(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのサンプルウェルに含まれたサンプルを分析するための方法であって、
複数の異なる分析光波長を、前記サンプルウェルに含まれた前記サンプル上に向けて送る第１ステップと、
前記サンプル上に向けて送られた前記分析光波長のそれぞれについて、前記サンプルから発する、結果として得られる各光波長を検出する第２ステップと、
前記結果として得られる各光波長を表す結果値を生成する第３ステップと、
前記結果値を用いて酸化還元状態および濁度の時系列データを算出する第４ステップと、
前記時系列データを回帰アルゴリズムにより補間し、前記サンプルの成長特性を表す測定基準を計算する第５ステップと、
前記測定基準を使用して、汎用加法モデルに使用される一連の変数を導出し、最低抑制濃度（ＭＩＣ）値を算出する第６ステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記サンプルが、複数の前記サンプルウェルに含まれ、
前記第１ステップ乃至第６ステップが、前記各サンプルウェルにおける前記サンプル上で、複数の各時間間隔で実行され、これにより、前記第６ステップが前記各サンプルウェルの各々についての各組の前記ＭＩＣ値を前記各間隔で提供することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サンプルウェルの各々についての酸化還元状態および濁度の時系列データは、前記各サンプルウェルについての各サンプルウェル特性値を提供し、任意選択的に、前記サンプルウェル特性値を複数のグループにグループ化し、
前記サンプルウェル特性値を、前記各グループのそれぞれにおいて互いに比較して、前記各グループにおけるどのサンプルウェルにおいてサンプルの成長が抑制されるかを決定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのサンプルウェルに含まれたサンプルを分析するように、サンプル分析システムを制御するための命令を記録したコンピュータ可読記録媒体であって、前記命令は、
複数の異なる分析光波長を、前記サンプルウェルに含まれた前記サンプル上に向けて送るように、前記サンプル分析システムを制御するように適合された第１の組の命令と、
前記サンプル上に向けて送られた前記分析光波長のそれぞれについて、前記サンプルから発する、結果として得られる各光波長を検出し、前記結果として得られる各光波長を表す結果値を提供するように、前記サンプル分析システムを制御するように適合された第２の組の命令と、
前記結果値を用いて酸化還元状態および濁度の時系列データを算出するように、前記サンプル分析システムを制御するように適合された第３の組の命令と
を含むことを特徴とするコンピュータ可読記録媒体。
【請求項５】
前記サンプルが、複数の前記サンプルウェルに含まれ、
前記第１、第２および第３の組の命令を、前記各サンプルウェルにおける前記サンプル上で、複数の各時間間隔で実行し、これにより前記第３の組の命令が、前記各サンプルウェルの各々についての各組の前記時系列データを前記各間隔で提供するように、前記システムを制御するように適合されることを特徴とする、請求項４に記載のコンピュータ可読記録媒体。
【請求項６】
前記各サンプルウェルについての前記各組の時系列データにおけるある前記値を計算して、前記各サンプルウェルについての各サンプルウェル特性値を提供するように、前記システムを制御するように適合された第４の組の命令と、
任意選択的に、前記サンプルウェル特性値を複数のグループにグループ化するように、前記システムを制御するように適合された第５の組の命令と、
前記サンプルウェル特性値を、前記各グループのそれぞれにおいて互いに比較して、前記各グループにおけるどのサンプルウェルにおいてサンプルの成長が抑制されるかを決定するように、前記システムを制御するように適合された第６の組の命令と
をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のコンピュータ可読記録媒体。
【請求項７】
サンプルコンテナは複数のサンプルウェルを含み、それぞれが、前記サンプルの一部、および、前記サンプルの成長に影響を与えるように適合された各物質を含み、
前記検出するステップが、各サンプルウェルの各組の読取りを複数の時間間隔のそれぞれで取り、各サンプルウェルについての各組の値を前記時間間隔のそれぞれで提供するステップをさらに含み、
前記方法が、
前記測定基準を、各グループの前記サンプルウェルを表す複数のグループにグループ化するステップと、
前記各グループのそれぞれにおいて前記測定基準を互いに比較して、前記各グループのサンプルウェルの各々についての各ＭＩＣ値を決定するステップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記各サンプルウェルについての前記各組の値を提供するステップは、複数の光波長を前記サンプルウェルのそれぞれから前記時間間隔のそれぞれで検出して、各サンプルウェルについての前記各組の値を前記時間間隔のそれぞれで提供することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記命令は、サンプルコンテナに含まれたサンプルについての少なくとも１つの最低抑制濃度（ＭＩＣ）値を決定するように、サンプル分析システムを制御するための命令であって、
前記サンプルコンテナは複数のサンプルウェルを含み、それぞれが、前記サンプルの一部、および、前記サンプルの成長に影響を与えるように適合された各物質を含み、
前記第１の組の命令は、各サンプルウェルの各組の読取りを複数の時間間隔のそれぞれで取り、各サンプルウェルについての各組の値を前記時間間隔のそれぞれで提供するように、前記サンプル分析システムを制御するようにさらに適合され、
前記第２の組の命令は、前記各サンプルウェルについて、回帰アルゴリズムにより補間し、前記各組の値を計算して、前記各サンプルウェルについての各ウェル特性値を提供するように、前記サンプル分析システムを制御するようにさらに適合され、
前記第３の組の命令は、前記サンプルウェル特性値を、各グループの前記サンプルウェルを表す複数のグループにグループ化するように、前記サンプル分析システムを制御するようにさらに適合され、
