(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的滅菌表示器内の細菌生育を示す生物学的活性に応じて蛍光を示す生物学的滅菌表示器を設けるステップと、
生物学的滅菌表示器を滅菌サイクルに暴露するステップと、
生物学的滅菌表示器を蛍光読取装置内に配置するステップと、
生物学的滅菌表示器から蛍光の読取りを行って基準の蛍光読取り値を得るステップと、
生物学的滅菌表示器から蛍光の再読取りを行って第２の蛍光読取り値を得るステップと、
前記基準及び第２の蛍光読取り値に基づいて滅菌サイクルの有効性を判定するステップと、
を含む滅菌サイクルの有効性を判定する方法であって、ここで、蛍光の読取りを行って前記基準値を得るステップが、
予備の蛍光読取りを複数回行うステップと、
予備の蛍光読取りに基づいて蛍光読取り値が最小値に実質的に達したか否かを判定するステップと、
蛍光読取り値が最小値に達した場合に基準値を得るステップを実行するステップとを含む前記方法。
【請求項２】
生物学的滅菌表示器が汚染されているか否かを判定するステップが、
予備蛍光読取りのうち少なくとも１回の読取りが第１の閾値レベルを満たすか否かを判定するステップと、
予備蛍光読取りのうち少なくとも１回の読取りが第１の閾値レベルを満たす場合に生物学的滅菌表示器が汚染されているという表示を行うステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
滅菌サイクルの有効性を判定するステップが、
第２の蛍光読取り値が基準の蛍光読取り値を統計的に有意な量だけ超えているか否かを判定するステップと、
超えている場合、滅菌サイクルが有効でなかったと判定するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
蛍光の読取り及び再読取りを行うステップが各々、
数秒間の範囲内で複数回の蛍光読取りを行うステップと、
複数回の蛍光読取りを処理して最終的な蛍光読取り値を得るステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
滅菌サイクルの有効性を判定するステップが、
基準の蛍光読取り値と第２の蛍光読取り値との間に線を外挿するステップと、
前記線の傾斜の符号を計算するステップと、
前記傾斜の符号に基づいて滅菌サイクルの有効性を判定するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
背景技術
本発明は、滅菌サイクルの有効性を判定するシステムに関し、より詳しくは、滅菌サイクルの有効性を判定するために、生物学的滅菌表示器から蛍光を読み取るシステムに関する。
器具及び装置の滅菌は、ある産業界において重要である。例えば、病院及びその他医療施設では、患者の治療に用いた器具及び装置を通常頻繁に滅菌する必要がある。このような器具を滅菌するのに使用されるある種の滅菌サイクルは、滅菌すべき個々の器具や装置により、及び器具や装置を実行する主体の好みにより変わることもある。しかし、このような滅菌サイクルやプロセスはすべて、滅菌すべき器具や装置を汚染する恐れがある生物やその他生物を死滅させるよう一般的に設計されている。
種々の滅菌サイクルは、異なる滅菌方法又は技法を用いる。例えば、ある種の滅菌サイクルでは、滅菌すべき器具や装置に蒸気、乾熱、化学薬品、又は放射線を施すものがある。蒸気滅菌は、滅菌すべき器具が１２１から１３２℃の範囲の温度を有する蒸気に暴露された場合に通常有効である。滅菌すべき器具は、１３２℃で約３分間から１２１℃で３０分間の範囲で蒸気滅菌を施すことが好ましい。ある種の化学滅菌では、滅菌すべき装置を酸化エチレンガスに暴露するものがある。滅菌すべき装置は、６５℃で約１時間から３０℃で約４時間の範囲で酸化エチレンガスに暴露される。乾熱滅菌では通常、滅菌すべき装置を少なくとも２時間約１８０℃以上の温度に暴露する。多くの環境において、滅菌サイクルの有効性は重要である。よって、滅菌サイクルの有効性を判定するのに滅菌表示器を使用している。
滅菌表示器には、従来多くの形態がある。例えば、生物学的表示器及び化学的表示器が当業界で周知である。従来の生物学的表示器においては、自然の汚染により存在する大部分の生物よりも滅菌プロセスに対する耐性が数倍強い試験生物が担体上に塗布され、滅菌すべき物品と共に滅菌器内に配置される。よって、生物学的表示器は、滅菌すべき装置と同一の滅菌サイクルに暴露されることになる。滅菌サイクルの完了後、前記担体を栄養培地で培養して、前記試験生物がどのくらい滅菌過程から生き残ったかを測定する。従来の生物学的滅菌表示器においては、生物が検出可能な数にまで生育するのに少なくとも約２４時間は通常要する。
次に、生物学的滅菌表示器を調べて、そのような生育が生じているか否かを測定する。前記生育が生じている場合には、滅菌サイクルが有効でなかったことを示しており、滅菌サイクルが施された装置は無菌でないと想定することができる。
市販の化学的表示器は、色の変化によって無菌状態を示したり、固体から液体の状態に変化したりする化学薬品を利用している。このような化学的表示器の利点は、滅菌サイクルの終了により結果がわかることにある。しかし、その結果は、例えば、特定の温度に一定時間達していたことや、滅菌サイクル中に酸化エチレンガスが存在していたことを示すだけである。化学的表示器が、関係のある生物を除去するのに必要な条件を達成していたか否かを必ずしも示していないということには、議論の余地がある。よって、業界では、生物を使用する生物学的表示器が好まれている。
