KR20220129638A - 샘플의 특성을 측정하기 위한 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

기기(1)는 약물이 투여된 액체 생물학적 샘플의 박테리아 성장을 모니터링하기 위한 광학 장치를 포함한다. 사용 시, 샘플 용기(6)를 수용하기 위한 샘플 용기 포트가 기기에 마련되고, 상기 샘플 용기(6)는 상기 약물이 투여된 샘플을 담기 위한 적어도 하나 검출 챔버(20)를 갖는다. 상기 광학 장치(2)는 사용 시, 상기 샘플 용기(6)의 적어도 하나 검출 챔버(20)와 교차하고, 상기 검출 챔버(20) 내에 담긴 상기 약물이 투여된 샘플을 조명하는, 입사 빔 축을 따라 빛을 방출하도록 구성된 광원(22)을 포함한다. 상기 광학 장치(20)는 상기 샘플 내 박테리아에 의해 산란되는 광을 수신하도록 구성된 제1광검출기(26)를 포함한다. 상기 광학 장치(2)는 상기 입사 빔 축에 대해 약 +/-4와 +/-20도 사이의 산란 각도들의 범위에서 상기 샘플 내 박테리아에 의해 전방으로 산란되었던 상기 검출 챔버를 빠져나오는 빛을 수집하여, 상기 수집된 산란 광을 상기 제1광검출기로 향하게 하고; 상기 입사 빔 축에 평행하게 이동하고 상기 검출 챔버(20)로부터 빠져나오는 비산란 광이 상기 제1광검출기(26)에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 집광 어레인지먼트(24)를 포함한다. 상기 광학 장치(2)는 상기 제1광검출기(26)에 수신되는 상기 산란 광의 강도를 측정하고; 상기 산란 광의 상기 강도에 기초하여 상기 샘플 내에 존재하는 박테리아의 상응하는 대표 양 또는 농도를 판단하고; 시간의 함수로서 상기 샘플 내 존재하는 박테리아의 상기 대표적인 양 또는 농도의 변화를 판단하기 위하여 일련의 소정의 간격으로 상기 측정 및 판단 단계들을 반복하고; 상기 각각 약물에 대한 상기 샘플 내 상기 박테리아의 상응하는 감수성을 판단하도록 구성된 적어도 하나 프로세서를 포함한다.

Description

샘플의 특성을 측정하기 위한 장치, 시스템 및 방법

본 발명은 샘플의 특성을 측정하기 위한, 특히, 박테리아와 같은 미생물 입자들을 포함하는 생물학적 샘플의 광학적 특성을 측정하기 위한 기기, 장치, 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

샘플들의 특성을 측정하기 위한, 특히, 샘플 내의 입자들의 농도와 같은, 생물학적 샘플의 광학적 특성을 측정하기 위한 많은 기법들이 알려져 있다. 예를 들어, 흡수 분광 광도계들은 샘플의 상대 흡광도를 측정하고; 산란 분광 광도계들, 유세포 분석기들 및 탁도계들은 샘플의 입자들에 의해 산란되는 빛을 측정한다.

이러한 측정 기법들의 실제 응용은 환자/피험자에게 가장 적절한 치료 방식 (예: 투여해야 할 항생제의 유형과 용량)을 확인하기 위해 주어진 샘플에 존재하는 박테리아의 양 및/또는 유형을 판단하는 상황에서 임상 샘플들 (소변, 혈액 등)을 처리 및 분석하는 데 있다. 예를 들어, 특정 약물 또는 항생제가 투여된 임상 샘플의 시간 의존적 박테리아 농도를 측정하는 것은 해당 약물에 대한 박테리아 감수성 (이에 따라 샘플에 존재하는 특정 박테리아 균주와 관련된 해당 약물의 효과)를 판단할 수 있게 한다.

이러한 기법들을 활용하는 다양한 시스템들이 이 실제 응용들에 사용되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 국제 특허 WO 2016/128747은 분석될 (약물이 투여된) 임상 샘플이 놓이는 적분구 집광기를 포함한다. 샘플에 빛을 비추면, 샘플 내에 존재하는 박테리아가 빛의 일부를 산란시키고; 이 산란된 빛은 적분구의 반사형 내부 표면에 의해 반사되고 확산된다. 국제 특허 WO 2019/166799는 샘플에 의해 산란된 빛을 탐지하기 위한 통합 집광 메커니즘을 이용하는 한 쌍의 광학적으로 연결된 챔버들을 포함하는 유사 시스템을 서술한다. 국제 특허 WO 2018/091922는 임상 샘플이 처음에 배양되어 샘플에 있는 박테리아 농도를 증가시키고; 이 후에 샘플들의 분리된 부분들이 다양한 다른 약물들/항생제들과 결합되고, 각 약물에 대한 박테리아 감수성을 판단하기 위해 각 개별 샘플 부분의 광학적 특성들이 측정된다.

상기한 배경에서 본 발명의 기기들/장치, 시스템들 및 방법들이 고안되었다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 약물이 투여된 액체 생물학적 샘플의 박테리아 성장을 모니터링 및/또는 박테리아 양 또는 농도를 판단하기 위한 광학 장치/기기에 있어서, 상기 장치/기기는 사용 시, 상기 약물이 투여된 샘플이 담긴 상기 샘플 용기의 검출 챔버와 교차하고, 상기 검출 챔버 내에 담긴 상기 약물이 투여된 샘플을 조명하는, 입사 빔(incident beam) 축을 따라 빛을 방출하도록 구성된 광원; 상기 샘플 내 입자들에 의해 산란되는 광을 수신하도록 구성된 제1광검출기; 상기 입사 빔 축에 대해 약 +/-4와 +/-20도 사이의 산란 각도들의 범위에서 상기 샘플 내 입자들에 의해 전방으로 산란되었던 상기 검출 챔버를 빠져나오는 빛을 수집하여, 상기 수집된 산란 광을 상기 제1광검출기로 향하게 하고; 상기 입사 빔 축에 평행하게 이동하고 상기 검출 챔버로부터 빠져나오는 비산란 광이 상기 제1광검출기에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 집광 어레인지먼트(arrangement): 및 상기 제1광검출기에 수신되는 상기 산란 광의 강도를 측정하고; 상기 산란 광의 상기 강도에 기초하여 상기 샘플 내에 존재하는 상응하는 대표 양 또는 농도의 입자들 판단하고; 시간의 함수로서 상기 샘플 내 존재하는 박테리아의 상기 대표적인 양 또는 농도의 변화를 판단하기 위하여 일련의 소정의 간격으로 상기 측정 및 판단 단계들을 반복하고; 샘플 내 입자들의 양 또는 농도에 있어 대응하는 편화를 판단하도록 구성된 적어도 하나 프로세서를 포함한다. 바람직하게, 샘플 내 입자들은 박테리아이고, 입자들의 대표 양 또는 농도에서의 변화는 시간의 함수로서 약물/항생제에 대한 샘플 내 박테리아의 감수성을 가리킨다. 몇몇 실시예들에서, 전방-산란 광은 입사 빔 축에 대해 약 +/-5와 +/-20도의 산란 각도들의 범위 내에서 측정될 수 있다.

유리하게, 본 발명의 기기는 위에 설명한 것과 같이 빛이 상대적으로 작은 산락 각도들에 걸쳐 주로 산란되기 때문에, 샘플 내 입자들과 입사광 빔의 상호 작용에 의해 발생하는 전방-산란 광의 대부분(예: 약 95%)을 캡쳐할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기기는 단일 샘플로부터 수집할 수 있는 산란 광 강도의 양을 최대화하고, 이는 결국, 특히 시간의 경과에 따른 산란 광 강도의 변화와 관련하여, 상대적으로 작은 샘플 부피 임에도 불구하고 통계적으로 의미 있는 결과를 얻는 데 이용될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 이 양태에 따른 실시예들에서, 입자들/박테리아의 양 또는 농도는 정량적으로 판단된다. 다른 실시예들에서는, 입자들/박테리아의 양 또는 농도가 시간의 함수로서 판단되도록, 양 또는 농도는 정성적으로 판단되는 것이 적합할 수도 있다: 이러한 정성적 측정은 입자/박테리아 양 또는 농도의 변화가 다른 시점 및 시금에 대해 일반적으로 의존적으로 평가될 수 있기 때문에 적합할 수 있고 데이터 처리의 단순성 때문에 바람직할 수 있다. 본 발명의 이 양태에 따른 실시예들 중 어느 하나에서, 광학 장치는 생물학적 샘플을 포함하기 위한 적어도 하나 검출 챔버을 포함하는 샘플 용기를 수용하도록 구성된다. 생물학적 샘플은 잠재적으로 병원성 박테리아를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제1광검출기는 특정 주파수를 갖는 수신된 신호를 분리하기 위해 잠금 증폭기와 결합하여 이용될 수도 있다. 분리될 주파수는 광원으로부터 방출된 빛의 변조 주파수에 대응할 수 있다. 이는 다른 주파수들로부터의 노이즈(noise) 신호들을 걸러지게 하여, 획득된 신호 대 노이즈 비를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

적절하게, 집광 어레인지먼트는 상기 입사 빔 축에 대해 약 +/-4와 +/-20도 사이의 상기 각도 범위에서 전방 산란 광만 수집하여 상기 제1광검출기로 향하게 하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 수집된 산란 광의 산란 각도들의 범위는 상기 입사 빔 축에 대해 4와 +16도 사이 및 -4와 -16도 사이, 보다 더 구체적으로, 상기 입사 빔 축에 대해 +5와 +16도 사이 및 -5와 -16도 사이에 있다. 유리하게, 샘플 내 입자들 내에서 상호작용을 통해 산란된 빛의 대부분 (약 95%)가 입사광 빔 축에 대해 작은 각도의 범위에서만 산란된다는 점을 감안하면, 전술한 구성은 수집되는 비산란 광의 양을 최소화하면서, 제1광검출기에 의해 수집될 수 있는 산란광의 비율을 최대화한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 집광 어레인지먼트는 (i) 상기 제1광검출기에 의해 수신되도록 상기 입사 빔 축에 대해 상기 약 +/-4와 +/-20도 사이의 각도 범위의 빛만 수집하여 상기 제1광검출기를 향하여 반사되도록 구성되는 오목 타원형 반사기; 또는 (ii) 상기 입사 빔 축에 대해 상기 약 +/-4와 +/-20도 사이의 각도 범위의 전방-산란 광 수집하여 콘덴서를 향하여 반사되도록 구성되는 오목 타원형 반사기를 포함하고, 상기 콘덴서는 상기 오목 타원형 반사기에 의해 반사된 빛을 수신하여 상기 수신된 빛이 상기 제1광검출기 상에 집중되도록 마련된다. 이러한 구성은 유리하게 원하는 범위의 산란 각도 내에서의 빛이 하나의 주 구성요소(또는 두 개의 협력 구성 요소)를 이용하여 수집되도록 하여, 집광 어레인지먼트에 포함될 필요가 있어 정확하게 위치 해야하고 서로 정렬되어야 하는 구성 요소의 수를 최소화한다. 나아가, 단일 (적절한 모양과 크기의) 반사기를 이용하는 것은 집광 어레인지먼트를 수용하는 데 요구되는 공간을 줄여, 결과적으로 전반적인 기기 자체의 크기를 감소시키므로 유리하다. 또한, 집광 구성요소 또는 콘덴서를 이용하는 것은 광검출기에 의해 수집될 수 있는 산란 광의 양과 비율을 증가시켜, 잠재적으로는 산란 신호 강도에서의 작은 변화를 감지하는 전반적 기기의 감도를 개선한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 집광 어레인지먼트는 상기 샘플로부터 상기 제1광검출기 또는 콘덴서로 상기 전방-산란 광을 반사하도록 형태를 갖는 오목 타원형 반사기를 포함하고, 상기 오목 타원형 반사기는 상기 입사 빔 축과 정렬되는 조리개를 포함하고 상기 검출 챔버로부터의 비산란 광이 상기 오목 타원형 반사기를 통과하도록 구성된다. 이러한 구성은 유리하게 비산란 광이 산란 광과 함께 우연히 수집되는 것을 방지하고, 실제 산란의 대표 측정(샘플 내 존재하는 입자 양의 보다 정확하고 대표적인 측정)을 획득하는 것을 보장하도록 돕는다. 이 어레인지먼트는, 특히 상술한 산란 각도들의 범위와 결합하여, 가능한한 많은 산란 광을 캡쳐하고, 또한 캡쳐되는 비산란 광의 양을 최소화하는 것 사이에 균형이 맞춰지도록 하여, 샘플을 충분히 비추고 의미 있는 산란 양이 발생되도록 광원 빔의 적절한 폭을 유지한다. 더욱이, 조리개와 광원 빔의 일관된 정렬을 유지하는 능력은 최적의 집광에 유리하다. 비산란 광은 빔 덤프 또는 출구 포트로 향하게 할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 광학 장치는 비산란 광을 수신하도록 마련된 제2광검출기를 더 포함하고, 선택적으로, 상기 제2광검출기는 상기 샘플에 대한 상기 집광 어레인지먼트의 반대편에 위치하여 상기 비산란 광을 수신하도록 상기 입사 빔 축과 정렬된다. 유리하게, 제2광검출기는 비산란 ('기준선 수준') 광이 수집되어 처리되도록 하여, 결국 이 빛의 특성이 판단되도록 한다. 이 특성은, 산간 및 비산란 광에서 얻어지는 노이즈가 공통이거나 상관되어 있는 경우 (예: 기기 내 모터의 동작으로부터 발생한 진동의 결과로서 발생된 소음), 노이즈 감소 기법을 구현하기 위해 제1광검출기에 의해 수집된 산란 광의 처리 중 활용될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로 비산란 광은 광원 안정성을 평가하고 산란 광 신호에 영향을 줄 수 있는 입사 광의 강도에서 변화를 식별하기 위해 분석될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 집광 어레인지먼트는 제1집광 렌즈, 제2집광 렌즈, 및 거울을 포함하고, 상기 제1집광 렌즈는 상기 산란 광을 상기 제2집광 렌즈로 향하게 하고, 상기 입사 빔 축을 따라 이동하는 비산란 광이 상기 거울에 집중되도록 구성되고; 상기 제2집광 렌즈는 상기 제1집광 렌즈로부터의 상기 산란 광을 수신하고, 상기 산란 광을 상기 제1광검출기 상에 집중되도록 구성되며, 상기 거울은 상기 제1및 제2집광 렌즈 사이에서 상기 입사 빔 축을 따라 마련되어, 상기 비산란 광이 상기 제1광검출기로부터 멀어지게 반사시키도록 구성된다. 거울은 제1과 제2집광 렌즈 사이에서 입사 빔 축을 따라 마련될 수 있고, 제1광검출기로부터 멀리 비산란 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 이 어레인지먼트는 각각의 처리와 분석을 위해 산란 및 비산란 광의 분리를 가능하게 하고, 타원형 반사기를 포함하는 상술한 집광 어레인지먼트에 대해 이점이 있는 대안적 구성을 제공한다. 예를 들어, 2개의 콘덴싱 렌즈 어레인지먼트에 더 많은 구성 요소들이 사용될지라도, 이러한 구성 요소들은 제조 또는 소스가 더 간단할 수 있다 (예: COTS 또는 상용 기성 구성 요소들로서 얻어지는 것이 쉬울 수 있다)

몇몇 실시예들에서, 상기 거울은 상기 비산란 광이 상기 제2광검출기를 향해 반사되도록 마련되고, 상기 제2광검출기는 상기 거울로부터 상기 비산란 광을 수신하도록 구성된다. 타원형 반사기를 포함하는 구성들과 관련하여 설명한 바와 같이, 비산란 광을 수집하고 처리할 수 있는 것은 대응하는 산란 광 신호의 처리와 관련하여, 특히, 노이즈 특성화 및 감소와 관련하여 장점을 제공한다.

적절하게, 기기는 샘플 용기와 맞물리기 위한 상기 샘플 용기 포트 내에 마련되고, 상기 샘플 용기 내 상기 생물학적 샘플의 적어도 일부를 포함하는 검출 챔버를 상기 광학 장치의 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 정렬되게 하도록 구성되는 샘플 용기 캐러셀을 더 포함한다. 유리하게, 기기는 기기와 샘플 용기 사이에서 접속 및 맞물림 기능성을 제공하는 샘플 용기 캐러셀의 이용을 통해, 조명될 샘플을 포함하는 별도의 샘플 용기와 맞물리도록 구성될 수 있다. 이는 측정 목적으로 광학 장치와 하나 이상의 샘플들을 정렬시키는 용이함을 높인다.

몇몇 실시예들에서, 기기는 상기 샘플 용기 캐러셀에 작동가능하게 결합되어, 상기 생물학적 샘플의 적어도 일부를 포함하는 검출 챔버를 상기 광학 장치의 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 정렬되도록 및 정렬에서 벗어나게 하도록 주기적으로 상기 캐러셀을 회전시키도록 구성되는 모터를 더 포함한다. 입사광 빔과 특정 샘플 부분의 자동 정렬은 유리하게 측정 프로세스들을 간소화하고, 이러한 측정의 반복성 뿐만 아니라 산란 광 강도의 여러 다른 측정이 획득될 수 있는 효율성을 증가시킨다.

적절하게, 예를 들어, 상기 샘플 용기 캐러셀은 복수의 검출 챔버를 포함하는 샘플 용기와 맞물리도록 구성되고, 상기 샘플 용기 캐러셀은 회전하도록 구성되어 상기 샘플 용기의 복수의 검출 챔버 각각이 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 순차적으로 정렬되게 및 정렬에서 벗어나게 한다. 유리하게, 상술한 구성은 샘플 처리와 분석 절차의 병렬화와 관련된 개선을 제공한다: 여러 검출 챔버들을 포함하는 샘플 용기와 결합하여 회전 가능한 샘플 용기 캐러셀을 활용하는 것은 몇몇 개별 샘플 부분들이 조명되고, 하나의 측정 주기/실행의 과정동안 얻은 산란 광 강도를 의미한다. 이는 주어진 기간 동안 분석될 수 있는 샘플들의 수를 증가시키고, 이는 특히 하나 이상의 다른 약물들 (및/또는 약물 농도들)에 대한 샘플 내 박테리아 감수성을 판단하는 문맥에서 이용될 때 특히 유리하다. 이는 결국 특정 환자/피험자의 치료를 위한 적절한 약물의 판단이 신속하고 효율적인 결과를 가져올 수 있음의 의미하고, 이는 특히 현장 기기를 위해 구현될 때 특히 유용하다.

