(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液培養ボトル内の試料媒体のｐＨ又はＣＯ２の変化による色の変化の影響を受ける、比色センサの組み込まれた血液培養ボトル用の検出装置であって、
前記比色センサを照らすセンサＬＥＤと、
前記比色センサを照らす基準ＬＥＤと、 
前記センサＬＥＤ及び前記基準ＬＥＤを選択的かつ交互に作動させる制御回路と、
前記センサＬＥＤ及び前記基準ＬＥＤが前記比色センサを選択的かつ交互に照らす間、前記比色センサからの反射率を測定し、前記反射率に基づいて強度信号を生成する光検出器とを備え、
前記基準ＬＥＤは、前記基準ＬＥＤの照明から前記光検出器が決定した前記強度信号が前記比色センサの色の変化による影響を実質的に受けないような照明のピーク波長を持つように選択され、
前記基準ＬＥＤの照明の前記ピーク波長が４９０ｎｍ未満である
検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置において、前記基準ＬＥＤは３２８と４７０ｎｍとの間に照明のピーク波長を有する、検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検出装置において、前記基準ＬＥＤは４５０と４７０ｎｍとの間に照明のピーク波長を有する、検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の検出装置において、前記強度信号を受け取るコンピュータを更に備え、該コンピュータが、前記検出装置に対する前記ボトルの原点位置からの距離の関数として、前記基準ＬＥＤの強度信号間の較正関係を保存するメモリを含む検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の検出装置において、前記メモリが、前記ボトルの前記原点位置からの距離の関数として、前記センサＬＥＤの強度信号間の較正関係を更に保存し、前記コンピュータが、前記センサＬＥＤと前記基準ＬＥＤとの較正関係に従い、前記原点位置から離れて位置する前記ボトルによる、前記センサＬＥＤの強度信号の低下を補償する検出装置。
【請求項６】
血液培養ボトルに組み込まれ、該血液培養ボトル内の試料媒体のｐＨ又はＣＯ２の変化による色の変化の影響を受ける比色センサの検出方法であって、
前記血液培養ボトル内の試料媒体のｐＨ又はＣＯ２の変化に起因する色の変化の影響を受ける比色センサを組み込んだ前記血液培養ボトルを設けるステップと、
センサＬＥＤ及び基準ＬＥＤによって前記比色センサを交互に反復して照らすステップと、
前記センサＬＥＤ及び前記基準ＬＥＤによる前記比色センサの照明による前記比色センサの反射率を、応答して前記反射率に基づいて強度信号を生成する光検出器によって測定するステップと、を含み、
前記基準ＬＥＤは、前記基準ＬＥＤの照明から前記光検出器が決定した前記強度信号が、前記比色センサの色の変化による影響を実質的に受けないようなピーク波長を持ち、前記基準ＬＥＤの照明の前記ピーク波長が４９０ｎｍ未満となるように選択される
検出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記基準ＬＥＤは３２８と４７０ｎｍとの間に照明のピーク波長を有する、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、前記基準ＬＥＤは４５０と４７０ｎｍとの間に照明のピーク波長を有する、方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法において、コンピュータメモリに、前記センサＬＥＤ、基準ＬＥＤ及び光検出器に対する原点位置からの前記ボトルの距離の関数として、前記基準ＬＥＤの強度信号の較正関係を保存するステップを更に含む方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法において、コンピュータメモリに、前記センサＬＥＤ、基準ＬＥＤ及び光検出器に対する原点位置からの前記ボトルの距離の関数として、前記センサＬＥＤの強度信号の較正関係を保存するステップを更に含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記センサＬＥＤと前記基準ＬＥＤの較正関係に従い、前記原点位置から離れて位置する前記ボトルによる、前記センサＬＥＤの強度信号の低下を補償するステップを更に含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記補償するステップは、前記基準ＬＥＤの前記較正関係と、前記センサＬＥＤの前記較正関係とを用いて前記ボトルの移動値を決定し、前記光検出器の前記強度信号を調整して、前記移動値によって前記ボトルの前記移動を修正するステップを更に含む方法。
