これらがカルーセル124をカル
ーセルハウジング部106の内部室115に回転可能に
固定し、カルーセル124の回転を容易にする。カルー
セル124およびその関連付けられた構成要素、ならび
にパネルキャリア130および試験パネル132のさら
なる詳細は、上で参照した同時係属の米国特許出願第0
9/083,130号において記載されている。
【0029】図3および図5、および、図6の概略図に
示されるように、この例のカルーセルハウジング部10
6はさらに、可視光源組立体156および紫外線(U
V)光源組立体158を含む。可視光源組立体156
は、4つの可視光源モジュール156−1ないし156
−4、および支持タワー160を含み、紫外線光源組立
体158は、紫外線光源158−1および158−2を
含む。支持タワー160は、1つの可視光源モジュール
をカルーセル124の各層と共に位置合わせし、いかな
る所与の時間にも、カルーセル124の4層におけるI
D/AST試験パネル132のウェルの1つの列全体
を、可視光源モジュールによって照射できるようにす
る。
【0030】この例では、各可視光源モジュール156
−1ないし156−4が、それぞれ16個の発光ダイオ
ード(LED)の3つの並行した垂直列を含む。第1の
列は赤のLEDからなり、第2は緑のLED、第2は青
のLEDからなる。ホログラフィー拡散プレート162
が、カルーセル124に取り付けられたID/AST試
験パネル132に近接して配置される。ホログラフィー
拡散プレート162は、列に電圧が加えられるとき、各
列のLEDからの照射エネルギーを拡散する。各列のL
EDが可視光源モジュールに取り付けられて、拡散プレ
ート162からの固定された距離が維持される。円筒形
レンズ(図示せず)を使用して、各列のLEDからの照
射エネルギーをID/AST試験パネル132の垂直の
ウェル列上に集中させることができる。各列のLEDの
ための照射軸が、赤、緑および青の照射について一致す
るようにされる。したがって、各ウェル列が、どの列の
LEDに電圧が加えられるかに応じて、赤、緑または青
の照射のいずれかの均一の縞を見る。
【0031】さらに図3、図5および図6のように、光
学測定システム164がカルーセル124のほぼ中心内
に配置され、これにより、これが、可視光源組立体15
6の可視光源モジュールからの赤、緑または青の照射に
よる励起中に、ID/AST試験パネル132の各ウェ
ル134を通じて伝送された可視光を受信するように位
置合わせされる。類似の方法で、ウェル134における
サンプルが紫外線光源組立体158から放射された紫外
線光によって励起されるとき、可視蛍光放射がウェル1
34から検出される。当業者には理解されるように、励
起フィルタ166が、紫外線光源組立体158から放射
された光に存在する不必要なスペクトル成分をなくし、
放射フィルタ168が、光学測定システム164による
検出の前に出力信号に存在する可能性のある不必要なス
ペクトル成分をなくす。
【0032】この例では、光学測定システム164が複
数のCCD検出器モジュール170−1ないし170−
4、および対応するレンズ組立体172−1ないし17
2−4を含み、1つのCCD検出器モジュール170お
よび1つのレンズ組立体172が、カルーセル124の
各層における試験パネル132のウェル134から読取
りを受信するように位置合わせされる。したがって、カ
ルーセル124がこの例では4層を含むので、光学測定
システム164が、4つのCCD検出器モジュール17
0−1ないし170−4および4つの対応するレンズ組
立体172−1ないし172−4を含み、各検出器モジ
ュール/レンズ組立体の組が、実質的に垂直方向に整列
するように配置される。レンズ組立体172−1ないし
172−4が、カルーセル124のそれらの各層におけ
る試験パネル132の各パネルウェル列からの光を、対
応するCCD検出器モジュール170−1ないし170
−4のCCD配列上に集中させる。
【0033】各CCD検出器モジュール170は、たと
えば、2048画素の線形CCD配列を含むことができ
る。CCD検出器モジュール170のCCD配列は、ウ
ェル134が赤、緑および青のLEDによって照射され
るとき、カルーセル124の対応する層における試験パ
ネル132の各ウェル134を通じて伝送された光の強
度を検出し、測定する。ウェル134におけるサンプル
が紫外線光源組立体158から放射された紫外線光によ
って励起されるとき、可視蛍光が、同様に、CCD検出
器モジュール170のCCD配列によって検出される。
可視光源組立体156、紫外線光源組立体158、光学
測定システム164、およびそれらの関係する構成要素
の構造および動作のさらなる詳細については、上で参照
した同時係属の米国特許出願第09/083,130号
で見ることができる。
【0034】上で論じたように、図6は、上述の測定計
器102のさらなる構成要素を例示する例示的概略図で
ある。図のように、カルーセルハウジング部106およ
びコントローラハウジング部108が、たとえば、ハウ
ジング106の一部にすることができる仕切りパネル1
74によって分離される。紫外線光源158−1および
158−2は、ランプドライバ176によって駆動され
る。ランプドライバ176、可視光源モジュール156
−1ないし156−4、CCD検出器モジュール170
−1ないし170−4、紫外線光源冷却ファン178、
および光学測定システム冷却ファン180が、相互接続
ボード182に結合される。複数の状況指標ボード18
4、試験パネル132上のバーコードを読み取るバーコ
ード読取り器186、および、パネルフラグおよびホー
ムフラグ読取り器188も、相互接続ボード182に結
合される。状況指標ボード184、バーコード読取り器
186、および、パネルフラグおよびホームフラグ読取
り器188のさらなる詳細は、上で参照した同時係属の
米国特許出願第09/083,130号において見るこ
とができる。
【0035】相互接続ボード182が、コントローラハ
ウジング部108において存在するコントローラモジュ
ール191のI/Oインタフェースボード190に結合
される。以下で、および、上で参照した同時係属の米国
特許出願第09/083,130号においてより詳細に
記載されるように、制御モジュール191はコントロー
ラ192を含み、これが可視光源モジュール156−1
ないし156−4、CCD検出器モジュール170−1
ないし170−4、ランプドライバ176、および、ウ
ェル読取り処理の実行に関連付けられた他のすべての構
成要素を制御する。コントローラ192はさらに、イー
サネット(登録商標)194およびLCDドライバ19
6を含む。イーサネット194をネットワークポート1
98に結合して、たとえば、ワークステーション110
(図1を参照)においてデータを入出力することができ
る。LCDドライバ196が表示パネル116(図1を
参照)に結合されて、たとえば、ウェル読取りの結果が
表示され、さらに外部ビデオ接続197に結合される。
コントローラ192がコンピュータ可読媒体ドライブ1
20(図1を参照)に結合されて、たとえば、コンピュ
ータ可読ディスクにおいてデータが入出力される。
【0036】加えて、コントローラモジュール191が
コンピュータ可読媒体ドライブ120に結合されて、イ