몇몇 실시예들에서, 상기 샘플 용기 캐러셀은 사용 시 상기 샘플 용기가 정확하게 상기 샘플 용기 캐러셀과 맞물렸을 때 상기 샘플 용기의 상기 하나 또는 복수의 검출 챔버들과 정렬하도록 구성되는 하나 이상의 개구들을 포함한다. 샘플 용기 캐러셀은 전체적으로 샘플 용기를 위한 지지 및 이동 기능을 제공하고, 그 안에 마련된 개구들은 유리하게 샘플 용기의 적절히/선택된 부분(예를 들어 검출 챔버(들)에 대응하는 부분들)만 입사광 빔과 정렬되도록 위치/배치되어 원하는 대로 조명을 받도록 보장한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 샘플 용기 캐러셀은 상기 광원의 상기 입사 빔 축에 대해 상기 샘플 용기 캐러셀의 상기 위치 및/또는 방향을 판단하기 위한 하나 이상의 검출가능한 눈금부(calibration feature)를 포함한다. 유리하게, 상술한 구성은 주어진 검출 챔버가 입사광 빔과 정렬되어 있거나 정렬될 때 판단이 수행되도록 하여, 특정 검출 챔버로부터 획득된 신호에 대응하는 측정된 신호 강도의 적절한 부분 또는 '윈도우'가 추출되고, 처리되고, 분석되는 것을 보장한다. 유리하게, 이는 모터의 회전 속도(측정 주기의 과정 동안 발생할 수 있는)의 모든 드리프트 또는 불일치로인해 야기되는 영향을 줄이고, 획듣된 신호의 신호 대 노이즈 비를 향상시킨다.

적절하게, 기기는 사용 시, 상기 기기의 프로세서와 통신하는 캘리브레이션 특징 판독기를 더 포함하여, 상기 캘리브레이션 특징 판독기에 의한 눈금부의 검출과 상기 광원의 상기 입사 빔 축에 정렬되는 연관된 검출 챔버 사이의 시간 간격을 판단한다. 교정 판독기는 눈금부(예:교정 판독기 자체를 관통)의 존재를 검출하고, 샘플 용기의 연관된 검출 챔버의 위치와 눈금부의 검출을 연관시키도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 광학 장치의 프로세서는 (i) 상기 제1광검출기와 통신하여, 상기 샘플 용기의 검출 챔버가 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 정렬되어 있는 기간에 대응하는 소정의 시간 윈도우 동안 상기 제1광검출기에 의해 수신되는 상기 산란 광의 상기 강도를 측정하거나; (ii) 상기 눈금부 또는 각각의 상기 검출에 기초하여 상기 소정의 간격의 길이를 조정한다. 유리하게, 이는 입사광 빔의 경로에서 검출 챔버의 존재와 분석을 위해 획득된 신호의 적절한 부분의 추출 또는 처리 사이에 양호한 상관 관계를 보장하기 위하여 대안적 또는 추가의 메커니즘을 제공한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 광학 장치의 상기 프로세서는 상기 제1광검출기에 의해 수신된 상기 산란 광의 강도를 측정하고, 약 20분과 약 2시간 사이, 약 20분과 약 1.5시간 사이, 약 20분과 약 1시간 사이, 또는 약 30 분과 약 1 시간 사이의 기간에 걸쳐 주기적으로 시간의 함수로서 상기 샘플에 존재하는 박테리아의 대응하는 대표적인 양 또는 농도를 판단하는 상기 단계들을 반복하도록 프로그램된다. 본 기기는 산란 광 강도를 장기간에 걸쳐 모니터되고 분석되게 함으로써, 해당 기간동안 측정된 강도의 변화가 검출되고 평가될 수 있다. 예를 들어, 이러한 변화는 샘플 내 입자 수 변화를 판단하는 데 이용될 수 있고, 이는 샘플 내 박테리아 성장의 연관된 변화를 나타내고, 테스트되고 있는 특정 약물에 대한 박테리아의 증가된 감수성 (또는 그 결핍)을 나타낼 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 기기 내 공기의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템을 더 포함한다. 적절하게, 기기는 적어도 하나의 가열 부재(heating element), 및, 선택적으로 적어도 하나의 기류 조정기를 더 포함할 수 있고, 사용 시, 원하는 온도로 검출 챔버 내 생물학적 샘플이 유지되도록, 상기 광학 장치의 상기 샘플 용기 포트에 수용된 샘플 용기가 따뜻한 공기와 접촉하게 하도록 마련된다. 예를 들어, 분석 하에 샘플 내 박테리아의 성장에 관련하여 온도를 유지하기 유리한, 약 36 내지 37°C 사이의 온도를 유지하기 위해; 측정 주기의 과정에 걸쳐 이러한 온도를 유지하는 것은 측정 주기 동안 박테리아 성장을 위한 조건을 최적화한다.

몇몇 실시예들에서, 기기는 한 쌍의 가열 부재들을 더 포함하고, 각 가열 부재는 팬과 작동가능하게 연관되어 상기 샘플 용기 포트를 향해 따뜻한 공기를 밀어내고, 사용 시 상기 기기의 상기 포트 내에 수신된 샘플 용기의 검출 챔버 내에 샘플을 가열한다. 이러한 구성들은 샘플 용기를 가로 잘러 원하는 온도 프로파일을 유지하기 위하여, 가열된 공기의 균일한 흐름이 기기 내 제자리에서 샘플 용기를 통과하여 지나가도록 하는데 특히 유리하거나 유용할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 광학적 장치의 상기 광원은 환자 또는 피험자의 소면을 포함하는 샘플과 관련하여 활용될 때, 예를 들어, 620 nm와 780 nm 사이, 또는 가시 적색광에 대응하는 파장의 범위의 레이저 광원일 수 있다. 그러나, 특히, 샘플이 혈액과 같은 다른 생물학적 유체에 대응하는 경우, 빛의 다른 파장들이 활용될 수도 있다. 레이저 광원(레이저 다이오드)의 사용은 방출되는 빛의 주파수와 진폭이 상대적으로 쉽게 원하는 대로 제어되고 변조될 수 있게 한다; 변조 신호의 위상 또한 제어될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 소정의 간격은 100 rpm의 회전 속도에서 약 0.6 초에 대응한다. 이는 측정 주파수 및/또는 모터 속도가 원하는 대로 변경될 수 있음에도 불구하고 (예를 들어, 약 200 rpm의 더 빠른 회전 속도도 활용될 수 있고, 이는 의심스러운 유체 샘플에 더 큰 힘을 적용할 것이다); 그리고, 획듣된 신호들의 처리는 노이즈 감소와 관련하여 유리한, 다중 개별 측정의 평균을 수반할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 광학적 장치의 상기 프로세서는 상기 측정된 광 강도에서 복수의 주기적으로 발생하는 피크 특성을 식별하고, 인접한 피크 특성 사이에서만 상기 측정과 판단 단계들을 수행하도록 구성된다. 유리하게, 이러한 구성은 신호의 원하는 부분- 검출 챔버에서 샘플과의 상호작용에 의해 발생된 산란광에 대응-이 획득한 신호로부터 추출되게 한다. 또한, 예를 들어, 기기의 다른 부분들(예: 어떤 샘플도 포함하지 않는 샘플 용기 또는 샘플 용기 캐러셀의 부분)에 의해 산란된 광의 추출된 신호 내에 포함되는 것을 피함으로써 추출된 신호 내에서 노이즈 수준을 최소화한다. 이는 처리되고 있는 신호의 신호 대 노이즈 비를 향상시킨다.

본 발명 다른 양태에 따르면, 약물이 투여된 액체 생물학적 샘플의 박테리아 성장을 모니터링하기 위한 시스템에 있어서, 여기 위에 정의된 바와 같은 상기 기기/장치; 및 복수의 검출 챔버를 포함하는 샘플용기, 각 검출 챔버는 약물이 투여된 액체 생물학적 샘플을 포함하도록 구성되고, 상기 시스템은 상기 광원이 상기 조명된 검출 챔버 내에 포함된 상기 약물이 투여된 액체 생물학적 샘플을 조명하도록 상기 입사 빔 축과 차례로 복수의 검출 챔버 각각을 정렬하도록 구성되는 샘플 배치 메커니즘을 더 포함한다. 기기/장치와 관련하여 위에 설명한 바와 같이, 한 측정 주기의 과정에서 여러 다른 샘플들을 동시에 처리하는 능력은 유용한 결과를 얻을 수 있는 속도와 효율의 상응하는 증가 및 연관된 비용의 감소와 함께, 샘플 처리의 병렬화와 관련하여 이점을 갖는다.

적절하게, 상기 샘플 배치 메커니즘은 상기 입사 빔 축과 복수의 검출 챔버 각각이 순차적으로 정렬되도록 상기 샘플 용기를 회전시키도록 구성되는 회전 또는 캐러셀 메커니즘을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 시스템은 상기 광학적 장치를 지지하도록 마련되는 지지 구조를 더 포함한다. 유리하게, 이러한 지지 구조의 제공은 광학적 구성 요소들이 시스템 구성 요소들의 나머지로부터 해제 또는 분리될 수 있도록 할 수 있어, 이는 예를 들어 측정하는 동안 광학적 구성 요소 상의 샘플 배치 메커니즘/모터의 동작과 그들 간의 서로 정렬에 의해 발생될 수 있는 진동 효과를 줄인다. 상기지지 구조는 복수의 검출 챔버들 중 적어도 하나를 포함하는 상기 샘플 용기의 일부분을 수용하도록 구성되는 개구를 더 포함하여, 상기 샘플 용기의 상기 부분이 상기 개구 내에 위치할 때, 복수의 검출 챔버들 중 적어도 하나가 상기 광원 및 상기 집광기 사이의 상기 입사 빔 축을 따라 위치하도록 한다. 유리하게, 이러한 구성은 입사광 빔과 샘플 용기 (및 그 안에 마련된 각 검출 챔버)의 양호한/적절한 정렬을 보장한다. 그리고, 지지 구조에 적절히 구성된 개구의 제공은 샘플 용기를 장치에 삽입할 때 사용자가 샘플 포트와 샘플용기를 바르게 접속시키도록 안내하는 것과 관련하여 이점을 가질 수 있다.

적절하게, 시스템은 약 35° 및 37° 사이의 온도로 상기 액체 생물학적 샘플의 온도를 유지하도록 구성되는 온도 제어 시스템을 더 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 온도 제어 시스템은 열을 발생시키도록 마련되는 가열 부재를 포함하는 가열 어레인지먼트, 및 상기 샘플 용기의 복수의 검출 챔버에 걸쳐 상기 발생한 열을 고르게 분해하도록 구성되는 공기 순환 시스템을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 순환 시스템은 상기 가열 부재를 가로질러 기류를 구동하도록 마련된 적어도 하나 재순환 덕트 및 연관 팬을 포함한다. 기기와 관련하여 상술한 바와 같이, 이러한 어레인지먼트는 샘플 내에서 박테리아의 성장을 촉진하기에 적합한 샘플 용기 주변 및 기기 내에 적절한 원하는 온도를 유지한다. 이는 샘플 내 박테리아의 농도를 증가시켜, 주어진 샘플 부피로부터 얻을 수 있는 상응하는 산란 광 강도를 증가시킨다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 약물에 대한 샘플 내 박테리아 감수성을 판단하기 위한 방법에 있어서, 샘플 용기의 검출 챔버에 약물이 투여된 액체 생물학적 샘플를 담는 단계; 광원에 의해, 상기 검출 챔버를 통과하는 입사 빔 축을 따라 방출되는 빛으로 상기 검출 챔버 내 상기 샘플을 조명하는 단계; 집광기에 의해, 상기 샘플 내 박테리아와의 상호작용에 의해 산란되는 빛을 수집하는 단계, 상기 빛은 상기 입사 빔 축에 대해 +/-4와 +/-20도 사이의 산란 각도들의 범위에서 전방으로 산란되고; 상기 집광기에 의해, 상기 수집된 산란 광을 제1광검출기 상에 집중시키는 단계; 프로세서에 의해, 상기 제1광검출기에 의해 수집된 산란 광의 강도와, 상기 샘플 내 상응하는 정도의 박테리아 성장을 판단하는 단계; 상기 프로세서에 의해, 일련의 소정 간격으로 상기 판단하는 단계를 반복하는 단계; 상기 프로세서에 의해, 시간의 함수로서 상기 샘플 내 박테리아 성장 정도에서 변화를 판단하는 단계; 및 상기 프로세서에 의해, 시간의 함수로서 상기 샘플 내 박테리아의 성장 정도에서 상기 판단된 변화에 기초하여 상기 샘플에 투여된 상기 약물에 대한 상기 샘플 내 상기 박테리아의 감수성을 판단하는 단계를 포함한다. 본 발명의 본 및 임의의 다른 양태에 따른 몇몇 실시예들에서, 산란 광은 입사 빔 축에 대해 +/-5와 +/-20도 사이의 산란 각도들의 범위에서 검출된다.

기기 및/또는 시스템과 관련하여 상술한 다양한 특징 및 연관된 이점/장점들은 위에 설명한 방법과 관련하여 동일하게 적용 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 상기 샘플 용기는 복수의 검출 챔버를 포함하고, 상기 복수의 검출 챔버 중 적어도 2개는 다른 약물이 투여된 샘플을 포함하며, 상기 방법은 입사 빔 축을 따라 방출되는 상기 빛에 상기 약물이 투여된 샘플을 포함하는 상기 복수의 검출 챔버 각각을 순차적으로 위치시키는 단계; 상기 복수의 검출 챔버 각각에 대해 상기 방법의 각 후속하는 단계를 수행하는 단계; 및 치료 요법에서 사용하기 위한 가장 효과적인 약물을 식별하기 위해 상기 샘플들에 투여되기 위해 이용된 상기 약물 각각에 대한 상기 샘플들 내 상기 박테리아의 상대적인 감수성을 판단하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 샘플 용기는 복수의 검출 챔버를 포함하고, 상기 복수의 검출 챔버 중 적어도 2개는 동일한 약물이 다른 농도로 투여된 샘플을 포함하며, 상기 방법은 입사 빔 축을 따라 방출되는 상기 빛에 상기 약물이 투여된 샘플을 포함하는 상기 복수의 검출 챔버 각각을 순차적으로 위치시키는 단계; 상기 복수의 검출 챔버 각각에 대해 상기 방법의 각 후속하는 단계를 수행하는 단계; 및 치료 요법에서 사용하기 위한 가장 효과적인 약물을 식별하기 위해 상기 샘플들에 투여되기 위해 이용된 상기 약물의 농도 각각에 대한 상기 샘플들 내 상기 박테리아의 상대적인 감수성을 판단하는 단계를 포함한다.

적절하게, 방법은 제2광검출기에 의해, 상기 입사 빔 축에 평행한 상기 검출 챔버들 또는 각각을 통과하는 비산란광을 수집하는 단계; 및 상기 동일한 검출 챔버에 대해 상기 제1광검출기에 의해 수집된 상기 산란 광의 강도와 상기 제2광검출기에 의해 수집된 상기 비산란 광의 강도를 비교하는 단계를 더 포함한다.

본 출원의 범위 내에서, 선행 단락, 청구범위 및/또는 다음의 상세한 설명과 도면들, 특히 그 개별적인 특징들에 제시된 다양한 양태, 실시예들, 예시들 및 대안들이 독립적으로 또는 조합하여 취해질 수 있음이 명확히 의도되었다. 즉, 모든 실시예들 및/또는 임의의 실시예의 특징은 이러한 특징들이 양립할 수 없는 것이 아닌 한, 모든 방법 및/또는 조합으로 결합될 수 있다. 본 출원인은 따라서 해당 방식으로 원래 청구하지 않았음에도, 원래 제출된 청구항을 다른 청구항의 특징에 종속 및/또는 통합하기 위해 원래 제출된 청구항을 보정할 권리를 포함하면서, 모든 원래 제출된 청구항 또는 파일을 변경하거나 새로운 청구항을 제출할 권리를 갖는다.

이제 본 발명의 상기 및 다른 양태들을 첨부된 도면을 참조하여 오직 예로써 설명한다, 여기서 첨부된 도면은:
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 약물들에 대한 임상 샘플들에서 박테리아의 감수성을 판단하기 위한 기기의 전면 및 후면 사시도이고;
도 2는 도 1에 도시된 기기의 수직 단면도이고;
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 기기의 부분 사시도들이고, 도 3c는 도 3a 및 도 3b에 도시된 기기의 부분에 대한 내부 기류 및 온도 변화도를 나타내며;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 기기에 이용되는 광학 장치 어레인지먼트의 개략도이고;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 기기에 이용될 수 있는 대안적인 광학 장치 어레인지먼트의 개략도이고;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 기기에 이용될 수 있는 대안적인 광학 장치 어레인지먼트의 개략도이고;
도 7은 도 1에 도시된 기기를 이용하여 임상 샘플에서 박테리아의 약물 감수성을 판단하기 위한 방법의 다양한 단계들을 도시하는 흐름도이고;
도 8은 도 1의 기기에서 시간의 함수로서 출력되는 검출기 강도의 여러 플롯들을 도시하며, 임상 샘플에서 박테리아에 대한 여러 약물들의 효과를 나타내고;
도 9a 및 도 9b는 임상 샘플들을 분석하기 위해 도1의 기기에 이용될 수 있는 샘플 용기의 수직 단면도이고; 도 9c는 도 1에 도시된 기기에 이용될 수 있는 다른 샘플 용기의 분해도이며;
도 10은 도 9에 도시된 샘플 용기의 평면도이고, 도 10a 내지 도 10e는 도 11에 도시된 용기의 유체 구조의 다른 부분들을 도시하고;
도 11은 도10의 샘플 용기가 도 1에 도시된 기기에 이용될 때 시간의 함수로서 측정되는 검출된 강도의 플롯들을 도시하고;
도 12a는 도 9의 샘플 용기와 접속되는 도1의 기기에 이용될 수 있는 샘플 캐러셀의 하부 사시도이고, 도 12b는 도 12a의 샘플 캐러셀에 이용되는 제어부의 사시도이다.
도 13은 도 1의 기기에서 시간의 함수로서 출력되는 검출기 강도의 여러 플롯들을 도시하고, 도 1의 기기에서 얻을 수 있는 신호 대 노이즈 비를 나타내며; 및
도 14는 임상 샘플들을 분석하기 위해 도 1의 기기에서도 이용될 수 있는 샘플 용기의 대안적 설계의 평면도이다.
상기 도면들에서, 유사한 구성들은 유사한 참조부호로 표시된다.

청구항들에서 정의되는 개념들의 완전한 이해를 제공하기 위하여 다수의 구성들이 상세하게 논의될 본 발명의 특정 예 및 실시예들을 이제 설명한다. 그러나, 본 발명이 모든 특정 세부사항 없이도 효과를 낼 수 있고, 일부의 예에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 공지된 방법들, 기법들 및 구조들은 설명되지 않았음은 당업자에게 명백하다.

도 1은 현장 진단에 활용될 수 있는 휴대용, 독립적 및 통합 모듈을 제공하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따라 이용될 수 있는 기기(1)의 전면 사시도 (도 1a)와 후면 사시도 (도 1b)를 나타낸다. 이러한 경우들에서, 환자 또는 피험자로부터의 임상 샘플들(예: 소변, 혈액 등)은 다른 유형들 및 농도들의 약물들에 대한 샘플에서의 박테리아의 감수성을 판단하기 위해 기기를 이용하여 테스트될 수 있다. 이후에 설명할 바와 같이, 이 기기(1)는 특히 효과적인 약물 및 치료 요법을 신속하게 - 즉, 약 1 시간 이내로 - 확인 및 구현할 수 있게 함으로써, 환자는 종래 기술의 검출 및 진단 기기들에 의존하여 가능한 것보다 훨씬 더 신속하게 감염에 대한 효과적인 치료 요법을 제공받을 수 있다.

