用于以高置信度将培养物鉴定为微生物阳性的系统和方法

摘要

提供了用于确定培养皿内的培养物是否包含多种微生物的系统、方法和设备。针对培养物生物学状态的每一个测量值计算(i)该测量值和(ii)初始生物学状态之间的规格化相对值。针对各时间点的每一个固定间隔，计算各时间点的该间隔内所述规格化相对值的导数，由此形成多个速率转化值。针对所述多个速率转化值中的每一组速率转化值，计算该组内各值的集中趋势测度，由此形成多个平均相对转化值。基于任意计算出的平均相对转化值是否超过第一阈值或者培养物呈现的生长范围是否超过第二阈值作出该培养物是否包含微生物的判断。

说明书

技术领域

公开了用于确定培养皿内的培养物包含微生物的改进的系统和方法。

背景技术

对诸如血培养物之类的培养物中微生物的快速可靠检测是临床微生物实验室最重要的功能之一。当前，使用培养物小瓶(culture vial)确定患者体液内尤其是血液内诸如细菌之类的生物活性因子的存在。通过封闭的橡胶隔膜将小量患者体液注入包含培养基的无菌小瓶，该小瓶随后被培育并被监测微生物生长。

培养物小瓶的普通目检随后涉及监测浊度或者观察小瓶内液体悬浮液最终颜色变化。已知的仪器方法也可用于检测培养皿二氧化碳含量的变化，其中二氧化碳是细菌生长的代谢副产品。监测二氧化碳含量可由本领域内周知的方法来实现。

在某些实例中，在利用具有透红外窗的特制小瓶的情况下使用非侵入性红外微生物检测仪器。在某些实例中，玻璃小瓶由自动操作臂转移至红外分光计，并由红外分光计透过玻璃小瓶进行测量。在某些实例中，在小瓶内放置化学敏感器。这些敏感器通过改变自己的颜色或者通过改变自己的荧光强度来响应液相中二氧化碳浓度的变化。这些技术基于光强测量并且需要对激发和/或发射信号进行光谱过滤。

如上指示，实验室可以使用多种不同的培养物系统和方法。例如，经常用于这一任务的辐射测量和非辐射测量系统(BectonDickenson Diagnostic Instrument Systems，Sparks，Maryland)。9240仪器例如可容纳多达240个培养皿并且用作培育箱、搅拌器和检测系统。每个培养皿都包含荧光CO₂传感器，并且各传感器被连续监测(例如，每10分钟)。通过基于增加的变化率以及CO₂产物的持续增加的生长检测的计算机算法，而不是通过使用生长指标阈值或增量值，培养物被识别为阳性。一旦已装载培养皿，9240就完全自动工作。

这类微生物检测方法的一个缺点在于它们并不总能检测到培养物内包含微生物。因此，上述的每一种系统都需要改进方法用以确定培养皿内的培养物是否包含多种微生物。

发明内容

为了达到本领域的上述需要，在一个方面，提供允许以提供的置信水平通知培养物系统内培养皿阳性状态的系统、方法和设备。本发明有利地提供了血培养物的高置信度阳性状态。

本发明以培养皿为基础利用代谢速率的变化和生长范围来提供有关阳性状态改变的置信度。本发明描述了能够以一种方式应用于代谢或细胞生长数据的数据转化，由此提供培养皿内的培养物被微生物感染(高置信度阳性)的置信度并且实质上排除了微生物当前存在于已知培养物系统时假阴性判断的可能性。高置信度阳性例如可应用于生长已经开始但小瓶没有被测量的情况。一个例子是培养皿遭遇到标本被收集到培养皿内的时间与培养皿放入测量仪器的时间之间存在明显延迟的情况。高置信度阳性算法可应用于具有由包括功率损耗、仪器故障和归因于服务的停运事件的多种原因导致的测量值读数间隙的培养皿。用户的益处是降低了对遭遇到这些规程(protocol)中断类型的传代培养物培养皿的需要。此外，高置信度阳性可被链接到阳性测试过程用作生物学量化度量。例如，可在平均速率改变值(ART)值为100时将培养物检测为阳性，可能需要ART＝200的细胞团块来执行存在微生物的快速鉴定或者分子特征化，而ART值＞400则可能需要在快速鉴定或者基因复制过程之前进行稀释。

在一个方面，本发明提供了一种用于确定培养皿内的培养物是否包含多种微生物的方法。在所述方法中，为所述培养皿内培养物的生物学状态的多个测量值中的每个测量值，计算(i)该测量值与(ii)在初始时间点测得的培养物的初始生物学状态之间的规格化相对值，由此形成多个规格化相对值，其中所述多个测量值中的每个测量值在第一时间点和第二时间点之间的不同时间点测得。

所述多个规格化相对值能够基于时间被拆分成第一时间点和第二时间点之间各时间点的预定的固定间隔。例如，第一预定的固定间隔可以包括前10个规格化相对值，第二预定的固定间隔可以包括下10个规格化相对值，等等直到达到第二时间点。针对第一时间点和第二时间点之间各时间点的预定的固定间隔中的每一个预定的固定间隔，确定在该预定的固定间隔内各规格化相对值的一阶导数，由此形成多个速率转化值。

存在针对各时间点的每个预定的固定间隔的速率转化值。所述多个速率转化值可被认为是包括多组速率转化值。速率转化值的每一组分别针对第一时间点和第二时间点之间连续时间点的不同组。例如，第一组速率转化值可以是多个速率转化值中前7个速率转化值，第二组速率转化值可以是多个速率转化值中下7个速率转化值，等等。针对所述多组速率转化值中的每一组速率转化值，计算平均相对转化值作为该组速率转化值中每一个速率转化值的集中趋势测度。由此方式，计算多个平均相对转化值。

此外，在所述方法中，获取(i)第一结果、(ii)第二结果、或者(iii)第一或第二结果两者。第一结果的获取基于对多个平均相对转化值中的任何平均相对转化值是否超过第一阈值的确定。第二结果的获取基于对培养物呈现出的生长范围否超过第二阈值的确定。第一结果或第二结果被用于确定所述培养皿内的培养物是否包含多种微生物。

在某些实施例中，本方法还包括将所述第一结果、所述第二结果、或者对所述培养皿内培养物中是否包含多种微生物的确定输出至用户接口装置、监视器、计算机可读存储介质、计算机可读存储器、或者本地或远程计算机系统。在某些实施例中，显示所述第一结果、所述第二结果、或者对所述培养皿内培养物中是否包含多种微生物的确定。

在某些实施例中，第一时间点位于所述初始时间点的5分钟或更多分钟之后，并且最终时间点位于所述初始时间点的30个或更多个小时之后。在某些实施例中，第一时间点是初始时间点的0.5小时到3小时之后，最终时间点是初始时间点的4.5小时到20小时之后。在某些实施例中，在所述多组速率转化值的第一组速率转化值中的速率转化值的集中趋势测度包括(i)在所述第一组速率转化值中的每一个速率转化值的几何均值、算数均值、中位数或众数。

在某些实施例中，其中所述培养物生物学状态的多个测量值中的测量值分别在第一时间点和第二时间点之间的周期性时间间隔处由所述培养物测得。在某些实施例中，所述周期性时间间隔是1分钟到20分钟之间、5分钟到15分钟之间、或者0.5分钟到120分钟之间的时间量。

在某些实施例中，由与培养物接触的传感器的荧光输出确定该培养物的初始生物学状态。例如，在某些实施例中，所述传感器的荧光输出的量受CO₂浓度、O₂浓度、或pH的影响。

在某些实施例中，所述培养物的生物学状态的所述多个测量值包括所述培养皿内培养物的生物学状态的10到50,000、100到10,000、150到5,000个测量值。在某些实施例中，各时间点的每个预定的固定间隔包括针对第一时间点和第二时间点之间的时间窗内的各时间点的每个速率转化值或由其组成，并且其中所述时间窗是在20分钟到10小时、20分钟到2小时或者30分钟到90分钟之间的时间段。