ンバータ200を介して表示パネル116に、指標ボー
ド202を介してキーボードパネル118に、バーコー
ド読取り器121に、ATキーボード204に、そして
スピーカ206に結合される。コントローラモジュール
191がさらに、補助シリアルポート208、プリンタ
ポート210、遠隔警告ポート212および補助バーコ
ード読取り器ポート214に結合され、これらがネット
ワークポート198と共に、コネクタパネル216に収
容される。この例では、バーコード読取り器ポート21
4がバーコード読取り器122(図1を参照)に結合さ
れる。
【0037】コントローラモジュール191はまた、駆
動およびDC分配モジュール218および電力制御およ
び分配モジュール220にも結合される。周囲温度セン
サ222およびインキュベーション温度センサ224
が、内部室115内部の温度を感知し、温度を示す信号
をコントローラモジュール191のコントローラ192
へ供給する。さらに、上温度カットオフセンサ226
が、信号をコントローラ192へ、電力制御および分配
モジュール220を介して供給し、内部室115の温度
が最高温度に達したときを指示する。これに応答して、
コントローラ192がヒータ228を、電力制御および
分配モジュール220を介して制御し、ヒータ送風機2
30を、駆動および分配モジュール218を介して制御
して、内部室115の温度がさらに上昇することを防止
する。コントローラ192はさらに、ドアスイッチ23
2およびドアソレノイド234を、駆動および分配モジ
ュール218を介して制御して、ドア112のラッチ機
構114(図1および図2を参照)を制御して、ドア1
12を閉じた位置に維持するか、またはドア112を開
けることができるようにする。コントローラ192は、
駆動モジュール150も制御して、カルーセル124の
回転を以下で詳細に記載するように制御する。温度制御
動作およびカルーセル回転動作のさらなる詳細は、上で
参照した同時係属の米国特許出願第09/083,13
0号に記載されている。
【0038】図6でさらに示すように、コントローラハ
ウジング部108は、変換器236および冷却ファン2
48を含み、これらが電力制御および分配モジュール2
20に結合される。また、24V電源240、15V電
源242および5V電源244が、電力を駆動および分
配モジュール218および電力コントローラモジュール
220、ならびにランプドライバ176へ供給する。こ
れらの電源240、242および244は、交流入力電
源から電力を受け、これが電力制御および分配モジュー
ル220によって、フィルタ246およびシステム10
0の主要オン/オフスイッチ248を介して受け取られ
る。
【0039】システム100の動作を、以下で、図1な
いし図6、ならびに図7ないし図10の流れ図およびグ
ラフを参照して記載する。ステップ1000で、各試験
パネル132に、カルーセル124の各パネルキャリア
130に配置される前に、ブロースに懸濁させた(br
oth−suspended)各細菌(すなわち、サン
プル)が接種される。別々の接種物が手動で試験パネル
132の接種ポート148に追加され、試験パネル13
2のウェル134に流れることができるようにされ、こ
れについては、上で参照した同時係属の米国特許出願第
09/083,130号に記載されている。ただ1つの
タイプのサンプルが各試験パネル132に導入される。
上で論じたように、試験パネル132のウェル134
は、サンプルの成長に影響を及ぼす様々なタイプおよび
濃度の抗菌性物質を含み、さらにサンプル成長の存在ま
たは不在を示す指標を共に含む。また、各試験パネル1
32のウェル134の少なくとも1つが、成長対照ウェ
ルとして指定され、いかなる抗菌性物質も含まない。
【0040】次いで、ステップ1010で、接種された
試験パネル132が、カルーセル124の各パネルキャ
リア130に挿入される。操作員が、バーコードスキャ
ナ121またはバコードスキャナ122を使用して、各
試験パネル132のバーコードを、それが各パネルキャ
リア130に挿入されているときに走査して、したがっ
て、試験パネル132におけるサンプル、試験パネルウ
ェル134における抗菌性物質などに関係する情報を、
システム100に入力する。技術者が、カルーセル12
4において、試験パネル132が挿入される層レベルお
よび位置に関係する情報を、たとえばキーボード118
を介して入力することもできる。試験パネル132がカ
ルーセル124に装填された後、カルーセルハウジング
部106のドア112が閉じられ、ラッチにより閉じら
れる。ステップ1020で、コントローラ192がカル
ーセル124を制御して回転を開始させ、ヒータ228
およびヒータ送風機230を制御して、内部室115の
温度の上昇を開始させて、ウェル134におけるサンプ
ルをインキュベートする。この例では、操作員がカルー
セル124を、毎分1回転(RPM)で回転するように
設定することができる。しかし、回転速度は、適切なよ
うにいかなる値に設定することもできる。
【0041】所定量の時間、たとえば2時間が経過した
後、コントローラ192がシステム100を制御して、
試験パネル132のウェル134の測定値を取り始め、
これは、上で参照した同時係属の米国特許出願第09/
083,130号に記載された方法で行われる。この例
では、測定値が20分の間隔で取られる。また、以下の
記載から理解されるように、図7および8の流れ図にお
いて後に続くステップは、各パネル132について実行
され、処理が各パネル132について進行する様式は、
各パネル132について得られたウェル読取りの結果に
依存する。また、これらのステップにおいて記載された
動作が、コントローラ192よって制御される。
【0042】ステップ1030で、試験パネル132の
ウェル134の最初の読取りが、試験読取りとして取ら
れて、読取りが、サンプルが分析に対して有効であるこ
とを示す最初の基準にパスするかどうかが決定される。
ウェル読取りは、カルーセルが回転されているときに取
られる。コントローラ192が、読取りを取ることを開
始する前に、カルーセル124のホームフラグがホーム
フラグ検出器188によって検出されるまで待機して、
コントローラ192が、この読取りを、読取りが取られ
た正しいウェル134と合致させることができるように
保証する。
【0043】コントローラ192は最初に検出器モジュ
ール170−1ないし170−4を制御して、暗読取り
を実行する。この間は、紫外線光源158にも可視光源
156−1ないし156−4にも電圧が加えられない。
次いで、コントローラ192がランプドライバ176を
制御して、紫外線光源組立体158を駆動することがで
きる。この例では、コントローラ192が、カルーセル
124が2回転して紫外線光源組立体158の紫外線光
を温めることができるようになるまで待機し、光の強度
が安定できるようにし、次いで、検出器モジュール17
0−1ないし170−4を制御して、紫外線光読取り
を、カルーセル124の1回転全体について取る。次い
で、コントローラ192がランプドライバ176を制御
して、紫外線光源158の電源を切り、読取りを処理す
る。上で参照した同時係属の米国特許出願第09/08
3,130号で論じられたように、コントローラ192