前記命令は、前記各グループのそれぞれにおいて前記サンプルウェル特性値を互いに比較して、前記各グループのサンプルウェルについての各ＭＩＣ値を決定するように、前記サンプル分析システムを制御するように適合された第４の組の命令をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のコンピュータ可読記録媒体。
【請求項１０】
前記第１の組の命令が、複数の異なる光波長を前記サンプルウェルのそれぞれから前記時間間隔のそれぞれで検出して、各サンプルウェルの各々についての前記各組の値を前記時間間隔のそれぞれで提供するように、前記サンプル分析システムを制御することを特徴とする、請求項９に記載のコンピュータ可読記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物学的サンプルのようなサンプルを分析して、抗生物質のような抗菌性物質に対するサンプルの感受性を決定するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、様々なタイプおよび濃度の抗菌性物質をその中に有するサンプル試験パネルのサンプルウェルに含まれた生物学的サンプルの複数の光学読取りを行い、これらの読取りに基づいて、各抗菌性物質がサンプルの成長を抑制する各最低抑制濃度（ＭＩＣ）を決定するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
患者の診断および治療に関係する微生物サンプルで試験を実行するための、多数の従来のシステムが存在する。微生物サンプルは、様々な源から生じる可能性があり、これには、細菌感染した傷、生殖器官感染、脳脊髄液、血液、膿瘍または他のいかなる適切な源が含まれる。微生物サンプルから、接種物が、所定の濃度の細菌または細胞懸濁物を生じる確立された手順にしたがって用意される。当業者には理解されるように、さらなる懸濁物の処理は、使用する検査方法によって決まる可能性がある。
【０００３】
従来のシステムは、たとえば、患者のサンプルに存在する微生物のタイプを識別するために使用される。典型的には、このようなシステムでは、試薬が、識別トレイのキューピュール（ｃｕｐｕｌｅ）すなわち試験ウェルに入れられ、この中にサンプルが導入される。試薬は、活動的に成長する微生物の培養物の存在下において、変色する。変色またはその欠如に基づいて、微生物を、参照表の使用によって識別することができる。
【０００４】
他のシステムが、微生物の感受性検査のために開発されている。これらのシステムを使用して、サンプルにおける微生物の、抗生物質のような様々な治療薬に対する感受性を決定する。これらの検査結果に基づいて、次いで医師が、たとえば、微生物の成長をなくすかあるいは抑制することに成功するであろう抗菌薬製品を処方する。定性的な感受性試験は、特に、微生物が特定の抗生物質に対して耐性であるか感受性であるかの指示を提供するが、微生物の感受性または耐性の程度についての指示は提供しない。他方では、定量的な感受性試験は、微生物の成長を抑制するために必要とされる抗菌剤の濃度の指示を提供する。最低抑制濃度（ＭＩＣ）という用語を使用して、微生物の成長を抑制するために必要とされる抗菌剤の最低濃度を指す。
【０００５】
従来のシステムは、各抗菌剤が各微生物の成長を抑制するＭＩＣを決定する際に幾分有用である可能性があるが、これらのシステムにはある欠点がある。たとえば、識別および感受性試験を実行しているとき、試験トレイが、制御された温度で拡張された期間に渡ってインキュベートされる。所定の時間間隔で、試験トレイのウェルが個別に変色または他の試験基準の指示について検査される。しかし、この処理は、技術者により手動で実行されたとき、長く単調なものになる可能性がある。加えて、識別および感受性試験トレイについてのインキュベーション時間が異なる可能性があり、あるいは、試験結果を試験トレイから読み取るための最適な時間が、あらかじめ分からない可能性がある。したがって、技術者は典型的には、試験片の結果を、時には大きく間隔のあいた、幾つかの異なる回数で読み取り、記録する必要がある可能性があり、これが帰属または相関の誤りを引き起こす可能性がある。
【０００６】
自動化システムが、これらの試験を実行する際に技術者の処理時間を最小化し、ならびに、人的誤りの可能性を最小化するために望ましい。加えて、自動化システムは、一般に結果を手動の方法より高速かつ正確に得ることができるので、好ましい可能性がある。１つの知られている微生物サンプルの自動インキュベーションおよび読取りのための微生物試験装置は、試験されるサンプルまたは薬品を含む複数のウェルを有する複数の試験トレイを使用する。トレイは最初にインキュベータに入れられ、次いで、十分なインキュベーション期間の後に検査場所へ移動される。検査場所では、光源がトレイの上に配置され、１組のビデオカメラがトレイの下に配置される。各ビデオカメラが、トレイ全体のビデオ画像を撮り、トレイ全体のビデオ画像信号が画像プロセッサへ送信されて分析される。
【０００７】
画像プロセッサは、検査場所全体ににわたる均一の光照射を要求する。したがって、プロセッサが、トレイの各ウェルに対応する関心領域内の各画素のバックグラウンド光のレベルを記録して、光源の変動を評価する。画像プロセッサがトレイのビデオ画像を処理し、特定のウェルについて、強度がその関心領域の所定のしきい値を越える画素数を決定する。画素数が所定数を越えた場合、肯定的な結果がそのウェルに割り当てられる。画像プロセッサが、バイナリーの部分結果をウェルから分析して、微生物の可能な識別を決定する。バイナリーの部分結果が、事前記録された各タイプの試験トレイについての結果のパターンと比較されて、問題のサンプルが識別される。
【０００８】
反応剤と、検出、感受性および識別試験のためのサンプルとの相互作用の結果生じる蛍光放射反応の存在を検出するための微生物試験装置も知られている。この装置では、複数の試験室を有する多数のトレイが、カルーセル内に含まれる。このカルーセルが回転されて、トレイの１つを検出領域に接近させるように移動する。次いで、位置決め機構が高速にこのトレイをカルーセルから出して検出領域へ移動させ、高エネルギーの光源がトレイのもっとも近くに配置される。光源が、試験室内の反応から放射蛍光を生じるために十分な狭帯域の光を提供し、これは、次に、光源の反対側かつ位置決めされたトレイの後ろに配置されたビデオ機構によって検出される。ビデオ機構は、放射波長に基づいて画像を生成する。
【０００９】