적어도 도 1 및 2를 참조하면, 기기는 시간의 함수로서 임상 샘플에서 입자들, 특히 박테리아에 의해 산란되는 빛의 양 또는 강도를 검출 및 측정함으로써, 시간이 지남에 따라 샘플에서 박테리아의 대표적인 양 또는 농도의 대응하는 판단을 가능하게 한다. 기기(1)는 광학 장치 또는 어레인지먼트(2); 및 샘플 배치 메커니즘(4). 이 두 구성요소들은 박테리아의 대표적인 양 또는 농도의 상기 언급한 판단을 실시 가능하게 하기 위하여 분석 시 임상 샘플을 포함하는 제거가능한 샘플 용기(6)와 상호작용하도록 구성된다.

구체적으로, 샘플 배치 메커니즘(4)은 샘플 용기(6)의 적어도 일부가 광학 장치(2)의 구성요소들과 광학적으로 결합 또는 연결되는 방식으로 샘플 용기(6)와 맞물려 지지하도록 구성된다. 보다 상세하게, 샘플 배치 메커니즘(4)은 샘플 캐러셀 또는 샘플 캐리어(8), 및 샘플 캐러셀(8)의 (이로써 결합된 샘플용기(6)의) 이동을 제어하는 작동 가능하게 결합된 모터(10), 예를 들어, a BLDC (브러시리스 직류) 모터 또는 다른 유사 구동 메커니즘을 포함한다. 사용 중, 샘플 용기(6)와 광학 장치(2)가 광학적으로결합되었을 때, 광학 장치(2)는 샘플 용기(6) 내에 포함된 임상 샘플의 일부를 비추도록 구성된다. 또한, 광학 장치(2)는 조명된 임상 샘플 일부에서 박테리아 입자들에 의해 산란된 빛을 검출 및 측정하도록 구성된다. 검출된 산란 빛의 강도는 시간의 함수로서 샘플에서 박테리아의 특성, 특히, 샘플에서 상대적인 박테리아의 양 또는 농도를 확인하기 위해 분석될 수 있다.

기기(1)는 그 내부에 시스템(2)의 다른 구성 요소들을 포함하는 외부 케이싱 또는 하우징(12)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 하우징(12)은 다른 기기 구성 요소들이 장착되는 베이스(12a); 하우징(12)의 벽들을 제공하는 전방(12b) 및 후방(12c) 본체부들; 및 이동/탈착 가능한 뚜껑(12d)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 물론, 다른 부착 메커니즘이 이용될 수 있지만, 뚜껑(12d)은 후방 본체부(12c)에 흰지 방식으로 부착된다. 본체부들(12b, 12c) 및 베이스(12a)와 함께 뚜껑(12d)은 기기(1)가 사용 중일 때 다양한 기기 구성 요소들을 그 내부에 담는 인클로저를 형성한다. 그러나, 하우징(12)의 다양한 부분들은 여기에 도시된 것보다 더 많은 또는 더 적은 부분들로 대신하여 제공될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 기기(1)는 예를 들어 샘플 용기(6)가 기기(1) 내의 원하는 위치에 삽입되어 샘플 캐러셀(8)에 맞물린 후에, 뚜껑(12d)을 폐쇄된, 잠금 위치에 유지하는 데 이용되는 폐쇄/잠금 메커니즘(13)을 더 포함한다. 폐쇄 메커니즘(13)은 뚜껑(12d)이 개방될 경우에 프로그램 가능하게 작동될 수 있는 기기 하우징(12) 내에 위치한 액츄에이터(13a)(도 2에 보다 상세하게 도시됨)를 더 포함한다.

기기(1)는 바람직한 온도 범위 (예: 약 36 내지 38°, 더욱 구체적으로 약 36 내지 37°) 내에서, 하우징(12) 내부, 및 특히 샘플 용기(6)를 둘러싸는 영역에서 온도를 유지하도록 구성된 온도 제어 모듈 또는 어레인지먼트(14) (도 3a에서 강조됨)을 더 포함한다. 특히, 이 온도 범위는 최적의 성장 조건들 하에 임상 샘플 내 박테리아의 성장을 촉진 및 유지하기에 바람직하다. 그리고, 도시된 기기는 또한 대화형 터치스크린 디스플레이와 같은 사용자 인터페이스(15)를 포함하고, 이를 통해 기기(1)의 사용자는 기기(1)의 다양한 측면들과 상호작용하여 프로그램하고, 특정 결과를 보기; 및 또는 분석 프로세스의 진행을 모니터할 수 있다. 예를 들어, 환자 또는 피험자의 세부사항들은 사용자에 의해 입력될 수 있고; 측정 매개변수들이 인터페이스를 통해 표시 및 변경될 수 있으며; 기기(1)를 위한 소프트웨어 업데이트는 사용자 인터페이스(15)와 사용자의 상호작용을 통해 다운로드 될 수 있고; 측정 진행 및 다양한 중간 및 최종 결과들 또한 사용자 인터페이스(15)를 통해 사용자에게 표시될 수 있다. 덧붙여, 사용자 인터페이스(15)는 샘플을 샘플 용기(6)에 넣고, 이어서 샘플 캐러셀(8)과 샘플 용기(6)를 올바르게 맞물리게 하는 프로세스의 다양한 단계들을 통하여 사용자를 안내하기 위하여 사용자에게 지시들을 제공하는 데 이용될 수 있다.

마지막으로, 기기(1)는 다양한 기기 구성 요소들(예: 광학 장치(2), 샘플 배치 메커니즘(4), 뚜껑 폐쇄 메커니즘(13), 및/또는 사용자 인터페이스(15))의 프로그램 가능한 제어를 제공하는 하나 이상의 프로세서들 또는 처리부들(16)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 기기의 특별한 기능 및 구성 요소들은 이 처리부들(16) 중 특정한 것(들)에 분할/할당될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 실시예들에서, 실시간 모니터링을 요구하고 및 연관된 안전 영향력을 갖는 (예를 들어, 광학 장치(2) 및 온도 제어 어레인지먼트(14)과 관련된) 특정 기능의 제어는 한나의 처리부(16)에 의해 제어될 수 있고; 반면 (사용자 인터페이스(15)와 같은) 사용자 인터페이스 및 연결에 관련된 특정 기능의 제어는 별도의 처리부(16)에 의해 제어될 수 있다. 덧붙여, 몇몇 예들에서, 기기(1) 내의 원치 않는 온도 상승을 방지하기 위해 기류를 증가시키고 처리부들(16)의 냉각을 용이하게 하는 측면 통풍구들/개구들(미도시)이 기기(1)에 마련될 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 샘플 용기(6)는 요구되는 측정 및 테스트가 실시될 수 있도록 기기(1)에 삽입될 수 있는 별도의 구성 요소에 해당된다. 전형적으로, 샘플 용기(6)는 일회용 (즉, 하나의 임상 샘플을 테스트하는데 이용될 수 있는) 구성 요소로 의도 및/또는 효과적으로 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 구성 요소는 당업계에서 '소모품'이라고도 한다. 또한, 이러한 소모성 샘플 용기(6)의 적당하고 유리한 구성들에 대한 세부 사항들은 이어서 도 9 내지 11을 참조하여 제공될 것이고; 추가의 세부사항 또한 본 출원인의 동시 계류 중인 "원심력에 의해 가동되는 액체 시스템들, 기기 및 방법들"이라는 제목의 출원에 제공되며, 그 내용은 국내법에 따라 전체 또는 적용가능한 범위까지 여기에 참조로서 포함된다.

또한, 기기(1)의 다양한 구성 요소들의 구성들의 세부 사항들, 및 이러한 구성 요소들 간의 상호 작용들이 도 2 및 3을 참조하여 이제 제공된다.

구체적으로, 이러한 도면들에 보여지는 바와 같이, 모터(10)는 하우징(12)의 베이스(12a)에 장착 및 지지되고; 모터(10)는 또한 기기(1)의 많은 나머지 구성 요소들이 장착되는 지지 베이스를 효과적으로 형성한다. 샘플 캐러셀(8)은 실질적으로 원형이고, 샘플 캐러셀(8)의 중심을 통과하는 수직 연장 축 'X'를 따라 연장되는 회전축(17)을 통해 모터(10) 상부에서 장착 및 연결된다. 이로써, 중심 축 'X'에 대한 샘플 캐러셀(8)의 회전 운동은 모터(10)에 의해 구동될 수 있다.

샘플 캐러셀(8)은 샘플 캐러셀(8) 주위에 방사상 간격으로 제공되는 복수의 개구(18)들을 포함한다. 도시된 실시예에 따르면, 개구(18)들은 샘플 캐러셀(8)의 외부 부분에 대해 방사상으로 위치한다 (이러한 개구들은 도 12a에 더 상세하게 도시되어 있다). 샘플 용기(6)는 바람직하게 샘플 용기(6) 주변에 동일한 방사상 간격으로 마련되는 복수의 대응하는 검출 챔버(20)들(도 9 및 10에 더욱 명확하게 도시됨)을 포함하고, 각각 분석될 임상 샘플의 일부를 포함하도록 구성된다. 샘플 캐러셀(8)에서 개구(18)들은, 샘플 용기(6)가 샘플 캐러셀(8)과 올바르게 접속 및/또는 맞물렸을 때, 복수의 개구(18)들 각각의 위치가 샘플 용기(6)에 마련된 복수의 검출 챔버(20)들 중 하나의 위치와 정렬되어 대응하도록 배치된다.

이와 같이, 검출 챔버(20)들은 샘플 용기(6)의 임의의 적절한 위치, 예를 들어, 그 외부 영역에 위치할 수 있다. 당업자가 이해할 수 있듯이, 각 개구(18)와 대응하는 검출 챔버(20) 간의 정렬은 후술할 광원으로부터의 빛이 개구(18)를 통과하여 각 검출 챔버(20)로 가기에 적합해야 한다. 샘플 용기(6)와 샘플 캐러셀(8) 간의 이 인터페이스는 도 12a를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.

광학 장치(2)는 광원(22) 및 콜리메이팅 광학계(미도시); 집광기 또는 집광 어레인지먼트(24); 및 적어도 하나의 광검출기(26)를 포함한다. 광원(22)은 입사 빔 축 'Y'을 따라 빛을 방출하고, 샘플 용기(6)의 검출 챔버(들)(20)에 존재하는 샘플 부분(들)을 비춘다. 집광기(24)는 샘플 내에서 박테리아 입자들에 의해 전방으로 산란되는 빛을 수집한다. 유리하게, 집광기(24)는 입사 빔 축(Y)으로부터 약 +/- 24도, 약 +/- 20도, 또는 약 +/- 16도의 각도 사이에서 산란되는 빛, 더욱 상세하게는 입사 빔 축(Y)의 양쪽에서 3과 +24도 및 -3과 -24도; +4와 +20도 및 -4와 -20도; 및 +5와 +16도 및 -5와 -16도의 각도 사이에서 (예: 광 빔의 특정 반경의 링에서) 산란되는 빛을 수집한다. 더욱 구체적으로, 수집된 빛은 입사 빔 축(Y)의 양쪽에서 +4와 +16도, 및 -4와 -16도의 각도 사이에서 산란될 수 있다. 집광기(24)의 곡률로 인한 작은 차이들은 산란이 입사 빔 축(Y)의 양쪽에서 약간 다른 각도 범위들(예를 들어, 한 쪽에서 약 3과 16도 사이, 다른 쪽에서 4와 16도 사이)에 걸쳐 산란이 수집됨을 의미할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 물론, 더욱 작은 (즉, 입사 빔 축의 양쪽에서 +/- 3 또는 4도 보다 작은) 각도에 걸쳐 산란된 빛이 수집될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이나; 이는 집광기(24)에 의해 수집되는 비산란 입사광의 비율을 증가시킬 것이다. 비산란 광의 비율을 너무 높이지 않으면서 더욱 작은 각도로 산란되는 빛이 수집되도록 입사광 빔의 폭을 줄일 수 있으나; 이는 결국 더 적은 양의 샘플을 조명하게 되어, 생성된 산란 광의 양을 줄일 것이다. 따라서, 이러한 점에 있어 유지되어야 할 균형이 있으며, 이는 이후에 더욱 자세히 논의될 것이다. 수집된 산란 광은 집광기(24)에 의해 광검출기(26)로 보내지며, 여기서, 예를 들어, 수집된 산란 광의 강도가 검출된 산란 광의 양의 함수로서 주어진 시점에서 검출 챔버에서 샘플의 상대적인 박테리아 양 또는 농도를 확인하기 위해 분석된다. 광학 장치(2)의 다양한 구성 요소들이, 도시된 실시예에서 모터(10) 또는 그 하우징(10a)으로부터 실질적으로 수직 상향으로 연장되어 지지되는 광학적 '타워'를 형성하기 위하여 지지 플레이트 또는 구조(28)에 장착된다. 그러나, 광학적 '타워'(28)의 장착은 모터(10)에 의해 발생될 수 있는 임의의 진동들로부터 광학 장치(2)를 격리시키기 위하여 모터(10) 및 하우징(10a)으로부터 떨어지거나 분리될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 어느 경우든, 이 광학적 타워(28) 구조는 사용 시 샘플 캐러셀(8) 및 샘플 용기(6)가 놓이는 평면에 실질적으로 수직이다. 따라서, 광원(22)으로부터 방출된 빛의 입사 빔 축 'Y'은 샘플 캐러셀(8)의 회전 축 'X'에 평행하지만, 거리 'd'만큼 측방향으로 오프셋되어 있다.

회전 축(X)와 입사 빔 축(Y) 사이의 측방향 오프셋 'd'는 샘플 용기(6)의 중심으로부터 검출 챔버(20)들(의 중심)까지의 실질적으로 반경 방향 거리에 대응하고, 또한 샘플 캐러셀(8)의 중심과 플랫폼 내에 마련된 개구(18)들의 영역 사이의 반경 방향 거리에 대응한다. 광학 장치(2)를 위한 지지 구조(28)는 광원(22)과 집광 어레인지먼트(24) 사이 (수직 평면의 어딘가) 그리고 샘플 캐러셀(8)의 평면에 위치하는 내부에 제공되는 갭 또는 컷아웃(30)을 가지고 있으며; 이 컷아웃(30)의 크기와 위치는 그 안에 샘플 캐러셀(8)의 반경 방향 외부 부분을 수용하도록 정해진다. 이와 같이, 이 샘플 캐러셀(8)의 이 수용된 부분(따라서 샘플 캐러셀(8)과 맞물릴 때 샘플 용기(6)의 해당하는 부분)은 지지 구조(28)로 그리고 광학적 타워를 통해 연장되어 광원(22)으로부터 방출되는 빛의 입사 빔 축(Y)과 교차할 수 있다. 실제로, 샘플 캐러셀(8), 지지 구조(28), 광학 장치(2) 및 샘플 용기(6)는, 사용 시, 광원(22)에 의해 방출된 빛이 샘플 캐러셀(8)의 개구(18)들 중 하나를 통과하여 이후 대응하는 검출 챔버(20)로 진입하는데 적합하게 설계되어, 해당 검출 챔버(20) 내에 포함되는 샘플 부분이 조명되고 분석될 수 있도록 한다.

그 결과, 샘플 용기(6)가 샘플 캐러셀(8)과 맞물렸을 때, 샘플 용기(6)의 검출 챔버(20)들 각각은 광원(22)으로부터의 빛의 빔 경로를 통해 샘플 용기(6)의 모터(10)에 의한 회전을 통해 입사 빔 축 'Y'에 차례로 위치할 수 있다. 따라서, 각 검출 챔버(20)에 포함된 샘플의 부분에서 박테리아 입자들로부터 산란 광이 광학 장치(2)에 의해 차례로 수집되어 측정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서 '측정'은 샘플에서 박테리아에 의해 산란되는 빛의 양/강도를 정량적으로 평가하는 것을 의미하며; 반면 다른 실시예들에서는 다른 샘플 챔버들에 의한 상대적인 산란 양에 대한 정성적 평가가 수행될 수 있다.

도시된 실시예에서, 광학 장치 지지 구조(28)는 광학 장치(2) - 예를 들어, 집광 어레인지먼트(24) 및 광검출기(26)의 구성 요소들의 일부를 덥고 (또한 약간의 지지 기능을 제공할 수도 있는) 상부 (돌출) 커버부(32)를 포함한다. 또한, 상부 커버(32)는 실질적으로 수직 입사 빔 축 'Y'를 따라 이동하는 비산란 광이 (예를 들어, 광원(22)이 빛을 방출하는 동안 하우징(12)의 뚜껑(12d)이 제거되는 경우) 기기(1)로부터 빠져나오거나 우연히 기기(1)의 사용자에게 도달하는 것을 방지하는 유용한 기능을 추가적으로 제공한다. 광학 장치(2) 다양한 구성들에 대한 추가 세부사항들은 이어서 도 4 내지 7을 참조하여 제공될 것이다.

이제 온도 제어 모듈(14)로 돌아가서, 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c에서 보이는 바와 같이, 기기(1)의 이 부분은 모터(10) 및 그 하우징(10a) 위에 장착되어 지지되고, 적어도 하나의 가열 부재(34) 및 순환 어레인지먼트(36)을 포함한다. 각 가열 부재(34), 예를 들어, 가열 코일, 또는 어레인지먼트/복수의 가열 코일들이 샘플 캐러셀(8) 아래에 위치하는 대응하는 칸 또는 챔버(38) 내에 위치할 수 있다. 도시된 실시예에서, 한 쌍의 가열 부재(34)들이 마련되어(도 3a 참조), 샘플 캐러셀(8) 아래 모터(10) 위 평면에 위치한다: 각 쌍의 가열 부재(34)들은 광학 장치 지지 구조(28)의 각 측면에 위치한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 각 가열 부재(34)는, 사용 시, 그 주변의 공기를 가열하고; 이 가열된 공기는 샘플 캐러셀(8)과 그 연관된 샘플 용기(6)의 밑면을 향하여 상승한다. 그러면, 순환 어레인지먼트(36)는 기기 하우징(12)을 통해 공기를 더욱 넓게 순환시켜, 샘플 용기(6) 위와 주변을 통과하는 가열된 공기가 실질적으로 일정한 흐름을 유지하도록 하고; 이에 따라 샘플 용기(6) 내용물의 온도가 빠른 박테리아 성장 및 증식을 촉진하도록 원하는 (최적의) 온도 범위내에서 유지되도록 한다. 도시된 실시예에서, 순환 어레인지먼트(36)는 샘플 용기(6) 위의 높이에 위치하는 공기 흡입구(40a)들, 및 샘플 캐러셀(8) 아래 높이에 위치하는 공기 유출구(40b)들을 갖는 한 쌍의 재순환 덕트(40)들을 포함한다. 이처럼, 기기 내부의 공기 온도를 필요에 따라 신속하게 조정할 수 있다. 순환 어레인지먼트(36) 또한 순환 어레인지먼트(36) 주변의 기류를 구동하기 위하여 하나 이상의 연관 팬(42)들 또는 다른 메커니즘들을 포함한다. 구체적으로, 도시된 실시예에서, 각 가열 부재(34)는 그와 연관된 팬(42)을 가지고 있어 해당 가열 부재에 의해 가열된 공기의 순환 어레인지먼트(36)를 통한 순환을 구동한다.

