JP2020534847A - 抗生物質感受性の自動評価のための方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年9月28日に出願された米国仮特許出願第62/564,727号の出願日の利益を主張し、その開示内容は、引用することにより本明細書の一部をなす。
206では、寒天培地を含むような培養プレートをASTのために準備する。培養プレート又は他の適切な容器を準備し、生体サンプル(例えば、細菌)を接種する。培養プレートは、様々な角度から照明を当てて容器内の生体サンプル及び抗生物質ディスクを観察することができるように光学的に透明な容器であり得る。接種は、細菌を培地に均一に塗布する所定のパターン又はプロセスに従うことができる。プレートに接種する自動方法が当業者に既知である。206では、1つ以上の抗生物質サンプル、例えばディスク等の形状の抗生物質ウエハを培地に適用する。
撮像後に、取り込んだデジタル画像(複数の場合もある)からの情報に基づいてASTプレートを分析する。デジタル画像の解析は、画像(複数の場合もある)に含まれるピクセル情報の解析を含む場合もある。場合によっては、ピクセル情報をピクセル単位で分析することができる。他の例では、ピクセル情報をブロック単位で分析することができる。また更なる例では、ピクセルの全領域に基づいてピクセルを分析することができ、領域内の個々のピクセルのピクセル情報は、個々のピクセルの情報を組み合わせるか、サンプルピクセルを選択するか、又は下記で更に詳細に説明される統計的ヒストグラム操作等の他の統計的方法を用いることによって得ることができる。本開示では、「ピクセル」に適用されると記載される操作は、同様にピクセルのブロック又は他の分類に適用することができ、「ピクセル」という用語は、本明細書でかかる適用を含むことを意図する。
*増殖特性(1つ以上の抗生物質によって誘導される増殖調節が見られない場合)
*所与の抗生物質によって誘導される増殖調節の細かい解釈
*種々の感受性/耐性亜集団又は混合生物の場合の微生物集団の不均一性
*2つ以上の抗生物質の相乗効果による複雑な耐性/感受性パターン。
本技術の幾つかのバージョンでは、較正拡散マップとみなすことができる既に論考した距離マップ等の増殖モデル化データは、抗生物質濃度、試験/拡散時間及び選択される細菌に基づき得る。増殖モデルのためのかかるマップを開発する際に、増殖調節は、1つ1つのディスクまでの距離の関数としての寒天プレート上のピクセル位置に応じた「検知」濃度の関数として測定することができる(細菌増殖のエッジ及び無増殖の位置)。
kは次元(通例、1.0〜3.0)であり、2.0近くであることが多い。
上述のプロセスでは、プレートのディスクに関して増殖が存在するかの決定を画像の比較(時点t0での観察対時点txでの観察及び/又は観察対模擬)により実行し、その間のコントラストを決定することができる。この点で、時間とともにASTプレート上の細菌が増殖する。細菌をプレート内に置いてからの時間が早い程、そこで検出される細菌が少なく、結果としてバックグラウンドに対するコントラストが低下する。別の言い方をすると、より小さなコロニーサイズがより小さなシグナルを生じ、一定のバックグラウンドに対してより小さなシグナルがより小さなコントラストをもたらす。これは、以下の式に反映される:
Claims (25)
- プロセッサにおける抗生物質感受性試験の方法であって、
生体サンプルを接種した培養プレートを準備することであって、該培養プレートが培養培地とその上に配置された少なくとも1つの抗生物質ディスクとを有することと、
イメージセンサによって生成した前記培養プレートの第1及び第2の画像データを受信することであって、該第1の画像データ及び第2の画像データがそれぞれ、複数の抗生物質ディスクを上に有する前記培養プレートの第1及び第2の取り込み画像を表し、該第1及び第2の取り込み画像が別々の時点で撮影されることと、
前記第1の画像データと前記第2の画像データとの比較から該第2の画像データのピクセルについてのピクセル特性データを生成することであって、該ピクセル特性データが前記培養プレート上での経時的な微生物増殖を示すことと、
微生物増殖についての増殖モデル化データにアクセスすることであって、
該増殖モデル化データが培養培地、微生物、抗生物質、前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つの抗生物質ディスク上及び前記培養培地中の抗生物質濃度、の組合せに対して微生物増殖をモデル化し、
前記培養培地中の抗生物質濃度が前記抗生物質ディスク上の抗生物質濃度、時間及び該抗生物質ディスクからの距離の関数であることと、
増殖モデル関数によって模擬画像データを生成することであって、
該増殖モデル関数が前記増殖モデル化データを用い、
該模擬画像データが、前記培養培地上に配置された前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つの抗生物質ディスク、該少なくとも1つの抗生物質ディスク上の抗生物質濃度、前記培養培地、並びに時間及び該抗生物質ディスクからの距離の関数としての前記培養培地中の抗生物質濃度、に基づき、前記接種された培養プレート上での微生物増殖を模擬することと、