は紫外線読取りを使用して、試験パネル132のサンプ
ルウェル134におけるサンプルのタイプを識別する。
【0044】上の読取りが取られた後、次いで可視光読
取りが取られる。次いで、コントローラ192が、可視
光読取りが取られている間、カルーセル124の回転速
度を制御して等速度のままにすることができ、あるい
は、カルーセル124の回転速度を、たとえば2RPM
または他のいかなる適した回転速度に加速することがで
きる。一例では、回転速度が2RPMに加速され、可視
光源組立体156の赤のLED(図3、図5および図6
を参照)が活動化される。カルーセル124を1回転だ
け回転させて赤のLEDを温め、光の強度を安定させる
ことができ、次いで、カルーセル124が第2回転を回
転する間、ウェル134の「赤」の読取りを、検出器モ
ジュール170−1ないし170−4によって取ること
ができる。
【0045】赤の読取りが取られた後、赤のLEDがオ
フにされ、可視光156の緑のLEDに電圧を加えるこ
とができる。赤のLEDの場合のように、カルーセル1
24を1回転だけ回転させて緑のLEDを温め、光の強
度を安定させることができる。次いで、カルーセル12
4がもう1回転を回転する間、ウェル134の「緑」の
読取りを、検出器モジュール170−1ないし170−
4によって取ることができる。緑の読取りが取られた
後、緑のLEDがオフにされる。この例では、次いで、
カルーセル124の回転速度が1RPMに減速され、可
視光源組立体156の青のLEDに電圧が加えられる。
カルーセル124が1回転だけ回転することができ、そ
の間に青のLEDが温まり、光の強度を安定させること
ができる。次いで、カルーセル124の次の回転中に、
ウェル134の「青」の読取りが、検出器モジュール1
70−1ないし170−4によって取られる。
【0046】次いで、各試験パネル132の各ウェル1
34について取られた赤、緑および青の読取りが、コン
トローラ192によってメモリに格納され、各ウェル1
34が特定の時間間隔についての特定の赤、緑および青
の読取りを有するようにする。次いで、処理がステップ
1040へ進行し、各ウェル134についての読取りが
評価されて、ウェル134上で取られるさらなる読取り
が有効であるかどうかが決定される。
【0047】ステップ1040で、各ウェル134で取
られた赤の読取りが評価されて、ウェルが正しく満たさ
れているかどうかが決定される。読取りは、強度レベル
「0」から強度レベル「4200」までの範囲に及ぶこ
とができ、ここで、特定の色(たとえば、赤)につい
て、0はゼロの強度であり、4200は最大強度の読取
りである。この例では、ステップ1040で、処理が、
2200を越える赤の読取りを有するウェル134を識
別する。このような赤の読取りを有するウェル134で
は、処理がステップ1050へ進行し、これらのウェル
134が不合格になるか、または、言い換えれば、シス
テム100がこれらのウェル134からのさらなる読取
りをすべて無効であると識別する。したがって、これら
のウェル134のさらなる読取りが取られず、あるい
は、取られるいかなる読取りも無視される。
【0048】さらに、ウェル134が成長対照ウェルと
して識別されており、2200を越える赤の読取りを有
した場合、試験パネル132で対照ウェルが存在する側
全体が不合格にされる。また、このウェルが特定の抗菌
性物質を含む場合、システム100によって、不合格に
されたウェルを含む特定の試験パネル132についての
抗菌性物質について、結果が報告されない。
【0049】ステップ1040で赤のウェル読取りが評
価され、ステップ1050で適切なウェル134が不合
格にされると、処理がステップ1060へ進行し、パネ
ル指標決定が行われる。具体的には、このステップで、
各試験パネル132についての成長対照ウェルとして識
別されたウェル134が評価されて、それらの各試験パ
ネル132の対照ウェル134におけるサンプルに存在
する成長指標の最初の状況が、これらの試験パネル13
2を評価するために受け入れ可能であるかどうかが決定
される。この例では、各対照ウェルについての各赤の読
取りの値が、各対照ウェルについての各緑の読取りの値
で除算される。除算の結果が0.3692未満または
0.6464より大きい場合、コントローラ192は、
成長指標の最初の状況が、この結果を提供する対照ウェ
ルを含む試験パネル132について受け入れ不可能であ
ると決定する。したがって、その特定の試験パネル13
2についてのウェル測定によって得られた結果はいずれ
も報告されない。上で述べたように、ステップ1060
が各試験パネル132について実行される。
【0050】次いで、処理がステップ1070へ進行
し、コントローラ192がカルーセル124を回転させ
続け、したがって、カルーセルハウジング部106がウ
ェル134におけるサンプルをインキュベートし続け
る。処理がステップ1080へ進行し、システム100
がウェルの赤、緑および青の読取りを、上でステップ1
030に関して記載した方法と同様の方法で、かつ、上
で参照した同時係属の米国特許出願第09/083,1
30号において記載されたように取る。次いで、処理が
ステップ1090へ進行し、コントローラ192が、最
低量のインキュベーション時間が経過したかどうかを決
定する。ウェル134の読取りの分析が開始されて、M
IC値を決定することができる最低インキュベーション
時間は、この例では2時間である。最低インキュベーシ
ョン時間が経過していなかった場合、処理がステップ1
070へ戻り、インキュベーションが継続される。しか
し、適切な量のインキュベーション時間が経過すれば、
処理がステップ1100へ進行し、コントローラ192
が酸化還元状態および濁度の値を各ウェルについて計算
する。
【0051】この例では、システム100が、成長、酸
化還元および濁度の2つの指標を使用して、ウェル13
4における抗菌性物質に対するサンプルの感受性を評価
する。酸化還元および濁度の値が、各パネルにおける各
ウェル134について、各ウェルで取られた赤、緑およ
び青の読取りに基づいて、上で論じたように20分の時
間間隔で計算される。同時非線型アルゴリズムモデル
が、実験的に得られた酸化還元および濁度読取りから開
発され、このアルゴリズムをコントローラ192が使用
して、各ウェル132における酸化還元状態および微生
物密度(濁度)を予見する。コントローラ192は、各
ウェル132について計算された酸化還元状態および濁
度の値を、インキュベーション時間に関してグラフ形式
に整理することができる。単一のウェル132について
のE.coliについて計算された酸化還元および濁度
の成長曲線の一例を、図9に示す。
【0052】上で述べたように、ウェル132における
サンプルの酸化還元状態は、レザズリンのような、ウェ
ル132における抗菌性物質による成長指標の還元の結
果として経時的に起こる、赤、緑および青の読取りの変
化を利用することによって測定される。レザズリンが還
元されるにつれて、ウェル132におけるサンプルの色
が青から赤へ、透明へと変化する。この酸化還元におけ
る変化が数値的に連続体として表され、値「0」は、還
元されなかった成長指標(青=レザズリン)を示し、値
「0.5」は、指標が50%還元されたこと(赤=レゾ