도 3c는 온도 제어 모듈(14)을 통해 달성된 공기의 이동을 더욱 상세하게 도시한다. 각 가열 부재 - 팬 쌍은 그 해당 재순환 덕트(40)의 베이스에 위치한다. 팬(42)들은 연관된 가열 부재(34)들을 통해/가로질러 공기의 일정한 흐름을 구동하고; 이 가열된 공기는 이후 재순환 덕트(40)들의 대응하는 유출구(40b)들로부터 샘플 캐러셀(8) 아래의 대기실 또는 중간 칸(43)으로 배출된다. 그러면, 가열된 공기는 기기를 통해 상승하여, 샘플 용기(6)를 가로지르고 그 주변에 흐르는 과정에서 냉각된다. 이 상대적으로 더 차가운 공기가 팬(42)들에 의해 유출된 공기를 대체하도록 재순환 덕트(40)들의 공기 흡입구(40a)들로 들어가고, 아래의 가열 부재 - 팬 쌍으로 되돌아 흐른다. 재순환 덕트(40)들이 광학 장치(2)의 양쪽에 위치함에 따라, 이러한 덕트(40)들을 생성하기 위해 이용되는 재료가 적절히 성형되어 가열된 공기가 광학 장치 구성 요소들의 과열시키는 것을 방지하도록 구성된다. 이는 이러한 구성 요소들의 임의의 원치 않는 뒤틀림 또는 오작동을 방지하고, 과도한 열로 인한 임의의 측정 오류들을 방지하는 데 도움이 된다.

기기가 복수의 가열 코일들을 각각 포함하는 한 쌍의 가열 부재들을 갖는 것으로 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시되어 있으나, 선호도 및 디자인에 따라 하나 이상의 가열 부재들이 적합할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 더욱이, 복수의 가열 코일들은 발명의 본 실시예에 따라 챔버 내에서 공기의 신속한 가열을 제공하는 데 유리할 수 있지만, 하나의 가열 코일이 이용될 수도 있고, 이와 달리 많은 다른 형태 및 구성의 하나 이상의 히터들을 당업자들이 이용할 수 있고 선호도에 따라 선택될 수 있을 이해할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 본 기기는 기기의 내부 챔버들 주위로 따뜻한 공기를 밀기 위하여 한 쌍의 팬들(각 가열 부재에 하나씩 할당됨)을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 실시예들에서 팬이 필요하지 않을 수 있는 데, 예를 들어, 샘플 용기(6) 및 샘플 캐러셀(8)이 스핀에 의해 야기되는 공기의 흐름은 가열된 공기를 샘플 용기(6)를 향해 그리고 그 주위로의 움직임을 생성할 수 있다.

샘플 캐러셀(8)의 양쪽에서, 각 쌍이 대응하는 재순환 덕트(40)들을 갖는, 가열 부재(34)들 및 팬(42)들의 효과적인 거울 배열 쌍의 제공은 기기(1) 내에 가열의 양호한 균형을 유지하는 데 특히 유용하다고 입증되었다. 이는 또한 특정 방향으로 샘플 용기(6)의 연속된 회전에 의해 생성될 수 있는 가열의 임의 비대칭을 보상한다. 나아가, 이러한 '상향식' 방식으로 샘플 용기(6)를 가열하는 것(즉, 공기가 가열되어 샘플 용기(6)를 통해 빠르게 상승)은 샘플 용기(6) 자체의 재료를 가열함에 있어 과도한 양의 열 (및 가열 시간)을 낭비하지 않고, 개별적인 검출 챔버들 내에 포함된 샘플 부분들의 더 빠르고 더 쉬운 가열을 가능하게 한다. 이에, 샘플 용기(6)가 샘플 용기(6)의 둘레 주위에 다른 검출 챔버(20)에 각각 복수의 샘플들을 포함하는 경우, 각 검출 챔버(20) 내의 샘플의 가열을 일정하게 하는데 유리하다. 몇몇 예들에서, 샘플 용기(6) 내 샘플들을 원하는 일정 온도로 유지하는 것은 기기(1) 내에, 예를 들어, 샘플 용기(6) 위 또는 근처에 위치한 온도 측정 기기(적외선 또는 IR 온도계)의 도움으로 구현될 수 있다.

도 4는 광학 장치(2)에서 광학적 구성 요소들의 예시적 어레인지먼트의 세부 사항들을 도시한다. 이러한 어레인지먼트에서, 광원(22)은 검출 챔버(20)들에 포함된 샘플 부분들을 비추기 위한 특정 파장(예를 들어, 620 nm와 780 nm 사이, 및 보다 구체적으로 약 635 nm의 파장 범위에서 가시 적색 광)의 빛을 발생시키는 데 이용되는 레이저 다이오드를 갖는 레이저 모듈에 해당한다. 상기 파장들은 소변 샘플들의 분석과 관련하여 이용하려고 구상되었지만; 사용되는 빛의 파장은 분석될 샘플의 성질에 따라 다를 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 근 적외선 파장들(약 650 nm와 약 1350 nm 사이)은 혈액 샘플들과 관련하여 활용될 수 있다. 레이저 다이오드는 레이저 출력의 변조 주파수와 진폭을 제어하기에 적합한 신호 발생기(미도시)에 연결된다. 광검출기(26)는 잠금 증폭기(미도시)에 연결되는 광다이오드에 해당하고; 잠금 증폭기는 레이저 다이오드를 위한 신호 발생기에 차례로 연결된다. 이는 광다이오드가 레이저 다이오드를 위한 신호 발생기에 의해 발생되는 변조 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 특정 수신 신호를 분리하고 필터링하게 한다. 이는 여러 주파수들에서 노이즈 신호들(예: 배경 노이즈, 전기적 노이즈)을 필터링할 수 있게 하여, 광학 장치(2)를 이용하여 획득가능한 신호 대 노이즈 비를 향상시킨다. 이 구성 요소들은, 예를 들어 하나 이상의 인쇄 회로 기판들 (PCB들) 또는 다른 유형들의 마이크로 제어부들 형태를 가질 수 있는, 시스템의 프로세서(16)들 중 하나 이상을 통해 제어될 수 있다.

이 예에서의 집광기(24)는 입사 빔 경로를 가로질러 연장될 수 있도록, 도시된 실시예에서, 지지 구조(28)에 장착되는 반사기 또는 반사 표면을 포함한다. 구체적으로, 도 4의 집광기(24)는 그 내부에 중심에서 벗어난 구멍, 조리개 또는 개구(46)를 갖는 굽은 오목 타원형 거울(44)에 해당된다. 거울(44)은 구멍이 입사 빔 축 'Y'과 정렬되도록 지지 구조(28)에 장착되어, 검출 챔버(20)를 빠져나와 빔 축(Y)을 따라 이동하는 비산란 광이 실질적으로 편향되지 않은 거울(44)을 직접 통과하도록 한다; 따라서 이 비산란 광이 광검출기(26)에 도달하는 것이 방지된다. 나아가, 거울(44)은, 샘플 내 입자들에 의해 전방으로 산란되는 빛, 특히, 입사 빔 축(Y)의 약 +4와 +16도 사이, 및 약 -4와 -16도 사이의 각도 범위 내에서 산란되는 빛이 거울(44)에 반사되어 광검출기(26)를 향하도록, 기울어지고 크기를 갖는다. 몇몇 다른 실시예들에서, 거울(44)에서 반사되어 광검출기(26)를 향하는 빛은 입사 빔 축(Y)의 약 +5와 +16도, 및 약 -5와 -16도 사이의 각도 범위 내에 있다.

산란 광 검출의 감도를 고려할 때, 집광기(거울) 조리개(46)의 크기;광원(22)으로부터의 광빔의 폭; 및 광빔이 통과하는 샘플 용기(6)의 각 검출 챔버(20)의 폭(지름) 간의 상호작용이 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 산란 광 검출 감도를 최적화하기 위하여 이 값들 사이에 균형이 필요하다. 광원(22)으로부터의 광빔의 폭을 늘리면 광빔에 의해 조명되는 샘플 내 (박테리아) 입자들의 양이 증가하고; 이는 결과적으로 검출될 수 있는 임의의 주어진 산란 이벤트에서 생성되는 산란 광의 양을 증가시킨다. 그러나, 검출 챔버(20)로부터 나오는 산란 광의 측정들을 수행할 때, 광빔의 전체 폭이 검출 챔버(20) 내의 샘플을 비추는 시간의 양을 증가시키는 것은 (샘플로부터 산란광의 검출을 수행하는 정확도를 떨어뜨릴 수 있는 내부 산란의 원인이 될 수 있는 검출 챔버(20)의 벽들로부터 떨어진) 샘플을 통해 광빔의 더 길고 '명확한' 측정 경로/영역을 제공한다. 따라서, 광빔 폭의 증가가 검출 감도를 증가시키지만, 그럼에도 불구하고 광빔 폭은 이 두 인자들의 균형을 맞추기 위하여 검출 챔버(20)의 폭/지름"塤* 작게 유지되어야 한다. 나아가, 집광기(거울)에서 조리개(46)의 지름이 가능한한 광빔의 폭에 가깝도록 시스템을 구성하는 것은 수집되는 비산란 광의 양은 최소화하면서 가능한 한 많은 산란광이 수집되어 광검출기(26)를 향해 보내지도록 함을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 광빔의 폭이 조리개(46)의 지름과 너무 가깝게 일치하면, 측정들의 과정에서 광빔이 이동하는 경로에서 작은 편차들(예: 구성요소들의 의심스러운 진동 또는 가공 공차들)이 조리개(46)와 광빔의 정렬에 부정적인 영향을 줄 수 있고; 따라서 이는 검출 감도에 대응하는 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

특정 실시예에서, 검출 챔버(20)의 지름은 약 4 mm이고, 이 경우 약 1 mm와 3 mm 사이(보다 구체적으로 1.5 mm와 2.4 mm 사이)의 광빔 폭들이 조명되는 박테리아 입자들의 수와 검출 챔버(20) 내의 '명확한' 측정 경로의 길이 사이에 양호한 균형을 제공한다. 이러한 실시예에서,조리개(46)의 폭이 약 3 mm로 선택되는 경우, 예를 들어 약1.5 mm의 광빔 폭이 사용에 적합할 것인데, 이는 가공 공차들 및/또는 시스템 진동들을 고려하여 조리개 폭과 광빔 폭 사이에 충분한 여백을 남기기 때문이다. 그러나, 조리개(46)가 커지는 경우 (예를 들어, 검출 챔버(20)의 지름과 일치하도록 지름을 4 mm로), 사용되는 광빔 폭 또한 상응하여 (예를 들어 약 2 mm와 2.4 mm 사이로) 증가될 수 있다.

도시된 실시예의 어레인지먼트에서, 오목, 타원형 거울(44)은 광검출기(26)에 집광되도록/초점이 맞도록 입사 빔 축(Y)으로부터 멀어지는 결정된 각도로 (실질적으로 입사 빔 축(Y)에 대해 90도로) 산란광을 전방으로 반사시킨다. 시스템 프로세서(16)들 중 하나 이상이 광검출기(26)와 연관되어, 검출된 산란 광의 강도를 계산하기 위하여 광검출기(26)에 의해 생성된 검출 신호들을 처리한다. 검출기 출력(시간의 함수로서 측정된 산란 광 강도에 대응)의 그래프 또는 플롯이 생성될 수 있고; 이러한 그래프들의 예들이 도 8에 도시된다. 이 그래프 및/또는 그래프를 생성하기 위해 이용되는 데이터는, 예를 들어, 진행의 실질적으로 실시간 표시, 규칙적인 간격; 또는 주어진 샘플을 위한 분석 프로세스가 완료되면 최종(요약) 출력으로 사용자 인터페이스(15)를 통해 사용자에게 표시될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 시스템은 입사 빔 축 'Y'와 정렬되지만, 샘플로부터 집광기(24)의 반대편에 위치하여 거울(44)에서 구멍(46)을 통과하는 비산란 광을 검출 및 측정하도록 배치된 제2광검출기(48)를 포함한다. 이 제2광검출기(48)는 제1(주)광검출기(28)와 실질적으로 같은 방식으로 구성될 수 있는 광다이오드에 해당한다 - 즉, 제2광검출기(48)는 잠금 증폭기를 통해 광원(22)의 신호 발생기에 연결되어, 제2광검출기(48)(및/또는 검출기(48)와 연관된 프로세서(16)들 중 하나)가 레이저와 주파수에 있어 다른 임의의 노이즈 신호들로부터 원하는 레이저 신호 주파수 (및 위상)를 필터링 할 수 있음을 보장한다. 이 추가의 제2광검출기(48)의 제공은 획득될 비산란 레이저 광의 기준선 측정을 감안한다. 이 기준선 측정은 제1(주)광검출기(26)를 이용하여 측정되는 산란 광 강도와 비교될 수 있고, 이는 예를 들어, 조명에서 이상을 검출되도록 하고; 분석 중에 레이저 안전성을 평가하고 고려할 수 있다. 본 발명의 임의의 실시예들에서, 제2광검출기(48)는 생략될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 일부 실시예들에서, 빔 덤프 또는 다른 장치는 레이저로부터 비산란 광을 수집하기 위해 이용될 수 있다.

몇몇 경우에 있어, 거울(44)은 적절한 크기, 모양 및 반사특성의 획득이 보장되도록 맞춤형 성형 프로세스를 통해 제조된다. 이러한 프로세스 동안, 거울(44)의 반사 표면은 예를 들어 거울 표면을 알루미늄 또는 강화 알루미늄으로 (증기) 코팅하여 형성될 수 있다. 몇몇 선택적 예들에서, 거울의 반사율(약 650 nm에서)은 90% 이상(예: 적어도 95% 또는 98%)이어야 하고, 및 거울의 표면 거칠기는 100

이하(예: 80

이하, 60

이하 또는 40

이하)이어야 한다. 도 4에 도시된 광학적 어레인지먼트는 특히 본 발명을 수행하는 데 필요한 부품의 수를 줄이는 데 유리하지만, 다른 광학적 어레인지먼트들 또한 가능할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 맞춤형 오목 타원형 거울(44)이 한 쌍의 반사 구성 요소들, 예를 들어, 반사 구성 요소들, 예를 들어, 전방 산란 광을 집속 렌즈로 편향시키는 제1 거울, 또는 제1거울로부터 반사된 빛을 광검출기(26) 상에 집중시키는 제2오목 거울로 대체될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 하나 이상의 추가의 집광 구성 요소들은 광검출기(26)와 관련하여 또는 연관되어 광학 장치 어레인지먼트(2)에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 집광 구성 요소들(집광 렌즈)는 광검출기(26)에 의해 수집되는 산란 광의 양을 최대화하기 위해 광검출기(26) 주변의 '집광 원뿔'을 형성하도록 배치될 수 있다.

대안적 광학 장치 어레인지먼트(2')가 도 5에 도시되어 있고, 여기서 (반사율 및 표면 거칠기 특성이 비슷함에도 불구하고) 맞춤형으로 구체화된 모양의 거울(44')보다 규격품의 오목 거울(44')이 이용될 수 있다. 이러한 경우, 거울(44')의 곡률은 반드시 샘플 상호작용들로부터 모든 (혹은 적어도 실질적으로 대부분)의 전방-산란 광을 광검출기(26) 상에 집중시키도록 구성되지 않을 수도 있다.

이러한 경우에,, 추가의 집광 구성 요소(50)(예: 프레넬 렌즈와 같은 집광 렌즈)는 거울(44')에 의해 반사된 전방-산란 광이 가능한한 많이 광검출기(26) 상에 포착되어 집중되는 것을 보장하기 위해, 거울(44')과 광검출기(26) 사이의 광 경로에 있는 광학적 어레인지먼트에 도입될 수 있다. 이는 광학 장치(2')를 이용하여 획득할 수 있는 산란 광의 총량을 최대화하고, 이에 시간이 지남에 따라 샘플 내 박테리아의 상대적인 양 또는 농도의 더 작은 변화를 검출하기 위해 장치의 감도 또한 차례로 증가시킨다. 다른 실시예들에서, 상기 나타낸 바와 같이, 렌즈(50)는 광검출기(26) 상에 빛을 반사하도록 구성된 제2거울을 대체할 수 있다. 도 4의 광학 장치 어레인지먼트(2)와 관련하여 위에 언급한 추가의 집광 구성 요소(들) 상술한 집광 구성 요소(50)에 더하여 또는 그 대안으로써 광학 장치(2')에 통합될 수도 있다.

도 6은 산란 및 비산란 광을 구분하여 수집하도록 구상된다른 대안적 광학 장치 어레인지먼트(2')'를 도시하고 - 이 두가지 유형의 빛의 빔 경로들이 도면에 도시된다. 이 대안적 어레인지먼트에서, 집광기(24)는 제1렌즈(52a)의 초점 거리보다 큰 거리 'a' 만큼 떨어져 있고, 렌즈들의 볼록한 표면들이 입사 빔 축(Y)을 따라 서로 마주보도록 배향된 한 쌍의 집광 렌즈들(52a, 52b)을 포함한다. 이 구성에서, 제1집광 렌즈(52a)에 입사하는 빛의 임의의 발산하는 빔들은 입사 빔 축(Y)에도 평행하는 평행 광빔들로 콜리메이팅될 것이다. 이 후, 빛의 이러한 평행 빔들은, 제2집광 렌즈(52b) 상에 입사 시, 입사 빔 축(Y)을 따라 더 멀리 떨어진 지점을 향해 수렴될 것이다. 그러나, 1집광 렌즈(52a)의 중심(또는 0°에서 예를 들어 5°까지 소정의 최대 각도로 산란된 빛에 대응하는 영역 안)을 통과하는 빛의 임의의 평행 빔들이 해당 렌즈(52a)의 초점 거리 지점에 대신 수렴될 것이다. 도시된 어레인지먼트(2')'에서, 집광기(24) 또한 제1집광 렌즈(52a)의 초점 거리에 대응하는 위치에 마련되고, 상기 소정의 최대 각도 이하의 입사각에서 제1렌즈에 도달한 빛만을 반사하도록 크기와 방향을 갖는 거울(54)을 포함한다. 따라서, 실질적으로 산란 없이 샘플을 통과한 빛은 제2집광 렌즈(52b)에 도달하기 전 거울의 표현을 때릴 것이고, 제2렌즈(52b)로부터 멀리 편향될 것이다. 도시된 실시예에서, 거울(54)은 (다양한 각도들이 적어도 선택될 수 있음에도 불구하고) 입사 빔 축(Y)에 대해 각(실질적으로 45도)을 이루고, 이에 따라 거울(54)에 입사하는 임의의 광빔들이 입사 빔 축(Y)에 대해 약 90도로 반사되어 주 입사 빔 경로로 향하므로; 이 빛은 제2집광 렌즈(52b)에 도달하지 않을 것이다.