在某些实施例中，多个速率转化值中的每组速率转化值包括4到20个、5到15个、或者2到100个的连续的速率转化值，或者由其组成在某些实施例中，所述多个平均相对转化值中有5到500或者20到100个平均相对转化值。在某些实施例中，培养物的容量在1ml到40ml之间、2ml到10ml之间、小于100ml、或者大于100ml。

在某些实施例中，培养皿包括与所述培养物流体通信的传感器成分，其中所述传感器成分包括发光化合物，所述发光化合物一旦暴露于氧中，当由含有使得所述发光化合物发发光的波长的光照射时呈现出发光性质的改变；并且其中传感器组分的存在对培养物没有破坏性；并且其中培养物的初始生物学状态由一方法测得，所述方法包括(i)用包含使发光化合物发光的波长的光来照射所述传感器组分并且(i)在用光照射该传感器组分的同时观察来自所述发光化合物的发光强度。在某些实施例中，发光化合物被包含在相对不透水和非气溶性但对氧有高渗透性的基质中。在某些实施例中，基质包含橡胶或塑料。

在某些实施例中，生长范围(EG)是多个规格化相对值中的最大规格化相对值。在某些实施例中，生长范围由下式确定：

EG＝NR_{after_growth}-NR_{minimum_growth}

其中

NR_{after_growth}(NR_生长后)是所述多个规格化相对值中用于计算(i)所述多个平均相对转化值中最大平均相对转化值之后的第一平均相对转化值、(ii)最大平均相对转化值、或者(iii)最大平均相对转化值之前的第一平均相对转化值的规格化相对值，以及

NR_{minimum_growth}(NR_最小生长)是所述多个规格化相对值中用于计算第一平均相对转化值以获得阈值的规格化相对值。在某些实施例中，阈值是5至100或者25至75之间的值。

有利地，使用本发明的创新系统/方法和设备，诸如血培养物系统的培育系统就能够被编程为在执行人工测试(诸如革兰氏染色法或传代培养)之前确定培养物是否被微生物感染。简言之，通过分析与微生物代谢相关联的新颖参数(例如，平均相对转化值、培养物呈现的生长范围)通过培育箱将培养物鉴定为微生物感染阳性。这些培养物相对于未被感染的培养物将具有更高的代谢，并且在此基础上就能够检测微生物感染。虽然本文公开的测试在单个微生物类型感染培养物的情况下最为精确，但是同样能够在多种微生物(例如，多个微生物种)感染单个培养物的情况下检测微生物感染。

虽然本文公开的新颖参数(例如，平均相对转化值、培养物呈现的生长范围)的各种示例值是在使用给定培养基检测培养物是否被微生物感染的数据中给出，但是应该理解当用于支持培养物生长的培养基变化时新颖参数的这些值也变化。此外，所述新颖参数的这些值在使用不同培育箱的情况下也可能有所变化。于是，优选地，用于生成检测微生物感染的相对值的同一培育箱也应用于其中微生物状态未知的培养物。此外，用于生成检测微生物感染的相对值的同一培养基也应用于其中微生物状态未知的培养物。

在某些实施例中，当多个平均相对转化值中的一个平均相对转化值超过所述第一阈值时，则认定所述培养皿内的培养物包含多种微生物。在某些实施例中，当所述培养皿内的培养物呈现的生长范围超过所述第二阈值时，则认定所述培养物包含多种微生物。

在某些实施例中，所述方法确定所述培养皿内的培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是肠杆菌科的细菌。在某些实施例中，所述方法确定所述培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是(i)肠杆菌科、(ii)葡萄球菌科、(iii)链球菌属、或(iv)不动细菌属。在某些实施例中，所述方法确定所述培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是Alishewanella，交替单胞菌属、Aquamonas、Aranicola、Arsenophonus、Azotivirga、Blochmannia、Brenneria、Buchnera、布戴约维采菌属、Buttiauxella、西地西菌属、柠檬酸杆菌属、Dickeya、爱德华菌属、肠杆菌属、欧文菌属、埃希杆菌属、尤因菌属、Griimontella、哈夫尼亚菌属、克雷白杆菌属、克鲁维菌属、勒克菌属、勒米诺菌属、米勒菌属、摩根菌属、肥杆菌属、成团泛菌、果胶杆菌属、Candidatus Phlomobacter、发光杆菌、邻单胞菌属、Pragia、变形杆菌属、普罗维登斯菌属、拉恩菌属、Raoultella、沙门菌属、Samsonia、沙雷菌属、志贺菌属、Sodalis、塔特姆菌属、Trabulsiella、Wigglesworthia、致病杆菌属、耶尔森菌属、或者约克菌属。

在某些实施例中，所述方法确定所述培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是从如下各项组成的组中选出的葡萄球菌科的单个种：金黄色葡萄球菌、山羊葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、路邓葡萄球菌、Staphylococcus pettenkoferi、腐生性葡萄球菌、瓦氏葡萄球菌、以及木糖葡萄球菌细菌。

在某些实施例中，所述方法确定所述培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是金黄色葡萄球菌或者凝固酶阴性葡萄球菌。在某些实施例中，所述方法确定所述培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是从如下各项组成的组中选出的链球菌属的单个种：无乳链球菌、牛链球菌、突变链球菌、肺炎链球菌、酿脓链球菌、唾液链球菌、血链球菌、猪链球菌、草绿色链球菌、和乳房链球菌。

在某些实施例中，所述方法确定所述培养皿内的培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是需氧的。在某些实施例中，所述方法确定所述培养皿内的培养物包含多种微生物，并且所述多种微生物是厌氧的。在某些实施例中，培养物的初始生物学状态由比色计装置、荧光剂装置、浊度计装置或红外装置测得。在某些实施例中，生物学状态的多个测量值中的每一个生物学状态由比色计装置、荧光剂装置、浊度计装置或红外装置测得。在某些实施例中，培养物是来自受验者的血培养物。

在某些实施例中，仅第一结果被获取，并且被用于确定所述培养皿内的培养物是否包含多种微生物。在某些实施例中，仅第二结果被用于确定所述培养皿内的培养物是否包含多种微生物。在某些实施例中，第一和第二结果被用于确定所述培养皿内的培养物是否包含多种微生物。

在另一方面，本发明提供一种用于确定培养皿内培养物是否包含多种微生物的设备，其中所述设备包括处理器以及耦合至所述处理器用以执行本文公开的任何方法的存储器。在再一方面，本发明提供一种存储计算机程序产品的计算机可读介质，所述计算机程序产品可由计算机执行用以确定培养皿内培养物是否包含多种微生物。所述计算机程序产品包括用于执行本文公开的任何方法的指令。

在另一方面，本发明提供了一种用于确定培养皿内的培养物是否包含多种微生物的方法。所述方法包括获取所述培养物的生物学状态的多个测量值，所述多个测量值中的每一个测量值在第一时间点和第二时间点之间的不同时间点测得。所述方法还包括为第一时间点和第二时间点之间各时间点的每一个预定的固定间隔，确定在各时间点的该预定的固定间隔内生物学状态各测量值的一阶导数，由此形成多个速率转化值，其中多个速率转化值包括多组速率转化值，其中多组速率转化值中的每组速率转化值针对第一时间点和第二时间点之间的连续时间点的不同组。所述方法还包括为多组速率转化值中的每组速率转化值，计算平均相对转化值作为该组速率转化值中每个速率转化值的集中趋势测度，由此计算多个平均相对转化值。所述方法还包括基于确定所述多个平均相对转化值中的任一个平均相对转化值是否超过第一阈值获取(i)第一结果，或者基于确定所述培养物呈现的生长范围是否超过第二阈值获取(ii)第二结果。所述方法还包括使用第一结果或第二结果确定所述培养皿内的培养物是否包含多种微生物。