ルフィン)を示し、値「1.0」は、指標が完全に還元
されたこと(透明=ジヒドロレゾルフィン)を示す。
【0053】濁度も、赤、緑および青の読取りを、酸化
還元計算と同様の式において使用することによって推定
される。最初の信号が値「0」を有し、最大2.25の
単位を推定することができる。濁度の単位は、マクファ
ーランド単位(1マクファーランド=3×10cfu
/ml)に対応する。
【0054】実際の赤、緑および青の読取りを使用し
て、酸化還元および濁度の値を計算する方法の一例を、
以下で実証する。この例では、サンプルウェルから最初
の20分の間隔で取られた赤、緑および青の読取りが、
赤=873、緑=956および青=2705である。次
いで、処理が、1列4行の入力行列を、以下の表1のよ
うに生成する。
【0055】表1:入力行列の値 1.0000 2705.0000 0.3227 0.3534
【0056】入力行列の1行目に常に値1.0000が
入ることに留意されたい。値2705.0000は青の
読取りに等しく、値0.3227は、赤の読取りを青の
読取りで除算すること(すなわち、赤/青)によって計
算され、値0.3534が、緑の読取りを青の読取りで
除算すること(すなわち、緑/青)によって計算され
る。この例では、青の読取りが、インキュベーションに
おいて36分が経過するまで開始値の2705に強制さ
れることにも留意されたい。36分の後のすべてのポイ
ントが、この値で乗算される(2705/(青の信号@
36分の前の最後のポイント))。次いで、結果が55
8と4474の制限に強制される。さらに、赤/青の値
が最小値0.2012329および最大値1.8936
959に強制され、緑/青の値が最小値0.30916
55および最大値1.3084112に強制される。
【0057】次いで、処理は、式「入力行列*酸化還元
入力重み行列」、および、以下で論じるような数の1列
5行の行列に達するための知られている行列乗算技術に
従って、1列4行の入力行列を、4列5行の酸化還元入
力重み行列で乗算する。酸化還元入力重み行列における
20個の値が計算され、過去の経験的データおよび観察
に基づいてコントローラ192にプログラムされ、すべ
ての読取りについてすべての時間間隔で一定のままにな
る。酸化還元入力重み行列の値の一例を、以下の表2に
示す。
【0058】
【表1】
【0059】上の式「入力行列*酸化還元入力重み行
列」に従って計算された中間行列の値を、以下の表3に
示す。
【0060】表3:中間行列の値 1.9049 −0.8571 14.4824 2.3143 61.4414
【0061】中間行列のこれらの値、ならびに入力行列
の値を使用して、1列9行の出力行列が作成される。具
体的には、出力行列の1行目に値1.0000が入り、
出力行列の2行目ないし6行目が、上の入力行列の各値
の真数を、それぞれ以下の式に従って取ることによって
計算される。
【0062】真数の値=e/(1+e) ただし、xは行列からの各値である。出力行列の7行目
ないし9行目には、入力行列の2行目ないし4行目の値
が満たされる。したがって、出力行列の値は、以下の表
4のように示される。
【0063】表4:出力行列の値 1.0000 0.8704 0.2980 1.0000 0.9101 1.0000 2705.0000 0.3227 0.3534
【0064】次いで、以下の式および知られている行列
乗算技術に従って、酸化還元の値が、1列9行の出力行
列を、9列1行の酸化還元出力重み行列で乗算すること
によって計算される。
【0065】酸化還元の値=出力行列*出力重み行列 この例では、酸化還元出力重み行列の値を、以下の表5
に示す。
【0066】
【表2】
【0067】酸化還元入力重み行列の値のように、酸化
還元出力重み行列の値が計算され、過去の経験的データ
および観察に基づいてコントローラ192にプログラム
され、すべての読取りについてすべての時間間隔で一定
のままになる。したがって、酸化還元の値が0.238
43516と計算される。次いで、この値が、図9のよ
うにグラフにプロットされる。
【0068】これらの赤、緑および青の読取りに基づい
た濁度の値が、類似の方法で計算される。つまり、次い
で処理が、1列4行の入力行列を以下の表6のように生
成する。
【0069】表6:入力行列の値 1.0000 2705.0000 0.3227 0.3534
【0070】酸化還元計算についての入力行列の値のよ
うに、濁度計算についての入力行列の値は、実際の赤、
緑および青の読取りに基づく。入力行列の1行目には、
常に値1.0000が入る。値2705.0000は青
の読取りに等しく、値0.3227は、赤の読取りを青
の読取りで除算すること(すなわち、赤/青)によって
計算され、値0.3534は、緑の読取りを青の読取り
で除算すること(すなわち、緑/青)によって計算され
る。この例では、青の読取りが、インキュベーションに
おいて36分が経過するまで開始値の2705に強制さ
れることにも留意されたい。36分の後のすべてのポイ
ントが、この値で乗算される(2705/(青の信号@
36分の前の最後のポイント))。次いで、結果が55
8と4474の制限に強制される。さらに、赤/青の値
が最小値0.2012329および最大値1.8936
959に強制され、緑/青の値が最小値0.30916
55および最大値1.3084112に強制される。
【0071】次いで、式「入力行列*濁度入力重み行
列」、および、以下で論じるような数の1列5行の行列
に達するための知られている行列乗算技術に従って、処
理が、1列4行の入力行列を、4列5行の濁度入力重み
行列で乗算する。濁度入力重み行列における20個の値
が計算され、過去の経験的データおよび観察に基づいて
コントローラ192にプログラムされ、すべての読取り
についてすべての時間間隔で一定のままになる。濁度入
力重み行列の値の一例を、以下の表7に示す。
【0072】
【表3】
【0073】上の式「入力行列*濁度入力重み行列」に
従って計算された中間行列の値を、以下の表8に示す。
【0074】表8:中間行列の値 2.8836 3.4041 7.6637 −13.0596 9.3329
【0075】中間行列のこれらの値、ならびに入力行列
の値を使用して、1列9行の出力行列が作成される。具
体的には、出力行列の1行目に値1.0000が入り、
出力行列の2行目ないし6行目が、上の入力行列の各値
の真数を、それぞれ以下の式に従って取ることによって
計算される。
【0076】真数の値=e/(1+e) ただし、xは行列からの各値である。出力行列の7行目
ないし9行目には、入力行列の2行目ないし4行目の値
が満たされる。したがって、出力行列の値が、以下の表
9のように示される。
【0077】表9:出力行列の値 1.0000 0.9470 0.9678 0.9995 0.0000 0.9999 2705.0000 0.3227 0.3534 次いで、濁度の値が、1列9行の出力行列を、9列1行
の濁度出力重み行列で乗算することによって計算され、
これは、以下の式および知られている行列乗算技術に従
って行う。
【0078】濁度の値=出力行列*出力重み行列 この例では、濁度出力重み行列の値を、以下の表10に
示す。
【0079】
【表4】
【0080】濁度入力重み行列の値と同じように、濁度