別のタイプの従来の生物学的表示器は、Ｍａｔｎｅｒその他（米国特許第５，４１８，１６７号）に開示されている。Ｍａｔｎｅｒその他の文献には、滅菌サイクルの有効性を測定するのに要する時間を劇的に短縮するために酵素を用いることが記載されている。
応答時間が急速な生物学的表示器の実用例には、Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ（ＵＳＡ）の３Ｍ社から入手可能な３ＭTMＡｔｔｅｓｔTM急速読出し型生物学的表示器がある。このＡｔｔｅｓｔ急速読出し型生物学的表示器は、バシラス・ステアロテルモフィルス胞子の生存可能な個体群を有する胞子片付き軟質ポリプロピレン製バイアルを含む。また、このバイアルは、破砕可能なガラス製アンプルに含まれる改質潜在大豆ブイヨンである生育培地を含む。蒸気滅菌サイクル用に設計されたＡｔｔｅｓｔ急速読出し型表示器の場合、胞子関連酵素の存在は生物学的表示器内の胞子生育を示す。活性酵素の存在は、非蛍光基質を用いて測定される。この非蛍光基質は、前記活性胞子関連酵素により蛍光体に変換される。
滅菌サイクルが有効でない場合、胞子と酵素の両方が活性状態のままである。酵素は前記基質を蛍光体に変換する。よって、前記バイアルの蛍光が検出され、培養期間後、滅菌サイクルの有効性が判定される。
３ＭTMＡｔｔｅｓｔTM急速読出し型生物学的表示器はかなり進んだ技術であるが、改良の余地はある。胞子の生育活性を蛍光により検出するために、蒸気滅菌サイクル用の急速読出し型生物学的表示器では通常、１時間培養する。この培養時間後、前記バイアルを読取装置に置き、バイアル内の蛍光を読み取る。このような先行読取装置で正確な読取りを行うのに必要な培養時間を短縮することが可能であろう。
３ＭTMＡｔｔｅｓｔTM急速読出し型生物学的表示器に付随の先行読取装置は、所定時間（例えば、１２時間の動作時間）の経過後、又は装置の停電時は常に、較正する必要がある。この較正方法は、作業者による多数の工程から成る。さらに、前記較正は、滅菌サイクルが施され、かつ無菌であると想定される生物学的表示器を用いて行われる。前記較正が未知の値に対して事実上行われるということには、議論の余地がある。
発明の開示
本発明は、先行技術の読取装置における生物学的表示器の読取り方法が余り効率的でなかったという認識から幾分生じている。生物学的表示器の各種構成要素（バイアル、胞子片、キャップ、パッケージングなど）はすべて、生物学的表示器のバイアルに含まれる胞子の生育活性とは関係がない自己蛍光の挙動を示す。よって、この自己蛍光挙動は、蛍光検出中に基準又は閾の蛍光読取り値としての機能を果たす。
先行システムにおいては、各々の生物学的表示器が、ある種の生物学的表示器と関連がある最悪ケースの自己蛍光挙動を示すと想定されていた。生物学的表示器からの蛍光を読取り、その蛍光が前記基準値、最悪ケースの自己蛍光を超えたか否かを判定した。よって、胞子の生育活性は、胞子の生育により生じた蛍光が生物学的表示器のバイアルで示される最悪ケースの自己蛍光挙動を超えるようなレベルに達する必要があった。これにより、滅菌サイクルの有効性の判定に関する時間が長くなった。
本発明にあっては、培養前に、基準の蛍光読取りが各生物学的表示器に対して行われる。その蛍光読取りは、当該生物学的表示器に対する基準又は閾の蛍光読取りとして使用される。よって、短い培養時間の後、もう１回蛍光読取りを行い、生物学的表示器における蛍光が、最初の蛍光読取り値により明示された値を超えて統計的に有意な量だけ変化したか否かを測定する。滅菌サイクルの有効性は、これらの読取りに基づいて判定される。有効でない読取り時間は、生物学的表示器における生存可能な生物の数の関数である。これにより、１０分も短縮可能である。有効な表示時間は、検定の種類の関数であり、経験的に確定することが好ましい。
好ましい実施形態においては、生物学的表示器における蛍光が、生物学的表示器で行った基準の読取り値を超えて統計的に有意な量だけ変化したことを測定するとすぐに、滅菌サイクルが有効でなかったと判定する。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、本発明による生物学的表示器読取りシステムのブロック図である。
図１Ｂは、本発明の一面による生物学的表示器読取りシステムの一部の分解図である。
図１Ｃは、図１Ａに示す前記読取りシステムの一部を部分略図の形で示した詳細ブロック図である。
図２Ａ〜２Ｄは、本発明による生物学的表示器読取りシステムの動作を示す。
図３は、複数の異なる生物学的表示器の場合における蛍光の相対強さ対時間を表す一群の曲線図である。
図４は、本発明の一実施形態による生物学的表示器システムを別の同システムに好ましく連結した複数の生物学的表示器システムのブロック図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図１Ａは、本発明の一面による生物学的表示器読取りシステム１０（システム１０）のブロック図である。このシステム１０は、電気光学励起モジュール１２、電気光学検出モジュール１４、基準モジュール１５、制御器エレクトロニクス１６、作業者インターフェース１８、オプションのスコープ２０、加熱器サーボ２２、空チャンバ検出器２３、及び培養器と光学統合キャビティ２４（培養器２４）を含んでおり、この培養器２４は、培養器モジュール２５とその中に形成された光学統合キャビティ３６とを含む。また、前記システム１０には、培養器２４内に嵌め込まれたキャップ２８に回り止め機能を有する生物学的滅菌表示器２６（ＢＩ２６）が示してある。