【請求項１３】
前記強度信号の前記低下を補償した後に、前記センサＬＥＤによる前記比色センサの照明に起因する前記比色センサからの前記反射率に少なくとも部分的に基づいて、前記ボトル内の細菌の増殖を判定するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサＬＥＤによる前記比色センサの照明に起因する前記比色センサからの前記反射率に少なくとも部分的に基づいて、前記ボトル内の細菌の増殖を判定するステップを更に含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
定位置からの前記ボトルの距離の関数である、前記センサＬＥＤ、前記基準ＬＥＤ、及び前記光検出器に関する、前記基準ＬＥＤについての輝度信号間の較正関係を決定するステップを更に含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
微生物の存在を確認するための血液培養用ボトル及びこのようなボトルを非侵襲的に分析するための関連機器は本技術分野において知られており、以下の特許文献に記載されている；特許文献１（米国特許第５，８５８，７６９号明細書）、特許文献２（米国特許第５，７９５，７７３号明細書）、特許文献３（米国特許第４，９４５，０６０号明細書）、特許文献４（米国特許第５，０９４，９５５号明細書）、特許文献５（米国特許第５，１６４，７９６号明細書）、特許文献６（米国特許第５，２１７，８７６号明細書）及び特許文献７（米国特許第５，８５６，１７５号明細書）。これらの特許におけるボトル及び機器は、本譲受人により、ＢａｃＴ／ＡＬＥＲＴという商標において商品化され、成功を収めている。
【０００２】
これらの血液培養機器において記載されているボトルは、ボトルの底部に試料媒体と接触して配置された比色センサを使用して、細菌の増殖の有無を判定する。臨床／工業試料がボトル内の液体増殖培地に添加されて培養が行われると、微生物の数が増加するにつれて二酸化炭素の濃度が高まる。二酸化炭素は細菌増殖の呼吸による副産物である。あるいは、微生物の増殖に関連する媒体ｐＨの変化をセンサによって監視することもできる。ＢａｃＴ／ＡＬＥＲＴセンサの基本操作及びモニタリング用の電気系統は、特許文献３（米国特許第４，９４５，０６０号明細書）及び非特許文献１（Ｔｈｏｒｐｅ氏ら、「ＢａｃＴ／Ａｌｅｒｔ：自動比色微生物検出システム（Automated Colorimetric Microbial Detection System）」Journal of Clinical Microbiology、１９９０年７月、１６０８〜１６１２頁）に記載されている。特許文献３及び非特許文献１を本明細書に援用する。
【０００３】
特許文献３に記載されている基本的な比色センサシステムを、添付の図１に示す。赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）（４）は、ＢａｃＴボトル（１）の底部に向けて発光する。比色センサ（２）はボトル（１）の底部に被着されている。ＬＥＤ光は、ボトル（１）の底面に対して４５°の角度で入射する。光の大部分はボトル本体を透過し、比色センサ（２）上に入射する。光の一部は、プラスチックボトル材質及びセンサ（２）で、ボトルの底面に対して４５°で、入射光とは反対方向に反射する（例えば、反射角は入射角に等しい）。残りの光の大部分は、センサの表面及び内部で散乱する。センサ（２）は、ボトル内のＣＯ２の濃度が０％から１００％の間で変化するに従い、その色が青色から黄色に変化する。シリコン光検出器（５）は、ＬＥＤからの光がセンサと作用する、センサ（２）内の領域を「凝視（stare）」（すなわち散乱強度信号を継続的に監視）する。光検出器によって検出される散乱光の強度は、ボトル（１）内のＣＯ２レベルに比例する。また、図１は電源（６）、電流電圧変換機（７）及びローパスフィルタ（８）を含む関連電気系統を示す。