由此，本发明的系统和方法就能够提供在微生物及相关领域内有用的多种应用，并且在细胞培养物无菌测试法中找到具体应用。

附图说明

图1例示了根据本发明一个实施例的用于确定培养皿内培养物是否包含多种微生物的设备，所述设备包括处理器以及耦合至处理器的存储器。

图2例示了根据本发明一个实施例的培养皿和CO₂检测器系统的示意图。

图3A和3B例示了根据本发明一个实施例的用于确定培养皿内培养物是否包含多种微生物的方法。

图4示出了根据本发明一个实施例的从培养皿内的血培养物中测得的规格化相对值的坐标图。

图5是根据本发明一个实施例的基于图4速率转化值随时间的平均变化率，平均相对转化值随时间的坐标图。

图6是根据本发明一个实施例的图4规格化相对值的二阶导数绘图，并且示出了代谢速率随时间的变化。

图7是针对临床粪肠球菌假阴性的补偿荧光信号相对于时间的坐标图。

图8是针对临床粪肠球菌假阴性的规格化相对值相对于时间的坐标图。

图9是针对临床粪肠球菌假阴性的平均速率转化相对于时间的坐标图。

类似的参考数字在各附图中指代相应的部分。

具体实施方式

提供了用于确定培养皿内的培养物是否包含多种微生物的系统、方法和设备。针对培养物生物学状态的每一个测量值计算(i)该测量值和(ii)初始生物学状态之间的规格化相对值。对于第一时间点和第二时间点之间各时间点的每个固定间隔，计算各时间点的该间隔内生物学状态的各测量值的所述规格化相对值的导数，由此形成多个速率转化值。针对所述多个速率转化值中的每一组速率转化值，计算该组内各值的集中趋势测度，由此形成多个平均相对转化值。基于任意计算出的平均相对转化值是否超过第一阈值或者培养物呈现的生长范围是否超过第二阈值作出该培养物是否包含微生物的判断。

其中实现本发明的这一系统是血培养物系统。血培养物系统使用荧光传感器，以在微生物代谢发生时将变化报告给系统。算法随后应用于信号数据序列，该算法被设计用于识别信号随时间变化以指示生长中的微生物的存在。当系统识别出生长的证据(状态改变至阳性小瓶)时通知用户，并且随后在初始过程以开始有机体鉴定和抗菌易感性确定之前处理培养皿以证实微生物的存在(对涂板培养基进行格兰仕染色和传代培养)。

5.1定义

本文使用的术语“不动杆菌属”指代属于蛋白菌门的革兰阴性细菌属。不运动的不动杆菌属种是氧化酶阴性的，并且在放大下成对出现。

本文使用的术语“生物学状态”指代通过例如CO₂浓度、O₂浓度、pH、CO₂浓度变化率、O₂浓度变化率或者培养物中pH变化率确定的培养物代谢活动的测度。

本文使用的术语“血液”意味着全血或者从由血红细胞、血小板、中性白细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、淋巴细胞和单核系统组成的细胞类型组中的任意一种、两种、三种、四种、五种、六种或七种细胞类型。血液可以来自任何物种，包括但不限于人类、任何实验动物(例如，大鼠、小鼠、狗、黑猩猩)或者任何哺乳动物。

本文使用的术语“血培养物”指代已与血培养基混合的任意总量的血液。培养基的示例包括但不限于添加了大豆酪蛋白的培养液、大豆酪蛋白提炼物、氯化血红素、甲萘醌、碳酸氢钠、聚茴香脑磺酸酯钠(sodiumpolyaneltholesulfonate)、蔗糖、吡哆醛HCKI、酵母提取液和L-半胱氨酸。可用作血培养基的一种或多种试剂例如可以在Stanier等人，1986，The Microbial World，5^th edition，Prentice-Hall，Englewood Cliffs，NewJersey，pages 10-20，33-37，and 190-195找到，该文为此目的通过引用全文结合在此。在某些实例中，在受验者有菌血症症状时获取血培养物。血液从受验者抽取并直接注入包含营养培养基的培养皿中。在某些实例中，每个培养皿需要10毫升血液。

本文使用的术语“培养物”指代单离的或者与为培养细胞设计的一种或多种试剂混合的任何生物样本。来自受验者的生物样本可以是例如血液、细胞、细胞提取物、脑脊髓液、血浆、血清、唾液、痰、组织标本或者组织活检、尿、伤口分泌物、来自内部导尿管表面的样本、或者粪便标本。受验者可以是任何物种的一员，包括但不限于人类、任何实验动物(例如，大鼠、小鼠、狗、黑猩猩)或者任何哺乳动物。可与生物样本混合的一种或多种试剂例如可以在Stanier等人，1986，TheMicrobial World，5^th edition，Prentice-Hall，Englewood Cliffs，New Jersey，pages 10-20，33-37，and 190-195找到，该文为此目的通过引用全文结合在此。血培养物是培养物的一个例子。在某些实施例中，生物样本是液体形式并且培养物中生物样本的量在1ml到150ml之间、在2ml到100ml之间、在0.5ml到90ml之间、在0.5ml到10,000ml之间、或者在0.25ml到100,000ml之间。在某些实施例中，生物样本是液体形式并且占据1％到99％之间的培养物体积、5％到80％之间的培养物体积、10％到75％之间的培养物体积、少于80％的培养物体积、或者对于10％的培养物体积。在某些实施例中，生物样本是液体形式并且占1％到99％之间的培养物总重量、5％到80％之间的培养物总重量、10％到75％之间的培养物总重量、少于80％的培养物总重量、或者多于10％的培养物总重量。

本文使用的术语“肠杆菌科(Enterobacteriaceae)”指代包括沙门菌属和大肠杆菌的大细菌科。肠杆菌科在本文还指代小肠类群。遗传学研究吧它们列入蛋白菌，目前给予它们自己的目(肠杆菌目)。肠杆菌科的成员呈杆状并且典型地长1μm至5μm。类似于其他的蛋白菌，它们具有革兰阴性染色，并且它们是兼性厌氧生物，发酵糖类以生成乳酸和各种其他终产物。它们还把硝酸盐还原成亚硝酸盐。与大部分类似细菌不同，肠杆菌科通常缺乏细胞色素c氧化酶，虽然存在例外(例如，邻单胞菌属)。大部分具有许多鞭毛，但少数属是不运动的。它们是非孢子成形的，例外是过氧化氢酶阳性的痢疾杆菌菌株。该家族的大部分成员是在人类或其他动物肠内找到的肠内菌丛的正常部分，而其他成员则是在水或油中找到，或是寄生在各种不同的动物和植物上。肠杆菌科的大部分成员具有用于细菌细胞附至宿主的周生I型鞭毛。肠杆菌科的属包括但不限于Alishewanella，交替单胞菌属、Aquamonas、Aranicola、Arsenophonus、Azotivirga、Blochmannia、Brenneria、Buchnera、布戴约维采菌属、Buttiauxella、西地西菌属、柠檬酸杆菌属、Dickeya、爱德华菌属、肠杆菌属、欧文菌属、埃希杆菌属、尤因菌属、Griimontella、哈夫尼亚菌属、克雷白杆菌属、克鲁维菌属、勒克菌属、勒米诺菌属、米勒菌属、摩根菌属、肥杆菌属、成团泛菌、果胶杆菌属、CandidatusPhlomobacter、发光杆菌、邻单胞菌属、Pragia、变形杆菌属、普罗维登斯菌属、拉恩菌属、Raoultella、沙门菌属、Samsonia、沙雷菌属、志贺菌属、Sodalis、塔特姆菌属、Trabulsiella、Wigglesworthia、致病杆菌属、耶尔森菌属(例如，鼠疫耶尔森菌)、以及约克菌。关于肠杆菌科的更多信息可以在Stanier等人，1986，The Microbial World，5^th edition，Prentice-Hall，Englewood Cliffs，New Jersey，Chapter 5找到，该文为此目的通过引用全文结合在此。

本文使用的术语“实例”指代算法中一个步骤的执行。在算法内的某些步骤可以运行若干次，其中该步骤的每次重复被称为该步骤的一个实例。

本文使用的术语“微生物”指代直径为1mm或以下的非病毒的有机体。

本文使用的术语“微生物类型”指代细菌界的任何子分类，诸如细菌界内的门、纲、目、科、属、或种。

本文使用的术语“部分”指代一个集合中的至少1％、至少2％、至少10％、至少20％、至少30％、至少50％、至少75％、至少90％、或者至少99％。于是，在一个非限制性的例子中，多个对象的至少一部分意味着多个对象的至少1％、至少2％、至少10％、至少20％、至少30％、至少50％、至少75％、至少90％、或者至少99％。