好ましい実施形態においては、前記ＢＩ２６は、Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭｉｎｎｅｓｏｔａのＭｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙから３Ｍ  Ａｔｔｅｓｔ，モデル１２９１又は１２９２の商品名で市販されている生物学的滅菌表示器である。ＢＩ２６は、キャップ２８、バイアル３０及び各種内容物（図示せず）を含む。ＢＩ２６は、培養器２４における培養後のバイアル３０内の蛍光の生成によって生存可能な微生物（例えば、胞子）の存在を明示する。これは、バイアル３０内の非蛍光基質（例えば、４−メチルウンベリフェリル−アルファ−Ｄ−グルコシド）を利用してその非蛍光基質を胞子関連酵素の活性による蛍光生成物に変換することによって実現することが好ましい。前記胞子関連酵素は、バイアル３０内の胞子の生育に関連がある酵素の一つであるアルファ−Ｄ−グルコシダーゼであることが好ましい。
ＢＩ２６から蛍光を読み取るために、電気光学励起モジュール１２が、バイアル３０内の非蛍光物質及び基準モジュール１５に光学励起を与える。電気光学励起モジュール１２は、フラッシュ機構部３２及びフィルタ３４を含む。好ましい一実施形態において、フラッシュ機構部３２は、近紫外線領域の波長が多い広帯域の光パルス（約１００μｓのパルス）を発するフラッシュ管である。フィルタ３４は、低い自己蛍光を示し、選択波長を通す吸収色ガラスフィルタであることが好ましい。適当なフィルタは、Ｄｕｒｙｅａ，ＰＡのＳｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｃｈｏｔｔ  ｂｇ３９，ｕｇ１１フィルタである。
光は、フィルタ３４を通過し、バイアル３０及び基準モジュール１５に衝突する。基準モジュール１５は、フィルタ３５及び基準光学センサ３７を含むことが好ましい。フィルタ３５は、フィルタ３４を通過する励起エネルギーを通すように選ばれたフィルタ又はフィルタのセットであることが好ましい。フィルタ３５は、このエネルギーを基準光学センサ３７まで通す。適当なフィルタは、Ｄｕｒｙｅａ，ＰＡのＳｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｃｈｏｔｔ  ｂｇ３９′，ｕｇ１１フィルタである。
基準光学センサ３７は、フィルタ３５を通過したエネルギーを検出し、フィルタ３５を通過したエネルギーを示す制御器エレクトロニクス１６に基準信号を供給する。よって、基準光学センサ３７により制御器エレクトロニクス１６に供給された基準信号は、フラッシュ機構部３２で発したフラッシュの強さを示す。
フィルタ３４を通過し、バイアル３０に衝突した光は、バイアル３０内の蛍光物質を励起する。バイアル３０から発せられた蛍光は統合キャビティ３６により収集されることが好ましく、この統合キャビティ３６は、バイアル３０から発せられた蛍光を収集（又は統合）してその蛍光を電気光学検出モジュール１４に差し向けるためにバイアル３０の回りに配設された幾何学的反射キャビティ（例えば、放物線形や球形）であることが好ましい。
電気光学検出モジュール１４は、フィルタ３８及び光学センサ４０を含む。フィルタ３８は、フラッシュがバイアル３０の表面に衝突したときにバイアル３０の表面からの反射を拒絶するように選ばれたフィルタ又はフィルタのセットであることが好ましい。適当なフィルタは、約３５０ｎｍの波長範囲の光を遮り、約４５０ｎｍの波長範囲の光を通す。フラッシュ機構部３２からの励起エネルギーとバイアル３０からの放射エネルギーとの干渉を低減し易い任意の適当なフィルタリングを行うようにすると良い。このフィルタは、バイアル３０内の蛍光を示す発光波長を通す機能を果たす。フィルタ３８として使用される適当なフィルタの一つは、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．によりＳｃｈｏｔｔ  ｂｇ３９，ｋｖ４０８フィルタが提供されている。フィルタ３８の出力は光学センサ４０に供給されており、この光学センサ４０は、４００から４５０ｎｍの波長範囲のフォトダイオードの感度を高める青色強化フォトダイオードであることが好ましい。適当な光学センサ４０の一つは、Ｔｕｃｓｏｎ，ＡｒｉｚｏｎａのＢｕｒｒ  Ｂｒｏｗｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより商品名ＯＰＴ３０１で提供されている。
前記光学センサ４０の出力は、制御器エレクトロニクス１６に供給されている。好ましい実施形態においては、制御器エレクトロニクス１６はマイクロプロセッサによる制御器であり、この制御器は、前記光学センサ３７及び４０からの出力を受け取り、フラッシュ機構部３２の強さとバイアル３０内の蛍光活性とを示す状態調節信号として前記出力をそれぞれ供給するための関連のメモリとタイミング回路と増幅器とその他適当な状態調節回路とを含む。また、制御器エレクトロニクス１６は、適当な作業者インターフェース１８に接続されていることが好ましい。好ましい実施形態においては、作業者インターフェース１８は、ＣＲＴとキーボード、又は膜型キーパッド入力、タッチスクリーン入力又は任意のその他適当な作業者インターフェース装置を含む。制御器エレクトロニクス１６はオプションのスコープ２０に接続されていてもよく、このスコープ２０は、光学センサ４０から受け取った信号を表示するのに用いる市販のオシロスコープである。最後に、制御器エレクトロニクス１６は、加熱器サーボ２２及び空チャンバ表示器２３にも連結されていることが好ましい。