【０００４】
図２は、図１の光検出器（５）によって受け取られた信号のプロットである。データは、図１の光検出器（５）の代わりに光ファイバープローブを使って収集されたものである。光ファイバープローブは可視光分光計に接続され、可視光分光計は散乱光を強度関数（反射単位）及び波長として表示する。各曲線の形状は、特定のＣＯ２レベルにおける比色センサ（２）の反射率でＬＥＤ強度分布を畳み込んだものである。
【０００５】
図１のシリコン光検出器（５）を光ファイバープローブの代わりとした場合、図２に示される集積波長信号に比例する光電流が光検出器によって生成される。換言すれば、シリコン光検出器（５）はスペクトル応答を光電流に集積する。そして、この光電流は相互インピーダンス増幅器を使って電圧信号に変換される。
【０００６】
図１のＢａｃＴ／ＡＬＥＲＴのセンサシステムは丈夫であり、長年にわたって血液培養システムで使用されてきたが、改善すべき余地がいくらかある。先ず、血液培養ボトル（１）がセル内で動くと（例えば、光検出器の位置から離れるようなＺ軸方向への移動すると）、システムは（これまで実施されてきたように）この動きを強度の低下として検出する。しかしながら、機器は、この強度の低下を、実際に起こっていないボトル内のＣＯ２レベルの低下と解釈する。この影響は、二酸化炭素の含有量が増えるにつれて増加するボトルの反射率の影響（細菌増殖を意味する）とは逆であり、システムは、その分析対象のボトルにおいて増殖が生じてないものとして扱う可能性がある（すなわち偽陰性状態となる）。
【０００７】
同様に、機器が臨床検査室において老朽化するに従い、光学システムに塵が集積したり、あるいは、光学材料の透過性が時間と共に低下する。例えば、プラスチックが老朽化すると、その透過性は光の影響、微粒子の滞留（ダスト）又は洗浄剤の繰り返しの使用によって低下することがある。これらの影響は読取り値には影響を与えないが、システム応答のドリフトとして表れることがある。このドリフトは定期的な較正試験によって補償することができる。よって、特にボトルが完全に凹部に入っておらず、公称位置又は原点位置にない（光学検出装置からいくらかＺ軸方向に移動している）場合、光学システムにおける透過率をリアルタイムで監視し、これらの誤差の原因のいくつかの調整又は補償を可能にすることに対し、長年にわたって要望され、未だに対処されていないニーズがある。
【０００８】
本発明に関連する他の従来技術には、特許文献８（米国特許第 ７，１９３，７１７号明細書）、特許文献９（米国特許第５，４８２，８４２号明細書）、特許文献１０（米国特許第５，４８０，８０４号明細書）、特許文献１１（米国特許第５，０６４，２８２号明細書）、特許文献１２（米国特許第５，０１３，１５５号明細書）、特許文献１３（米国特許第６，０９６，２７２号明細書）、特許文献１４（米国特許第６，６６５，０６１号明細書）、特許文献１５（米国特許第４，２４８，５３６号明細書）及び特許文献１６（１９９４年１１月２４日に公開された国際公開第９４／２６８７４号）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，８５８，７６９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７９５，７７３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，９４５，０６０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，０９４，９５５号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１６４，７９６号明細書
【特許文献６】米国特許第５，２１７，８７６号明細書
【特許文献７】米国特許第５，８５６，１７５号明細書
【特許文献８】米国特許第７，１９３，７１７号明細書
【特許文献９】米国特許第５，４８２，８４２号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４８０，８０４号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，０６４，２８２号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，０１３，１５５号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，０９６，２７２号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，６６５，０６１号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，２４８，５３６号明細書