細菌を識別するための別の試験システムが知られており、これは、複数のセルを有する培養皿に配置された試験片から反射された単色光の強度に基づいた信号を使用する。６個の干渉フィルタを含む回転ディスクが、ランプと一群の光ファイバの間に挿入される。ランプからの光が特定の干渉フィルタを通過して、ある波長の単色光を生成する。フィルタリングされた単色光が、光ファイバによってガイドされて、培養皿の各セル上に入射する。ディスクは、６個の異なる波長の単色光がセル上に順次に入射されるように回転される。試験片から反射された光が、追加の光ファイバによって対応するフォトトランジスタへガイドされる。信号が各試験片について、反射された単色光の強度に基づいて導出される。次いで、これらの信号が分析されて、信号の間の差分または比率を計算すること、および、結果を参照値と比較することによって、試験片の識別が決定される。
【００１０】
上述のシステムは幾分有用である可能性があるが、各システムは、完全に自動化された微生物試験システムのすべての要件を満たしていない。特に、知られているシステムは、より正確な試験結果を得るために必要とされる比色分析タイプと蛍光分析タイプの試験を多重ウェル試験パネル上で同時に実行することができない。さらに、これらのシステムは一般に、連続的に試験データを複数の多重ウェル試験パネルから、高速かつ信頼性のある方法で収集するように設計されていない。さらに、これらのシステムの自動化処理は制限されている。
【００１１】
加えて、知られているシステムは、サンプルの成長の多数の指標を検査せず、次いで、ＭＩＣ計算をこれらの多数の成長指標に基づかせる。多数の成長指標からのデータの使用は、結果の精度および統合性を向上させるために望ましい。さらに、知られているシステムは、問題のあるＭＩＣ結果をふるい分ける方法を使用することがない。特に、知られているシステムは、ＭＩＣ結果の品質および信頼性を評価して、ＭＩＣ結果が正しいと見なされる確実性のレベルを指示する確率または信頼性の値を提供しない。
【００１２】
したがって、生物学的サンプルを分析して抗菌性物質に対するサンプルの感受性を決定し、様々なサンプルに関して抗菌性物質についてのＭＩＣ値を提供するための改良されたシステムおよび方法のための、システムおよび方法の必要性がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一目的は、生物学的サンプルのようなサンプルを分析して、抗菌性物質に対するサンプルの感受性を正確かつ効果的に決定するためのシステムおよび方法を提供することである。
【００１４】
本発明のもう１つの目的は、生物学的サンプルの多数の成長の指標を測定し、次いでこれらの測定値を使用して、様々な抗菌性物質に対するサンプルの感受性を決定して、各サンプルおよび抗菌性物質についてのＭＩＣ値を提供するシステムおよび方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、各サンプルおよび抗菌性物質について計算されたＭＩＣ値を評価して、ＭＩＣ値が正しいと見なされる確実性のレベルを指示する確率または信頼性の値を提供するシステムおよび方法を提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、様々なタイプおよび濃度の抗菌性物質をその中に有するサンプル試験パネルのサンプルウェルに含まれた生物学的サンプルを光学的に読み取り、これらの読取りに基づいて、サンプルの複数の成長指標を測定するためのシステムおよび方法であって、そのシステムおよび方法がサンプルの複数の成長指標を使用して、各抗菌性物質がサンプルの成長を抑制する各最低抑制濃度（ＭＩＣ）を決定する、システムおよび方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれらおよび他の目的は、実質的には、少なくとも１つのサンプルウェルに含まれたサンプルを、赤、緑および青のような、異なる波長の複数の分析光波を、サンプルウェルに含まれたサンプル上に向けて送ること、および、サンプル上に向けて送られている各分析光波についてサンプルから発する各結果の光波を検出することによって分析するための、システムおよび方法を提供することによって達成される。次いで、このシステムおよび方法は、各結果の光波を表す結果値を提供し、数学的に結果値を結合して、それぞれサンプルの各成長特性を表す、サンプルの酸化還元状態および濁度のような少なくとも２つの成長指標値を提供する。この方法およびシステムは、向けて送るステップ、検出ステップおよび数学的結合ステップを、サンプルウェルにおけるサンプル上で、複数の時間間隔で実行して、実行された各数学的結合ステップが、１組の成長指標値を各時間間隔について提供するようにすることができる。
【００１８】
この方法およびシステムは、上記ステップを、複数のサンプルウェル上で複数の時間間隔で実行して、各サンプルウェルについての各組の成長指標値を各時間間隔で得ることができる。次いで、この方法およびシステムはさらに、各サンプルウェルについての各組の成長指標値におけるある成長指標値を数学的に結合して、ＭＩＣ値のような各サンプルウェル特性値を、各サンプルウェルについて提供することができる。次いで、この方法およびシステムは、サンプルウェル特性値を複数のグループにグループ化し、サンプルウェル特性値を各グループのそれぞれにおいて互いに比較して、各グループにおけるどのサンプルウェルにおいてサンプルの成長が抑制されるかを決定することができる。
【００１９】
本発明のもう１つの側面は、複数のサンプルウェルを含むサンプルコンテナに含まれたサンプルについての少なくとも１つの最低抑制濃度（ＭＩＣ）値を決定するためのシステムおよび方法を提供することにあり、そのそれぞれが、サンプルの一部、および、サンプルの成長に影響を与えるように適合された各物質を含む。このシステムおよび方法は、複数の各時間間隔で各サンプルウェルの各組の読取りを取り、各サンプルウェルについての各組の値を前記各間隔で提供する。読取りは、たとえば、赤、緑および青のような異なる波長の複数の光波を、各サンプルウェルから前記各間隔で検出して、各サンプルウェルについての各組の値を各間隔で提供することによって取られる。また、各組の値において、一方の値がその各サンプルウェルの酸化還元状態を表し、他方の値が、その各サンプルウェルの濁度値を表す。
【００２０】