前記模擬画像データと前記ピクセル特性データとを比較するとともに、該模擬画像データの1つ以上のピクセル領域とは異なる前記第2の画像データの1つ以上のピクセル領域を特定することと、
を含む、方法。 - 前記生成したピクセル特性データがコントラストデータを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コントラストデータがピクセル強度値を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記コントラストデータが不透明度データ、色データ及びぶれデータの1つ以上を更に含む、請求項2又は3に記載の方法。
- 前記ピクセル特性データが距離データを含み、該距離データが前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つまでの距離を表す、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記距離データが前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つの中心までの距離を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記増殖モデル関数が最大増殖モデル、最小増殖モデル、平均増殖モデル、中央増殖モデル又はパーセンタイル増殖モデルを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記増殖モデル関数がコントラストデータを前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つの抗生物質ディスクからのラジアル距離の関数として特性決定する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記増殖モデル関数が拡散マップを含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の画像データ又は第2の画像データにおいて、前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つの抗生物質ディスクの抗生物質ディスク画像データを検出することと、
指標データが検出されるように前記抗生物質ディスク画像データを分析することと、
を更に含み、前記増殖モデル化データにアクセスする工程が前記指標データを用いて前記増殖モデル化データを位置付けることを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。 - 前記増殖モデル化データが前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つの抗生物質ディスクの抗生物質負荷についての濃度情報を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記増殖モデル関数が、前記第2の画像データの取込み時の前記培養プレート上での微生物増殖の経過時間を表す増殖時間パラメータを用いる、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記増殖モデル関数が拡散係数パラメータを用いる、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記増殖モデル関数が次元パラメータを用いる、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記生成した模擬画像データが、前記培養プレート上の前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つの抗生物質ディスクの位置に対応する無増殖帯を表す第1の画像ピクセルと、無増殖帯から放射状に広がり、前記位置からラジアル距離の点で始まる増殖帯を表す第2の画像ピクセルとを有するイメージマスクを含み、前記ラジアル距離が前記増殖モデル関数から決定され、前記ラジアル距離が前記少なくとも1つの抗生物質ディスクの推定阻止帯限界を表す、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記模擬画像データと前記ピクセル特性データとの比較が、差分画像データが生成されるように前記イメージマスクと前記ピクセル特性データとを対比させることを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第2の画像データの領域を前記差分画像データに基づいて評価することを更に含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の画像データが増殖前参照となる、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記培養プレートの前記第1及び第2の取り込み画像を取り込むように前記イメージセンサを制御することを更に含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コントラストデータが時間的コントラストデータ及び空間的コントラストデータを含む、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 閾値時間的コントラスト値を前記抗生物質ディスクによってもたらされる微生物増殖の調節の指標として設定することと、