出力重み行列の値が計算され、過去の経験的データおよ
び観察に基づいてコントローラ192にプログラムさ
れ、すべての読取りについてすべての時間間隔で一定の
ままになる。したがって、濁度の値が0.004597
41と計算される。次いで、この値が、図9のようにグ
ラフにプロットされる。
【0081】酸化還元および濁度の値が、各ウェルにつ
いて各時間間隔(すなわち、この例では20分の時間間
隔)で取られた読取りに基づいて、各ウェルについて計
算され、これらの値が図9のようなグラフにプロットさ
れる。局所回帰アルゴリズム(LOESS)が、経過期
間に渡って各ウェル132について計算された酸化還元
および濁度の値についての時系列データを平滑化する。
この例のLOESSは、各局所回帰についてわずかに7
つの読取りのみを使用する。時点を評価するには、少な
くとも1つの読取りが、補間されている時点を通過する
ことが必要とされる。LOESSの式から、いかなる時
点のいかなる読取りをも推定することができる。補間さ
れたデータから、ウェルにおける成長を記述する一連の
測定基準が計算される。すべての測定基準が、これらの
平滑化かつ補間されたポイントから導出された時間また
は成長対照値に基づく。測定基準は、絶対値、一次導関
数(速度)、二次導関数(加速度)および積分(曲線下
の領域)のような、基本的関数から導出される。次い
で、測定基準を使用して、汎用加法モデル(GAM)に
よって、以下でより詳細に記載するように利用される一
連の変数が導出される。これらの変数は、成長対照に対
する様々な絶対値、最大値および割合である。以下の表
11に挙げたような、合計27個の変数をGAMで使用
することができる。
【0082】
【表5】
【0083】次いで、処理がステップ1110に進行
し、この間に、各試験パネル132における各成長対照
ウェルについて計算された酸化還元状態が分析される。
試験パネル132の成長対照ウェルについての最大酸化
還元値が、所望の値、この例では0.07を越えなかっ
た場合、処理がステップ1120へ進行する。ステップ
1120で、処理は、経過インキュベーション時間が、
ある所望の持続時間、この例では16時間に達したかど
うかを決定する。ステップ1120で、処理は16時間
のインキュベーション時間以下が経過したと決定した場
合、処理は、このパネル132についてステップ107
0に戻り、上に論じたように繰り返す。しかし、ステッ
プ1110で、処理が、16時間を越えるインキュベー
ション時間がこの特定のパネル132について経過した
と決定した場合、処理がステップ1130へ進行し、パ
ネル132が、接種中であるか、または、非反応性のサ
ンプルを含むとして不合格にされ、このパネルについて
の試験結果は報告されない。
【0084】ステップ1110で、処理が、試験パネル
132の成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が
0.07より大きいと決定した場合、処理が、このパネ
ル132についてステップ1140へ進行する。ステッ
プ1140で、処理が、このパネル132の成長対照ウ
ェルについての最大酸化還元状態が所定の値、この例で
は0.2より大きいかどうかを決定する。このパネル1
32の成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が
0.2より大きくない場合、処理が、このパネル132
についてステップ1150へ進行し、経過インキュベー
ション時間が所定の値、この例では16時間より長いか
どうかが決定される。経過インキュベーション時間が1
6時間以下であった場合、処理が、このパネル132に
ついてステップ1070に戻り、上に論じたように繰り
返す。しかし、ステップ1150で、処理が、経過イン
キュベーション時間が16時間を越えたと決定した場
合、処理がステップ1160へ進行し、試験パネル13
2が、不十分なサンプル成長を有するとして不合格にさ
れ、この試験パネル132についての結果は報告されな
い。
【0085】上で論じたステップ1140に関して、処
理が、試験パネル132についての成長対照ウェルにつ
いての最大酸化還元状態が実際に0.2より大きいと決
定した場合、処理がステップ1170へ進行し、処理
が、たとえば図9のようなインキュベーション時間に関
して、グラフの形式においてプロットされた、計算され
た酸化還元状態によって表現された曲線のタイプを評価
する。具体的には、パネル132の成長対照ウェルの最
大酸化還元の値に基づいて、処理は、成長対照ウェルに
ついての酸化還元の値を表す曲線が、サンプルが低速ま
たは高速成長サンプルであることを示すかどうかを決定
する。ステップ1170で、処理が、この曲線がクラス
「ゼロ」の曲線として分類されると決定した場合、サン
プルはまだ、低速または高速成長サンプルとして分類可
能ではない。これは、十分なインキュベーション時間
が、このサンプルについて経過していないからである。
したがって、処理が、このパネル132についてステッ
プ1070へ戻り、上に論じたように繰り返す。しか
し、ステップ1170で、処理が、曲線分離が「ゼロ」
以外であると決定した場合、処理がステップ1180へ
進行する。
【0086】ステップ1180で、処理が、酸化還元状
態を表す曲線がクラス「1」の曲線として分類できるか
どうかを決定する。そうであった場合、処理がステップ
1190へ進行し、コントローラ192が、適切なGA
Mを、試験パネル132における各ウェル134につい
て測定された酸化還元状態および濁度の値において実行
して、特定のサンプル、および、試験パネル132のウ
ェル134に含まれた抗菌性物質についてのMIC値を
決定する。
【0087】ステップ1200で、成長対照が指定され
たしきい値を上回れば、試験パネル132の各ウェル1
34についてのサンプル成長の確率が、適切なGAMに
従って計算される。GAMが、各抗生物質について、
種、MIC値および抵抗機構のスペクトルを評価するこ
とによって開発された。
【0088】GAMは、各抗生物質および幅広いカテゴ
リーの微生物について特異的である(グラム陽性/グラ
ム陰性)。各GAMが成長を予見するには、先に上の表
11において記載した27個の変数のうち約5個を必要
とするが、適切と見なされるだけの多数の変数を使用す
ることができる。GAMは、以下に示すような多項式を
使用して、モデルに含まれた各変数と、ウェルにおける
成長を予見することにおけるその変数の寄与の間の関係
を記述する。ウェル確率Pの計算は、単に、各変数お
よび切片項についての多項式関数の和である。
【0089】
【数1】
【0090】上の式における各多項式関数は、表11か
ら選択された各変数に関連付けられた関数を表す。たと
えば、f(x)は、特定の時間間隔での濁度曲線の
一次導関数についての関数を表すことができ、f(x
)は、その時間間隔での濁度曲線の二次導関数につい
ての関数を表すことができる、等々である。
【0091】図10は、変数とその予見の間の関係の一
例を示すグラフである。次いで、これらの確率を使用し
てMICを決定し、以下のように報告されたMICにつ
いての信頼値を計算する。
【0092】試験パネル132における各ウェル134
についての1組の成長確率がGAMによって導出された