도 4 및 5에 도시되었던 광학 장치 어레인지먼트들(2, 2')의 경우처럼, 도 6의 현재 어레인지먼트(2')'에서 레이저 다이오드 광원(22)은 샘플 용기(6)의 검출 챔버(20)에서 샘플 을 조명하는, 입사 빔 축(Y)을 따라 빛을 방출하고; 샘플 내 박테리아는 입사광 빔을 전방으로 및 상응하여 상대적으로 작은 각도 범위에 걸쳐 산란시킨다. 그리고, 도 4 및 5의 광학 장치 어레인지먼트들과 같이, 두 개의 광검출기가 도 6의 광학적 어레인지먼트(2')'에 마련된다: 제1'오프-축'광검출기(26')가 입사 빔 축(Y)에 대해 각도 오프셋(약 90도 만큼)되도록 위치하고; 제2'온-축'광검출기(48')가 입사 빔 축(Y)에 절렬되어 위치한다. 그러나, 도 6의 광학적 어레인지먼트에서, 검출 챔버(20)를 평행 빔으로 통과하여 빠져나가는 비산란 광이 제1집광 렌즈(52a)에 의해 거울(54)에 집속 되고, 그 후 오프셋 오프-축 광검출기(26') 상에 집속 된다. 샘플 내 박테리아와 입사 광의 상호작용에 의해 생성되는 전방-산란 광 빔들이 한 쌍의 콜리메이팅 렌즈들(52a, 52b)에 의해 온-축 광검출기(48') 상에 집속된다. 이는 산란 광을 검출하는 오프-축 (주) 광검출기(26) 및 비산란 기준선 레이저 광을 검출하는 온-축 광검출기(48)인, 도 4 및 5의 어레인지먼트들과 직접적으로 대비된다.

상술한 광학 장치 어레인지먼트들(2, 2', 2'') 중 하나를 이용함으로써, 기기(1)는 샘플 내 박테리아의 특성 및/또는 양들을 평가하는 데 유용한 광 산란 수집을 최적화/최대화할 수 있다. 이는 이러한 박테리아 상호작용의 결과로 산란된 빛의 대부분 (약 95%)가 입사 빔 축(Y)의 양쪽에서 상대적으로 작은 범위의 각도들에 대해서만, 예를 들어 입사광 빔 축(Y)으로부터+/- 20도의 각도 사이 (및 보다 구체적으로 입사광 빔 축(Y)의 양쪽에서 약 4 또는 5 내지 16도의 각도 사이)에 대해서만 산란된다는 것을 본 출원인이 이해하였기 때문이다. 따라서, 수집된 강도를 증가시키기 위해 산란광(일부의 경우 후방 산란 광 포함)의 다중 반사 및/또는 확산을 활용하는 적분구 집광기 또는 다른 형태의 집광기를 요구하는 대신에, 샘플에서 입자들을 평가/측정하는 것과 가장 관련된 식별된 각도 범위들에 대해 산란된 빛을 수집하고, 광검출기 상에 수집된 빛을 보내어/집중시키도록 구성된 단순화된 집광 어레인지먼트가 활용될 수 있다.

상술한 디바이스(1)를 이용하는 방법을 도 7을 참조하여 이제 설명한다.

우선, 임상 샘플은 단계(105)에서 사용자에 의해 샘플 용기(6)에 단단히 배치되고, 샘플 용기(6)는 이후 단계(110)에서 기기(1)내에 적절한 위치에 삽입된다. 이는 광학적 타워 지지 구조(28)와 샘플 용기(6)를 바르게 정렬시키는 것(예: 샘플 용기(6)의 인덴트 또는 컷아웃 세그먼트 또는 다른 표면 특징(58)을 지지 구조(28) 또는 기기(1)의 대응하는/상보적인 구조와 정렬시키는 것)과, 샘플 용기(6)와 샘플 캐러셀(8)을 예를 들어, 클릭-인/클립-인 및 풀-아웃메커니즘을 통해 맞물리는 것을 수반한다. 몇몇 실시예들에서, 이 프로세스는 사용자 인터페이스(15) (예: 일련의 다이어그램들 및 대응하는 서면/구어 명령들을 통해) 안내될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 샘플 캐러셀(8) 자체는 필요에 따라 편리한 세척을 용이하게 하기 위하여 제거 가능할 수 있다. 이 후, 기기(1)의 뚜껑(12d)은 닫힌 후 제자리에 잠기고; 사용자는 원하는 샘플 분석을 수행하기 위해 기기(1)의 다양한 구성 요소들에 의해 취해질 미리 프로그램된 동작들의 순서를 시작하기 위해 단계(120)에서 사용자 인터페이스(15)에 접속한다.

수행되는 이러한 미리 프로그램된 동작들에 앞서, 또는 사실상 이 동작들의 일부로서, 기기(1)는 단계(115)에서 샘플 용기(6)를 식별하고, 샘플 용기(6) 자체 또는 그 포장에 마련된 데이터에 기초하여 해당 특정 샘플 용기(6)에 관련된 정보를 판단하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 이 정보는 샘플 용기(6) 자체와 연관된 고유 식별자, 샘플 용기(6)가 일부를 형성하는 특정 집단(batch)과 연관된 고유 식별자, 및 샘플 용기(6)의 내용물에 대한 사용 기한을 포함할 수 있는, 샘플 용기(6)에 마련된 고유 식별 코드 내에 포함되어 있거나 이를 통해 획득할 수 있다. 이 식별 코드는 샘플 용기(6)의 삽입 전 (예: 기기(1)와 연관된 별도의 스캐너를 통해) 또는 샘플 용기(6)의 삽입 후에도 (예: 기기(1)에 통합된 스캐너를 통해), 기기(1)에 의해 스캔될 수 있는 RFID 태그 또는 바코드 (예: 2D 바코드)의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 내부 바코드 스캐너/판독기(59)가 기기 하우징(12)의 내부 벽에 장착된 것으로 (도 2에 도시된 기기) 도시되어 있다. 이 실시예에서, 스캐너(59)는 샘플 용기에 위치한 식별 RFID 태그 또는 바코드를 향하도록 특정 각도로 장착된다. 예를 들어, 바코드 또는 다른 식별 수단는 샘플 용기(6)의 각진 부분(58a)에 위치(예: 샘플 용기(6)가 기기(1)에 삽입되자마자 스캐너(59)에 의해 판독될 수 있도록 샘플 용기(6)의 컷아웃 세그먼트(58)에 인접하게 위치 - 도 9a 및 도 9b에 도시)할 수 있다

또한, 추가의 정보가 식별 코드이 일부로 또는 추가로, 예를 들어, 주어진 샘플 용기(6)의 검출 챔버(20)들 각각 내에 마련된 특정 약물들의 세부 사항들이 제공되어, 테스트되고 있는 약물들에 대한 지식과 함께 분석이 수행될 수 있도록 한다. 나아가, 구현될 필요가 있을 수 있는 소프트웨어 업데이트에 대한 세부 사항들 또한 제공된 정부의 일부로서 포함될 수 있다; 이는 기기(1)가 요구될 수 있는 적절한 소프트웨어 업데이트 및 변경에 관한 샘플 용기(6) 자체로부터 쉽고 효율적으로 정보를 얻을 수 있게 한다.

추가로 또는 대안적으로, 고유 식별 코드는 샘플 용기(6)의 포장(예: 특정 무리의 하나 또는 복수의 샘플 용기(6)들을 포함하는 박스) 상에 마련될 수 있고, 또는 포장과 함께, 예를 들어, 포장과 연관되고 관련 식별 정보가 미리 설치된 USB 스틱의 형태로 제공될 수도 있다. 유리하게, 이러한 정보를 제공하기 위해 포장 또는 별도의 USB 스틱을 활용하는 것은 데이터를 포함하기 위해 이용가능한 저장 공간을 증가시키고, 이에 더 많은 데이터가 식별 코드 내에 마련될 수 있게 한다. 이러한 경우, 기기 하우징(12)은 USB 스틱을 수용하고 접속학기 위한 포트가 제공될 수 있다.

기기(1)는 샘플 용기(6)가 기기(1)와 함께 이용될 수 있는 용기들의 승인된 집단 중 하나인지 확인하기 위해 (예: 임의의 위조 또는 미승인 샘플 용기들을 식별하고 이들이 기기(1)와 함께 사용되는 것을 방지하기 위해) 프로그램될 수도 있다. 이와 과련하여, 샘플 용기(6)는 기기(1)에 의해 검출가능한 식별 (위조방지) 특징이 마련될 수 있다; 이는 상술한 고유 식별 코드의 일부로 또는 추가로 마련될 수 있다. 기기(1)는 이러한 특징을 포함하지 않는 임의의 샘플 용기(6)들에 대한 처리를 거절 또는 거부하도록 프로그램될 수 있다.

도 10 및 11을 참조하여 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 샘플 용기(6)는 임상 샘플이 초기에 보유되는 중앙 샘플 챔버(60)를 포함하고; 샘플 부분들이 조명되고 분석되는, 다양한 개별 샘플 부분들의 최종 목적지를 나타내는 복수의 검출 챔버(20)들도 포함한다. 따라서, 단계(125)에서 기기(1)에 의해 실시되는 제1 일련의 미리 프로그램된 동작들은 중앙 샘플 챔버(60)로부터 복수의 검출 챔버(20)들 각각에 임상 샘플을 재분배하기 위하여, 모터(10)를 특정 회전 주파수에서, 특정 사전 정의된 방향으로 그리고 특정 지속 시간동안 회전하도록 동작시킨다. 이 일련의 동작들은 다음과 같은 순차적 단계들을 수반한다: (a) 박테리아 성장에 도움이 되는 환경을 제공하기 위하여 샘플 용기(6) 내에 마련된 성장 배지(62)와 임상 샘플을 혼합하는 단계; (b) 샘플로부터 원치 않는 입자들 (예: 침전물 등)을 분리하기 위하여 더 작은 샘플 부분들을 복수의 방사상으로 연장된 유체 구조(64)들에 분배하는 단계; (c) 각 유체 구조(64) 내에 마련된 대응하는 약물 (예: 항생제)와 더 작은 샘플 부분들을 혼합하는 단계; 및 (d) 시간 경과에 따라 조명과 분석을 위한 그 대응하는 검출 챔버(20) 내에 최종 약물이 투여된 샘플을 유지하는 단계. 물론, 일부 사용에 있어, 제어 샘플들은 항생제 또는 다른 약물에 노출되지 않는다.

이 프로세스가 실시되고 및 다양한 약물이 투여된 샘플 부분들이 그들 각각의 검출 챔버(20)들로 재분배되자마자, 기기(1)의해 택해진 그 다음 일련의 사전 프로그램된 동작들은 각 검출 챔버(20) 내 샘플들의 분석을 수반한다. 모터(10)는 샘플 용기(6) 상의 주어진 지점, 예를 들어, 특정 검출 챔버(20)가 대략 0.6초마다 완전 회전을 수행하도록, 긴 시간에 걸쳐 (예: 약 60 내지 90분의 과정에 걸쳐) 일정한 회전 속도(예: 100 또는 200 rpm)로 샘플 캐러셀(8) 및 연관된 샘플 용기(6)의 회전을 구동하도록 프로그램 된다. 따라서, 사용 시, 약 100 rpm 또는 200 rpm의 회전 속도에서, 각 검출 챔버(20)는 소정의 간격으로 (예: 100 rpm의 회전 속도에 대해 약 0.6초마다) 입사 빔 축(Y)을 통과할 것이다. 이로써, 각 검출 챔버(20) 내의 샘플 부분은 차례로 (매 소정의 시간 간격마다) 조명되고, 산란 광은 광검출기(26)에 의해 수집되어 시금 과정(예: 박테리아 성장/항생제 감수성 시금(assay))을 거쳐 규칙적인 간격으로 처리/분석될 수 있다. 측정의 빈도를 고려해 볼 때, 몇몇 예들에서, 샘플 측정의 (가중된) 롤링 평균이 각 검출 챔버(20)로부터 획득한 산란 광 측정들을 처리하고 결합하는 데 이용될 수 있다고 예상된다. 이는 (가중 평균을 얻기 위해 결합된 개별 측정들의 수에 대한 제곱근에 의해) 각 평균 샘플 측정 포인트와 관련된 노이즈를 줄이는 데 유리할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우들에서, 롤링 평균이 100회 측정들(즉, 예상되는 100 rpm 회전속도인 경우 60초)와 관련하여 적용될 수 있음이 예상된다. 몇몇 실시예들에서, 샘플 캐러셀(8) (및 샘플 용기(6))의 회전 속도는 미리 프로그램된/공장 설정에 따라 선택되고; 기기(1)의 처리 속도에 따라서, 그리고/또는 원하는 측정 주파수에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 시금 중 샘플 용기(6)의 회전 속도는100 rpm (예: 50과 300 rpm 사이) 보다 빠르거나 느릴 수 있다. 마찬가지로, 시금의 길이는 미리 프로그램된/공장 설정들을 기초로 할 수 있고, 또는 몇몇 실시예들에서 사용자-선호도에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 시금의 길이는 박테리아에 대해 테스트될 박테리아 및/또는 항생제들의 유형에 의해 결정될 수 있고; 약 20분에서 2시간 사이, 약 20분에서 1.5시간 사이와 같이, 약 20분에서 4시간 사이에 있을 수 있다. 몇몇 바람직한 실시예들에서, 시금의 길이는 약 20 분과 1 시간 사이, 또는 약 30 분에서 1 시간. 사이이다.

이 문서의 앞에서 간략히 언급한 바와 같이, 측정된 산란 광 강도의 결과로서, (광학적 어레인지먼트들 (2, 2')에서) 주 '신호' 광다이오드(26) 및 (광학적 어레인지먼트(2')'에서) 48에 의해 발생된 신호의 세기는 분석/시금되는 샘플 내의 (박테리아) 입자들의 양 및/또는 농도와 상관관계를 갖는다. 다시 말하자면, 크고/강한 신호일수록 광 산란의 양이 더 많으므로, 산란 광 강도가 더 커지고, 이는 결국 샘플 내 (박테리아) 입자들의 농도가 높다는 것을 나타낸다. 시간의 경과에 따른 (산란 광 강도에 기반한) 검출된 신호의 그래픽 표현들은 샘플 내 박테리아 양 및/또는 농도의 시간 가변성 변화들을 시각화하는데 이용될 수 있고, 이에 특정 샘플에 투여된 약물의 유형 및 농도에 대한 해당 샘플 내에 박테리아의 감수성을 설명하며 궁극적으로 판단한다.

이러한 그래픽 표현들의 예가 도 8에 도시되는 데, 여기서 5개의 다른 항생제 약물들에 대한 임상 샘플 내 박테리아의 감수성을 테스트하였다. 이 예에서, 샘플 용기(6)는 28개의 별도의 검출 챔버(20)들 및 28개의 검출 챔버(20)들로 임상 샘플을 분리하기 위한 관련 채널들로 분할되어, 28개까지의 별도의 시금이 동시에 수행 가능하도록 하였다. 28개의 시금을 4개의 영역 -영역 1 내지 4로 표시 (도 8 참조) -으로 나누어, 각 영역에서 5가지 항생제 감수성 테스트가 하나의 음성 대조군(입사 광이 통과하는 것을 방지하도록 검출 챔버가 변경 (예: 불투명하게 됨)) 및 하나의 양성 대조군(항생제 없이 억제되지 않은 박테리아 성장 추적하기 위해)과 함께 실시되었다. 이러한 예에서, 5가지 다른 항생제들이 각 영역의 5가지 시금 챔버들에 각각 제공되어, 각 항생제에 대한 박테리아 감수성이 4개의 영역들 각각에서 한번 테스트로, 샘플 용기(6) 당 4번의 반복 테스트될 수 있다. 이처럼, 샘플 용기(6) 주변의 시금 재현성이 평가될 수 있다. 샘플 용기(6)는 약 100 rpm으로 회전되었고, 각 검출 챔버(20)로부터 수집된 산란 광 강도의 측정이 약 80분의 과정을 거쳐 이루어졌다.

도 8의 그래프들에서 밝힌 바와 같이, 양성 대조군 역할을 하는 검출 챔버들은 측정 기간의 과정에 걸쳐 검출된 산란 광 강도의 전반적인 기하급수적 증가(따라서, 대응하는 박테리아 양 및/또는 농도의 기하급수적 증). 이는약물들 또는 다른 억제제가 없었다면, (시금 조건하에) 전형적으로 예상되는 박테리아 양 및/또는 농도의 증가 정도를 반영하여, 박테리아가 충분한 성장 배지를 포함하는 용액에서 정상적으로 성장하고 복제될 수 있었다. 반면, 음성 대조군 역할을 하는 검출 챔버들은 예상되는 바와 같이 전체 측정 기간에 걸쳐 최소 검출 강도를 보여주었다. 다양한 항생제들을 포함하는 5개의 검출 챔버들 중, 4개가 항생제들 작용의 결과로서 박테리아 양 및/또는 농도 (양성 대조군에 비해) 검출된 감도의 감소를 가리키는 변화를 나타내었다 - 즉, 곡선이 양성 대조군 곡선에 비해 낮거나 음의 기울기를 가지지만, 여전히 (적어도 초기에) 음성 대조군 라인 이상의 값들을 갖는다. 다양한 약물이 투여된 샘플들 중에서, 양성 대조군 샘플과 비교하여, 시간의 흐름에 따라 산란되는 광의 측정된 강도의 가장 큰 감소를 나타내는 하나는 따라서 (이론적으로) 샘플에 존재하는 박테리아 균주가 가장 영향을 받는 특정 유형 및/또는 농도 항생제가 투여된 샘플에 해당한다. 따라서, 어떤 항생제와 어떤 농도가 임상 샘플을 얻었던 환자를 가장 효과적으로 치료할 것 같은지 상대적으로 짧은 기간 동안의 과정에 걸쳐 쉽게 판단할 수 있다.

물론 샘플 내 박테리아가 영향을 받는 항생제로 여러 다른 항생제들이 선택될 수 있다 (사실 가능성이 높다). 따라서, 치료에 사용될 가장 적절한 항생제를 판단하기 위한 다양한 다른 접근방식이 고려될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 항생제가 효과적이라고 확인된 이후 언제든지 분석을 종료할 수 있어, 감수성 결과들은 사용자에게 실시간으로 제공될 수 있다. 그러나, 이것이 반드시 투여하기에 가장 적절한 항생제라는 것은 아니다; 예를 들어, 박테리아 배양의 반응이 약간 긴 기간 동안 변하거나, 하나의 항생제가 처음 효과를 가지기까지 더 오래 걸리는 경우가 있다. 이와 달리, 수행될 테스트를 위한 시간을 (예를 들어, 30 분, 45 분, 또는 1 시간으로) 제한하고 그 시간 이후에 사용자에게 결과를 제공하는 또 다른 접근법이 있다: 이는 환자에게 투여하기 위해 여러 항생제들 (또는 아무것도 투여 안함) 및/또는 여러 용량 값들이 고려될 수 있음을 의미한다. 또 다른 선택지는 특정 수의 항생제들이 효과적이라 간주된 이후에만 결과를 제공하는 것이다. 물론, 이는 테스트에 요구되는 시간 척도가 가변될 수 있음을 의미할 것이다. 물론, 이러한 접근방식들의 조합이 채택될 수 있다.