【特許文献１６】国際公開第９４／２６８７４号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｔｈｏｒｐｅ氏ら、「ＢａｃＴ／Ａｌｅｒｔ：Automated Colorimetric Microbial Detection System（自動比色微生物検出システム）」Journal of Clinical Microbiology、１９９０年７月、１６０８〜１６１２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
比色センサを組み込んだ血液培養ボトル用の改善された検出装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
検出装置は光検出器、センサＬＥＤ及び基準ＬＥＤ、並びにセンサＬＥＤと基準ＬＥＤとを選択的かつ交互に作動させて比色センサを照らす制御回路を備えている。センサＬＥＤは図１のＬＥＤと同様に機能し、比色センサの色の変化を判定するために使用される。光検出器は強度の変化を監視することによって、センサＬＥＤによって照らされた時の比色センサからの反射率を監視する。基準ＬＥＤは、基準ＬＥＤによる照明の光検出器による強度の読取り値が、比色センサの色の変化による影響を実質的に受けないような波長を持つように選択される。よって、基準ＬＥＤは、基準ＬＥＤによる照明中の光検出器の読取り値がボトル内のＣＯ２濃度の変化によって実質的に影響を受けないことから、基準として使用することができる。近赤外波長（ＬＥＤのピーク波長λは７５０〜９５０ｎｍ）が基準ＬＥＤに適していることが明らかとなった。また、ピーク波長λが約４９０ｎｍ未満のスペクトルの青い部分の波長も、以下に詳述するように、基準ＬＥＤに適していることが明らかとなった。スペクトルの青い部分において、基準ＬＥＤは比色センサの読取りに小さな変化を生じさせ、特にこれはセンサＬＥＤからの照明下において、比色センサからの反射信号を、ボトル内のＣＯ２濃度の低い状態において僅かに下げることがある。しかしながら、青色の基準ＬＥＤは以下に説明するような利点を提供する。青色基準ＬＥＤのセンサＬＥＤからの反射信号に対する影響は、全体的に、ボトル内での微生物増殖下において、ボトル内における比色センサの色の変化の検出に基準ＬＥＤが実質的に影響を与えないほど小さいものである。
【００１３】
基準ＬＥＤは、ボトルと検出器サブアセンブリとの間の距離の変化、周囲の光の変化、又はセンサＬＥＤ、ボトル及び光検出器間の物理的な光路内の何らかの変化を示すのに有用である。基準ＬＥＤの変化は比色センサの状態に左右されないので、基準ＬＥＤは微生物の増殖に関係しない光学システムの変化に関する情報を提供し、システムからのこのような増殖に関係しない変化を増殖に関係する変化から区別できるようにする。この特徴はシステム内の偽陽性率の低下に役立ち、感知精度と信頼性を高める。
【００１４】
使用において、センサＬＥＤと基準ＬＥＤとは交互にかつ反復して、例えば、時分割多重方式で点灯される。このような連続点灯からの光検出器信号は、コンピュータに供給される。基準ＬＥＤが点灯されている際、コンピュータは光検出器信号の変化を監視し、これらの変化はボトル位置又は光学システムの変化を示す。コンピュータは、例えば、検出システムにおいて、ボトル位置が原点位置又は公称位置から移動した場合に、得られたセンサＬＥＤ信号と基準ＬＥＤ信号との間の較正関係によってセンサＬＥＤ信号を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】米国特許第４，９４５，０６０号明細書に記載された、血液採取ボトル用の既知のセンサ及び検出装置を示す図である。
【図２】図１の光検出器に代わる分光計による比色センサの反射率を、波長及びＣＯ２濃度の関数として示したプロットである。
【図３】本開示による、血液採取ボトル用のセンサ及び検出装置である。