後、ステップ1210で、可能な各MICについて確率
が計算される。このMIC確率は、GAMから得られた
値に関するウェル確率の積である。以下の例は、試験パ
ネル132におけるサンプルに関して、ある抗菌性物質
について、16μgのMICについての確率を得るため
の計算を示す。この例では、生の確率が0.525にな
る。試験パネル132の5個のウェル134が、この抗
菌性物質の異なる濃度を含み、これらの5個の各ウェル
についての酸化還元および濁度の結果がGAMによって
使用されて、MICが決定されることに留意されたい。
【0093】
【表6】
【0094】生の確率が得られた後、処理がステップ1
220へ進行し、もっとも可能性の高いMICについて
の信頼値が計算される。これは単に、以下の式に示すよ
うに、MIC値(k)の生の確率(P)をすべての有効
なMIC確率の和で割ったものである。
【0095】
【数2】
【0096】MICおよび関連付けられた信頼値が計算
されると、処理がステップ1230へ進行し、この情報
がしきい値に関して評価される。しきい値を越えた場
合、処理がステップ1240へ進行し、システム100
が、試験パネル132のウェル134のグループにおけ
る特定の抗菌性物質に関して、試験パネル132におけ
る特定のサンプルについてのMICを報告する。システ
ム100は、MICを、たとえば図1、図2および図6
の表示画面116上に報告することができ、プリンタ
(図示せず)を制御して印刷されたレポートを生成する
こともできる。
【0097】しかし、低い信頼値が得られた場合、処理
がステップ1250へ進行し、ある持続時間のインキュ
ベーションプロトコル(たとえば、16時間)が経過し
たかどうかが決定される。インキュベーションプロトコ
ルが経過していかなった場合、処理がステップ1070
へ戻り、試験パネル132がインキュベーションを継続
し、20分毎の読取りの後に上述の処理に従って再評価
される。他方では、最小しきい値がなお、インキュベー
ションプロトコルの終りで満たされていなかった場合、
処理がステップ1260へ進行し、この間に、システム
100はこの抗菌性物質についてのMICを報告しない
が、むしろ、ユーザが純度/実行可能性をチェックし、
試験を繰り返すことを示唆するメッセージを提供する。
【0098】MIC確率計算のより詳細な例を図11に
示した。これは、1μg、2μg、4μgおよび8μg
の抗生物質濃度をそれぞれ有する4個のウェルについて
の計算である。この例のように、1μgの抗生物質濃度
を有するウェルについての成長の確率は、上述の多項式
によって特定の時間間隔で取られた1組の読取りについ
て計算されたように、0.9である。2μg、4μgお
よび8μgを有するウェルについての成長の確率は、そ
れぞれ0.9、0.1および0.1である。次いで、5
個の異なる成長確率が図のように表に入力され、値
「0」が成長せずを表し、値「1」が成長を表す。つま
り、表の1行目のように、成長が起こらない条件(すな
わち、各ウェルについて「0」)が考慮され、MIC値
が最小濃度の1μg未満となることを意味する。2行目
は、成長が1μgのウェルにおいておこるが、他のウェ
ルではおこらない条件を例示し、3行目は、1μgのウ
ェルにおいても2μgのウェルにおいても成長が起こる
が、それ以上高い濃度のウェルにおいては起こらない条
件、等々、を示す。
【0099】次いで、4個の成長確率が各行について乗
算されて、表の右側の有効成長パターン値の確率に達す
る。表の最上部の0.9または0.1の確率が成長の確
率を表すので、これらの値が、成長せずの条件に対する
1から減算されて、乗算において使用される値が提供さ
れることに留意されたい。たとえば、1行目を考察する
と、1μgのウェル濃度についての成長の確率は、
「0.9」である。しかし、成長がこのウェルにおいて
起こらなかったので、乗算で使用される値は「0.1」
(すなわち、1−0.9)である。これは、2μgの濃
度のウェルについても当てはまる。また、成長が4μg
および8μgのウェルにおいて起こらなかったので、乗
算において使用されたこれらのウェルについての値はそ
れぞれ「0.9」(すなわち1−0.1)である。した
がって、乗算値は、0.1*0.1*0.9*0.9=
0.0081であり、これが、1行目のこの成長パター
ンが有効である確率である。
【0100】上の計算が各行について実行されて、表の
右側の1列目の値が提供される。加えて、「局所」の成
長パターン(すなわち、グラフにおける影付きのウェ
ル)の確率が乗算されて、有効局所成長パターンの確率
が提供される。この追加の計算を使用して、結果の精度
が向上される。図のように、「4」のMIC確率を有す
る行(3行目)がもっとも高い確率を提供する。
【0101】上に示したMIC信頼値の式を使用して、
0.729の最高局所成長パターン確率が、それ自体お
よび局所成長パターン確率の合計(すなわち、0.08
1+0.729+0.09)で除算されて、図のように
0.81のMIC確率に達する。次いで、この値が所定
のしきい値と比較される。この値が所定のしきい値を越
えた場合、システムが、このサンプルについて「4」の
MIC値を報告することができる。
【0102】0.25および0.50の抗生物質濃度を
有するウェルを考慮した、別の表の一例を図12に示
す。確率、MIC値およびMIC確率が、上に記載した
方法と同じ方法で計算される。
【0103】図8のステップ1240において結果を報
告する前に、処理は、同じMIC値が所望の数の連続的
な、たとえば3つの時間間隔について決定されるまで、
報告を遅延させることができることにも留意されたい。
つまり、異なる抗生物質濃度を有するウェルについての
酸化還元の値を示す図13のグラフから理解されるよう
に、より高い濃度のウェルにおける成長の起こりを遅延
させることができる。たとえば、1μgの抗生物質濃度
を有するウェルにおける成長を、0.5μgの抗生物質
濃度を有するウェルにおいて成長が起こった数時間後に
起こすことができる。したがって、この値が、所望の数
の連続的な間隔、または、ある数の連続的な間隔内の所
望の回数(たとえば、5個の連続的な間隔のうち3回)
について決定されるまで、MIC値を報告することを避
けることによって、結果の精度を高めることができる。
この遅延により、より低いMIC値が不注意により報告
される確率が低減される。
【0104】試験パネル132における各抗菌性物質に
ついてのMICをサンプルについて報告できるように、
図8のステップ1200ないし1260が、各タイプの
抗菌性物質を含む各グループのウェル134について適
切なように繰り返されることに留意されたい。
【0105】このとき、図8のステップ1180の説明
に戻ると、ステップ1180で、処理が、ウェル134
についての酸化還元の値を表す曲線がクラス「1」の曲
線でないと決定した場合、処理がステップ1270へ進
行し、パネル132の成長対照ウェルについての最大酸
化還元状態が、特定の値、この例では0.4以下である
かどうかを決定する。成長対照ウェルの酸化還元状態の
最大値が0.4未満でなかった場合、サンプルが低速成
長サンプルであると決定される。したがって、処理がス
テップ1280へ進行し、コントローラ192が、試験