각 시금에 이용된 약물들 또는 항생제들 및 각각의 농도는 기기가 이용될 지역, 의심되는 의학 징후, 및 검진될 박테리아 감염 같은, 판단할 인자들의 수에 기초하여 선택될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 생물학적 샘플이 요로 감염(urinary tract infection, UTI)을 분석하기 위해 소변을 포함하는 경우, 이용될 항생제들은 아목시실린(Amoxicillin); 아목시실린(Amoxicillin)/클라불란산(clavulanic acid) (2/1); 세팔렉신(Cefalexin); 스프로플록사신(Ciprofloxacin); 에르타페넴(Ertapenem); 포스포마이신(Fosfomycin); 레보플록사신(Levofloxacin); 메실리남(Mecillinam); 니트로푸란토인(Nitrofurantoin); 트리메토프림(Trimethoprim); 트리메토프림(Trimethoprim)/설파메톡사졸(sulfamethoxazole) (1/19)을 포함하는 그룹 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 선택된 항생제들, 및 그들의 농도들, 또는 농도 범위들은 검진 중 예상되는 결과를 제공하도록 설계된 모든 항생제 (농도)의 형태를 취할 수 있다.

다른 영역들에 대한 그래프들의 비교로부터 밝힌 바와 같이, 회전 과정동안 신호 노이즈 크기의 증가가 검출되었다 - 영역 4 (각 완전한 회전의 끝에 가까운 검출 챔버(20)들에 대응)에서 획득된 신호 측정들 영역 1에서 획득된 것들 보다 훨씬 큰 노이즈 산란을 나타낸다. 이러한 노이즈의 증가 이유는, 이러한 증가된 노이즈를 처리하기 위한 기법과 함께, 도 11과 12를 참조하여 이후 더 상세하게 설명될 것이다. 이 기법의 결과는 도 13에 도시되어 있고, 이로부터 샘플 용기(6)의 다른 영역들에서 다양한 검출 챔버(20)들에 걸친 신호 대 노이즈 비들은 훨씬 적은 변동을 나타내고, 서로 더욱 일치함을 알 수 있다. 이는 도 13을 참조하여 이후 더 상세하게 설명할 것이다.

그럼에도 불구하고, 여기에 설명된 본 발명의 실시예들은 샘플 분석의 병렬화와 관련하여 장점들을 제공하고 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 구체적으로, 샘플 용기(6)의 의도는 하나의 측정 사이클 과정에서 동일한 피험자의 샘플에 대해 여러 다른 약물들 (다양한 농도로) 테스트할 수 있고, 결과를 직접 서로 비교하여, 평가를 수행하는 데 요구되는 장비 및 시간을 최소화하는 것을 의미한다. 또한, 여러 다른 약물들 및 농도들의 이러한 병렬 분석은 단일 피험자들의 샘플로부터의 테스트 결과에 환경적 영향을 제거하는데 도움이 된다.

기기의 기능성에 대한 이해를 돕기 위하여, 소모성 샘플 용기(6)에 대한 간략한 설명을 도 9와 10과 관련하여 이제 제공할 것이다.

앞에 언급한 바와 같이, 샘플 용기(6)는 수직 단면에서 실질적으로 원형이며, 용기(6)의 방사형 외부 부분 주변에 간격을 두고 마련된 복수의 검출 챔버(20)들과 유체 연통하는 공통 (중앙) 샘플 우물 또는 저장소(60)을 포함한다. 각 검출 챔버(20)는 (복수의 유로들(66, 68)을 포함하는) 각각 유체 구조 또는 시스템(64)을 통해 공통 샘플 저장소(60) 유동적으로 연결된다. 그러나, 그렇지 않으면 검출 챔버(20)들은 서로 유동적으로 분리된다. 유체 구조(64)들, 샘플 저장소(60) 및 검출 챔버(20)는 샘플 용기(6)의 베이스에 마련된다. 유체 구조(64)들은 각각 유로들(66, 68), 최종적으로, 각각 연관된 검출 챔버(20)를 통하여 샘플 저장소(60)으로부터 샘플의 흐름을 동기화하기 위하여 모터(10)에 의해 샘플 용기(6)의 회전을 통해 발생하는 원심/구심력을 활용한다. 샘플 용기(6)의 중앙 회전 축(X)으로부터 각 검출 챔버(20)의 반경 방향 거리는 'd'-샘플 용기(6)의 회전 축(X)과 입사 빔 축(Y) 사이의 거리-에 해당되어, 샘플 용기(6)가 사용 시 기기(1) 내에서 회전함에 따라, 광원(22)으로부터의 광빔이 검출 챔버(20)들을 차례로 통과하여, 샘플 용기(6) 내 각 샘플 부분으로부터 산란 강도의 개별적인 측정이 획득되도록 보장한다.

이해되는 바와 같이, 검출 챔버(20)들이 도시된 샘플 용기(6) 내에 일체로 제공되기 때문에, 샘플 용기(6)(혹은 검출 챔버(20)를 포함하는 샘플 용기(6)의 적어도 일부)는 광원(22)으로부터의 빛이 검출 챔버(20)들에 들어가고 나올 수 있도록, 빛을 투과하는 (혹은 광원의 파장에서 빛에 적어도 실질적으로 투명한) 재료로 만들어진다. 구체적으로, 도시된 구성들에서, 광원(22)으로부터 입사 광이 조명되고 있는 검출 챔버(20)와 정렬된 위치에서, 샘플 용기(6)의 베이스 또는 하부를 통과하고, 집광기(24)를 향하여 샘플 용기(6)의 상부 표면으로부터 나온다. 그러나, 광원(22), 검출 챔버(20) 및 집광기(24) 사이에서 다른 구성/관계가 가능하고 이 또한 본 발명의 범위 내에 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 10에 도시된 샘플 용기는 19개의 검출 챔버(20)들 및 그 연관된 유체 구조(64)들을 포함하고, 4개 또는 5개의 검출 챔버(20)들 및 그 연관된 유체 구조(64)들과 크기가 대략 동일한 '컷아웃' 세그먼트(58)를 갖는다. 그러나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다른 수의 검출 챔버, 및/또는 다른 크기 또는 모양의 컷아웃 세그먼트(58)(혹은 도 8의 데이터를 생성하기 위해 이용되는 샘플 용기의 경우 컷아웃 세그먼트가 없음)이 활용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 유체 구조(64)들의 수를 최대화함에 있어 실용성과 효율 때문에, 컷아웃(58)은 예를 들어, 대략 20° 내지 60° 사이의 각도, 적합하게 대략 30°와 50° 사이의 각도에 대향할 수 있다.

제조의 간편한 방식으로, 유체 시스템(64)들은 유로들, 저장소들, 및 샘플 용기(6)의 하부 표면에서의 홈들로 형성된다. 따라서, 폐쇄된 시스템을 형성하기 위하여, 샘플 용기(6)의 베이스에 대응하는 표면적을 차지하는 공간을 갖는 베이스 커버(6c)는 샘플 용기(6)의 바닥에 부착되어, 조립체를 닫고, 샘플 용기(6)의 하부 표면에 형성된 유체 시스템(64)들 및 샘플 저장소(60)을 덮는다 (도 9C 참조). 적절하게, 베이스 커버(6c)는 필름이다. 베이스 커버(6c) 없으면, 유체 시스템(64)들은 환경에 노출되어, 유체 기기(1) 사용 시 액체를 담을 수 없을 것이다. 이 베이스 커버(6c)는 각각 검출 챔버(20)들 이후의 박테리아 (또는 광 산란 능력에 대해 평가될 다른 미립자 물질)의 분석을 허용하도록 검출 챔버(20)들(일부)의 적어도 축방향 아래 영역에 광학적으로 투명하다. 몇몇 실시예들에서, 베이스 커버(6c)는 사용 시 음의 광학적 대조군을 공급할 검출 챔버(20) 아래와 같이, 특별히 정의된 영역들에서 빛에 불투명할 수 있다.

베이스 커버(6c)는 열 밀봉, 초음파 용접, 액체 접착 밀봉과 같은 몇몇 공지된 적합한 밀봉 기법들 중 임의의 하나 이상을 통해 샘플 용기(6)의 하부에 부착될 수 있고, 또는 베이스 커버(6c)는 단면/양면 접착 필름을 포함할 수 있다. 어떤 밀봉 기법을 활용하든 간에, 후속 분석 프로세스에 부정적인 영향을 주지 않도록, 높은 수준의 광학적 투명성이 유지되고, 베이스 커버(6c) 또는 사용된 접착제로부터 입사 광의 반사가 (특히, 검출 챔버(20)들을 덮는 영역들에서) 최소화되는 보장되는 것이 중요하다. 그리고, 밀봉 프로세스는 샘플 용기(6)의 모든 구성 요소들(예를 들어, 용기 내에 놓인 임의의 약물들)과 호환되어야 (그리고 간섭이 없어야) 한다. 특히, 사용 시 액체 샘플의 가능한 오염을 피하기 위하여, 유체 시스템(64) 내 베이스 커버(6c)의 상부 표면에 접착제 또는 다른 화학물질의 노출이 전혀 안되는 것/최소화되는 것이 바람직하다. 추가의 층(6d)이 샘플 용기(6)의 하부에 부착될 수 있고 (도 9C 참조), 샘플 용기(6)의 각진 부분(58a)에 위치하도록 구성된 전술한 바코드 또는 다른 식별 수단을 포함할 수 있다.

편리하게, 샘플 용기(6)는 적당한 부피의 샘플이 적재되는 샘플 수용 우물(69)을 포함하고, 샘플 유체 내 박테리아 성장을 촉진하는 수용 우물(69)의 축방향 아래에 마련되어 샘플 용기(6)의 수용 우물(69)에 적재된 이후 그러나 성장 배지(62) 축방향 아래에 (그 자체가 위치하는) 공통 샘플 저장소(60)에 샘플이 들어가기 전 샘플과 혼합되도록 구성되는 성장 배지들 또는 배지(62) (도 9a 및 도 9b)를 포함한다. 편리하게, 도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 성장 배지는 건조된다 (예: 얼림 건조(lyophilised) 또는 냉동 건조(freeze-dried)). 그러나, 액체의 농축된 성장 배지들가 대안적으로 이용될 수 있다. 대안적 실시예들로, 분말의 건조 성장 배지 또한 이용될 수 있고, 유체 샘플에서 배지가 신속하게 용해될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 성장 배지들은 용해성 캡슐/알약 내에 포함될 수 있음을 구상할 수 있다.

일 실시예로, 샘플 용기(6)는 사용 시 용기(6)에 고정될 수 있는 커버 또는 캡(6a)이 마련된다. 도시된 실시예에서, 캡(6a)은 일체형 플런저 또는 플러그(6b), 및 용기 플러그(6b)의 하부에 하나 이상의 돌기(65)들을 포함한다. 캡(6a)이 예를 들어, 나사산 결합을 통해 샘플 용기(6)와 맞물림에 따라, 돌기(65) 또는 각각은 성장 배지(62)를 덮고 있는 포일/필름(67)을 뚫어, 샘플을 성장 배지(62)와 접촉하게 한다. 캡(6a)이 샘플 용기(6) 내 샘플을 밀봉하는 위치로 더욱 조여짐에 따라, 플러그(69)는 수용 우물(69)의 적어도 일부를 채우고 및 샘플 및 성장 배지(62)를 공통 샘플 저장소(60)으로 밀어 넣는다. 수용 우물(69)의 부피 및 플러그(6b)가 수용 우물(69) 안으로 돌출될 수 있는 정도는 공통 샘플 저장소(60)으로 밀어 넣어지는 샘플 및 성장 배지의 부피를 조절하기 위해 이용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 더욱이, 샘플 용기(6)에 담긴 성장배지의 양/농도(샘플과 혼합되기 이전)는 공통 샘플 저장소(60)으로 밀어 넣어지는 샘플/성장 배지의 부피에서 성장 배지들의 원하는 농도를 제공하도록 결정될 수 있다. 성장 배지들을 용해가능한 캡슐 또는 알약에 담아야 한다면, 성장 배지들을 덮기 위한 포일/필름(67)을 사용할 필요가 없고; 따라서 이러한 경우에 원하는 대로 포일/필름(67)을 뚫기 위한 돌기(65)들 또한 생략될 수 있음을 알 수 있다.

샘플 및 성장 배지(62)가 서로 접촉하게 되고 캡(6a)이 고정되었을 때, 샘플 용기(6)는 기기(1) 내 적절한 위치에 삽입될 수 있다. 바람직하게, 앞서 논의된 바와 같이, 샘플 용기(6)는 특정 방향으로 기기(1)에 삽입되도록 설계된다. 유리하게, 샘플 용기(6)의 비대칭성이 - 도시된 실시예에서, 구체적으로 샘플 용기(6)의 컷아웃 세그먼트(58)가 주 광학적 지지 구조(28)와 샘플 용기(6)를 처음에 정렬하는데 이용될 수 있다. 따라서, 샘플 용기(6)가 기기(1)에 처음 삽입되었을 때, 이러한 방향으로 샘플 용기(6)는 광학적 지지 구조(28)의 컷아웃(30)을 통해 실질적으로 연장되지 않는다. 다시 말하자면, 광학적 지지 구조(28)와 컷아웃 세그먼트(58)의 상대적인 정렬은 기기(1)에 샘플 용기(6)가 삽입되는 것을 안내하고, 삽입 중 잘못된 정렬의 결과로서 기기(1) 및/또는 샘플 용기(6)의 손상 가능성 피하게 한다.

기기(1)에 샘플 용기(6)가 삽입되자마자, 프로그램된 동작들의 세트가 개시된다. 샘플 용기(6) 내 유체 샘플에 대한 이 동작들의 효과를 도 10을 참조하여 이제 설명하기로 한다.

도 10a에 도시한 바와 같이, 각 유체 구조(64) 및 그 연관된 검출 챔버(20)는 샘플 용기(6) 내에서 실질적으로 독립적 시스템(도 10에서 원 'A'로 표시)을 구성한다. 공통 샘플 저장소(60)의 존재에도 불구하고, 사용 시 구심/원심력의 작용으로 인해, 인접한 유체 구조(64)들 사이의 유체 흐름이 가능하지 않아, 각각 검출 챔버(20)들에서 개별적으로 분석될 다양한 약물이 투여된 샘플 부분들 간의 가능한 교차 오염을 피할 수 있다. 각 유체 구조(64)는 도10에 강조 표시된 정화 (침전물) 챔버 또는 우물(70)와 반경방향 가장 바깥 범위에서 유체 연통되어 있는 제1반경방향 연장 '진입' 미세유로(66) (도 10a에 강조표시)를 포함한다. 정화 챔버(70)는 도 10에 강조 표시된 제2 전반적으로 'U'자 형태의 미세유로(68)와 반경방향 가장 안쪽 범위에서 둑(둑, 70a) (도 10b) 를 통해 유체 연통되어 있다. 이 제2미세유로(68)는 대략 역평행 방향을 따라 유체의 흐름을 가능하게 하도록 구성되는 한 쌍의 반경방향으로 연장되는 제1 및 제2채널암(68a, 68b)을 갖는다. 제1채널암(68a)은 정화 챔버(70) 및 '에어 스프링' 또는 공압식 (바이패스) 밸브(72) (당업계에서 종종 '공압식 스프링' 또는 '공기 밸러스트 챔버'로도 알려짐) 사이에서 연장되며 -도 10b에 강조 표시됨; 제2채널암(68b)은 에어 스프링(72)과 검출 챔버(20) 사이에서 연장된다. 검출 챔버(20)는 도 10e에 강조 표시되어 있다. 적절히, 본 발명의 임의의 실시예들에서, 유로들(66, 68a 및 68b) 각각은 대략 방사상으로 마련된이다.

이 예에서, "에어 스프링"이라는 용어는 유체(액체)가 유체 구조(64)의 유로들을 통해 이동함에 따라 압축되어 압력이 증가되게 되는 기체 주머니를 말하기 위해 이용되며, 이에 따라 충분한 유체의 힘이 기체에 적용되지 않는다면 두 채널암(68a, 68b) 사이에서 유체의 흐름을 방지하도록 구성될 수 있다. 다시 말하자면, 에어 스프링은 두 채널암(68a, 68b) 사이와 같은, 유체 구조(64)의 다른 영역들 사이에서 유체 밀봉 및 진입 제어 기능을 제공한다. 다른 방식으로 고려하자면, 에어 스프링(72)에 대한 샘플 유체의 이동은 압력 간 균형/차에 의해 제어될 수 있다: 즉, 샘플 용기(6)의 회전하는 원판에 의해 야기되는 원심 압력 차이는 액체가 에어 스프링 밸브 메커니즘(72)을 지나 이동하기 전에 줄어든 기체 부피에 의해 야기된 증가된 압력(과압)을 극복해야한다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 상응하는 기능을 제공하도록 대안적 밸브 메커니즘들 또는 밀봉 메커니즘들이 대신 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

우선, 모터(10)는 상대적으로 낮은 초기 속도(예를 들어, 약 500 rpm 또는 그 이하) 그리고 사전 정의된 기간(약 30초 내지 약 몇 분 사이) 동안 샘플 저장소(60) 내 샘플과 성장 배지(62)을 완전한 혼합을 보장하기 위해, 샘플 용기(6)를 시계 방향과 반시계 방향으로 교대로 회전시킨다 (즉, 왕복/진동 운동 실행).

이 후, 샘플 용기(6)는 회전 속도를 증가시켜 한 방향으로 회전된다; 이용되는 속도는 샘플 용기(6)의 기하학적 구조와 같은 다양한 인자들에 따라 가변되어, 몇몇 경우들에서 최대 약 1,600과 1,900 rpm 사이의 속도들이 활용될 수 있으나, 다른 경우들에서 더 큰 원심력이 필요한 경우 최대 약 2600 rpm의 속도도 활용될 수 있다. 이는 혼합된 샘플이 반경 방향으로 연장된 제1유로(66)들을 따라 중앙 샘플 저장소(60)으로부터 바깥쪽으로 흘러 각각 정화 챔버(70)들로 흐르게 하는 충분한 원심력을 생성한다. 이 회전 속도는 샘플이 정화 챔버(70)들 각각을 실질적으로 채우고, 충분한 원심력을 적용하여 무거운 입자들(예: 약 10 μm 또는 그 이상) 정화 챔버(70)들 바깥 가장자리 주변에 침전되도록 소정의 기간동안 (예를 들어, 약 30 초) 유지된다. 이 회전 주기의 끝 무렵에, 충분한 샘플 유체가 정화 챔버(70)로 들어가 챔버들 내에서 둑(70a) 보다 높게 유체 높이를 상승시킨다; 넘쳐 흐르는 유체는 제2유로(68)의 제1채널암(68a)으로 옮겨진다. 샘플 유체에 존재하는 모든 침전물은 정화 챔버(70)들 내에 침전되고 남아, 유로(68)에 들어가는 유체 샘플은 본질적으로 박테리아 세포들과 같은 약 수 마이크론 미만의 입자들만 포함한다. 실제로, 사용 시, 액체 샘플에 작용하는 원심력은 무거운 입자들/원치 않는 불순물들을 정화 챔버(70)들의 가장 반경 방향 바깥쪽 벽을 향해 밖으로 밀어, 이러한 불순물이 둑(70a)으로부터 가장 먼 위치에 잡혀 있도록 한다.