【図４】ボトル内に存在するＣＯ２濃度０〜１００％における、比色センサのセンサＬＥＤ及び基準ＬＥＤ照明に対する、図３における光検出器の強度信号のプロットである。
【図５】公称位置又は原点位置からのボトルの移動の関数として、センサＬＥＤ及び基準ＬＥＤに対する光検出器の強度信号を示すグラフであり、ボトルは図３の検出システムに近接した指定位置にある。
【図６】ボトル内の微生物が増殖状態にある間の、センサＬＥＤ及び基準ＬＥＤの光検出器の強度信号を時間の関数として示すプロットである。
【図７】図３のセンサ装置を操作する電気系統のブロック図である。
【図８】操作の時分割多重方法を示す、図３の基準ＬＥＤ及びセンサＬＥＤのデューティサイクルのグラフであり、デューティサイクルを表すパルスの幅は正確な縮尺ではなく、一つの可能な実施形態において、デューティファクタは３３％であり、３分の１の時間は基準ＬＥＤが照らされ、３分の１の時間はセンサＬＥＤが照らされ、そして３分の１の時間はどちらのＬＥＤも照らされず、「暗」測定が行われる。
【図９】ボトル内のＣＯ２濃度が異なる状態における、図３の比色センサの分光特性を入射放射の関数として示すプロットである。
【図１０】センサＬＥＤ（赤い線）及び青色スペクトルの基準ＬＥＤ（青い線）による照明下において、図３の光検出器の信号をボトル内のＣＯ２濃度の関数として示すプロットである。
【図１１】センサＬＥＤ（赤い線）及び青色スペクトル基準ＬＥＤ（青い線）による照明下において、図３の光検出器の信号を原点位置からのボトル移動の関数として示すプロットである。
【図１２】ボトル内の細菌増殖の通常の状態において、図３の光検出器の信号を時間の関数として示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、光学システムにおいて、非液状エマルジョンセンサ（non-Liquid Emulsion Sensor:ＬＥＳ）の変化を補償するために、光源として第２ＬＥＤを使用することを含む。光学的配置のブロック図を図３に示す。この構成はボトル１に組み込まれた比色ＬＥＳ（センサ）２を有するボトル１を試験するためのものである。この構成は、センサＬＥＤ４、基準ＬＥＤ１０及び強度信号を生成する光検出器５を含む。ＬＥＤ４及び１０はどちらも図３に示す様に、ボトルの底面に対して４５°の角度をなしている。ボトルの底面とＬＥＳ２の反射率が、センサＬＥＤと基準ＬＥＤとを選択的かつ交互に作動させる制御回路（図７の４２）によって、連続的に測定される。例えば、センサＬＥＤすなわち赤色ＬＥＤ４が点灯されると、反射信号が光検出器５によって測定される。するとセンサＬＥＤ４は消灯する。次に基準ＬＥＤ１０が点灯され、同じ光検出器５が反射光を測定する。そしてＬＥＤ１０が消灯し、工程が反復される。この手法は時分割多重方式とも称され、これを図８に示し、詳細を以下に説明する。
【００１７】
上述の様に、ＬＥＤ４及び１０は、ボトルの底面に対して４５°の角度を向いている。これはボトルの底面からの反射光が光検出器５に強く入射しないようにするためである。入射角度＝反射角度として、ボトルの底に当たる光が４５°の角度で出射し、光検出器の読取りに強い影響を与えないようにする（ＬＥＳからの散乱光のみが関係する）。ＬＥＤの空間放射角度は１５〜１７°である。すなわち、ＬＥＤは円錐状の光を放射し、これはピーク放射及び半値全幅角度によって画定され、円錐の角度は１５°〜２４°である。
【００１８】
試験を種々のＬＥＤの色について行ったところ、近赤外ＬＥＤ（ピーク波長は７５０〜９５０ｎｍ）の光検出器の信号がＬＥＳの色の変化によって僅かに影響を受けることがわかった。その他の全ての光の波長は、ＣＯ２レベルが０％〜１００％と変化するにつれて、反射率において正又は負の変化があった。このような影響は、表１に示す様に、約７５０ｎｍ（近赤外ＬＥＤ）を超える波長において最小となる。
【００１９】
【表１】
0005919394.tif 000002
【００２０】
図４は表１をグラフで表したものである。基準ＬＥＤに関する光検出器の読取り値は線２０で描かれ、センサＬＥＤに関する光検出器の読取り値は線２２で描かれている。ボトル内の二酸化炭素レベルが０％〜１００％へと増加するにつれ、グラフにおいては赤色ＬＥＤ信号２２の大幅な上昇が見られる（約０．６ボルトからほぼ２ボルトまで変化）。同時に、基準ＬＥＤ信号２０は２．３２ボルトから２．２９ボルトへと変化し（３０ｍＶの変化）、基準ＬＥＤはＬＥＳの色が変化する間、非常に安定している。