パネルのウェル134についての酸化還元および濁度の
データを評価するために使用する適切なGAMを選択す
る。次いで、処理がステップ1210へ進行し、MIC
値が上述のように決定される。
【0106】しかし、ステップ1270で、処理が、パ
ネル132の成長対照ウェルについての最大酸化還元状
態が0.4以下であると決定した場合、処理がステップ
1290へ進行し、パネル132の経過インキュベーシ
ョン時間が所定の値、この例では8時間と比較される。
経過インキュベーション時間が8時間以下であった場
合、処理がステップ1070へ戻り、上述のように継続
する。しかし、処理が8時間を越えた場合、処理がステ
ップ1300へ進行し、コントローラ192が、試験パ
ネルのウェル134についての酸化還元および濁度のデ
ータを評価するために使用する適切なGAMを選択す
る。次いで、処理がステップ1210へ進行し、MIC
値が上述のように決定される。
【0107】先に述べたように、上述の処理が、図2お
よび図3のカルーセル124によって回転されている各
試験パネル132について実行される。すべての試験パ
ネル132が評価され、それぞれのサンプルに関係する
MIC値が報告された後、図6のコントローラ192が
ヒータ228およびヒータ送風機230を制御して、内
部室115の加熱を中断させる。コントローラ192は
カルーセル124も制御して回転を停止させ、ドア11
2のラッチを解く。次いで、技術者が試験パネル132
を除去し、望むなら、新たに一連の試験を、新しい試験
パネル132を使用して開始することができる。
【0108】本発明のただ1つの例示的実施形態を、上
で詳細に記載したが、本発明の例示的実施形態におい
て、本発明の新しい教示および利点から実質的に逸れる
ことなく多数の修正が可能であることは、当業者には容
易に理解されよう。このようなすべての修正は、以下の
特許請求の範囲において定義されたような本発明の範囲
内に含まれると意図されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による、サンプルを分析し
てそれらの抗菌物質感受性を決定するためのシステムを
例示する図である。
【図2】図1に示されるシステムのカルーセルハウジン
グ部を例示する図である。
【図3】図2に示されるカルーセルハウジング部の、格
納容器の最上部を除去した平面図である。
【図4】(A)は、図1に示されるシステムで使用され
た試験パネルの一例の斜視図であり、(B)は、図1に
示されるシステムで使用された試験パネルの一例の平面
図であり、(C)は、図1に示されるシステムで使用さ
れた試験パネルの一例の底面図である。
【図5】図1に示されるシステムのサンプルウェル読取
り構成要素の線図である。
【図6】図1に示されるシステムの機械的および電気的
構成要素の間の相互関係を例示する概略図である。
【図7】図1に示されるシステムによって実行される、
図4の(A)ないし(C)に示された試験パネルのサン
プルウェルに含まれたサンプルを分析するためのステッ
プを示す流れ図である。
【図8】図1に示されるシステムによって実行される、
図4の(A)ないし(C)に示された試験パネルのサン
プルウェルに含まれたサンプルを分析するためのステッ
プを示す流れ図である。
【図9】図1に示されるシステムによって計算されたよ
うな、試験パネルの1つのサンプルウェルに含まれたサ
ンプルについての酸化還元状態および濁度の値を例示す
るグラフである。
【図10】サンプルの成長の確率の変数およびその指標
の間の関係を例示するグラフであって、図1に示される
システムによって評価されてサンプルについてのMIC
値が導出される図である。
【図11】本発明の一実施形態により計算された、一例
のMIC値および確率を例示する表である。
【図12】本発明の一実施形態により計算された、別の
例のMIC値および確率を例示する表である。
【図13】経過インキュベーション時間に関して異なる
抗生物質濃度を有するウェルについての酸化還元値の間
の関係を例示するグラフである。
【符号の説明】
100 システム 102 測定計器 104 格納容器 106 カルーセルハウジング部 108 コントローラハウジング部 110 ワークステーション 112 ドア 114 ラッチ機構 115 内部室 116 表示パネル 118 キーボードパネル 120 コンピュータ可読媒体ドライブ 121、122 バーコード読取り器 124 カルーセル 132 試験パネル 134 ウェル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/48 G01N 33/48 N 33/483 33/483 C (71)出願人 595117091 1 BECTON DRIVE, FRA NKLIN LAKES, NEW JE RSEY 07417−1880, UNITED STATES OF AMERICA (72)発明者 ティモシー エム.ワイルズ アメリカ合衆国 21136 メリーランド州 レイスターズタウン セント ポール アベニュー 615 (72)発明者 デービッド ジェイ.ターナー アメリカ合衆国 21117 メリーランド州 オウイングス ミルズ オウイングス ハイツ サークル 9408 アパートメント 303 (72)発明者 マイケル エイ.オコンネル アメリカ合衆国 27707 ノースカロライ ナ州 ダーハム アーネット アベニュー 1307 (72)発明者 ジョバンニ パルミジャーニ アメリカ合衆国 21230 メリーランド州 ボルチモア イースト モンゴメリ ス トリート 229 (72)発明者 マーリス クライド アメリカ合衆国 27706 ノースカロライ ナ州 ダーハム パーキンズ ロード 2529 Fターム(参考) 2G043 AA03 BA16 CA03 DA02 EA01 FA01 FA03 FA06 HA01 JA03 KA02 KA03 LA03 NA06 2G045 AA37 BB20 BB50 CB21 FA26 FA27 FB04 GC30 HA09 HA11 HA16 JA01 2G054 AA08 AB10 BB13 CB10 CD03 EA01 EB01 FA01 FA32 FA36 GA02 GA03 GB03 JA01 JA04 JA05 JA07 JA10 4B029 AA07 BB01 CC01 FA02 FA03 FA04 FA12 4B063 QA01 QA06 QQ05 QR90 QS39 QX01 QX02 QX04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つのサンプルウェルに含ま
    れたサンプルを分析するための方法であって、 複数の異なる分析光波長を、前記サンプルウェルに含ま
    れた前記サンプル上に向けて送るステップと、 前記サンプル上に向けて送られた前記各分析光波長につ
    いての、前記サンプルから発する各結果の光波長を検出
    するステップと、 各結果の各々の光波長を表す結果値を生成するステップ
    と、 数学的に前記結果値を結合して、各々が前記サンプルの
    各成長特性を表す、少なくとも2つの成長指標値を提供
    するステップとを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記サンプルが、複数の前記サンプルウ