대부분의 유체 샘플이 중앙 샘플 저장소(60)으로부터 개별적인 유체 구조(64)들에 재분배되자마자, 샘플 용기(6)의 회전 속도가 증가한다 (이용되는 속도는 샘플 용기(6)의 기하학적 구조를 포함하는 다양한 인자들에 따라 가변되므로, 몇몇 경우들에서, 예를 들어, 1,900 rpm 이상 또는 2,600 rpm 이상 및 최대 약 3,000 rpm, 3,600 rpm 또는 4,000 rpm의 속도들). 이는 샘플 유체 흐름이 에어 스프링(72)에 의해 가해지는 압력을 극복하고, 제2유로(68)의 제2채널암(68b)에 들어가기에 충분한 원심력을 제공한다. 이러한 방식으로 에어 스프링(72) '밀봉' (압력 차단)이 극복되면, 샘플 유체는 제2미세유로의 채널암(68b)을 통해 흘러 검출 챔버(20)에 들어갈 수 있다. 샘플 유체를 정화 챔버(70)에서 검출 챔버(20)로 보내는 이 프로세스는, 예를 들어, 주 유체 저장소(60)의 항생제 오염의 가능성을 피하면서 적절한 샘플 유체가 각 검출 챔버(20)에 들어가는 것을 보장하도록 최대 약 20초쯤 걸릴 수 있다 (이하 보다 상세히 설명함).

도시된 실시예에서, 특정 유형 및 농도 of 약물(항생제)이 각 검출 챔버(20)에 마련된다. 편리하게, 약물/항생제는, 예를 들어, 샘플 용기(6)의 제조시 검출 챔버(20)의 베이스에 처음 침착되어 그 위에서 건조된 결과로서, 건조된 형태이다. 그러나, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 다른 형태의 약물/항생제가 선호도 또는 적합성에 따라 이용될 수 있다 - 예를 들어, 약물은 액체 샘플에 용해될 유체 구조(64)의 영역에 위치한 종이(예: 여과지) 상에 침착될 수 있거나, 약물이 액체 형태로 존재할 수 있다. 적절하게, 샘플 유체가 검출 챔버(20)로 흘러 들어가 이를 채움에 따라서, 원하는 농도로 침착된 약물과 혼합된다. 충분한 샘플 유체이 검출 챔버(20)에 들어갔을 때, 샘플 용기(6)의 회전 속도는 유체 검출 챔버(20) 내의 샘플을 보유하기 위하여, 바람직하게 (예: 약 4,000 rpm, 3,600 rpm 또는 3,000 rpm에서 약1,500 rpm으로) 줄어든다. 설명삼아, 회전 속도를 줄임으로써, 에어 스프링(72) 내 공기는 가해지는 압력이 줄어들어 한번 더 팽창하는 것이 자유롭다. 이럴 때, 정화 챔버(70) 내 유체는 제1유로(66)까지 뒤로 밀려 중앙 샘플 저장소(60) 안으로 밀려난다. 이는 검출 챔버(20) 내에 유체 사이에 공기 장벽을 생성하므로, 교차 오염이 생기지 않는다. 더욱이, 검출 챔버(20)에서 가스가 비워지면, 액체 샘플을 반경 방향으로 안쪽으로 에어 스프링(72)을 향하여 미는 힘이 없을 수 있으므로, 검출 챔버(20)로부터 유체의 역류가 방지된다. 이후, 각각의 약물을 용매화하는 샘플 유체의 관성적인 혼합은 상대적으로 낮은 속도(예: 약 1,300 rpm과 1,800 rpm 사이)에서 소정의 기간(약 몇 분, 예를 들어, 3분) 동안 샘플 용기(6)의 왕복회전(즉, 시계방향 및 반시계방향 교대로 회전)에 의한 결과이다.

초기 샘플 분배 단계가 이제 완성되어, 그 개별적인 검출 챔버(20)들 내 샘플들의 조명, 측정 및 분석이 개시될 수 있다. 이 프로세스 동안, 모터(10)는 상대적으로 낮은 속도 - 예를 들어, 약 100 rpm 또는 200 rpm에서만- 샘플 용기(6)를 회전시키도록 구성된다. 이 프로세스는 앞에서 상세하게 설명되었고, 여기서 반복하지 않을 것이다.

원하는 신호를 추출하기 위해 이용되는 처리의 측면에 관한 몇몇 추가의 세부 사항들 - 즉, 샘플 내 박테리아 입자들에 의해 산란되는 빛에 대응하는 측정된 신호의 부분-을 이제 도 11을 참조하여 제공한다. 이 도면은 분석을 위한 신호의 적절한 부분을 추출하기 위해 이용된 우물-윈도우 기법을 예시하면서, 시간의 흐름에 따라 검출된 신호 강도의 세가지 플롯을 도시한다.

본 발명자들은 광원으로부터의 빛이 검출 챔버(20)들의 벽/가장자리에 입사되는 지점에서 일어나는 것으로 밝혀진, 광검출기에 의해 측정된 검출된 신호 강도 내에서 발생하는 주기적인 피크 특징이 있음에 주목하여, 샘플 내의 입자보다는 검출 챔버(20)의 내부 벽들에 의한 입사광의 증가된 산란으로 인한 것으로 판단하였다. 따라서, 도 11은 검출 챔버(20) 내 샘플을 관통하고 이에 의해 산란되는 빛에 대응하는 측정된 강도 신호의 세크먼트를 더욱 정확하게 찾아내기 위하여 신호/데이터 처리 중에 이러한 피크 특성이 어떻게 이용될 수 있는 지를 도시한다. 도 11A(상부 그래프 패널)은 샘플 용기(6)가 광원에 대해 회전함에 따라 광검출기(26)에서 측정된 산란 광 강도를 도시한다. 도시된 산란 광 궤적은 샘플 캐러셀(8) 및 그 양쪽 고상 영역에 3개의 검출 챔버(20)들, 즉, 3개의 개구(18)들에 걸쳐 있다. 수집 챔버(20)들/개구(18)들 사이의 검출된 광 강도의 제거는, 중간 그래프 패널 (도 11b)에 도시된 바와 같이, 3개의 검출 챔버(20)들에 걸친 검출된 산란 광 강도 궤적만을 남긴다. 프로세서는 추출된 세그먼트들(검출 챔버(20)들의 가장자리가 아닌 샘플에 의해 산란되는 광에 대응)만 관련하여 산란 광 강도를 측정하고 판단하는 것이 박테리아 성장을 분석하기 위해 수행되도록, 신호의 나머지로부터 인접한 피크 특성(도 11C, 하부 그래프 패널에 도시) 사이에 측정된 강도의 세그먼트를 추출하기 위해, 샘플 내 입자들 때문이 아닌, 측정된 광 강도에서 이러한 주기적으로 발생하는 피크 특성(도 11a 및 도 11b에 도시)을 식별하도록 구성될 수 있다. 이는 큰 노이즈 스파이크들을 포함하는 신호의 일부에 대한 처리를 수행하는 것을 피하기에 유리하고, 신호가 적절히 증폭되도록 할 수 있다.

이 기법은 '원하는' 신호 획득 측정들을 추출하기 위해, 즉, 샘플 용기(6)의 각 새로운 회전의 시작으로부터 주어진 타이밍 오프셋에서 미리 정의된 기간 또는 '시간 윈도우' 내에서 각 샘플의 데이터를 추출하는, 미리 정의한 '시간 윈도우'를 단순히 이용하는 (상대적으로 더 단도직입적인) 방법에 비해 노이즈 감소에 있어 개선을 제공한다. 이는 모터 속도의 작은 변화가 미리 정의된 '시간 윈도우'와 샘플 내 박테리아로부터 산란된 빛에 대응하는 실제 신호를 어긋나게 하기 때문이다 - 즉, 미리 정의된 '시간 윈도우'는 실제 원하는 신호에 대해 시간이 경과함에 따라 '드리프트(drift')할 것이다. 이는 결국 데이터 추출을 위한 '시간 윈도우'가 피크 특성(위에 논의한, 검출 챔버(20)들의 가장자리에 의해 산란된 결과)과 겹칠 것이고, 추출된 신호가 검출 챔버(20)들의 가장자리들로부터 이렇게 증가된 산란의 많은 양을 포함하여 더 큰 노이즈 레벨들 나타내게 될 것을 의미한다. 추출 '시간 윈도우' 및 원하는 신호가 있는 실제 기간 사이의 이러한 '드리프트' 또는 어긋남은, 영역 4의 그래프들에서 증가한 노이즈(도 8에 도시)에 의해 입증되는 것처럼, 회전의 끝 무렵에서 측정되는 그러한 샘플에서 더욱 두드러질 것이다. 그러나, 우물-윈도우 기법이 처리를 위하여 실시간으로 특정 신호 세그먼트들을 추출하기위한 메커니즘으로서 보다는, 샘플 측정의 후처리의 맥락에서 잠재적으로 더욱 쉽게 구현될 수 있음이 주목된다. 추출된 신호들에서 노이즈를 줄이기 위한 추가의 또는 대안적 메커니즘 또한 개발되어 왔고, 이는 각 검출 챔버(20)로부터의 원하는 신호가 있는 '윈도우'의 더욱 정확한 식별을 가능하게 한다; 이 메커니즘은 도 12a 및 도 12b와 관련하여 보다 상세하게 이제 설명하기로 한다.

도 12a는 샘플 캐러셀(8)의 저면 사시도를 제공하고, 이를 참조하여 강도 측정 프로세스의 교정 측면에서 더욱 자세한 사항들을 이제 설명하기로 한다. 도 12b는 샘플 캐러셀(8)과 결합하여 이 교정 중에 이용되는 제어부의 근접도를 제공한다.

도 12a의 도시된 실시예에서, 샘플 캐러셀(8)은 그 하부에 위치하고 복수의 눈금부 또는 톱니들(82)을 포함하는 추가의 교정 링 또는 톱니 바퀴(80)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 눈금부(82)는 간격을 두고 교정 링(80)으로부터 돌출된 복수의 방사상으로 연장된 스포크들에 대응하고, 각 눈금부(82)가 복수의 개구(18)들 중 대응하는 하나에 연관되도록 마련된이다.

사용 시, 샘플 용기(6)가 샘플 캐러셀(8)과 맞물릴 때, 각 눈금부(82)는 따라서 샘플 용기(6) 내 복수의 검출 챔버(20)들 중 대응하는 하나와 연관될 수도 있다. 기기(1)는 샘플 캐러셀(8)의 하부에 인접하게 위치하도록 기기(1) 내에 마련되고, 샘플 캐러셀(8)이 사용 시 구동 축(17)에 의해 회전됨에 따라 차례로 각 눈금부(82)와 접속하도록 구성되는 교정 판독기 또는 광학적 인코더(84)를 더 포함한다. 구체적으로, 교정 판독기(84)는 예를 들어 교정 판독기(84) 내 광학적 빔 경로를 통과하고 일시적으로 깨뜨리는 눈금부(82)에 의해 야기되는 광학적 신호의 감소 또는 손실의 검출을 통해, 자신을 통과하는 각 눈금부(82)를 검출하도록 구성된 광학적 어레인지먼트를 포함한다 (도 12b에 보다 상세하게 도시).

눈금부(82)가 검출 챔버(20)들 중 하나와 각각 연관됨에 따라, 교정 판독기(84)는 샘플 캐러셀(8)의 각 개구(18)와 연관된 각 눈금부(82)를 검출하고, 눈금부(82)의 검출 이후 소정의 기간, 및 검출 챔버(20)가 검출 챔버(20)의 벽들에 충돌하지 않는 광원(22)으로부터의 빛을 가로 막는 기간을 포함하기에 충분한 미리 정의된 기간 동안 (즉, 도 11C에 예시된 판독 값을 얻기에 충분한 간격 동안), 산란 광 강도의 측정을 개시하기 위해 기기(1)의 제어부/프로세서에 신호를 전송하는 데 이용될 수 있다. 유리하게, 이처럼, 광 산란 측정 윈도우는 광검출기 판독값들이 검출 챔버(20)들과 적절히 동조하는 것을 보장하도록 샘플 용기(6)의 회전 당 여러 번 리셋된다. 눈금부의 수는 선호도에 따라 선택될 수 있는데, 예를 들어, 샘플 캐러셀(8) 내 모든 개구(18)와 연관된 눈금부가 있을 수 있고, 또는 소정 그룹의 개구(18)들과 연관된 하나의 눈금부(예: 2, 3, 4, 5 또는 6개 등의 개구(18)들 별로 하나의 눈금부(82))가 있을 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이와 달리, 눈금부(82')는 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 도 2, 도 3a 및 도 3b의 실시예에 도시된 바와 같이, 눈금부(82')는 샘플 캐러셀(8)의 둘레 주위에 간격을 두고 제공되는 리브, 핀, 또는 플래그 형태를 취하고, (그 도면들에 도시된 바와 같이) 샘플 캐러셀(8)의 베이스로부터 실질적으로 아래로 연장된다. 따라서, 이러한 리브(82')는 샘플 캐러셀(8)의 일부로서 일체로 성형 및 형성될 수 있다. 이 예에서, 교정 판독기(84)는 수직으로 연장된 리브(82')가 교정 판독기(84)의 광학적 어레인지먼트를 통과하도록 대신 설치 및 지향될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예에서, 교정 판독기(84)의 광학적 어레인지먼트를 각 눈금부(82')가 통과하는 것이 각 대응하는 검출 챔버(20)로부터 획득될 산란 광의 판독 또는 측정을 위한 촉발시킬 수 있도록, 하나의 눈금부(82')는 샘플 캐러셀(8)의 각 개구(18)와 연관된다. 유리하게, 이는 특정 표시기가 각 개구(18)와 연관되어 따라서 각 검출 챔버(20)와 연관됨에 따라, 모터 속도에서의 변동으로 인해, '윈도우'에 발생하는 드리프트를 방지하는 데 도움이 된다.

도 13은 눈금부(82, 82') 및 교정 판독기(84)를 활용할 때 얻을 수 있는 신호 대 노이즈 비를 보여주면서, 도 1의 기기에 시간의 함수로서 검출기 강도 출력의 플롯을 도시한다. 도 8의 경우에서와 같이, 기기(1)는 4개의 영역들 또는 사분면들로 나뉘어졌고, 4개의 플롯들 각각은 대응하는 영역 내에 위치하는 검출 챔버(20)들로부터 얻을 수 있는 검출기 강도 측정을 나타낸다. 도 13의 검출기 강도 출력 플롯을 생성할 때 항생제들 또는 다른 약물들이 제공되지 않았으므로, (예상되는 바와 같이) 이러한 플롯들은 샘플에 존재하는 박테리아가 항생제들에 대해 감수성을 나타내는 경우 기대할 수 있는 검출기 강도 출력의 의미있는 감소를 보여주지 않는다 (도 8의 플롯의 경우). 그러나, 도 13의 플롯들로부터 입증되는 것은 모든 경우에 관찰되는 신호 대 노이즈의 변화에 있어 의미 있는 감소이다: 플롯된 검출기 강도는 4개의 영역 모두에 걸쳐 상대적으로 일관되고 다른 영역들에 대해서는 증가된 노이즈를 나타내는 단일 영역이 없다(도 8의 영역 4인 경우).

몇몇 경우들에서, 교정 판독기(84) (또는 광검출기(26)와 연관된 프로세서)는 판독기(84)를 통과하는 인접한 눈금부(82) 사이에 시간 간격을 계산하고, 이렇게 계산된 간격들과 수집된 산란 광의 강도가 측정되고 있는 소정의 간격들을 비교하도록 구성될 수 있음을 예상할 수 있다. 측정된 '교정' 시간 간격들과 소정의시간 간격들이 불일치하고, 해당 불일치가 소정의 시간 간격을 초과하는 경우, 프로세서는 '교정' 시간 간격과 정렬되도록 측정 시간 간격을 바꾸도록 구성될 수 있다. 이는 검출 챔버(20)들이 정확하게 입사 빔 축과 정렬되었을 때, - 즉, 광원으로부터의 빛이 실질적으로 검출 챔버(20)의 중앙을 통해 입사될 때 강도 측정이 이루어지는 것을 보장한다.

첨부된 청구항에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 상기 예시에 대해 많은 수정이 이루어질 수 있다.

예를 들어, 약물은 검출 챔버(20) 내에 마련될 필요는 없으나, 대신 유체 구조(64)의 다른 부분, 예를 들어, 제2미세유로(68)의 제2채널암(68b) 내에 위치할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 제2공압식 밸브 또는 에어 스프링은 (한 쌍의 에어 스프링 사이 앞 뒤로 슬로싱(sloshing) 작용을 통해) 샘플을 약물과 효과적으로 혼합하기 위한 다른 메커니즘이 가능하도록, 검출 챔버 이후의 흐름 경로 위치에 마련될 수 있다.

나아가, 검출 챔버 우물의 깊이를 가변시킴으로써 검출 챔버(20)를 통과하는 빛의 광학적 경로 길이가 변하도록 샘플 용기(6)의 설계를 바꿀 수 있다는 것에 주의해야 한다. 광학적 경로 길이를 증가시키는 것은 신호를 증가시킬 것이다: 빛은 더 많은 샘플을 통과하여 프로세스에서 더 많은 박테리아 입자들과 상호작용할 것이다. 고려할 수 있는 예시된 경로 길이들은 4와 10 mm 사이(예: 4, 6, 8 또는 10 mm의 우물 깊이)이고; 광학적 경로 길이를 바꾸는 것 또한 정화 챔버(70) 및 에어 스프링(72)과 같은, 유체 시스템(64)에서 다른 구성들의 크기를 변경하는 것을 포함할 것이다.

신호 대 노이즈 비를 개선하기 위한 다른 메커니즘들은 빛이 샘플 용기(6)의 다른 부분들에 들어가거나 상호작용하는 것을 방지하기 위하여, 예를 들어 샘플 용기(6)의 베이스에 플라스틱의 박막 또는 시트 혹은 다른 얇은 재료를 고정시킴으로써, 검출 챔버(20)들의 가장자리를 '차폐(masking)'하는 것을 수반한다 - 예를 들어, 샘플 캐러셀(8)의 개구(18)들의 지름은 검출 챔버(20)들의 지름보다 작을 수 있다.