各サンプルウェルについて、このシステムおよび方法は、各組の値を数学的に結合して、各サンプルウェルについての各ウェル特性値を提供する。次いで、このシステムおよび方法が、サンプルウェル特性値を、各グループのサンプルウェルを表す複数のグループにグループ化し、各グループのそれぞれにおいてサンプルウェル特性値を互いに比較して、各グループのサンプルウェルについての各ＭＩＣ値を決定する。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の目的、利点および新しい特徴は、以下の詳細な説明を、添付の図面と共に読んだときに、より容易に理解されるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に従った、生物学的サンプルを分析して、様々なタイプおよび濃度の抗菌性物質に対するサンプルの感受性を識別するため、かつ、各抗生物質または抗菌性物質が各サンプルの成長を抑制する最低抑制濃度（ＭＩＣ）を計算するためのシステム１００である。システム１００は、格納容器１０４を有する測定計器１０２を含み、これはカルーセルハウジング部１０６およびコントローラハウジング部１０８に分かれる。システム１００はさらに、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などのようなワークステーション１１０を含み、これがコントローラハウジング部１０８に結合されて、たとえば、データをシステム１００とやり取りするためにシステム１００と通信する。
【００２３】
カルーセルハウジング部１０６は、ドア１１２およびラッチ機構１１４を含む。ラッチ機構１１４は、ドア１１２を閉じた状態に維持することができ、ドア１１２を開いてカルーセルハウジング部１０６の内部室１１５を露出できるように操作することができる。コントローラハウジング部１０８は、表示パネル１１６、キーボードパネル１１８、コンピュータ可読媒体ドライブ１２０、およびバーコード読取り器１２２を含み、これらの目的を以下でより詳細に記載する。
【００２４】
図２および図３に示すように、カルーセル１２４はカルーセルハウジング部１０６の内部室１１５に収容される。カルーセル１２４は複数のリングおよびリブを含み、これらが駆動リング１２６へボトルで締められて、円筒形ケージを形成し、これが垂直に内部室１１５に取り付けられる。カルーセルハウジング部１０６は隔離されて、実質的に均一温度のインキュベーション環境を内部室１１５において提供し、そしてカルーセルハウジング部１０６は、通常動作では光を通さず、周囲の光が内部室１１５に入ることを防止する。これについては、同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号においてより詳細に記載されている。
【００２５】
この例では、カルーセル１２４が４個の水平層を含むように構成され、各層は２６個のパネル位置を有し、したがって、合計で１０４個のパネル位置１２８を提供する。しかし、これらの層およびパネル位置１２８の数は、いかなる特定の応用例の要件にも対応するように変更することができ、これは当業者には理解されよう。パネルキャリア１３０が、各パネル位置１２８に取り付けられる。各パネルキャリア１３０は、試験パネル１３２を受け取るように構成され、その一例を図４Ａないし図４Ｃに示す。
【００２６】
図４Ａないし図４Ｃに示されるように、試験パネル１３２は使い捨て可能な透過または半透明のデバイスであり、サンプルの識別（ＩＤ）および抗菌物質感受性決定（ＡＳＴ）試験に必要とされた物質または試薬を接種される。試験は、各ＩＤ／ＡＳＴ試験パネル１３２上の個々のウェル１３４に配置されたサンプルと試薬の間で起こる反応に基づいて実行される。ウェル１３４が、ＩＤ／ＡＳＴ試験パネル１３２上に、行および列を有する２次元配列として配列される。ウェル１３４は、ＩＤセクション１３６およびＡＳＴセクション１３８に分けられる。この例では、ＩＤセクション１３６が５１個のウェル１３４を含み、ＡＳＴセクションが８５個のウェル１３４を含む。各試験パネル１３２がさらにベース１４０、シャシー１４２、ふた１４４、酢酸セルロースパッド１４６、接種部１４８、および、この試験パネル１３２の完全な製造履歴を識別する情報を含むパネルラベル（図示せず）を含む。システム１００で使用される試験パネル１３２のさらなる詳細は、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号、および、Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎの米国特許第５，９２２，５９３号に記載されており、これらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２７】
パネルキャリア１３０は、試験パネル１３２が不適当に取り付けられた状態で保持されないように設計される。試験パネル１３２が４層のカルーセル１２４に取り付けられるとき、これらが実質的にウェル１３４の円形の行および垂直の列を形成するように配列される。つまり、カルーセル１２４のすべての４層においてウェル１３４のすべての列が、実質的に、カルーセル１２４の高さ全体に沿って垂直方向に互いに整列されるべきであり、ウェル１３４のすべての行が実質的にカルーセル１２４の円周全体に沿って互いに整列されるべきである。この例では、カルーセル１２４の各層におけるパネル位置１２８にゼロから２５までの番号が付けられ、パネル位置ゼロは正規化パネルのために予約され、したがって操作員によって計器１０２の通常の操作中にアクセス可能ではない。
【００２８】
カルーセルハウジング部１０６は駆動モジュール１５０も含み、これがカルーセル１２４を時計周りあるいは反時計周りに所望のように回転させるように駆動し、さらに複数のベアリング１５２およびばね式ピボット１５４を含み、これらがカルーセル１２４をカルーセルハウジング部１０６の内部室１１５に回転可能に固定し、カルーセル１２４の回転を容易にする。カルーセル１２４およびその関連付けられた構成要素、ならびにパネルキャリア１３０および試験パネル１３２のさらなる詳細は、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号において記載されている。
【００２９】
図３および図５、および、図６の概略図に示されるように、この例のカルーセルハウジング部１０６はさらに、可視光源組立体１５６および紫外線（ＵＶ）光源組立体１５８を含む。可視光源組立体１５６は、４つの可視光源モジュール１５６−１ないし１５６−４、および支持タワー１６０を含み、紫外線光源組立体１５８は、紫外線光源１５８−１および１５８−２を含む。支持タワー１６０は、１つの可視光源モジュールをカルーセル１２４の各層と共に位置合わせし、いかなる所与の時間にも、カルーセル１２４の４層におけるＩＤ／ＡＳＴ試験パネル１３２のウェルの１つの列全体を、可視光源モジュールによって照射できるようにする。