前記加熱器サーボ２２は、プログラム可能な、又はその他適当な加熱器デバイスであることが好ましく、このデバイスは、ＢＩ２６内の胞子及び生育培地を培養するのに用いる培養器２４に熱を供給する。加熱器サーボ２２により供給される熱量は、当業界で知られているように、ＢＩ２６内の物質の具体的な生物学的組成により変わる。また、特定のユーザ定義ＢＩモデルに基づいて決められた動作設定値を有する多数の過熱ゾーンを使用してもよい。
空チャンバ検出器２３は、ＢＩ２６が培養器２４内にあるか否かを検出する。この検出器２３については、図１Ｃでより詳細に後述する。
ＢＩ２６を含む各部材は、電気光学励起モジュール１２により励起されたときに自己蛍光の挙動を示す。例えば、ある生物学的表示器では、空の読取りキャビティからの読取りよりも約５倍の蛍光読取りを行える自己蛍光挙動を示すことが認められている。さらに、バイアル３０内の生育培地を胞子片に施した場合（即ち、ＢＩ２６を湿潤させた場合）には、ＢＩ２６の自己蛍光挙動は更に２０％増大する。この自己蛍光挙動は、各々の生物学的表示器に対する基準又は閾の読取り値としての機能を果たす。よって、先行システムにおいて、読取装置は、その読取装置で使用できる任意の生物学的表示器に対して予測される最悪ケースの閾値を超えた蛍光を引き起こすために生物学的表示器内の胞子生育活性を必要とする。
本発明の一面によれば、生育培地をＢＩ２６内の胞子片に施した後すぐで、重要な培養の前に、蛍光読取りが行われ、当該ＢＩ２６に相関される。つぎに、（明細書でより詳細に後述するように）ある培養時間後、蛍光読取りが当該ＢＩ２６からもう一回行われ、この読取り値が当該ＢＩ２６に対する第１又は基準の読取り値と比較される。その後、制御器エレクトロニクス１６は、第２の蛍光読取り値が統計的に有意な量だけ第１の蛍光読取り値を超えているか否かを判定する。超えている場合には、制御器エレクトロニクス１６は、ＢＩ２６内に胞子の生育活性があるという表示を作業者インターフェース１８に出力し、その結果、ＢＩ２６に施された滅菌サイクルが有効でなかったということになる。
この操作を行う場合、蛍光読取りをＢＩ２６から行う多数の異なる方法がある。図１Ａは、培養器２４が光学収集又は統合キャビティ３６を有する好ましい実施形態を示す。この種のキャビティはバイアル３０の回りに配設された反射器を含み、この反射器は、バイアル３０の全外周囲からの光を収集又は統合してこの光を電気光学検出モジュール１４の方へ向ける機能を果たす。しかし、ＢＩ２６から蛍光読取りを行う別の方法としては、バイアル３０のより小さい部分のみに光学センサ４０の焦点を合わせる方法がある。この場合、蛍光活性は、バイアル３０の一部からのみ検出されるのであり、バイアル３０の全外周囲からではない。この種の蛍光読取り方法を使用した場合、（ＢＩ２６を過程中の任意の時間に培養器２４から外したとき）、第２の蛍光読取りの場合の電気光学検出モジュール１４に対する角度の方向を第１の蛍光読取りの場合と同じ方向にＢＩ２６を置き換えることが重要である。よって、本発明の一面にあっては、ＢＩ２６は、電気光学検出モジュール１４に対する角度の方向が各々の時間で同一であるとみなすのに要するキー構造を有する。これは、図１Ｂに示してある。
図１Ｂは培養器２４の分解図を示す。図１Ｂでは、キーブロック４２が培養器２４の上面から伸張している。キーブロック４２は、そのブロックに画定されたキャップ受け孔４４を有する。この孔４４は、略円形部４６及びキー溝４８を有する。孔４４のサイズは、ＢＩ２６のキャップ２８の外周よりも僅かに大きい。キャップ２８は、路円形部５０とキー部又は突起５２から形成された外周を有する。このような構成により、キャップ２８をブロック４２内に挿入できる唯一の方法は、キー５２をキー溝４８と角度的に整合させることにより得られる。また、好ましい実施形態においては、キー溝４８に位置決めされるようキャップ２８又はキー５２の底部が面取りしてある。これは、バイアル３０を挿入して各々の時間において同一の角度方向に培養器２４内で保持することを確実に行うのに役立つ。これにより、特に統合キャビティ３６を使用しない場合、ＢＩ２６から行う蛍光読取りの一貫性が向上する。
図１Ｃは、図１Ａに示すシステム１０の一部の詳細ブロック図である。図１Ｃは、基準光学センサ３７、光学センサ４０及び制御器エレクトロニクス１６を詳細に示す。基準光学センサ３７は、フォトダイオードＤ１、スイッチＳ１とＳ２、コンデンサＣ１及び増幅器Ａ１を含む。光学センサ４０は、ダイオードＤ２、スイッチＳ３とＳ４、コンデンサＣ２及び増幅器Ａ２を含む。制御器エレクトロニクス１６は、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１９、状態マシン２１及び制御器２３を含む。
基準光学センサ３７のフォトダイオードＤ１は、フラッシュ機構部３２からフィルタ３４により発せられた励起エネルギーを検出するように配置されている。よって、フォトダイオードＤ１は、フィルタ３４から直接光を受け取るか、又はバイアル３０及び統合キャビティ３６から反射された励起光を受け取るように配置される。何れの場合においても、フォトダイオードＤ１は、フラッシュ機構部３２により供給された励起エネルギーの波長付近の範囲のエネルギーのみを通すように適当なフィルタ３５の隣りに配置される。