【００２１】
光学システムに対するボトルの位置の関数として光学信号の変化を調べるために、ＢａｃＴ／ＡＬＥＲＴボトルに取り付けるデジタルマイクロメータによって較正／試験機器を構成した。先ずボトルをＢａｃＴ／ＡＬＥＲＴラックアセンブリの通常（原点）位置に、光学システムとできるだけ近くなるように設置した。反射率の読取り値を取り、マイクロメータを調整することによってボトルを移動させた。マイクロメータはＺ軸の移動に正確な細かい調整を加え（すなわち、光学システムからさらにボトルを移動させ）、移動による影響の定量化を可能にする。移動の関数として正規化された光学信号の変化を、再度、基準ＬＥＤを点灯させる光検出器信号を線２０により、センサＬＥＤを点灯させる光検出器信号を線２２により、図５にグラフで示す。移動により、光検出器によって受け取られた信号に線形シフトが生じることがわかる。センサＬＥＤ信号２２と基準ＬＥＤ信号２０は変化の傾斜が異なるが、それぞれ直線であるため、例えば原点位置又は公称位置からの移動による信号ＬＥＤの変化を補償するための関係を、基準ＬＥＤ検出器出力の変化の関数として構築することができる。図５のグラフに関する式を算出し、これらの式を適合パラメータの適合度（Ｒ２）と共に下記の表２に示す。
【００２２】
[表２］
検出器_出力（信号）＝0.2652-0.2554x      R2=0.9963
検出器_出力（基準）= 0.5621-0.2384x      R2=0.9999
表２において、xは線型変位距離（インチ）である。
【００２３】
従って、基準ＬＥＤの出力の強度変化をマッピングすることにより、移動値を決定することができる。その値を信号ＬＥＤ出力に適用することにより、強度減少量を定量化して補償することができる。
【００２４】
図３の検出装置の能力に関する更なる試験を、血液培養ボトルに出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）の接種材料を注入し、酵母がボトル内で増殖する間、センサＬＥＤ及び基準ＬＥＤ光学素子を使って比色センサを監視することによって行った。図６は酵母増殖の増殖曲線を示し、遅延期、対数期、定常期を示している。増殖中（及びＬＥＳセンサの応答が変化する間）、基準ＬＥＤ信号２０は変化しないが、センサＬＥＤ信号２２は、微生物増殖によるＣＯ２濃度が変わるにつれて変化していることがわかる。曲線２０が平坦であるということは、基準ＬＥＤ点灯中の、光検出器の読取り値のＬＥＳ色の変化に対する不感受性を証明している。これは更に、光学システムにおける変化を細菌増殖に影響されずに監視できることができることを証明している。
【００２５】
図７は図３の実施形態の電気系統３０のブロック図である。電気系統３０はセンサＬＥＤ４、基準ＬＥＤ１０及び光検出器５から構成される「光学ネスト（optical nest）」３２を含んでいる。光検出器の出力はＡ／Ｄ変換器３４でデジタル信号に変換され、データ収集システム３６に供給される。データ収集システムはＬＥＤ制御盤４２に信号を送り、この制御盤は制御回路及びＬＥＤドライバを含んでおり、信号を導体４４及び４６に送り、ＬＥＤ４及び１０を時分割多重方式で点灯させる。データ収集システムからの光検出器信号は、図７の光学ネスト３２に組み込まれた機器の一部であるコンピュータ３８に送られる（フィルタや電流・電圧変換器などの付随する電子機器は図示しないが、上述の電気系統内に含まれていてもよい）。
【００２６】
メモリ４０は、図５などの曲線から得られる、上記の表２を参照して説明したような較正定数と、基準ＬＥＤ及びセンサＬＥＤ出力との間の関係を保存する。例えば、メモリ４０は、原点位置（図５の点２２）からのボトルの距離の関数として、センサＬＥＤの強度信号間の較正関係を保存し、コンピュータ３８は、センサＬＥＤと基準ＬＥＤとの較正関係に従い、原点位置から離れて位置するボトルによる、センサＬＥＤからの強度信号の低下を補償する。
【００２７】
図８は図３の基準ＬＥＤ１０及びセンサＬＥＤ４のデューティサイクルのグラフであり、時分割多重方式による操作を示している。センサＬＥＤのオン及びオフの状態を線５０で示し、基準ＬＥＤのオン及びオフの状態を線５２で示す。デューティサイクルを表すパルスの幅は正確な縮尺ではなく、変化し得る。一つの可能な実施形態において、デューティファクタは３３％であり、３分の１の時間は基準ＬＥＤが点灯されており、３分の１の時間はセンサＬＥＤが点灯されており、そして３分の１の時間はどちらのＬＥＤも点灯されずに「暗」測定が実施可能である。