【００３０】
この例では、各可視光源モジュール１５６−１ないし１５６−４が、それぞれ１６個の発光ダイオード（ＬＥＤ）の３つの並行した垂直列を含む。第１の列は赤のＬＥＤからなり、第２は緑のＬＥＤ、第２は青のＬＥＤからなる。ホログラフィー拡散プレート１６２が、カルーセル１２４に取り付けられたＩＤ／ＡＳＴ試験パネル１３２に近接して配置される。ホログラフィー拡散プレート１６２は、列に電圧が加えられるとき、各列のＬＥＤからの照射エネルギーを拡散する。各列のＬＥＤが可視光源モジュールに取り付けられて、拡散プレート１６２からの固定された距離が維持される。円筒形レンズ（図示せず）を使用して、各列のＬＥＤからの照射エネルギーをＩＤ／ＡＳＴ試験パネル１３２の垂直のウェル列上に集中させることができる。各列のＬＥＤのための照射軸が、赤、緑および青の照射について一致するようにされる。したがって、各ウェル列が、どの列のＬＥＤに電圧が加えられるかに応じて、赤、緑または青の照射のいずれかの均一の縞を見る。
【００３１】
さらに図３、図５および図６のように、光学測定システム１６４がカルーセル１２４のほぼ中心内に配置され、これにより、これが、可視光源組立体１５６の可視光源モジュールからの赤、緑または青の照射による励起中に、ＩＤ／ＡＳＴ試験パネル１３２の各ウェル１３４を通じて伝送された可視光を受信するように位置合わせされる。類似の方法で、ウェル１３４におけるサンプルが紫外線光源組立体１５８から放射された紫外線光によって励起されるとき、可視蛍光放射がウェル１３４から検出される。当業者には理解されるように、励起フィルタ１６６が、紫外線光源組立体１５８から放射された光に存在する不必要なスペクトル成分をなくし、放射フィルタ１６８が、光学測定システム１６４による検出の前に出力信号に存在する可能性のある不必要なスペクトル成分をなくす。
【００３２】
この例では、光学測定システム１６４が複数のＣＣＤ検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４、および対応するレンズ組立体１７２−１ないし１７２−４を含み、１つのＣＣＤ検出器モジュール１７０および１つのレンズ組立体１７２が、カルーセル１２４の各層における試験パネル１３２のウェル１３４から読取りを受信するように位置合わせされる。したがって、カルーセル１２４がこの例では４層を含むので、光学測定システム１６４が、４つのＣＣＤ検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４および４つの対応するレンズ組立体１７２−１ないし１７２−４を含み、各検出器モジュール／レンズ組立体の組が、実質的に垂直方向に整列するように配置される。レンズ組立体１７２−１ないし１７２−４が、カルーセル１２４のそれらの各層における試験パネル１３２の各パネルウェル列からの光を、対応するＣＣＤ検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４のＣＣＤ配列上に集中させる。
【００３３】
各ＣＣＤ検出器モジュール１７０は、たとえば、２０４８画素の線形ＣＣＤ配列を含むことができる。ＣＣＤ検出器モジュール１７０のＣＣＤ配列は、ウェル１３４が赤、緑および青のＬＥＤによって照射されるとき、カルーセル１２４の対応する層における試験パネル１３２の各ウェル１３４を通じて伝送された光の強度を検出し、測定する。ウェル１３４におけるサンプルが紫外線光源組立体１５８から放射された紫外線光によって励起されるとき、可視蛍光が、同様に、ＣＣＤ検出器モジュール１７０のＣＣＤ配列によって検出される。可視光源組立体１５６、紫外線光源組立体１５８、光学測定システム１６４、およびそれらの関係する構成要素の構造および動作のさらなる詳細については、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号で見ることができる。
【００３４】
上で論じたように、図６は、上述の測定計器１０２のさらなる構成要素を例示する例示的概略図である。図のように、カルーセルハウジング部１０６およびコントローラハウジング部１０８が、たとえば、ハウジング１０６の一部にすることができる仕切りパネル１７４によって分離される。紫外線光源１５８−１および１５８−２は、ランプドライバ１７６によって駆動される。ランプドライバ１７６、可視光源モジュール１５６−１ないし１５６−４、ＣＣＤ検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４、紫外線光源冷却ファン１７８、および光学測定システム冷却ファン１８０が、相互接続ボード１８２に結合される。複数の状況指標ボード１８４、試験パネル１３２上のバーコードを読み取るバーコード読取り器１８６、および、パネルフラグおよびホームフラグ読取り器１８８も、相互接続ボード１８２に結合される。状況指標ボード１８４、バーコード読取り器１８６、および、パネルフラグおよびホームフラグ読取り器１８８のさらなる詳細は、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号において見ることができる。
【００３５】
相互接続ボード１８２が、コントローラハウジング部１０８において存在するコントローラモジュール１９１のＩ／Ｏインタフェースボード１９０に結合される。以下で、および、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号においてより詳細に記載されるように、制御モジュール１９１はコントローラ１９２を含み、これが可視光源モジュール１５６−１ないし１５６−４、ＣＣＤ検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４、ランプドライバ１７６、および、ウェル読取り処理の実行に関連付けられた他のすべての構成要素を制御する。コントローラ１９２はさらに、イーサネット１９４およびＬＣＤドライバ１９６を含む。イーサネット１９４をネットワークポート１９８に結合して、たとえば、ワークステーション１１０（図１を参照）においてデータを入出力することができる。ＬＣＤドライバ１９６が表示パネル１１６（図１を参照）に結合されて、たとえば、ウェル読取りの結果が表示され、さらに外部ビデオ接続１９７に結合される。コントローラ１９２がコンピュータ可読媒体ドライブ１２０（図１を参照）に結合されて、たとえば、コンピュータ可読ディスクにおいてデータが入出力される。
【００３６】