一方、フォトダイオードＤ２は、ＢＩ２６の蛍光挙動に基づいてキャビティ３６及びバイアル３０から発せられる発光エネルギーを検出するように統合キャビティ３６及びバイアル３０に対して配置される。よって、バイアル３０からの蛍光に対応する範囲の波長のみを通すように適当なフィルタ３８が設けられる。
基準光学センサ３７と光学センサ４０の両方を設けることにより、多くの事が達成される。まず、フラッシュ機構部３２により供給される光パルスは、フラッシュ動作中に完全に一定ではない。換言すれば、フラッシュ機構部３２により出力される光は、ランプのプラズマアークの温度に若干依存する。よって、フラッシュは、フラッシュ動作中にスペクトル内容の変化を示す場合がある。最初のフラッシュがバイアル３０で指示された場合、蛍光活性はあるレベルであるが、（最初のフラッシュよりも強い）次のフラッシュが同一バイアル３０で指示された場合、バイアル３０内の物質の蛍光挙動は異なることがある。基準光学センサ３７を設けることにより、バイアル３０にて発せられた蛍光エネルギーを示す信号は、フラッシュ機構部３２からの当該フラッシュの強さを示す基準光学センサ３７からの特定の基準信号を用いて正規化することができる。よって、異なるフラッシュ強さが変動する影響は、更なる処理工程から実質的に取り除かれる。
また、フラッシュ機構部３２からのフラッシュの強さは、時間の経過と共に減衰する傾向があり、最後にはフラッシュ機構部３２が機能しなくなる。フラッシュ機構部３２からのフラッシュの強さを検出するように構成された基準光学センサ３７を設けることにより、システム１０は、フラッシュ機構部３２がもはや十分に動作していない場合に作業者に警報を出すよう構成することができる。
さらに、基準光学センサ３７は、空チャンバ検出器２３と共に用いる場合に有利でもある。空チャンバ検出器２３は、ＢＩ２６が統合キャビティ３６内の位置にあるか否かを検出するように構成される。空チャンバ検出器２３は、ＢＩ２６を収容するチャンバの一方の側面に光放射器と他方の側面に光学検出器とを含む光学検出器などの多数の適した形態をとることができる。ＢＩがチャンバ内の位置にある場合、光学検出器により供給された光学信号は適当な表示を行う。空チャンバ検出器２３は、単純な機械的スイッチ、又はＢＩがチャンバ内にあるか否かに基づいて状態を変える機械的リレー型表示器で具体化してもよい。こうして、制御器エレクトロニクス１６は、統合キャビティ３６が汚れているか、又は洗浄やその他手入れを行う必要があるか否かを判定することができる。例えば、ＢＩ２６が統合キャビティ３６内の位置にない場合、制御器エレクトロニクス１６は、フラッシュ機構部３２からのフラッシュに応じてある種の自己蛍光挙動を調べると考えられる。また、基準光学センサ３７が、（フィルタ３４から直接ではなく）統合キャビティ３６から反射された励起エネルギーを受け取るように配置されている場合、制御器エレクトロニクス１６は、フラッシュの予想結果とフラッシュの実際の結果とを比較して、異物が統合キャビティ３６内にあるか、統合キャビティ３６の壁面が洗浄を要する破片やその他の物で覆われているか、統合キャビティ３６がある種のその他手入れを行う必要があるか否かを判定することができる。
運転の際には、図１Ｃに記載された回路がまず初期化される。制御器２３から開始信号を受け取ると、状態マシン２１は信号をスイッチＳ１〜Ｓ４に供給して、スイッチＳ１とＳ３を開き、スイッチＳ２とＳ４を閉じる。これにより、コンデンサＣ１とＣ２の電荷をセンサ３７とセンサ４０の両方でゼロレベルにせしめる。つぎに、スイッチＳ２とＳ４を開き、スイッチＳ１とＳ３を閉じる。この状態で、センサ３７と４０はフラッシュに対して監視している。
つぎに、状態マシン２１はフラッシュ出力信号をフラッシュ機構部３２に供給して、フラッシュ機構部３２がフラッシュを発するようにする。光パルスの幅は、約５０から１００μ秒であることが好ましい。フォトダイオードＤ１は、フィルタ３５により濾波されると、フラッシュ機構部３２により発せられた励起エネルギーに反応する。フォトダイオードＤ２は、フィルタ３８により濾波されると、バイアル３０内の蛍光により発せられた発光エネルギーに反応する。前記ダイオードＤ１とＤ２の両方において、光電流が誘導されて、フォトダイオードに衝突した光子によりダイオードに流れ始める。前記電流により、電荷がそれぞれコンデンサＣ１とＣ２に発生し、増幅器Ａ１とＡ２が正に反応して前記増幅器の出力が約０Ｖのレベルから約５Ｖのレベルに変わる。より詳しくは、前記センサ３７と４０の伝達関数は次のとおりである。
0004113984.tif 000002
ただし、Ｖoutはセンサ３７と４０の増幅器の出力において供給された出力電圧であり、ｃａｐはそれぞれコンデンサＣ１とＣ２の静電容量であり、Ｉin（ｔ）はフォトダイオードに衝突した光子によりそれぞれダイオードＤ１とＤ２に誘導された光電流である。
つぎに、状態マシン２１は、変換（ＣＯＮＶ）信号をＡ／Ｄ変換器１９に供給する。このＡ／Ｄ変換器１９は、直列データストリームの出力を行う適当な市販の１２ビットのアナログ−ディジタル変換器であることが好ましい。しかし、適した構成を有するその他の適当なＡ／Ｄ変換器を使用してもよい。状態マシン２１からのＣＯＮＶ信号の受信に応じて、Ａ／Ｄ変換器１９は、センサ３７と４０により供給された電圧の値を示すディジタルデータを制御器２３にＤＡＴＡ  ＩＮ線で供給する。
また、制御器２３がデータを状態マシン２１及びＡ／Ｄ変換器にＤＡＴＡ  ＯＵＴ線で供給して回路の一部を適当に構成することにも留意すべきである。また、クロック信号がバスマスタ（図示せず）からＡ／Ｄ変換器１９、状態マシン２１及び制御器２３に供給されて、回路の同期と計時を行う。