덧붙여, 검출 감도는 검출된 산란 광의 신호 대 노이즈 비를 증가시키기 위하여 광학적 어레인지먼트(2)에 약간의 (선택적) 변경을 줌으로써 증가될 수 있다. 예를 들어, 비산란 광을 수집하는 제2광검출기(48)는 광학적 시스템으로 이 비산란 광을 되돌리는 원치 않는 반사(다른 광빔들과 상호작용할 수 있는 경우)를 줄이기 위하여 비산란 광 빔의 경로에 대해 기울여지거나 비스듬하게 놓일 수 있다. 몇몇 예들에서, 제1광검출기(26)는 광학적 시스템 내에서 빗나간 빛의 원치 않는 검출을 줄이기 위해 가려질 수 있다.

이해할 수 있는 바와 같이, 광학적 조립체의 (별도로) 가공된 부품들의 수를 최소화하는 것은 광학적 조립체가 조립될 때, 광원(22)으로부터의 광빔 출력의 정밀도 및 이 광빔과 검출 챔버(20)들 및 집광기(24) 내 조리개(46)의 정렬도를 높일 수 있다. 그리고, 몇몇 예들에서 및 특히, 광원이 레이저 (다이오드)의 형태인 경우, 레이저는 측정을 수행할 때, 레이저 빔 위치의 일관성을 높이기 위해 (그리고, 광학적 시스템 내에서 양호한 정렬이 유지될 수 있는 용이함을 높이도록) 가공된/쉽게 복제되는 레이저 블록에 포함될 수 있다.

광학적 시스템을 통한 광빔의 일관된 정렬을 유지하는 것과 관련하여, 기기(1) 내에 발생하는 진동(예: 샘플 용기(6)를 회전시키는 모터(10) 및/또는 온도 제어 모듈(14)에서 팬(42)의 결과)을 측정하기 위해 (가속도계와 같은) 추가 센서를 기기(1) 내에 통합시킬 수 있다. 이는 광학적 어레인지먼트(2) 내 구성 요소들의 정렬에 부정적인 영향을 주는 것을 피하기 위하여 모든 진동들이 수용할 만한 범위 내/아래에서 유지되도록 보장하는 데 도움을 줄 수 있다.

최종적으로, 샘플 용기(6')의 또 다른 설계도 구상되어, 도 14에 도시된다. 이 대안적 샘플 용기(6') 내 정화 챔버(70') 및 검출 챔버(20')의 상대적인 위치는 도 10에 도시되었던 샘플 용기(6) 내 정화 챔버(70) 및 검출 챔버(20)의 상대적인 위치와 다르다는 것을 이 도면을 통해 알 수 있다. 구체적으로, 도 10의 샘플 용기(6)에서, 정화 챔버(70)의 방사상 최외각 범위는 검출 챔버(20)의 방사상 최외각 범위와 비교하여 샘플 용기(6)의 중앙 회전 축으로부터 더 먼 거리에 위치한다. 그러나, 다른샘플 용기(6')에서, 반대 구성이 활용된다: 검출 챔버(20)의 방사상 최외각 범위는 정화 챔버(70')의 방사상 최외각 범위보다 샘플 용기(6')의 중앙 회전 축으로부터 더 먼 거리에 위치한다. 도 14에 도시된 후자의 어레인지먼트는, 유체에 작용하는 원심력이 유체가 유체 시스템(64)의 방사상 최외각 범위를 향해 이동하게 만드는 경향이 있기 때문에, 조명 및 측정을 위해 유체 샘플 검출 챔버(20') 내에 보유될 수 있는 용이함을 증가시키는 유리한 점이 있다. 검출 챔버(20)의 상대적 위치의 이러한 조정들은 광원(22), 검출 챔버(20), 집광기 조리개(46) 및 광검출기들(26, 48)의 정렬을 유지하기 위해 광학적 어레인지먼트(2)의 구성 요소들의 상대적인 위치에 대한 일부 필연적 변경을 필요로 할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (32)

1. 약물이 투여된 생물학적 액체 샘플의 박테리아 성장을 모니터링하기 위한 광학 장치를 포함하는 기기로서, 상기 기기는,
   사용 시, 샘플 용기를 수용하기 위한 샘플 용기 포트를 포함하고, 상기 샘플 용기는 상기 약물이 투여된 샘플을 담기 위한 적어도 하나 검출 챔버를 포함하고;
   상기 광학 장치는:
   사용 시, 상기 샘플 용기의 적어도 하나 검출 챔버와 교차하고, 상기 검출 챔버 내에 담긴 상기 약물이 투여된 샘플을 조명하는, 입사 빔 축을 따라 빛을 방출하도록 구성된 광원;
   상기 샘플 내 박테리아에 의해 산란되는 광을 수신하도록 구성된 제1광검출기;
   상기 입사 빔 축에 대해 약 +/-4와 +/-20도 사이의 산란 각도들의 범위에서 상기 샘플 내 박테리아에 의해 전방으로 산란되었던 상기 검출 챔버를 빠져나오는 빛을 수집하여, 상기 수집된 산란 광을 상기 제1광검출기로 향하게 하고;
   상기 입사 빔 축에 평행하게 이동하고 상기 검출 챔버로부터 빠져나오는 비산란 광이 상기 제1광검출기에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 집광 어레인지먼트: 및
   상기 제1광검출기에 수신되는 상기 산란 광의 강도를 측정하고;
   상기 산란 광의 상기 강도에 기초하여 상기 샘플 내에 존재하는 박테리아의 상응하는 대표 양 또는 농도를 판단하고;
   시간의 함수로서 상기 샘플 내 존재하는 박테리아의 상기 대표적인 양 또는 농도의 변화를 판단하기 위하여 일련의 소정의 간격으로 상기 측정 및 판단 단계들을 반복하고;
   상기 각각 약물에 대한 상기 샘플 내 상기 박테리아의 상응하는 감수성을 판단하도록 구성된 적어도 하나 프로세서를 포함하는 기기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 입사 빔 축에 대해 약 +/-4와 +/-20도 사이의 상기 각도 범위에서 수집된 빛만 상기 제1광검출기로 향하게 하여 상기 제1광검출기에 수신되는 기기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 수집된 산란 광의 산란 각도들의 범위는 상기 입사 빔 축에 대해 +4와 +16도 사이 및 -4와 -16도 사이에 있는 기기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 집광 어레인지먼트는
   (i) 상기 제1광검출기에 의해 수신되도록 상기 입사 빔 축에 대해 상기 약 +/-4와 +/-20도 사이의 각도 범위의 빛만 수집하여 상기 제1광검출기를 향하여 반사되도록 구성되는 오목 타원형 반사기; 또는
   (ii) 상기 입사 빔 축에 대해 상기 약 +/-4와 +/-20도 사이의 각도 범위의 전방-산란 광을 수집하여 콘덴서를 향하여 반사되도록 구성되는 오목 타원형 반사기를 포함하고, 상기 콘덴서는 상기 오목 타원형 반사기에 의해 반사된 빛을 수신하여 상기 수신된 빛이 상기 제1광검출기 상에 집중되도록 마련되는 기기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 집광 어레인지먼트는 상기 샘플로부터 상기 제1광검출기 또는 콘덴서로 상기 전방-산란 광을 반사하도록 하는 형태를 갖는 오목 타원형 반사기를 포함하고, 상기 오목 타원형 반사기는 상기 입사 빔 축과 정렬되는 조리개를 포함하고 상기 검출 챔버로부터의 비산란 광이 상기 오목 타원형 반사기를 통과하도록 구성되는 기기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광학 장치는 비산란 광을 수신하도록 마련된 제2광검출기를 더 포함하고, 선택적으로, 상기 제2광검출기는 상기 샘플에 대한 상기 집광 어레인지먼트의 반대편에 위치하여 상기 비산란 광을 수신하도록 상기 입사 빔 축과 정렬되는 기기.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 집광 어레인지먼트는 제1집광 렌즈, 제2집광 렌즈, 및 거울을 포함하고,
   상기 제1집광 렌즈는 상기 산란 광을 상기 제2집광 렌즈로 향하게 하고, 상기 입사 빔 축을 따라 이동하는 비산란 광이 상기 거울에 집중되도록 구성되고;
   상기 제2집광 렌즈는 상기 제1집광 렌즈로부터의 상기 산란 광을 수신하고, 상기 산란 광을 상기 제1광검출기 상에 집중되도록 구성되며,
   상기 거울은 상기 제1및 제2집광 렌즈 사이에서 상기 입사 빔 축을 따라 마련되어, 상기 비산란 광이 상기 제1광검출기로부터 멀어지게 반사시키도록 구성되는 기기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 거울은 상기 비산란 광이 상기 제2광검출기를 향해 반사되도록 마련되고, 상기 제2광검출기는 상기 거울로부터 상기 비산란 광을 수신하도록 구성되는 기기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   샘플 용기와 맞물리기 위한 상기 샘플 용기 포트 내에 마련되고, 상기 샘플 용기 내 상기 생물학적 샘플의 적어도 일부를 포함하는 검출 챔버를 상기 광학 장치의 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 정렬되게 하도록 구성되는 샘플 용기 캐러셀을 더 포함하는 기기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 샘플 용기 캐러셀에 작동가능하게 결합되어, 상기 생물학적 샘플의 적어도 일부를 포함하는 검출 챔버를 상기 광학 장치의 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 정렬되도록 및 정렬에서 벗어나게 하도록 주기적으로 상기 캐러셀을 회전시키도록 구성되는 모터를 더 포함하는 기기.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 샘플 용기 캐러셀은 복수의 검출 챔버를 포함하는 샘플 용기와 맞물리도록 구성되고, 상기 샘플 용기 캐러셀은 회전하도록 구성되어 상기 샘플 용기의 복수의 검출 챔버 각각이 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 순차적으로 정렬되게 및 정렬에서 벗어나게 하는 기기.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플 용기 캐러셀은 사용 시 상기 샘플 용기가 정확하게 상기 샘플 용기 캐러셀과 맞물렸을 때 상기 샘플 용기의 상기 하나 또는 복수의 검출 챔버들과 정렬하도록 구성되는 하나 이상의 개구들을 포함하는 기기.
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플 용기 캐러셀은 상기 광원의 상기 입사 빔 축에 대해 상기 샘플 용기 캐러셀의 위치 및/또는 방향을 판단하기 위한 하나 이상의 검출가능한 눈금부를 포함하는 기기.
14. 제13항에 있어서,
    사용 시, 상기 기기의 프로세서와 통신하는 눈금부 판독기를 더 포함하여, 상기 눈금부 판독기에 의한 눈금부의 검출과 상기 광원의 상기 입사 빔 축에 정렬되는 연관된 검출 챔버 사이의 시간 간격을 판단하는 기기.
15. 제14항에 있어서,
    상기 광학 장치의 프로세서는
    (i) 상기 제1광검출기와 통신하여, 상기 샘플 용기의 검출 챔버가 상기 광원의 상기 입사 빔 축과 정렬되어 있는 기간에 대응하는 소정의 시간 윈도우 동안 상기 제1광검출기에 의해 수신되는 상기 산란 광의 상기 강도를 측정하거나;
    (ii) 상기 눈금부 또는 각각의 상기 검출에 기초하여 상기 소정의 간격의 길이를 조정하는 기기.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 장치의 상기 프로세서는 상기 제1광검출기에 의해 수신된 상기 산란 광의 강도를 측정하고, 약 20분과 약 2시간 사이, 약 20분과 약 1.5시간 사이, 약 20분과 약 1시간 사이, 또는 약 30 분과 약 1 시간 사이의 기간에 걸쳐 주기적으로 시간의 함수로서 상기 샘플에 존재하는 박테리아의 대응하는 대표적인 양 또는 농도를 판단하는 상기 단계들을 반복하도록 프로그램되는 기기.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기기 내 공기의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템을 더 포함하는 기기.
18. 제17항에 있어서,
    적어도 하나의 가열 부재, 및 선택적으로 적어도 하나의 기류 조정기를 더 포함하여, 사용 시, 원하는 온도로 검출 챔버 내 생물학적 샘플이 유지되도록, 상기 기기의 상기 샘플 용기 포트에 수용된 샘플 용기가 따뜻한 공기와 접촉하게 하도록 마련되는 기기.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    한 쌍의 가열 부재들을 더 포함하고, 각 가열 부재는 팬과 작동가능하게 연관되어 상기 샘플 용기 포트를 향해 따뜻한 공기를 밀어내고, 사용 시 상기 기기의 상기 샘플 용기 포트 내에 수신된 샘플 용기의 검출 챔버 내에 샘플을 가열하는 기기.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 장치의 상기 광원은, 예를 들어, 620 nm와 780 nm 사이의 레이저 광원인 기기.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 간격은 100 rpm의 회전 속도에서 약 0.6 초에 대응하는 기기.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 장치의 상기 프로세서는 상기 측정된 광 강도에서 복수의 주기적으로 발생하는 피크 특성을 식별하고, 인접한 피크 특성 사이에서만 상기 측정과 판단 단계들을 수행하도록 구성되는 기기.
23. 약물이 투여된 생물학적 액체 샘플의 박테리아 성장을 모니터링하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
    제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 정의된 기기; 및
    복수의 검출 챔버를 포함하는 샘플용기를 포함하고, 여기서, 상기 검출 챔버의 각각은 약물이 투여된 생물학적 액체 샘플을 포함하도록 구성되고,
    상기 시스템은,
    상기 광원이 조명된 검출 챔버 내에 포함된 상기 약물이 투여된 생물학적 액체 샘플을 조명하도록 입사 빔 축과 차례로 복수의 검출 챔버 각각을 정렬하도록 구성되는 샘플 배치 메커니즘을 더 포함하는 시스템.
24. 제23항에 있어서,
    상기 샘플 배치 메커니즘은 상기 입사 빔 축과 복수의 검출 챔버 각각이 순차적으로 정렬되도록 상기 샘플 용기를 회전시키도록 구성되는 회전 또는 캐러셀 메커니즘을 포함하는 시스템.
25. 제23항 또는 제24에 있어서,
    상기 광학 장치를 지지하도록 마련되는 지지 구조체를 더 포함하고, 상기 지지 구조체는 복수의 검출 챔버들 중 적어도 하나를 포함하는 상기 샘플 용기의 일부분을 수용하도록 구성되는 개구를 더 포함하여, 상기 샘플 용기의 상기 부분이 상기 개구 내에 위치할 때, 복수의 검출 챔버들 중 적어도 하나가 상기 광원 및 상기 집광기 사이의 입사 빔 축을 따라 위치하도록 하는 시스템.
26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    35° 내지 37° 사이의 온도로 상기 생물학적 액체 샘플의 온도를 유지하도록 구성되는 온도 제어 시스템을 더 포함하는 시스템.
27. 제26항에 있어서,
    상기 온도 제어 시스템은 열을 발생시키도록 마련되는 가열 부재를 포함하는 가열 어레인지먼트, 및 상기 샘플 용기의 복수의 검출 챔버에 걸쳐 상기 발생한 열을 고르게 분해하도록 구성되는 공기 순환 시스템을 포함하는 시스템.
28. 제27항에 있어서,
    상기 공기 순환 시스템은 상기 가열 부재를 가로질러 기류를 구동하도록 마련된 적어도 하나 재순환 덕트 및 연관 팬을 포함하는 시스템.
29. 약물에 대한 샘플 내 박테리아 감수성을 판단하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    샘플 용기의 검출 챔버에 약물이 투여된 액체 생물학적 샘플를 담는 단계;
    광원에 의해, 상기 검출 챔버를 통과하는 입사 빔 축을 따라 방출되는 빛으로 상기 검출 챔버 내 상기 샘플을 조명하는 단계;
    집광기에 의해, 상기 샘플 내 박테리아와의 상호작용에 의해 산란되는 빛을 수집하는 단계로서, 상기 빛은 상기 입사 빔 축에 대해 +/-5와 +/-20도 사이의 산란 각도들의 범위에서 전방으로 산란되는 단계;
    상기 집광기에 의해, 상기 수집된 산란 광을 제1광검출기 상에 집중시키는 단계;
    프로세서에 의해, 상기 제1광검출기에 의해 수집된 산란 광의 강도와, 상기 샘플 내 존재하는 박테리아 입자들의 상응하는 대표 양 또는 농도를 판단하는 단계;
    상기 프로세서에 의해, 일련의 소정 간격으로 상기 판단하는 단계를 반복하는 단계;
    상기 프로세서에 의해, 시간의 함수로서 상기 샘플 내 박테리아의 상기 대표 양 또는 농도에서 변화를 판단하는 단계; 및
    상기 프로세서에 의해, 시간의 함수로서 상기 샘플 내 박테리아의 상기 대표 양 또는 농도에서 상기 판단된 변화에 기초하여 상기 샘플에 투여된 상기 약물에 대한 상기 샘플 내 상기 박테리아의 감수성을 판단하는 단계를 포함하는 방법.
30. 제29항에 있어서,
    상기 샘플 용기는 복수의 검출 챔버를 포함하고, 상기 복수의 검출 챔버 중 적어도 2개는 다른 약물이 투여된 샘플을 포함하며,
    상기 방법은,
    입사 빔 축을 따라 방출되는 상기 빛에 상기 약물이 투여된 샘플을 포함하는 상기 복수의 검출 챔버 각각을 순차적으로 위치시키는 단계;
    상기 복수의 검출 챔버 각각에 대해 상기 방법의 각 후속하는 단계를 수행하는 단계; 및
    치료 요법에서 사용하기 위한 가장 효과적인 약물을 식별하기 위해 상기 샘플들에 투여되기 위해 이용된 상기 약물 각각에 대한 상기 샘플들 내 상기 박테리아의 상대적인 감수성을 판단하는 단계를 포함하는 방법.
31. 제29항에 있어서,
    상기 샘플 용기는 복수의 검출 챔버를 포함하고, 상기 복수의 검출 챔버 중 적어도 2개는 동일한 약물이 다른 농도로 투여된 샘플을 포함하며,
    상기 방법은,
    입사 빔 축을 따라 방출되는 상기 빛에 상기 약물이 투여된 샘플을 포함하는 상기 복수의 검출 챔버 각각을 순차적으로 위치시키는 단계;
    상기 복수의 검출 챔버 각각에 대해 상기 방법의 각 후속하는 단계를 수행하는 단계; 및
    치료 요법에서 사용하기 위한 가장 효과적인 약물을 식별하기 위해 상기 샘플들에 투여되기 위해 이용된 상기 약물의 농도 각각에 대한 상기 샘플들 내 상기 박테리아의 상대적인 감수성을 판단하는 단계를 포함하는 방법.
32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2광검출기에 의해, 상기 입사 빔 축에 평행한 상기 검출 챔버들 또는 각각을 통과하는 비산란광을 수집하는 단계; 및
    동일한 상기 검출 챔버에 대해 상기 제1광검출기에 의해 수집된 상기 산란 광의 강도와 상기 제2광검출기에 의해 수집된 상기 비산란 광의 강도를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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