加えて、コントローラモジュール１９１がコンピュータ可読媒体ドライブ１２０に結合されて、インバータ２００を介して表示パネル１１６に、指標ボード２０２を介してキーボードパネル１１８に、バーコード読取り器１２１に、ＡＴキーボード２０４に、そしてスピーカ２０６に結合される。コントローラモジュール１９１がさらに、補助シリアルポート２０８、プリンタポート２１０、遠隔警告ポート２１２および補助バーコード読取り器ポート２１４に結合され、これらがネットワークポート１９８と共に、コネクタパネル２１６に収容される。この例では、バーコード読取り器ポート２１４がバーコード読取り器１２２（図１を参照）に結合される。
【００３７】
コントローラモジュール１９１はまた、駆動およびＤＣ分配モジュール２１８および電力制御および分配モジュール２２０にも結合される。周囲温度センサ２２２およびインキュベーション温度センサ２２４が、内部室１１５内部の温度を感知し、温度を示す信号をコントローラモジュール１９１のコントローラ１９２へ供給する。さらに、上温度カットオフセンサ２２６が、信号をコントローラ１９２へ、電力制御および分配モジュール２２０を介して供給し、内部室１１５の温度が最高温度に達したときを指示する。これに応答して、コントローラ１９２がヒータ２２８を、電力制御および分配モジュール２２０を介して制御し、ヒータ送風機２３０を、駆動および分配モジュール２１８を介して制御して、内部室１１５の温度がさらに上昇することを防止する。コントローラ１９２はさらに、ドアスイッチ２３２およびドアソレノイド２３４を、駆動および分配モジュール２１８を介して制御して、ドア１１２のラッチ機構１１４（図１および図２を参照）を制御して、ドア１１２を閉じた位置に維持するか、またはドア１１２を開けることができるようにする。コントローラ１９２は、駆動モジュール１５０も制御して、カルーセル１２４の回転を以下で詳細に記載するように制御する。温度制御動作およびカルーセル回転動作のさらなる詳細は、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号に記載されている。
【００３８】
図６でさらに示すように、コントローラハウジング部１０８は、変換器２３６および冷却ファン２４８を含み、これらが電力制御および分配モジュール２２０に結合される。また、２４Ｖ電源２４０、１５Ｖ電源２４２および５Ｖ電源２４４が、電力を駆動および分配モジュール２１８および電力コントローラモジュール２２０、ならびにランプドライバ１７６へ供給する。これらの電源２４０、２４２および２４４は、交流入力電源から電力を受け、これが電力制御および分配モジュール２２０によって、フィルタ２４６およびシステム１００の主要オン／オフスイッチ２４８を介して受け取られる。
【００３９】
システム１００の動作を、以下で、図１ないし図６、ならびに図７ないし図１０の流れ図およびグラフを参照して記載する。ステップ１０００で、各試験パネル１３２に、カルーセル１２４の各パネルキャリア１３０に配置される前に、ブロースに懸濁させた（ｂｒｏｔｈ−ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）各細菌（すなわち、サンプル）が接種される。別々の接種物が手動で試験パネル１３２の接種ポート１４８に追加され、試験パネル１３２のウェル１３４に流れることができるようにされ、これについては、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号に記載されている。ただ１つのタイプのサンプルが各試験パネル１３２に導入される。上で論じたように、試験パネル１３２のウェル１３４は、サンプルの成長に影響を及ぼす様々なタイプおよび濃度の抗菌性物質を含み、さらにサンプル成長の存在または不在を示す指標を共に含む。また、各試験パネル１３２のウェル１３４の少なくとも１つが、成長対照ウェルとして指定され、いかなる抗菌性物質も含まない。
【００４０】
次いで、ステップ１０１０で、接種された試験パネル１３２が、カルーセル１２４の各パネルキャリア１３０に挿入される。操作員が、バーコードスキャナ１２１またはバコードスキャナ１２２を使用して、各試験パネル１３２のバーコードを、それが各パネルキャリア１３０に挿入されているときに走査して、したがって、試験パネル１３２におけるサンプル、試験パネルウェル１３４における抗菌性物質などに関係する情報を、システム１００に入力する。技術者が、カルーセル１２４において、試験パネル１３２が挿入される層レベルおよび位置に関係する情報を、たとえばキーボード１１８を介して入力することもできる。試験パネル１３２がカルーセル１２４に装填された後、カルーセルハウジング部１０６のドア１１２が閉じられ、ラッチにより閉じられる。ステップ１０２０で、コントローラ１９２がカルーセル１２４を制御して回転を開始させ、ヒータ２２８およびヒータ送風機２３０を制御して、内部室１１５の温度の上昇を開始させて、ウェル１３４におけるサンプルをインキュベートする。この例では、操作員がカルーセル１２４を、毎分１回転（ＲＰＭ）で回転するように設定することができる。しかし、回転速度は、適切なようにいかなる値に設定することもできる。
【００４１】
所定量の時間、たとえば２時間が経過した後、コントローラ１９２がシステム１００を制御して、試験パネル１３２のウェル１３４の測定値を取り始め、これは、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号に記載された方法で行われる。この例では、測定値が２０分の間隔で取られる。また、以下の記載から理解されるように、図７および８の流れ図において後に続くステップは、各パネル１３２について実行され、処理が各パネル１３２について進行する様式は、各パネル１３２について得られたウェル読取りの結果に依存する。また、これらのステップにおいて記載された動作が、コントローラ１９２よって制御される。
【００４２】
ステップ１０３０で、試験パネル１３２のウェル１３４の最初の読取りが、試験読取りとして取られて、読取りが、サンプルが分析に対して有効であることを示す最初の基準にパスするかどうかが決定される。ウェル読取りは、カルーセルが回転されているときに取られる。コントローラ１９２が、読取りを取ることを開始する前に、カルーセル１２４のホームフラグがホームフラグ検出器１８８によって検出されるまで待機して、コントローラ１９２が、この読取りを、読取りが取られた正しいウェル１３４と合致させることができるように保証する。
【００４３】