本文使用的术语“葡萄球菌科(Staphylococcaceae)”指代芽孢杆菌目中的一个细菌科，包括但不限于金黄色葡萄球菌、山羊葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、路邓葡萄球菌、Staphylococcus pettenkoferi、腐生性葡萄球菌、瓦氏葡萄球菌、以及木糖葡萄球菌细菌。

本文使用的术语“链球菌属(Streptococcus)”指代属于硬壁菌门和乳酸菌类群的球形革兰阳性细菌属。细胞分裂在这些细菌中沿单轴进行，于是这些细菌成链或成对生长，因此来自希腊语streptos(链)的名称意味着像链一样易于弯曲或扭曲。这与沿着多个轴分裂并生成葡萄状细胞聚簇的葡萄球菌完全不同。链球菌属的种包括但不限于无乳链球菌、牛链球菌、突变链球菌、肺炎链球菌、酿脓链球菌、唾液链球菌、血链球菌、猪链球菌、草绿色链球菌、和乳房链球菌。

本文使用中使用的“受验者”是动物，优选地是哺乳动物，更优选地是非人类灵长目动物，最优选地是人类。术语“受验者”、“个体”和“患者”在本文中可以互换使用。

本文使用的术语“培养皿”指代能够保存培养物(诸如，血培养物)的任何容器。例如，在一个实施例中，培养皿是具有侧壁、底盘和开口以用于容纳带装入的培养物的容器，其中该容器由诸如玻璃、透明塑料(例如，环烯共聚物)的具有足够透明度用以视觉观察样本浊度的材料制成，并且优选在至少250℃下耐热的材料。在某些实施例中，该容器具有足以承受至少25psi内部压力的壁厚，以及耦合至容器开口端的闭合盖，其中培养物在环境条件下在培养皿内存储达延长时间段仍可基本免于污染。示例性的容器在美国专利No.6,432,697中有所描述，该专利通过引用结合在此。在某些实施例中，环境条件下的延长时间段是在约40℃下至少一年。在某些实施例中，培养皿还包括固定到容器内表面的荧光传感器化合物，当该化合物暴露于氧时，一旦暴露于荧光下就呈现荧光强度的降低。在某些实施例中，容器对所述荧光基本透明。在某些实施例中，荧光传感器化合物公开从由三(4，7-苯基-1，10-邻二氮杂菲)钌(II)盐(tris-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline ruthenium(II)salts)、三联吡啶钌盐(tris-2，2′-bipyridyl ruthenium(II)salts)、9，10二联苯蒽(9，10-diphenyl anthracene)及其混合物组成的组中选出。在某些实施例中，培养皿是Blood Culture LYTIC/10Anaerobic/F培养物小瓶、SEPTI-小瓶、SEPTI-血培养物瓶、Becton Dickinson小瓶、Plus Aerobic/F＊以及PlusAnaerobic/F＊培养物小瓶、Becton DickinsonStandard/10Aerobic/F培养物小瓶、Becton DickinsonMyco/F Lytic培养物小瓶、Becton DickinsonPEDS/F培养物小瓶、或者Becton DickinsonStandard Anaerobic/F培养物小瓶(Becton Dickinson，Franklin Lakes，New Jersey)。

5.2示例性设备

图1详示了用于确定培养皿内培养物是否包含多种微生物的设备11，其中该设备11包括处理器以及耦合至处理器的存储器。图1中例示的处理器和存储器可以是例如自动化或半自动化辐射测量或非辐射测量微生物培养物系统中的一部分。设备11优选地包括：

·中央处理单元22；

·可选地，用于存储软件和数据的非易失性主存储单元14，例如硬盘驱动器，所述存储单元14由存储控制器12控制；

·系统存储器36，例如高速随机存取存储器(RAM)，用于存储系统控制程序、数据、和应用程序，包括(可选地从非易失性存储单元14装载的)程序和数据；系统存储器36还可以包括只读存储器(ROM)；

·用户接口32，包括一个或多个输入设备(例如，键盘28、鼠标)以及显示器26或其他输出设备；

·传感器34，用于测量培养皿内培养物的生物学状态；

·网络接口卡20(通信电路)，用于连接至传感器34；

·内部总线30，用于互联系统的前述元件；以及

·电源24，用于给前述元件供电。

中央处理单元22的存在主要由操作系统40控制。操作系统40可以存储在系统存储器36内。在典型实现中，系统存储器36还包括：

·文件系统42，用于控制对由本发明使用的各类文件和数据结构的访问；

·微生物检测模块44，用于确定培养皿内培养物是否包含多种微生物；

·生物学数据结构46，用于存储培养物的初始生物学状态48以及培养物生物学状态的多次测量，其中多次测量中的每次测量50在第一(初始)时间点和第二(最终)时间点之间的不同时间点进行；

·可选查找表54，包括在(i)多组值和(ii)一组培养基类型之间匹配，其中多组值中的每组值56包括第一阈值57和第二阈值58，并且其中针对多组值中的每组值56，该组培养基类型中存在相应的培养基类型59；

·多组速率转化值60，其中每组速率转化值包括多个速率转化值62，其中每组速率转化值62是与各时间点的预定的固定间隔相关联的规格化相对值的一阶导数；

·针对每组60速率转化值60的平均相对转化值66；以及

·数据结构68，用于存储对培养皿内培养物是否包含多种微生物的确定68。

如图1所示，设备11可以包括诸如生物学状态数据结构46、可选查找表54、多组速率转化值60、平均相对转化值66、以及对培养皿内培养物是否包含多种微生物的确定68之类的数据。在某些实施例中，存储器36或者可选数据存储14还存储平均相对转化值66的集中趋势测度。以上描述的数据可以是任何形式的数据存储，包括但不限于，平面文件、相关数据库(SQL)、或者在线分析处理(OLAP)数据库(MDX和/或其变种)。在某些实施例中，这些数据结构存储在包括星形模型的数据库中，星形模型不被存储为立方(cube)而是具有定义层级的维度表。此外，在某些实施例中，这些数据结构被存储在具有层级的数据库中，所述层级在下层数据库或数据库模型(例如，非层级安排的维度表)中不被明显打破(break out)。在某些实施例中，这些数据结构被存储在设备11中。在其他实施例中，这些数据结构的全部或部分被主存(存储)在由设备11通过图1未示出的因特网/网络可寻址的一个或多个计算机上。在其他实施例中，在图1的设备11中描绘的一个或多个程序模块(诸如，微生物确定模块44)的全部或部分实际上常驻在由设备11通过(图1未示出的)因特网/网络可寻址的装置(例如，计算机)上，而非是设备11上。

设备11通过例如CO₂浓度、O₂浓度、pH、CO₂浓度变化率、O₂浓度变化率或者培养物中pH变化率来确定培养物的代谢活动。从这一代谢活动的确定，设备11可以鉴别培养物中的微生物类型。在某些实施例中，设备11容纳多个培养皿并且用作培养箱、搅拌器和检测系统。未在图1中描绘设备11的这些组件，因为这些组件的特性会取决于设备11的确切配置而大幅变化。例如，设备容纳的培养皿数量可以在一个培养皿到1000个培养皿的范围内变化。可以存在与每个培养皿相关联的传感器，用以测量该培养皿内包含的培养物的生物学状态。传感器可以位于培养皿的任何位置并且存在有多种类型的传感器可供使用。

图2例示了能够测量培养物生物学状态的一个示例性传感器。在图2中，CO₂传感器204粘合在培养瓶202(培养皿)的基底并且其上覆盖有一定量的培养物。CO₂传感器204不透离子、培养基成分、培养物，但是允许CO₂自由透过。由培养物内细胞产生的二氧化碳扩散至传感器204并且溶解在传感器基质内存有的水中，生成氢离子。氢离子浓度的增加(pH的下降)增加了传感器204的荧光输出，由此改变从激发滤波器206传输到发射滤波器208的信号。设备11重复测量随时间穿过发射滤波器208的信号，并且使用这一数据用本文公开的算法确定培养物是否包含微生物。