【００２８】
図３に示す装置によって、塵、ドリフト、光学システムの変化及びビーム経路における光学材料の老朽化を補償することも可能である。これらは長い時間にわたって（数ヶ月に及ぶと想定される）発生するので、非常にゆっくりとした変化であり得る。補償は、初期較正からのデータ点を保存し（例えば、図５から導く）、ＩＲ  ＬＥＤ１０放出レベルの光検出器信号を初期値と比較して、光学システムにおける劣化メカニズムを補償することによって達成される。この変化はセンサＬＥＤ４にも適用され得る。短い時間のドリフトの場合に関しては、変化をＩＲ  ＬＥＤ１０において監視するが、この変化は細菌の増殖サイクルにおいて非常に安定しているはずである。そしてＩＲ  ＬＥＤ性能の変化により、例えば保存された較正関係を用いた、センサＬＥＤ光検出器の読取り値の調整が生じる。
【００２９】
〔青色スペクトル基準ＬＥＤ〕
上述の様に、約４９０ｎｍ未満の照明のピーク波長を持つ基準ＬＥＤ１０（図３）も本検出装置に適していることが明らかとなった。一実施形態において、基準ＬＥＤは約３２８〜４７０ｎｍの照明のピーク波長を有している。好適な実施形態において、基準ＬＥＤは約４５０〜４７０ｎｍの照明のピーク波長を有している。ピーク波長が４６０ｎｍであり、ローレンツ輝度分布であり、かつ分光幅が約２５ｎｍ（全体で４３５〜４８５ｎｍ）であるＯｐｔｅｋ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＯＶＬＦＢ３Ｃ７青色ＬＥＤは、好適な基準ＬＥＤの一例である。
【００３０】
この特定の基準ＬＥＤは、ボトル内において微生物が増殖し、ＣＯ２濃度が増加する状態において、センサ２の色が青色から黄色へと変化するに従い、比色センサ（図３の２）の読取り値に僅かな変化をもたらす。青色基準ＬＥＤ１０において、センサ２からの反射信号は、ＣＯ２の値が低い（主に０〜５％）と僅かに減少する。信号の小さな変化は、基準にとって理想的ではないが、信号が増えるよりはむしろ減少するという事実は、有益な情報を提供する。特に点灯中、基準ＬＥＤ及びセンサＬＥＤからの光検出器（図１及び図３の５）の信号がどちらも同じ方向に進む場合、エラーの状態であることを表している。青色（基準）ＬＥＤからの信号が減少するか又は変化せずに、センサＬＥＤからの光検出器信号が点灯中に増えることは、通常の状態である（図１２を参照されたい）。青色（基準）ＬＥＤの点灯状態において光検出器信号が増加する間にセンサＬＥＤの点灯状態において光検出器信号が減少するという状況は、システムの作動が不安定でない限り、決して発生しない。
【００３１】
基準ＬＥＤの青色波長も、追加のデータを提供し得る比色センサ２（図１及び図３）との相互作用において、いくつかの特徴を有する。図９は、入射波長の関数として、センサ２の分光特性をグラフの線上に示している。一連の線は、ＢａｃＴボトル１におけるＣＯ２レベルの関数として、センサの分光感度に対応する（すなわち、各線は個々のＣＯ２レベルにおけるスペクトルである）。センサＬＥＤ（図３の４）は６３５〜６４０ｎｍ、すなわち光学スペクトルの赤い領域において作動する。尚、これは、ＣＯ２レベルが変化するにつれて信号が大きく変化する領域に対応する。
【００３２】
図９において、青色領域（約４９０ｎｍ未満）における異なるＣＯ２濃度下での信号の変化は、６３５ｎｍにおける信号の変化よりもかなり小さく、青色基準ＬＥＤは、ＣＯ２濃度が変化するにつれて、比色センサの出力に大きな影響を与えないことに留意されたい。図１０は、ＢａｃＴ／ＡＬＥＲＴボトルにおけるＣＯ２の関数として、２つのＬＥＤ（基準すなわち青色ＬＥＤ及びセンサすなわち赤色ＬＥＤ）の光検出器信号の変化を示している。青色（基準）ＬＥＤ信号による点灯の状況において、光検出器信号はボトル内のＣＯ２濃度が上昇するにつれて実際に減少するが、センサＬＥＤによる点灯の状況において、光検出器信号はボトル内のＣＯ２濃度が上昇するにつれて実質的に増加することに留意されたい。このような反対の傾斜の情報は、比色センサ内の変化とシステム内の変化とを区別する上での補助として使用することができる。通常の操作条件において、赤色すなわちセンサＬＥＤ点灯の光検出器信号は、ボトル内で細菌が増殖すると増加する（ボトル内のＣＯ２レベルが上昇する）。青色（基準）ＬＥＤ信号の光検出器信号は僅かに減少する。この情報はボトルの通常の状態を示しており、これを図１２に示す。