Ａ／Ｄ変換器１９からディジタル化信号を受信した後、制御器２３は、蛍光を生じるフラッシュ機構部３２により発せられたフラッシュの強さを考慮に入れて、バイアル３０内の蛍光を示す出力信号を供給する。この計算を行う際、好ましい実施形態においては、制御器２３は、分析すべき特定のＢＩ２６に関連する運動系列を考慮に入れる。運動系列は、図３で詳細に説明するように、滅菌後の生存可能な生物の異なるレベルを有する複数のＢＩに対して、ＢＩの特定モデルに対する蛍光の相対強さ対時間（分）をグラフで表した実験生成曲線図又は一連の曲線図であることが好ましい。
前記出力信号を供給する際には、制御器２３は、光学センサ４０により検出された発光データをまず正規化する。これは、光学センサ４０から読取りを行い、当該ＢＩに関連する運動系列の最小値を減算することにより行われる。つぎに、その値を運動系列の範囲で割り、１００％で掛ける。こうして、制御器２３は、当該ＢＩに関連する運動系列の全スケールの大きさのパーセントで各々の読取りを行っている。これにより、測定単位の非互換性が無くなる。その後、制御器２３は、得られた正規化データを取得してフラッシュ機構部３２からのフラッシュの変動に対してそのデータを補正する。これを行うために、補正発光データは、光学基準センサ３７により供給された正規化励起基準データで割られた（上述の如く得られた）補正前の正規化発光データで表してある。
図２Ａ〜２Ｄは、本発明の一面によるシステム１０の動作を示す。ＢＩ２６は、滅菌すべき他の装置又は器具と一緒に滅菌器内に設置されている。これはブロック５４で示す。つぎに、滅菌サイクルが実行される。滅菌サイクルは通常、蒸気滅菌、乾熱滅菌、又は化学薬品（例えば、酸化エチレン、過酢酸又は過酸化水素を基剤としたもの）、プラズマや放射線滅菌の方法、又はこれらの組合せによる方法を含んでもよい。異なる時間枠、温度管理及び滅菌サイクルでは、既知のように、異種のＢＩを使用する必要がある。何れの場合においても、ＢＩ２６には滅菌サイクルが施される。これはブロックＳ６で示す。
つぎに、作業者は、システムで使用されるＢＩ２６の特定の種類を（好ましくは作業者インターフェース１８を介して）システム１０に入力する。これはブロック５７で示し、多くの事を実行する。まず、使用される特定の種類のＢＩは、加熱器サーボ２２（又はシステムのその他加熱器サーボ）に対する正しい設定値を制御器エレクトロニクス１６に指示する。例えば、ある種類のＢＩでは約６０℃での培養を必要とするが、別の種類のＢＩでは約３７℃での培養を必要とする場合がある。さらに、使用中のＢＩ２６の種類に応じて、制御器エレクトロニクス１６は、（図１Ｃで上述したように）出力を供給する際に用いる該当の運動挙動情報をメモリから検索するであろう。図３は、ある種類のＢＩに対するこのような運動情報を示す。図３に示す運動情報は、Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭｉｎｎｅｓｏｔａのＭｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ製の３ＭTMＡｔｔｅｓｔTM急速読出し型生物学的表示器モデル１２９１に対するものである。分単位の時間をＸ軸に沿って描き、蛍光の相対強さをＹ軸に沿って描いてある。図３は、滅菌サイクル後にＢＩ２６内で生存可能でない生物に対応する符号１０１で表す多くの曲線図を示す。また、図３は、少数の生存可能な生物に対応する符号１０３で表す別の曲線図、多数の生存可能な生物に対応する曲線図１０５、及び汚染されたＢＩを表す曲線図１０７を示す（より詳細に後述する）。
図３の時間ゼロの直前の時間に得られた蛍光強さの読取りは、湿潤される前でまだ無傷のアンプルの状態における生物学的表示器の自己蛍光に対応する。時間ゼロで、アンプルを割って特定のＢＩ内の胞子片を浸潤させる。このモデルＢＩの場合、最初の５分ほどの間、汚染されていない全ＢＩが略負の傾斜を有する曲線に対応していることに留意すべきである。換言すれば、最初の５分間、汚染されていない全ＢＩの蛍光活性は減少する傾向にある。つぎに、次の数分間、ＢＩは、蛍光活性の変化がない実質的にゼロの傾斜の曲線を示す。その後、曲線の傾斜は、滅菌サイクル後に当該ＢＩ内に残っている生存可能な生物の数によって変わる。残っている生存可能な生物の数が多いほど、正の傾斜がより急になる。よって、一旦特定のＢＩが作業者により入力されると、制御器２３は、図３に記載の内容のような関連の運動特性をメモリから検索する。
つぎに、ＢＩ２６を胞子の生育に対して状態調節する。ＢＩ２６がＡｔｔｅｓｔ急速読出し型生物学的表示器モデル１２９１のＢＩである実施形態においては、生育培地を含むガラス製アンプルを破砕してその中身を胞子含有の乾燥片に施す。胞子生育用のＢＩ２６の状態調節はブロック５８で示す。その後、ブロック５５で示すようにＢＩ２６を培養する。
第１の蛍光読取りは、図３の略時間ゼロで行われる。これはブロック５９で示す。略時間ゼロで行われた前記蛍光読取りは、その読取りが行われた時点における特定のＢＩ２６の自己蛍光挙動を示す。さらに、ＢＩ２６が滅菌サイクル前に汚染されていなかった場合、前記第１の読取りは、意味のある胞子生育に帰する蛍光を含まないことになる。つぎに、制御器エレクトロニクス１６は、第１の蛍光読取り値を所定の閾値レベルと比較する。第１の読取り値が閾値レベルを超えている場合、このことは、第１の読取りが行われた特定のＢＩ２６が当該ＢＩ２６の製造業者などにおいて滅菌サイクル前に汚染されていたことを示す。換言すれば、ＢＩ２６が滅菌サイクル前に汚染された場合、意味のある胞子生育又は細菌活性が培養前にそのＢＩ２６内で既に生じていたことになる。よって、最初の第１の蛍光読取り値は、汚染されていないＢＩから予測される自己蛍光挙動よりもはるかに高い程度の蛍光を表している。従って、ＢＩ２６からの第１の蛍光読取り値が閾値を超えていると制御器エレクトロニクス１６が判定した場合、制御器エレクトロニクス１６は、前記読取りが行われた特定のＢＩ２６が汚染されてその滅菌サイクルの有効性を判定できないという表示を作業者インターフェース１８上に出力する。これはブロック６２及び６４で示す。