在某些实施例中，设备11是将会保有从1到1000个之间培养皿(例如，96、240、或者384个培养皿)的培养箱、摇动器、荧光检测器。在某些实施例中，在机架(例如，圆形或线性机架)上排列培养皿，每个机架可以具有多个培养皿站。例如，在一个特定实施例中，设备11将会保有排列在六个机架上的240个培养皿，其中每个机架具有40个培养皿站。在某些实施例中，设备11中的每个培养皿站包括带有合适激发和发射滤波器(例如，如图2中所示)的发光二极管和光电二极管检测器。在某些实施例中，培养皿被轻轻摇动并加热到35±1℃。

5.3示例性方法

现已经描述了根据本发明的示例性设备，如下将详述根据本发明的示例性方法。在某些实施例中，这些方法可以由图1的微生物确定模块44实现。参见图3的步骤302，获取培养物的初始生物学状态。例如，参见图2，在某些实施例中，初始读取检测器204以确定传感器中的CO₂浓度。在替换实施例中，可以在步骤302中读取初始O₂浓度、pH、或者培养物生物学状态的其他指示。在某些实施例中，由与培养物接触的传感器(例如，传感器204)的荧光输出确定该培养物的初始生物学状态。在某些实施例中，传感器的荧光输出量以上文结合图2所述的方式受到CO₂浓度的影响。在某些实施例中，传感器的荧光输出量受到O₂浓度、pH、或者本领域已知的代谢状态的其他指示的影响。总之，代表培养物代谢速率的任何物理可观察量可被测量并存储为初始状态。在某些实施例中，该物理可观察量是分子产物的累积(一个例子是革兰氏阴性细菌的脂多糖)、生长相关环境的非分子物理/化学变化(压力变化)、和/或累积的二氧化碳或其他代谢物的生成或者基质(例如氧)的消耗、或者细胞物质的累积。

在某些实施例中，使用比色计装置、荧光计装置、浊度计装置或红外线装置在步骤302获取血培养物的初始生物学状态。比色计装置的示例包括但不限于使用比色计氧化还原指示剂，诸如刃天青/亚甲蓝或氯化四唑(tetrazolium chloride)或者在美国专利No.6,617,127中公开的对碘硝基四唑紫罗兰(p-iodonitrotetrazolium violet)化合物，其中上述专利通过引用全文结合在此。比色计装置的另一个示例包括Oberoi等人2004，″Comparison of rapid colorimetric method with conventionalmethod in the isolation of mycobacterium tuberculosis，″Indian J MedMicrobiol 22：44-46中使用的比色计测定，其中该文通过引用全文结合在此。在Oberoi等人的论述中，MB/Bact240系统(Organon Teknika)装载有培养皿。该系统的工作原理基于比色计传感器的分枝杆菌生长检测。如果存在所述生物，则会随着该生物代谢基质甘油产生CO₂。每个培养皿底部的透气传感器的颜色会导致单元内反射率增大，系统可使用红外射线来监测所述增大。比色计装置的示例还包括由培养皿内的微生物代谢导致的气体成分(诸如，CO₂浓度)变化所引起传感器组分颜色改变的任何监测。

荧光计和比色计装置的示例在美国专利No.6,096,272中公开，该专利通过引用全文结合在此并且公开了一种仪器系统，在该系统中为孵化和指标化提供了旋转传送带并且存在有各自发射不同波长的光用于比色计和荧光计检测的多个光源。本文使用的浊度计装置指代使用浊度计对培养物浊度进行测量。浊度计是用于测量液胶体或气胶体中的悬浮颗粒的仪器。浊度计通过利用光束(源束)和设置在源束一侧(通常为90°)的光检测器来进行上述测量。于是，粒子密度是从粒子反射到检测器内的光的函数。在一定程度上，给定粒子密度反射多少光取决于粒子的性质，诸如粒子的形状、颜色和反射率。因此，必须为每一情形单独建立浊度和悬浮固体(更有用但通常更困难的粒子量化)之间的工作相关。

本文使用的用于测量血培养物生物学状态的红外线装置是本领域已知的任何红外线微生物检测系统或方法，包括但不限于在美国专利No.4,889,992以及PCT公开WO/2006071800中公开的那些，上述专利文献通过引用各自全文结合在此。

在某些实施例中，在步骤302和特定后续步骤收集的数据被分类并收集至数据库，这些数据包括诸如培养皿标识的培养皿识别信息(通过序列号和编号)、接种日期的记录、培养物中的生物学样本量。

在某些实施例中，保有培养物的培养皿202包括与培养物流体通信的传感器成分204。在这些实施例中，传感器组分204包括发光化合物，该发光化合物在暴露于氧中并由包含使其发光的波长的光照射时呈现出发光性质的变化。传感器组分204的存在对血培养物没有破坏性。在这类实施例中，测量步骤302(和测量步骤308的每个实例)包括用包含使发光化合物发光的波长的光来照射传感器组分204并且在用光照射该传感器组分的同时观察来自所述发光化合物的发光强度。在某些实施例中，发光化合物被包含在相对不透水和非气溶性但对氧有高渗透性的基质中。在某些实施例中，基质包含橡胶或塑料。根据本发明该实施例的传感器的更多细节在美国专利No.6,900,030中公开，上述专利通过引用全文结合在此。

在可选步骤304中，来自步骤302在初始化测得的培养物初始生物学状态被标准化并被存储为血培养物的初始生物学状态48(例如，为100％或者其他预定值)。存储为图1中的数据元素48的该初始生物学状态用作相对于血培养物生物学状态的后续测量值的基准值。在某些实施例中，不执行步骤304，而是使用步骤302的绝对测量值用于本文公开的算法。

设备11在获取初始生物学测量值之后培育培养物达一预定时间段。于是，在经过该预定时间段之后，设备11获取该培养物生物学状态的另一测量值。这一过程在图3中由步骤306和308例示。在图3A，该过程在步骤306示出为前进时间步长t。在步骤306中设备等待时间前进时间步骤t的时间段期间的生物学状态不用于确定培养物中微生物类型的后续处理步骤。在步骤308，一旦时间已前进了时间步骤t，就已获取生物学状态的初始测量值相同的方式再次获取培养皿内培养物生物学状态的测量值(例如，使用图2中的装置)。在某些实施例中，预定时间段(时间步长t的持续时间)是十分钟。在某些实施例中，预定时间段(时间步长t的持续时间)是小于5分钟的时间段、小于10分钟的时间段、小于15分钟的时间段、小于20分钟的时间段、在1分钟到30分钟范围内的时间段，在1分钟到20分钟范围内的时间段、在5分钟到15分钟范围内的时间段、或者大于5分钟的时间段。在步骤308获得的培养皿内培养物生物学状态的测量值在其中步骤302的初始测量值被用于规格化的实施例中被转换成规格化相对值，其中所述转换是通过相对于步骤302的初始测量值标准化步骤308的测量值来实现的。在一个实施例中，在步骤308获得的培养皿内培养物生物学状态的测量值被转换成规格化相对值，其中所述转换是通过计算步骤308的测量值相对于步骤302的初始测量值之比来实现的。在某些实施例中，这一计算出的规格化相对值被存储为图1中的数据元素50。在某些实施例中，在步骤308中测得的生物学状态的测量值被存储为图1中的数据元素50并且与在步骤308中测得的生物学状态的测量值相对应的规格化相对值则按需在后续处理步骤中被计算。

在步骤310，确定是否已经过第一预定的固定时间间隔。例如，在某些实施例中，预定的固定时间间隔是70分钟。在这一示例中，如果步骤306的时间步长t是10分钟，那么在条件310-是实现之前需要时间步长t前进七次。在某些实施例中，预定的固定时间间隔是在5分钟到5小时之间的持续时间、在20分钟到10小时之间的持续时间、在20分钟到2小时之间的持续时间、在30分钟到90分钟之间的持续时间、小于24小时的持续时间、或者大于24小时的持续时间。当已经过第一预定的固定时间间隔时(310-是)，过程控制就行进到其中执行算法附加步骤的步骤312。当未经过第一预定的固定时间间隔时(310-否)，过程控制就返回到其中算法等待时间前进时间量t的步骤306，随后再次在步骤308的新实例中对培养物生物学状态进行测量。