コントローラ１９２は最初に検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４を制御して、暗読取りを実行する。この間は、紫外線光源１５８にも可視光源１５６−１ないし１５６−４にも電圧が加えられない。次いで、コントローラ１９２がランプドライバ１７６を制御して、紫外線光源組立体１５８を駆動することができる。この例では、コントローラ１９２が、カルーセル１２４が２回転して紫外線光源組立体１５８の紫外線光を温めることができるようになるまで待機し、光の強度が安定できるようにし、次いで、検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４を制御して、紫外線光読取りを、カルーセル１２４の１回転全体について取る。次いで、コントローラ１９２がランプドライバ１７６を制御して、紫外線光源１５８の電源を切り、読取りを処理する。上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号で論じられたように、コントローラ１９２は紫外線読取りを使用して、試験パネル１３２のサンプルウェル１３４におけるサンプルのタイプを識別する。
【００４４】
上の読取りが取られた後、次いで可視光読取りが取られる。次いで、コントローラ１９２が、可視光読取りが取られている間、カルーセル１２４の回転速度を制御して等速度のままにすることができ、あるいは、カルーセル１２４の回転速度を、たとえば２ＲＰＭまたは他のいかなる適した回転速度に加速することができる。一例では、回転速度が２ＲＰＭに加速され、可視光源組立体１５６の赤のＬＥＤ（図３、図５および図６を参照）が活動化される。カルーセル１２４を１回転だけ回転させて赤のＬＥＤを温め、光の強度を安定させることができ、次いで、カルーセル１２４が第２回転を回転する間、ウェル１３４の「赤」の読取りを、検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４によって取ることができる。
【００４５】
赤の読取りが取られた後、赤のＬＥＤがオフにされ、可視光１５６の緑のＬＥＤに電圧を加えることができる。赤のＬＥＤの場合のように、カルーセル１２４を１回転だけ回転させて緑のＬＥＤを温め、光の強度を安定させることができる。次いで、カルーセル１２４がもう１回転を回転する間、ウェル１３４の「緑」の読取りを、検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４によって取ることができる。緑の読取りが取られた後、緑のＬＥＤがオフにされる。この例では、次いで、カルーセル１２４の回転速度が１ＲＰＭに減速され、可視光源組立体１５６の青のＬＥＤに電圧が加えられる。カルーセル１２４が１回転だけ回転することができ、その間に青のＬＥＤが温まり、光の強度を安定させることができる。次いで、カルーセル１２４の次の回転中に、ウェル１３４の「青」の読取りが、検出器モジュール１７０−１ないし１７０−４によって取られる。
【００４６】
次いで、各試験パネル１３２の各ウェル１３４について取られた赤、緑および青の読取りが、コントローラ１９２によってメモリに格納され、各ウェル１３４が特定の時間間隔についての特定の赤、緑および青の読取りを有するようにする。次いで、処理がステップ１０４０へ進行し、各ウェル１３４についての読取りが評価されて、ウェル１３４上で取られるさらなる読取りが有効であるかどうかが決定される。
【００４７】
ステップ１０４０で、各ウェル１３４で取られた赤の読取りが評価されて、ウェルが正しく満たされているかどうかが決定される。読取りは、強度レベル「０」から強度レベル「４２００」までの範囲に及ぶことができ、ここで、特定の色（たとえば、赤）について、０はゼロの強度であり、４２００は最大強度の読取りである。この例では、ステップ１０４０で、処理が、２２００を越える赤の読取りを有するウェル１３４を識別する。このような赤の読取りを有するウェル１３４では、処理がステップ１０５０へ進行し、これらのウェル１３４が不合格になるか、または、言い換えれば、システム１００がこれらのウェル１３４からのさらなる読取りをすべて無効であると識別する。したがって、これらのウェル１３４のさらなる読取りが取られず、あるいは、取られるいかなる読取りも無視される。
【００４８】
さらに、ウェル１３４が成長対照ウェルとして識別されており、２２００を越える赤の読取りを有した場合、試験パネル１３２で対照ウェルが存在する側全体が不合格にされる。また、このウェルが特定の抗菌性物質を含む場合、システム１００によって、不合格にされたウェルを含む特定の試験パネル１３２についての抗菌性物質について、結果が報告されない。
【００４９】
ステップ１０４０で赤のウェル読取りが評価され、ステップ１０５０で適切なウェル１３４が不合格にされると、処理がステップ１０６０へ進行し、パネル指標決定が行われる。具体的には、このステップで、各試験パネル１３２についての成長対照ウェルとして識別されたウェル１３４が評価されて、それらの各試験パネル１３２の対照ウェル１３４におけるサンプルに存在する成長指標の最初の状況が、これらの試験パネル１３２を評価するために受け入れ可能であるかどうかが決定される。この例では、各対照ウェルについての各赤の読取りの値が、各対照ウェルについての各緑の読取りの値で除算される。除算の結果が０．３６９２未満または０．６４６４より大きい場合、コントローラ１９２は、成長指標の最初の状況が、この結果を提供する対照ウェルを含む試験パネル１３２について受け入れ不可能であると決定する。したがって、その特定の試験パネル１３２についてのウェル測定によって得られた結果はいずれも報告されない。上で述べたように、ステップ１０６０が各試験パネル１３２について実行される。
【００５０】
次いで、処理がステップ１０７０へ進行し、コントローラ１９２がカルーセル１２４を回転させ続け、したがって、カルーセルハウジング部１０６がウェル１３４におけるサンプルをインキュベートし続ける。処理がステップ１０８０へ進行し、システム１００がウェルの赤、緑および青の読取りを、上でステップ１０３０に関して記載した方法と同様の方法で、かつ、上で参照した同時係属の米国特許出願第０９／０８３，１３０号において記載されたように取る。次いで、処理がステップ１０９０へ進行し、コントローラ１９２が、最低量のインキュベーション時間が経過したかどうかを決定する。ウェル１３４の読取りの分析が開始されて、ＭＩＣ値を決定することができる最低インキュベーション時間は、この例では２時間である。最低インキュベーション時間が経過していなかった場合、処理がステップ１０７０へ戻り、インキュベーションが継続される。しかし、適切な量のインキュベーション時間が経過すれば、処理がステップ１１００へ進行し、コントローラ１９２が酸化還元状態および濁度の値を各ウェルについて計算する。