ＢＩ２６が汚染されていない場合、制御器エレクトロニクス１６は、多数の読取りを行って当該ＢＩと関連のある運動系列の最小値を捜すことが好ましい。これを行う際には、制御器エレクトロニクス１６はまず、最初の３から５分内にこのＢＩモデルで一般的に見られる負の傾斜を捜しながら多数の読取りを行うことが好ましい。つぎに、制御器エレクトロニクス１６は、運動系列の次の数分に対応するゼロ傾斜の曲線を捜しながら多数の読取りを行う。ゼロ傾斜を読み取った場合、制御器エレクトロニクス１６は、これを当該ＢＩの局所的な最小値として判定し、基準の蛍光読取りを行う。これはブロック６１、６３及び６５で示す。
前記基準の蛍光読取りが行われ、この読取り値が制御器エレクトロニクス１６によって関連メモリに格納される。最初又は基準の蛍光読取りは、前記読取りが行われた特定のＢＩ２６の自己蛍光挙動を示す。さらに、ＢＩ２６が滅菌サイクル前に汚染されていなかった場合、前記基準又は閾の読取りは、意味のある胞子生育に帰する蛍光を含まないことになる。
基準の読取り値が得られた後、制御器エレクトロニクス１６は所定の休み時間待つ。この休み時間の長さは使用中のＢＩの種類に対応しており、胞子の生育活性の生じる速さが予測される。これはブロック６６で示す。このような休み時間は、例えば、１から３分以上であることが望ましい。
所望の休み時間の後、蛍光読取りがＢＩ２６からもう１回行われる。第２の蛍光読取りをＢＩ２６から行った後、制御器エレクトロニクス１６は、その蛍光読取り値を当該ＢＩ２６に対して行われた基準の蛍光値（メモリに格納済み）と比較する。第２の蛍光読取り値が基準の蛍光読取り値を統計的に有意な量だけ超えていると制御器エレクトロニクス１６が判定した場合、そのことは、統計的に有意な量の生物学的活性（胞子の生育）が培養サイクル中にＢＩ２６内で生じていたということを意味する。よって、滅菌サイクルは有効でなかったということになる。従って、制御器エレクトロニクス１６は、滅菌サイクルが有効でなかったという表示を作業者インターフェース１８に出力する。これはブロック６９、７０及び７２で示す。
一方、図２Ｃに示すように、制御器エレクトロニクス１６は実行済みの蛍光読取りを更に分析することもできる。例えば、図３は、異なるレベルの滅菌剤に暴露されたある種類の生物学的表示器に対する一群の曲線図を示す。このような曲線は、他の種類のＢＩに対しても同様に存在しており、測定可能である。図２Ｃに示す実施形態においては、制御器エレクトロニクス１６は、分析すべき特定の生物学的表示器の基準と第２の蛍光測定値に基づいてＢＩ２６内の胞子の生育速度を測定する。これはブロック７４で示す。つぎに、制御器エレクトロニクス１６は、この種類のＢＩに対する運動特性を検索する。換言すれば、制御器エレクトロニクス１６は、この種類の生物学的表示器に一致する（図３に示すような）特定の曲線群を検索する。これはブロック７６で示す。
つぎに、制御器エレクトロニクス１６は、分析すべき特定のＢＩ２６内の胞子の生育速度が前記曲線群の一つの運動特性に一致するか否かを判定する。一致する場合、制御器エレクトロニクス１６は、前記読取りが一致する特定の曲線に応じて滅菌サイクルが有効であった、又は有効でなかったという表示を作業者インターフェース１８に出力する。胞子の生育速度が生存不可能な生物を示す曲線の運動特性に一致しない場合、制御器エレクトロニクス１６は、分析すべき特定のＢＩ２６に対する胞子の生育速度が検索済みの運動特性により同定された同速度よりも遅いか否かを判定する。遅くない場合、そのことは、前記胞子生育速度が生存不可能な生物に対応する関連の曲線により同定された同速度よりも速いことを示し、よって、滅菌サイクルが有効でなかったということを再度示す。その後、制御器エレクトロニクス１６は適当なメッセージを出力する。
分析によって特定のＢＩ２６に対して測定された胞子の生育速度が、曲線により同定された運動特性よりも小さい場合、制御器エレクトロニクス１６は培養が更に必要であるか否かを判定し、必要である場合には、培養サイクルを続ける。これらの工程はブロック７８、８０、８２、８３及び８４で示す。
また、制御器エレクトロニクス１６は、第２の読取り値が基準の蛍光読取り値を超えているか否かを判定するのに蛍光読取り値を調べるだけでなく、異なる方法で胞子の生育活性が生じているか否かを判定してもよいことに留意すべきである。例えば、制御器エレクトロニクス１６は、蛍光読取りを時間に対し描いて得られた曲線が２〜３回以上の連続的な読取りの間隔中に正であるか否かを判定してもよい。正である場合、制御器エレクトロニクス１６は、これが正の生物学的活性を示すと判定し、滅菌サイクルが有効でなかったという表示を作業者インターフェース１８に出力する。
その他の適当な方法を使用することもでき、例えば、傾斜の符号だけでなく、傾斜の大きさによって有効性を判定してもよい。例えば、正の傾斜が急である場合、これは、正の傾斜が僅かだけの場合よりも生存可能な生物の存在をより急速に示す傾向がある。