【００３３】
培養セル内でボトルがその公称位置又は原点位置から物理的に移動した場合、又は他の予期しない変化が光学システムに発生した場合、点灯中、センサＬＥＤ４からの光検出器信号は、図１１に示すように減少する。同様に、ボトルと光検出器の間の距離は変わるので、照明中、青色（基準）ＬＥＤ１０による光検出器信号も、図１１に示す様に減少する。そこで、赤色信号の増加と青色信号の減少の代わりに、システムは双方の信号の減少を記録する。青色信号の変化は細菌増殖において通常見られるものよりも大幅な減少である（図１１の「青色」線と図１０の「青色」線を比較）。従って、異常な状態を示す指標は２つある。表３は、２つのＬＥＤからのデータをトレンディングすることによって発生する状態を示す。青色（基準）ＬＥＤ及び赤色（センサ）ＬＥＤからの光検出器信号の増加は、培養器のセルに置かれているが、セルの底面の原点位置まで押されていないボトルによって発生し得る。後にそのボトルが保持セルまで更に移動されるのであれば、ボトルと光検出器５との間の距離が縮まり、両信号は増え得る。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
注記：表３において、「青色ＬＥＤ信号」は、図３の青色基準ＬＥＤ１０による、比色センサの照明中の光検出器５の信号出力であり、「赤色ＬＥＤ信号」は、図３の赤色センサＬＥＤ４による、比色センサの照明中の光検出器５の信号出力である。
【００３６】
図９〜図１１に関する上述の記載は、ピーク波長が４６５ｎｍの基準ＬＥＤに関するものであるが、約４９０ｎｍ未満のその他のピーク波長を持つ基準ＬＥＤであってもよい。基準ＬＥＤとして使用するために、４２８ｎｍＬＥＤの試験も行った。４２８ｎｍのＬＥＤは、４６５ｎｍの基準ＬＥＤと比較して、ボトル内のＣＯ２濃度が増えるにつれ、青色信号をより大きく変化させる。これはそれほど関係のあることではないが、ボトルによっては対処しなければならない他の問題が生じるものもある。ボトルには、ポリカーボネートの内部層と外部層との間にいくつかのナイロン層を重ねた多層ポリカーボネートとして構成されるものがある。製造中、ナイロン層の目視検査を行い、それがボトルの壁を構成する固体層であることを確認するために、ナイロンプラスチックをフルオロフォアに含浸する。基準ＬＥＤの波長が４２８ｎｍよりも大幅に短い場合、ナイロンプラスチック内でフルオロフォアが基準ＬＥＤによって活性化され、光検出器信号のノイズを増加させてしまう。短い波長では、高エネルギー光子が光学システムのプラスチックを劣化させ、短い波長は、予防措置（基準ＬＥＤでの照明中、光学システムを検査する際に、適切な保護眼鏡を装着するなど）のとられていない場合、システムの操作者の目に危害を与える可能性がある。プラスチックの劣化はＵＶ適合性材料を選択することによって改善することができる。
【００３７】
理論的には、本開示による検出装置はボトル１が不透明であっても有用である。光学システムは、光学システムに変化がない限り、信号が変化せずに機能するものである。しかしながら、基準ＬＥＤの波長が短いと（４００ｎｍ未満）、試料に存在する生物学的フルオロフォアに活性化の生じる可能性があり、検出信号にノイズが生じてしまう。現在ＬＥＤは２４０ｎｍまでの発光波長に利用することができる。しかしながら、このようなＬＥＤは電力が低くて高価である。約３６５ｎｍの基準ＬＥＤは、センサ及び基準チャネルにおける信号利得において、既存の電気系統を使用する上での実用的な下限であり得る。なぜなら、この波長を下回るＬＥＤは、典型的に、大きな光強度を持っていないからである。何れにせよ、低い（短い）スペクトル領域におけるＬＥＤは、適切な材料、低い信号値に対応する電機系統、及び、例えば、ボトル、ボトル材料に存在するフルオロフォア、又は試料自体に存在する自己蛍光などの比色センサ以外の光源からの光検出器信号内のノイズを取り除く既知の方法によって使用することが可能となり得る。
【００３８】
本発明の範囲に関する全ての疑義は、添付の請求項を参照することによって解決されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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