步骤306到310的最终结果是获取培养皿中培养物生物学状态的多个测量值并且所述多个测量值中的每个测量值都在第一(初始)时间点和终结(最终)时间点之间的不同时间点获得的。此外，在其中时间步长t在步骤306的每个实例中都具有相同量的典型实施例中，多个测量值中的各测量值分别以周期性的间隔从培养物中获取。在某些实施例中，该周期性间隔是从1分钟到20分钟的时间量、从5分钟到15分钟的时间量、从30秒到5小时的时间量、或者大于1分钟的时间量。

当已经过预先确定的固定间隔时(310-是)，就在步骤312中计算每一个预定的固定间隔内各规格化相对值的一阶导数(或者是在不执行规格化的实施例中每一个预定的固定间隔内来自步骤302的绝对值)，由此形成速率转化值62。换句话说，在步骤312中确定在预定的固定间隔期间所述规格化相对值的变化。注意，在测量值数据被规格化的实施例中速率转化值是规格化相对值的一阶导数，而在测量值数据未被规格化的实施例中速率转化值是绝对测量值的一阶导数。在某些实施例中，用来计算一阶导数的预定的固定时间间隔包括在20分钟到2小时之间的前一时间段内的所有测量值。例如，在某些实施例中，步骤310的预定的固定时间间隔是70分钟，并且在步骤312中横跨该70分钟时间间隔内测量值的全部规格化相对值的变化率是在步骤312确定的，并被存储为速率转化值62。在一些实施例中，用来计算一阶导数的预定的固定时间间隔(时间窗)是前一时间段内的所有测量值，所述前一时间段在5分钟到20小时之间、在30分钟到10小时之间、在20分钟到2小时之间、在20分钟到10小时之间、或在30分钟到90分钟之间。

在步骤314，确定自从上次达到条件314-是起是否已测量了预定数量的速率转化值。如果是(314-是)，过程控制行进到步骤316。如果否(314-否)，过程控制就返回到步骤306，其中过程控制等待直到已经经过时间步长t，随后继续至步骤308，其中再次计算血培养物的规格化相对值。条件的每个实例(314-是)标记速率转化值62的一个组60的完成。例如，在某些实施例中，在已经测得7个新速率转化值62时实现条件314-是。在该示例中，速率转化值的一个组60包括7个速率转化值62或由这7个速率转化值组成。在某些实施例中，速率转化值62的一个组60包括4个到20个连续速率转化值62或由这些速率转化值组成.连续的速率转化值62是在同一组60内的速率转化值。这些速率转化值62例如在步骤312的相续实例中计算并存储。在某些实施例中，多个速率转化值中的速率转化值62的每个组60包括5个到15个连续的速率转化值62，1个到100个连续的速率转化值62，五个以上速率转化值62，或小于10个速率转化值62，或者由这些速率转化值组成。

当条件314-是达成时，运行步骤316。在步骤316，从新形成的速率转化值62的组60计算平均相对转化(平均变化率)值66。于是，对于速率转化值62的每个组60，存在一个平均相对转化值66。在某些实施例中，通过测量新形成的速率转化值62的组60中速率转化值62的集中趋势测度，从所述新形成的速率转化值62的组60中计算平均相对转化(平均变化率)值66。在某些实施例中，集中趋势的这一测度是新形成的速率转化值62的组60中全部或部分速率转化值62的几何均值、算数均值、中位数、或众数。

在步骤318，确定是否已经达到规程中的预定点。该预定点是最终时间点，也被称为终点。在某些实施例中，最终时间点在进行步骤302的初始测量之后的一个或多个小时、两个或更多个小时、三小时到一百小时之间、或者小于20个小时到达(318-是)。在某些实施例中，最终时间点在步骤308实例已经对培养皿内血培养物的生物学状态进行了10到50,000次、10到10,000、150到5,000次、大于10次、大于50次，或者大于100次的测量之后到达(318-是)。如果尚未到达规程中的预定点(318-否)，过程控制于是就返回步骤306，其中过程控制等待时间步长t前进，随后启动步骤308的其他实例，其中培养物的生物学状态被再次测量并用于计算规格化相对值。If the predetermined point in theprotocol has been reached(318-Yes)，process control passes to either(i)step 320a，(ii)step 320b，or(iii)both step 320a and step 320b.

在步骤320a，基于对多个平均相对转化值中的任何平均相对转化值是否超过第一阈值57的确定获取第一结果。在某些实施例中，第一阈值57依赖于培养基类型，这就意味着第一阈值的确切值将取决于用于培养物的培养基类型。实践中，例如，可选查找表54可以针对不同的培养基类型59存储不同的第一阈值57。于是，在步骤320a，基于培养物的确切培养基类型59，查询可选查找表54以确定要使用的正确第一阈值57。在某些实施例中，可以认为无论使用的确切培养基类型59，第一阈值将会是范围在50至200之间的值。在某些实施例中，可以认为无论使用的确切培养基类型59，第一阈值将会是范围在75至125之间的值。在某些实施例中，可以认为无论使用的确切培养基类型59，第一阈值将会是范围在85至115之间的值。在某些实施例中，可以认为无论使用的确切培养基类型59，第一阈值将会是范围在95至105之间的值。如果多个平均相对转化值中的任意平均相对转化值66超过第一阈值57(320a-是)，随后就将该培养物标记为微生物感染阳性(步骤322)。如果多个平均相对转化值中的没有平均相对转化值66超过第一阈值57(320a-否)，随后就不将该培养物标记为微生物感染阳性(步骤324)。然而，在某些实施例中，即使得到了条件320a-否，设备11中的其他微生物检测算法也可能将该培养物标记为微生物感染阳性。例如，在某些实施例中，运行步骤320b并且步骤320b能够将培养物标记为微生物感染阳性。此外，设备11可以对培养物运行其他额外的微生物检测算法，例如检测培养物中信号加速度的感染点的算法，并且这些其他额外的微生物检测算法可以独立确定培养物被微生物感染。

在步骤320b，基于对培养物呈现出的生长范围否超过第二阈值的确定获取第二结果。在某些实施例中，第二阈值58依赖于培养基类型，这就意味着第二阈值的确切值将取决于用于培养物的培养基类型。实践中，例如，可选查找表54可以针对不同的培养基类型59存储不同的第二阈值58。于是，在步骤320a，基于培养物的确切培养基类型59，查询可选查找表54以确定要使用的正确第二阈值58。如果生长范围超过了第二阈值58(320b-是)，随后就将该培养物标记为微生物感染阳性(步骤322)。如果生长范围未超过第二阈值58(320b-否)，随后就不将该培养物标记为微生物感染阳性(步骤324)。然而，在某些实施例中，即使得到了条件320b-否，设备11中的其他微生物检测算法也可能将该培养物标记为微生物感染阳性。例如，在某些实施例中，如上所述运行步骤320a并且步骤320a能够将培养物标记为微生物感染阳性。此外，设备11可以对培养物运行其他额外的微生物检测算法，例如检测培养物中信号加速度的感染点的算法，并且这些其他额外的微生物检测算法可以独立确定培养物被微生物感染。

在某些实施例中，生长范围(EG)58是培养物测得的最大规格化相对值。在其中EG是最大规格化相对值的某些实施例中，可以认为无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是范围在112至140之间的值。在其中EG是最大规格化相对值的某些实施例中，可以认为无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是范围在113至118之间的值。在其中EG是最大规格化相对值的某些实施例中，可以认为第二阈值将会是117。