図２Ａについて再び説明する。第２の蛍光読取り値が基準の蛍光読取り値を統計的に有意な量だけ超えていない場合、制御器エレクトロニクス１６は、培養時間を追加する必要があるか否かを判定する。分析すべき特定の生物学的表示器に応じて、作業者は、５から１５分間までの任意の時間又はそれ以上の時間その生物学的表示器を望むだけ培養することができる。しかし、図３の曲線群で示すように、ＢＩ２６を読み取る本システムを用いて、一部の生物学的表示器に対しては５分だけ後で、大多数の生物学的表示器に対しては１０分未満で、略すべての生物学的表示器に対しては１５分未満で滅菌サイクルの有効性を判定可能であることが認められている。作業者は、胞子の生育活性がなく、分析によって特定のＢＩ２６内に何も存在しないことを示す妥当な信頼レベルを達成するのに十分な時間だけ生物学的表示器を培養しなければならないだけである。これはブロック８４で示す。この時間は、分析すべき各種ＢＩの実験特性研究により決めることが好ましい。
第２の蛍光読取り値が基準の蛍光読取り値を統計的に有意な量だけ超えていないと一旦制御器エレクトロニクス１６が判定すると、また、培養時間を追加する必要がないと一旦制御器エレクトロニクス１６が判定すると、制御器エレクトロニクス１６は、滅菌サイクルが有効であったという表示を作業者インターフェース１８に出力する。これは図２Ｂのブロック８６で示す。
単一の基準の蛍光読取り値及び単一の第２の蛍光読取り値に関して本説明を進めているけれども、蛍光読取りを行うのに他の方法を使用してもよいことに留意すべきである。例えば、各々の基準又は第２の蛍光読取り値に対して、複数回又は一群の読取りを比較的短時間内に行ってもよい。その後、これらの複数の読取りは、当該基準又は第２の蛍光読取り値として格納される単一の蛍光読取り値を得るために、平均などの処理が行われる。例えば、好ましい一実施形態においては、５回の読取りを数秒間の範囲内に行う。つぎに、これらの読取りを平均して最終的な蛍光読取り値とする。この蛍光読取り値を基準の蛍光読取り値として格納する。さらに、５分後、５回以上の読取りを数秒間の範囲内に行い、これらの読取りを平均する。この平均値を第２の蛍光読取り値として格納する。その後、２分ごとに、５回の読取りを更に行い平均して更なる第２の蛍光読取り値とする。これを最大の培養時間に達するまで繰り返す。
当然、複数回の蛍光読取りを平均するのではなく、最終的な読取り値を得るのに他の処理方法を使用してもよい。例えば、異常に高い又は低い読取りを平均する前に排除したり、中央値を使用したり、あるいは他の適当な処理を実行したりしてもよい。
このような方法は図２Ｄで示してある。第１の読取りを行って格納する。これはブロック８８及び９０で示す。つぎに、制御器エレクトロニクス１６は、更に蛍光読取りをその時点で行うべきか否かを判定する。読取りを行う場合、更に蛍光読取りを行い格納して、所望数の短い間隔の読取りの読取り群を得る。これはブロック９２で示す。
当該読取り群に対して更に読取りを行うべきでない場合、読取り群は制御器エレクトロニクス１６により処理される。上述のように、これは、平均、中央値の採用、異常値の排除、あるいは他の適当な処理方法により行うことができる。これはブロック９４で示す。前記処理の結果である最終値を格納して、システム１０が図２Ａ〜図２Ｃに示すように稼動し続ける。
図４は、本発明のもう一つの側面のブロック図を示す。図４においては、複数台の読取装置９６がホスト制御器９８に連結されている。図４の説明の目的上、読取装置９６はそれぞれ、電気光学励起モジュール１２、電気光学検出モジュール１４、基準モジュール１５、制御器エレクトロニクス１６、培養器２４、及び加熱器サーボ２２を含む。もちろん、各読取装置９６は作業者インターフェース１８を含んでもよい。各読取装置９６の制御器エレクトロニクス１６はホスト制御器９８に順々に連結されており、前記ホスト制御器９８は、他のホスト制御器からオプションとして入力したり、ユーザ入出力装置（例えば、作業者インターフェース９９、バーコードリーダ及びラベルマーカ）、他の医療機関ネットワーク、滅菌器、及びその他適当な装置やネットワークにオプションとして出力したりすることもできる。
また、本システムは、複数の異種ＢＩを培養して読み取るのに使用してもよい。種々のＢＩが異なる培養温度を必要とする場合、異なる加熱器サーボ２２が複数台の培養器２４に沿って配設される。つぎに、制御器エレクトロニクス１６は、前記ＢＩを適当な温度で適当な休み時間を入れて培養し、各ＢＩに対する蛍光読取りを別々に行って格納する。適当な出力が作業者インターフェース１８に行われる。
このように、本発明は、市販されている従来の生物学的滅菌表示器の読取りを行って１５分以内で滅菌サイクルの有効性を判定するシステムを提供できることがわかるであろう。これは、通常の生物学的表示器により示される最悪ケースの自己蛍光を超える値に達するまで蛍光を待つのではなく、生物学的表示器の蛍光の変化を検出するだけで達成される。実際には、本発明を用いて、大多数の生物学的表示器を１０分未満で読取可能であることが認められている。
本発明を好ましい実施形態について説明したけれども、本発明の精神と範囲に反することなく、形態及び詳細についての変更を実行できることは当業者に了承されよう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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