前記第1の画像データ中の1つ以上のピクセルと前記第2の画像データ中の1つ以上のピクセルとの間の測定された時間的コントラストが前記閾値時間的コントラスト値を超える場合に、前記第2の取り込み画像を微生物増殖の評価に使用することができるという指標をユーザーに示すこと、又は、
前記第1の画像データ中の1つ以上のピクセルと前記第2の画像データ中の1つ以上のピクセルとの間の前記測定された時間的コントラストが前記閾値時間的コントラスト値を超えない場合、前記第2の取り込み画像を微生物増殖の評価に使用することができないという指標をユーザーに示すことと、
を更に含む、請求項20に記載の方法。 - 前記第2の画像データを微生物増殖の評価に使用することができないという指標に応答して、
i)前記第2の取り込み画像を得た後に追加の一定時間にわたって前記培養プレートを更にインキュベートすること、
前記追加の一定時間が経過した後に、前記イメージセンサによって生成した前記培養プレートの第3の画像データを受信することであって、該第3の画像データが前記複数の抗生物質ディスクを含む前記培養プレートの第3の取り込み画像を表すこと、
前記第2の画像データと前記第3の画像データとの比較から該第3の画像データのピクセルについてのピクセル特性データを生成することであって、該ピクセル特性データが前記培養プレート上での経時的な微生物増殖を示すこと、
微生物増殖についての増殖モデル化データにアクセスすることであって、該増殖モデル化データが培養培地、微生物、抗生物質、前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つのディスク上及び培養培地中の抗生物質濃度、の組合せに対して微生物増殖をモデル化すること、
前記増殖モデル関数によって模擬画像データを生成すること、並びに、
前記模擬画像データと前記ピクセル特性データとを比較するとともに、前記模擬画像データの1つ以上のピクセル領域とは異なる前記第3の画像データ中の1つ以上のピクセル領域を特定すること、又は、
ii)前記サンプルを無効にするシグナルを出すこと、
を更に含む、請求項21に記載の方法。 - プロセッサによって実行された場合に、該プロセッサを抗生物質感受性試験のために制御するプログラミング命令を含むコンピュータ媒体であって、該プログラム命令が請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法を行うように該プロセッサを制御する、コンピュータ媒体。
- 抗生物質感受性試験のためのシステムであって、
少なくとも1つの抗生物質ディスクが上に配置された培養培地が上に配置された培養プレートの画像を取り込むように構成されたイメージセンサであって、該培養プレートに生体サンプルが接種され、該培養プレートが該イメージセンサの視野内にある、イメージセンサと、
前記イメージセンサに連結されたプロセッサと、
該プロセッサによって実行された場合に、該プロセッサを抗生物質感受性の試験のために制御するプログラミング命令を含むコンピュータ媒体であって、該プログラム命令が請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法を行うように該プロセッサを制御する、コンピュータ媒体と、
を含む、システム。 - 抗生物質感受性試験のためのシステムであって、
複数の抗生物質ディスクが上に配置された培養培地が上に配置された培養プレートの画像を取り込むように構成されたイメージセンサであって、該培養プレートが該イメージセンサの視野内にある場合に該培養プレートに生体サンプルが接種され、該イメージセンサが第1の画像データ及び第2の画像データを生成し、該第1の画像データ及び第2の画像データがそれぞれ、前記複数の抗生物質ディスクを含む前記培養プレートの第1及び第2の取り込み画像を表し、該第1及び第2の取り込み画像が異なる時点で撮影される、イメージセンサと、
プロセッサ及びメモリであって、該プロセッサが前記第1の画像データ及び第2の画像データを受信して該メモリにアクセスするように構成され、該メモリが増殖モデル化データを記憶する、プロセッサ及びメモリと、
を含み、前記プロセッサが、
前記第1の画像データ及び前記第2の画像データを受信することと、
前記第1の画像データと前記第2の画像データとの比較から該第2の画像データのピクセルについてのピクセル特性データを生成することであって、該ピクセル特性データが前記培養プレート上での微生物増殖を示すことと、
前記増殖モデル化データにアクセスすることであって、該増殖モデル化データが培養培地、微生物、抗生物質及び抗生物質濃度の関数として微生物増殖をモデル化することと、
増殖モデル関数によって模擬画像データを生成することであって、該増殖モデル関数が前記増殖モデル化データを用い、該模擬画像データが前記複数の抗生物質ディスクの少なくとも1つのディスクについて前記培養プレート上での微生物増殖を模擬することと、
前記模擬画像データとは異なる前記第2の画像データの1つ以上のピクセル領域が特定されるように前記模擬画像データと前記ピクセル特性データとを比較することと、
を行うように構成される、システム。
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