在某些实施例中，生长范围由下式确定：

EG＝NR_{after_growth}-NR_{minimum_growth}    式1

其中NR_{after_growth}是所述多个规格化转化值中用于计算(i)所述多个平均相对转化值中最大平均相对转化值之后的第一平均相对转化值、(ii)最大平均相对转化值、或者(iii)最大平均相对转化值的之前的第一平均相对转化值的规格化相对值，而NR_{minimum_growth}是所述多个规格化转化值中用于计算第一平均相对转化值以获得阈值的规格化相对值。在EG由式1定义的某些实施例中，无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是范围在12至40之间的值。在EG由式1定义的某些实施例中，无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是范围在13至18之间的值。在EG由式1定义的某些实施例中，无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是17。

在某些实施例中，式1的NR_{after_growth}是所述多个规格化最大值中用于计算针对所述培养物获得的最大平均相对转化值66的后一个平均相对转化值66的规格化相对值。因此，如果规格化相对值145至154用于计算最大平均相对转化值66的后一个平均相对转化值66，那么NR_{after_growth}将会是规格化相对值{145，...，154}组中的一个规格化相对值。

在某些实施例中，式1的NR_{after_growth}是所述多个规格化最大值中用于计算针对所述培养物获得的最大平均相对转化值66的前一个平均相对转化值66的规格化相对值。因此，如果规格化相对值125至134用于计算最大平均相对转化值66的前一个平均相对转化值66，那么NR_{after_growth}将会是规格化相对值{125，...，134}组中的一个规格化相对值。

在某些实施例中，式1的NR_{after_growth}是用于计算针对所述培养物获得的最大平均相对转化值66的规格化相对值中全部或部分规格化相对值的集中趋势测度。因此，如果规格化相对值135至144用于计算最大平均相对转化值66，那么NR_{after_growth}将会是规格化相对值{135，...，144}组中的全部或部分规格化相对值的集中趋势测度(几何均值、算数均值、中位数、或众数)。

在某些实施例中，式1的NR_{after_growth}是用于计算针对所述培养物获得的最大平均相对转化值66的后一个平均相对转化值66的规格化相对值中全部或部分规格化相对值的集中趋势测度。因此，如果规格化相对值145至154用于计算最大平均相对转化值66的后一个平均相对转化值66，那么NR_{after_growth}将会是规格化相对值{145，...，154}组中的全部或部分规格化相对值的集中趋势测度(几何均值、算数均值、中位数、或众数)。

在某些实施例中，式1的NR_{after_growth}是用于计算针对所述培养物获得的最大平均相对转化值66的前一个平均相对转化值66的规格化相对值中全部或部分规格化相对值的集中趋势测度。因此，如果规格化相对值125至134用于计算最大平均相对转化值66的前一个平均相对转化值66，那么NR_{after_growth}将会是规格化相对值{125，...，134}组中的全部或部分规格化相对值的集中趋势测度(几何均值、算数均值、中位数、或众数)。

在某些实施例中，NR_{minimum_growth}是所述多个规格化最大值中用于计算第一平均相对转化值66以获得阈值的规格化相对值。因此，如果规格化相对值20至29用于计算第一平均相对转化值66以获得阈值，那么NR_{minimum_growth}将会是规格化相对值{20，...，29}组中的一个规格化相对值。

在某些实施例中，NR_{minimum_growth}是计算第一平均相对转化值66以获得阈值的各规格化相对值的集中趋势测度。因此，如果规格化相对值20至29用于计算第一平均相对转化值66以获得阈值，那么NR_{minimum-_growth}将会是规格化相对值{20，...，29}组中的全部或部分规格化相对值。

在其中式1用于计算生长范围58的某些实施例中，所述阈值在非限制性示例中是在5到100之间的值、25到75之间的值、1到1000之间的值或者小于50的值。

在某些实施例中，生长范围由下式确定：

EG＝NR_max-NR_initial     式2

其中NR_max多个规格化相对值中的最大规格化相对值并且NR_initial(NR_初始)是相对于已被标准化的每个规格化相对值的培养物初始生物学状态的值。在EG由式2定义的某些实施例中，无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是范围在12至40之间的值。在EG由式2定义的某些实施例中，无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是范围在13至18之间的值。在EG由式2定义的某些实施例中，无论使用的确切培养基类型59，第二阈值将会是17。

将会理解式1和式2能够包含线性的和非线性的额外数学运算，并且仍被用于计算生长范围58。

在某些实施例中，当培养物包含(i)肠杆菌科的细菌或者(ii)非肠杆菌科的细菌时将培养物鉴定为包含微生物。在某些实施例中，当培养物包含(i)肠杆菌科、(ii)葡萄球菌科、(iii)链球菌属、或(iv)不动细菌属时将培养物鉴定为包含微生物。在某些实施例中，当培养物包含Alishewanella，交替单胞菌属、Aquamonas、Aranicola、Arsenophonus、Azotivirga、Blochmannia、Brenneria、Buchnera、布戴约维采菌属、Buttiauxella、西地西菌属、柠檬酸杆菌属、Dickeya、爱德华菌属、肠杆菌属、欧文菌属、埃希杆菌属、尤因菌属、Griimontella、哈夫尼亚菌属、克雷白杆菌属、克鲁维菌属、勒克菌属、勒米诺菌属、米勒菌属、摩根菌属、肥杆菌属、成团泛菌、果胶杆菌属、Candidatus Phlomobacter、发光杆菌、邻单胞菌属、Pragia、变形杆菌属、普罗维登斯菌属、拉恩菌属、Raoultella、沙门菌属、Samsonia、沙雷菌属、志贺菌属、Sodalis、塔特姆菌属、Trabulsiella、Wigglesworthia、致病杆菌属、耶尔森菌属、或者约克菌属时将培养物鉴定为包含微生物。

在某些实施例中，当培养物包含金黄色葡萄球菌、山羊葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、溶血性葡萄球菌、路邓葡萄球菌、Staphylococcus pettenkoferi、腐生性葡萄球菌、瓦氏葡萄球菌、以及木糖葡萄球菌时将培养物鉴定为包含微生物。在某些实施例中，当培养物包含无乳链球菌、牛链球菌、突变链球菌、肺炎链球菌、酿脓链球菌、唾液链球菌、血链球菌、猪链球菌、草绿色链球菌、和乳房链球菌时将培养物鉴定为包含微生物。

在某些实施例中，当培养物包含需氧细菌时将培养物鉴定为包含微生物。在某些实施例中，当培养物包含厌氧细菌时将培养物鉴定为包含微生物。

在某些实施例中，本方法还包括将第一结果(到达步骤320a的是或否条件)、第二结果(到达步骤320b的是或否条件)、或者对所述培养皿内培养物中是否包含多种微生物的确定输出至用户界面装置(例如，32)、监视器(例如，26)、计算机可读存储介质(例如，14或36)、计算机可读存储器(例如，14或36)或者本地或远程计算机系统。在某些实施例中，显示所述第一结果、所述第二结果、或者对所述培养皿内培养物中是否包含多种微生物的确定。本文使用的术语“本地计算机系统”意味着直接连接到设备11的计算机系统。本文使用的术语“远程计算机系统”意味着经由诸如因特网的网络连接到设备11的计算机系统。

5.4示例性计算机程序产品和计算机

本发明可被实现为包括嵌入在计算机可读存储介质中的计算机程序机制的计算机程序产品。此外，本发明的任何方法都能被实现为一个或多个计算机。另外，本发明的任何方法都能被实现为一个或多个计算机程序产品。本发明的某些实施例提供了编码本文公开的任何或全部方法的计算机程序产品。这些方法可以存储在CD-ROM、DVD、磁盘存储产品、或者任何其他计算机可读数据或程序存储产品上。这些方法还能嵌入永久性存储装置，诸如ROM、一个或多个可编程芯片、或者一个或多个专用集成电路(ASIC)。这些永久性存储装置能够在服务器、802.11接入点、802.11无线桥/站、中继器、路由器、移动电话、或其他电子装置。在计算机程序产品中编码的这些方法也可以经由因特网等电子地发布。