    ェルに含まれ、 前記の向けて送るステップ、検出するステップおよび結
    合するステップが、前記各サンプルウェルにおける前記
    サンプル上で、複数の各時間間隔で実行され、これによ
    り、前記各結合するステップが前記各サンプルウェルの
    各々についての各組の前記成長指標値を前記各間隔で提
    供することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記各サンプルウェルの各々についての
    前記各組の成長指標値におけるある前記値を数学的に結
    合して、前記各サンプルウェルについての各サンプルウ
    ェル特性値を提供し、任意選択的に、前記サンプルウェ
    ル特性値を複数のグループにグループ化するステップ
    と、 前記サンプルウェル特性値を、前記各グループのそれぞ
    れにおいて互いに比較して、前記各グループにおけるど
    のサンプルウェルにおいてサンプルの成長が抑制される
    かを決定するステップとをさらに含むことを特徴とす
    る、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 少なくとも1つのサンプルウェルに含ま
    れたサンプルを分析するように、サンプル分析システム
    を制御するための命令のコンピュータ可読媒体であっ
    て、 複数の異なる分析光波長を、前記サンプルウェルに含ま
    れた前記サンプル上に向けて送るように、前記システム
    を制御するように適合された第1の組の命令と、 前記サンプル上に向けて送られた前記各分析光波長につ
    いての、前記サンプルから発する各結果の光波長を検出
    し、各結果の光波長の各々を表す結果値を提供するよう
    に、前記システムを制御するように適合された第2の組
    の命令と、 数学的に前記結果値を結合して、各々が前記サンプルの
    各成長特性を表す、少なくとも2つの成長指標値を提供
    するように、前記システムを制御するように適合された
    第3の組の命令とを含むことを特徴とする、命令のコン
    ピュータ可読媒体。
  5. 【請求項5】 前記サンプルが、複数の前記サンプルウ
    ェルに含まれ、 前記第1、第2および第3の組の命令が、前記の向けて
    送る操作、検出する操作および結合する操作を、前記各
    サンプルウェルにおける前記サンプル上で、複数の各時
    間間隔で実行し、これにより前記各結合する操作が、前
    記各サンプルウェルの各々についての各組の前記成長指
    標値を前記各間隔で提供するように、前記システムを制
    御するように適合されることを特徴とする、請求項4に
    記載の命令のコンピュータ可読媒体。
  6. 【請求項6】 前記各サンプルウェルについての前記各
    組の成長指標値におけるある前記値を数学的に結合し
    て、前記各サンプルウェルについての各サンプルウェル
    特性値を提供するように、前記システムを制御するよう
    に適合された第4の組の命令と、任意選択的に、前記サ
    ンプルウェル特性値を複数のグループにグループ化する
    ように、前記システムを制御するように適合された第5
    の組の命令と、 前記サンプルウェル特性値を、前記各グループのそれぞ
    れにおいて互いに比較して、前記各グループにおけるど
    のサンプルウェルにおいてサンプルの成長が抑制される
    かを決定するように、前記システムを制御するように適
    合された第6の組の命令とをさらに含むことを特徴とす
    る、請求項5に記載の命令のコンピュータ可読媒体。
  7. 【請求項7】 サンプルコンテナに含まれたサンプルに
    ついての少なくとも1つの最低抑制濃度(MIC)値を
    決定する方法であって、前記サンプルコンテナは複数の
    サンプルウェルを含み、それぞれが、前記サンプルの一
    部、および、前記サンプルの成長に影響を与えるように
    適合された各物質を含み、前記方法が、 各サンプルウェルの各々の各組の読取りを複数の各時間
    間隔で取り、各サンプルウェルの各々についての各組の
    値を前記各間隔で提供するステップと、 前記各サンプルウェル各々について、前記各組の値を数
    学的に結合して、前記各サンプルウェルについての各ウ
    ェル特性値を提供するステップと、 前記サンプルウェル特性値を、各グループの前記サンプ
    ルウェルを表す複数のグループにグループ化するステッ
    プと、 前記各グループのそれぞれにおいて前記サンプルウェル
    特性値を互いに比較して、前記各グループのサンプルウ
    ェルの各々についての各MIC値を決定するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  8. 【請求項8】 前記読取りを取るステップが、複数の光
    波長を前記各サンプルウェルから前記各間隔で検出し
    て、各サンプルウェルの各々についての前記各組の値を
    前記各間隔で提供することを特徴とする、請求項7に記
    載の方法。
  9. 【請求項9】 サンプルコンテナに含まれたサンプルに
    ついての少なくとも1つの最低抑制濃度(MIC)値を
    決定するように、サンプル分析システムを制御するため
    の命令のコンピュータ可読媒体であって、前記サンプル
    コンテナは複数のサンプルウェルを含み、それぞれが、
    前記サンプルの一部、および、前記サンプルの成長に影
    響を与えるように適合された各物質を含み、前記命令の
    コンピュータ可読媒体が、 各サンプルウェルの各々の各組の読取りを複数の各時間
    間隔で取り、各サンプルウェルの各々についての各組の
    値を前記各間隔で提供するように、前記システムを制御
    するように適合された第1の組の命令と、 前記各サンプルウェルについて、前記各組の値を数学的
    に結合して、前記各サンプルウェルについての各ウェル
    特性値を提供するように、前記システムを制御するよう
    に適合された第2の組の命令と、 前記サンプルウェル特性値を、各グループの前記サンプ
    ルウェルを表す複数のグループにグループ化するよう
    に、前記システムを制御するように適合された第3の組
    の命令と、 前記各グループのそれぞれにおいて前記サンプルウェル
    特性値を互いに比較して、前記各グループのサンプルウ
    ェルについての各MIC値を決定するように、前記シス
    テムを制御するように適合された第4の組の命令とを含
    むことを特徴とする、命令のコンピュータ可読媒体。
  10. 【請求項10】 前記第1の組の命令が、複数の異なる
    光波長を前記各サンプルウェルから前記各間隔で検出し
    て、各サンプルウェルの各々についての前記各組の値を
    前記各間隔で提供するように、前記システムを制御する
    ことを特徴とする、請求項9に記載の命令のコンピュー
    タ可読媒体。
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