本发明的某些实施例提供了包含图1所示任何或全部程序模块和数据结构的计算机程序产品。这些程序模块可以存储在CD-ROM、DVD、磁盘存储产品、或者任何其他计算机可读数据或程序存储产品上。这些程序产品还能嵌入永久性存储装置，诸如ROM、一个或多个可编程芯片、或者一个或多个专用集成电路(ASIC)。这些永久性存储装置能够在服务器、802.11接入点、802.11无线桥/站、中继器、路由器、移动电话、或其他电子装置。在计算机程序产品中的软件模块也可以经由因特网等电子地发布。

5.5套件

本发明的某些实施例还可以包括用于执行本文公开的任何方法的套件。在一个非限制性的示例中，针对样本、附近试剂的培养皿以及用于执行本文公开方法的任意组合的软件可以构成套件。该套件于是将包括合适容器装置内的这些反应物的一种或多种。

除了软件、培养皿以及辐射测量或非辐射测量系统之外，套件的各组件可以被包装为水介质或是冻干形式。套件的合适容器制造一般将包括其内可放置成分的并且优选地适于被分量的小瓶、试管、烧瓶、瓶、注射器或其他容器装置。当套件内存在一个以上成分时，套件一般还将包括可以分开放置其他成分的第二、第三、或者其他额外的容器。然而，各种成分组合也可以位于一个小瓶内。本发明的套件通常还将包括密封装载反应物容器以供商业销售的装置。这类容器可以包括其内保有期望小瓶的注模或吹模塑料容器。

6示例

开发了一种允许以提升的置信水平通知血培养物系统中培养物阳性状态的方法。本文阐述的方法以在血培养物系统中使用该方法为例证。血培养物系统使用荧光传感器，以在微生物代谢发生时将变化报告给系统。算法随后应用于信号数据序列，该算法被设计用于识别信号随时间变化以指示生长中的微生物的存在。当系统识别出生长的证据(状态改变至阳性小瓶)时通知用户，并且随后在初始过程以开始有机体鉴定和抗菌易感性确定之前处理培养皿以证实微生物的存在(对涂板培养基进行格兰仕染色和传代培养)。现有系统报告推测性阳性的状态，因为该系统无法量化阳性确定的置信度。本文描述的本发明利用代谢速率改变和生长范围的差异以单个培养皿为基础提供有关阳性状态改变的置信度的信息。本发明的数据转化能够一种方式应用于代谢或细胞生长数据，其中所述方式提供培养皿阳性状态的置信度并且实质上排除了微生物当前存在于已知培养物系统时假阴性判断的可能性。

由血培养物系统收集的数据用作图3例示的本发明数据转化应用的一个例子，并且提供了本发明效用的多个例子。如上所述的系统使用荧光传感器通过以每十分钟的间隔从位于培养物反应物内部的传感器收集的补偿荧光信号数据流来监测培养物内代谢活动的改变。本例中使用的数据使用内部接种的培养物研究或在系统的临床评估期间收集而由所述仪器收集。数据被分类并收集至Becton Dickinson处的数据库，这些数据包括培养皿的标识(通过序列号和编号)、接种日期的记录、样本中的血量(这是一个血培养物系统)以及对在培养皿内发现的微生物的鉴定结果(就外部数据而言，有机体鉴定由临床站点提供)。随后应用图3例示的算法以供分析。这些信息用于确定培养皿内的培养物是否包含多种微生物。

本发明的数据转化从将培养皿信号的初始规格化送至特定输出(培养皿一进入系统后测得的初始状态)开始，如上结合图3的步骤302和304所述。所有的后续数据被表示为初始信号的百分数(在这些分析中初始信号已被标准化为100％)，如图3的步骤306和308所概述。由初始信号规格化的数据测量值被称为规格化相对值。在理想的理论条件下，规格化相对值125意味着由传感器测得的荧光导致的微生物代谢相比于初始测量值增加了25％。接下来计算的值是NR值随时间改变的一阶导数，如图3的步骤310和312所概述。该值是速率转化(RT)值，并且本例中的基本RT值使用70分钟的周期限制。任何给定的RT值都表示在计算前的70分钟之内荧光信号的百分比变化率。接下来计算的值是ART或者平均速率改变值，如图3的步骤314和316所概述。该值被计算为已被计算并用作RT值的平滑函数的前7个平均速率改变(ART)值的平均。

计算用于确定培养物是否被微生物感染的参数示例在图4、5和6中示出。使用这些定量度量(规格化相对值50、速率转化值62以及平均相对转化值66)来分析大肠杆菌培养物。培养物包含来自受验者的三毫升人类血液，接种大肠杆菌悬浮液(55CFU)并被放入9000仪器。标识符4942是图4、5和6中报告的培养物的唯一标识，其用于将关于该培养物的数据链接到研发数据库。图4示出了规格化相对值随时间的坐标图。培养皿被放入仪器并且在约第一小时内观察培养皿平衡相关的温度影响。观察到在第一小时内信号稳定以及背景从初始信号的94％增加到95％(这一速率归因于血液活动)。在规格化相对坐标图(图4)中，生长在开始8小时内可见，并且行进直到15小时，并且最终值NR值接近126。图5提供了基于图4速率转化值62的平均变化速率的平均相对转化值66随时间的坐标图。每个平均相对转化(ART)值66是平均变化速率的测度，并且该培养物的最大ART 1158在进入培养物的12.8小时实现。这表示一小时时间段内该培养物的传感器改变平均最大实现速率。图6是规格化相对值50的二阶导数，并且示出了速率随时间变化。这是示出了如下临界点的图释：初始加速度点602(从零运动)、其中加速度到达其最大值(过零点)的最大加速度点604(极大)、最大减速点(极小)606、以及生长曲线608的末端608(其中速率变化返回到零)。

系统对信号数据应用一系列算法，这些算法能够基于“曲线弯曲(knee)”的出现或者速率改变的存在或者数据序列中的加速度而将培养皿鉴别为阳性状态。并不存在量化该确定以为这一状态改变添加置信度的尝试。通过计数规程中为培养皿触发的算法组的次数，就能够为现有检测算法添加置信度。算法被触发越多次以指示阳性状态，则状态改变值阳性的置信度就越高。虽然这当然可以提高针对多种培养物的结果的置信度，但是这一提高基于指示剂方法，该方法受限于其自身能力不能确切健壮地提供在诊断系统的任何确定中所需要的置信度。举例而言，在改良需加氧培养基的外部临床评估中，当使用常规微生物检测算法而非本发明公开的算法时会观察到假阴性培养物。当在规程最终接种是发现培养物包含有粪肠球菌。检查数据并且确定两个开门事件(在进入规程的7.0和7.9小时)补偿了信号数据并且导致现有检测算法失败，其中开门事件即系统的门被确实打开(并且伴随着影响温度的温度暂变事件)。对数据进行ART转化能够实现健壮检测(可能会有多至2小时的延迟)。此外，通过基于ART数据应用阈值(保守的将100或以上的ART值认定为阳性)，就可由系统在长达14小时的规程内的每次后续读数中检测该培养皿(在长达5小时的每次测试循环中仪器阳性)。ART和NR转化(用阳性阈值)的使用已经延长了可能到达规程结束的阳性检测时间段。用于这些转化的点提供了培养皿阳性的极高置信度，即使在现有系统已将该培养皿检测为假阴性的情况下亦是如此。图7、8和9示出了当在规程结束接种时发现培养物包含粪肠球菌的数据。这些图中的数据确定了本文公开的本发明的方法还可检测该微生物感染。图7是针对临床粪肠球菌假阴性的补偿荧光信号相对于时间的坐标图。图8是针对临床粪肠球菌假阴性的规格化相对值相对于时间的坐标图。图9是针对临床粪肠球菌假阴性的平均速率转化相对于时间的坐标图。使用本发明的方法，就可以发现所述培养物包含微生物。

7引用参考

本文引用的全部参考文献通过引用全文合并在此，并且出于各种目的，每个独立的出版物、或专利、或专利公开被具体且单独地指定为通过引用全文合并在此。

8修改

本领域技术人员显而易见的是可以对本发明作出许多修改和变化而不背离本发明的精神和范围。本文描述的具体实施例仅出于示例的目的提供，并且本发明仅由所附权利要求以及这些权利要求的等效物的完整范围所限定。