【００５１】
この例では、システム１００が、成長、酸化還元および濁度の２つの指標を使用して、ウェル１３４における抗菌性物質に対するサンプルの感受性を評価する。酸化還元および濁度の値が、各パネルにおける各ウェル１３４について、各ウェルで取られた赤、緑および青の読取りに基づいて、上で論じたように２０分の時間間隔で計算される。同時非線型アルゴリズムモデルが、実験的に得られた酸化還元および濁度読取りから開発され、このアルゴリズムをコントローラ１９２が使用して、各ウェル１３２における酸化還元状態および微生物密度（濁度）を予見する。コントローラ１９２は、各ウェル１３２について計算された酸化還元状態および濁度の値を、インキュベーション時間に関してグラフ形式に整理することができる。単一のウェル１３２についてのＥ．ｃｏｌｉについて計算された酸化還元および濁度の成長曲線の一例を、図９に示す。
【００５２】
上で述べたように、ウェル１３２におけるサンプルの酸化還元状態は、レザズリンのような、ウェル１３２における抗菌性物質による成長指標の還元の結果として経時的に起こる、赤、緑および青の読取りの変化を利用することによって測定される。レザズリンが還元されるにつれて、ウェル１３２におけるサンプルの色が青から赤へ、透明へと変化する。この酸化還元における変化が数値的に連続体として表され、値「０」は、還元されなかった成長指標（青＝レザズリン）を示し、値「０．５」は、指標が５０％還元されたこと（赤＝レゾルフィン）を示し、値「１．０」は、指標が完全に還元されたこと（透明＝ジヒドロレゾルフィン）を示す。
【００５３】
濁度も、赤、緑および青の読取りを、酸化還元計算と同様の式において使用することによって推定される。最初の信号が値「０」を有し、最大２．２５の単位を推定することができる。濁度の単位は、マクファーランド単位（１マクファーランド＝３×１０８ｃｆｕ／ｍｌ）に対応する。
【００５４】
実際の赤、緑および青の読取りを使用して、酸化還元および濁度の値を計算する方法の一例を、以下で実証する。この例では、サンプルウェルから最初の２０分の間隔で取られた赤、緑および青の読取りが、赤＝８７３、緑＝９５６および青＝２７０５である。次いで、処理が、１列４行の入力行列を、以下の表１のように生成する。
【００５５】
0004951174.tif 000002
【００５６】
入力行列の１行目に常に値１．００００が入ることに留意されたい。値２７０５．００００は青の読取りに等しく、値０．３２２７は、赤の読取りを青の読取りで除算すること（すなわち、赤／青）によって計算され、値０．３５３４が、緑の読取りを青の読取りで除算すること（すなわち、緑／青）によって計算される。この例では、青の読取りが、インキュベーションにおいて３６分が経過するまで開始値の２７０５に強制されることにも留意されたい。３６分の後のすべてのポイントが、この値で乗算される（２７０５／（青の信号＠３６分の前の最後のポイント））。次いで、結果が５５８と４４７４の制限に強制される。さらに、赤／青の値が最小値０．２０１２３２９および最大値１．８９３６９５９に強制され、緑／青の値が最小値０．３０９１６５５および最大値１．３０８４１１２に強制される。
【００５７】
次いで、処理は、式「入力行列＊酸化還元入力重み行列」、および、以下で論じるような数の１列５行の行列に達するための知られている行列乗算技術に従って、１列４行の入力行列を、４列５行の酸化還元入力重み行列で乗算する。酸化還元入力重み行列における２０個の値が計算され、過去の経験的データおよび観察に基づいてコントローラ１９２にプログラムされ、すべての読取りについてすべての時間間隔で一定のままになる。酸化還元入力重み行列の値の一例を、以下の表２に示す。
【００５８】
【表１】
0004951174.tif 000003
【００５９】
上の式「入力行列＊酸化還元入力重み行列」に従って計算された中間行列の値を、以下の表３に示す。
【００６０】
0004951174.tif 000004
【００６１】
中間行列のこれらの値、ならびに入力行列の値を使用して、１列９行の出力行列が作成される。具体的には、出力行列の１行目に値１．００００が入り、出力行列の２行目ないし６行目が、上の入力行列の各値の真数を、それぞれ以下の式に従って取ることによって計算される。
【００６２】
真数の値＝ｅｘ／（１＋ｅｘ）
ただし、ｘは行列からの各値である。出力行列の７行目ないし９行目には、入力行列の２行目ないし４行目の値が満たされる。したがって、出力行列の値は、以下の表４のように示される。
【００６３】
0004951174.tif 000005
【００６４】
次いで、以下の式および知られている行列乗算技術に従って、酸化還元の値が、１列９行の出力行列を、９列１行の酸化還元出力重み行列で乗算することによって計算される。
【００６５】
酸化還元の値＝出力行列＊出力重み行列
この例では、酸化還元出力重み行列の値を、以下の表５に示す。
【００６６】
【表２】
0004951174.tif 000006
【００６７】
酸化還元入力重み行列の値のように、酸化還元出力重み行列の値が計算され、過去の経験的データおよび観察に基づいてコントローラ１９２にプログラムされ、すべての読取りについてすべての時間間隔で一定のままになる。したがって、酸化還元の値が０．２３８４３５１６と計算される。次いで、この値が、図９のようにグラフにプロットされる。
【００６８】
これらの赤、緑および青の読取りに基づいた濁度の値が、類似の方法で計算される。つまり、次いで処理が、１列４行の入力行列を以下の表６のように生成する。
【００６９】
0004951174.tif 000007
【００７０】
酸化還元計算についての入力行列の値のように、濁度計算についての入力行列の値は、実際の赤、緑および青の読取りに基づく。入力行列の１行目には、常に値１．００００が入る。値２７０５．００００は青の読取りに等しく、値０．３２２７は、赤の読取りを青の読取りで除算すること（すなわち、赤／青）によって計算され、値０．３５３４は、緑の読取りを青の読取りで除算すること（すなわち、緑／青）によって計算される。この例では、青の読取りが、インキュベーションにおいて３６分が経過するまで開始値の２７０５に強制されることにも留意されたい。３６分の後のすべてのポイントが、この値で乗算される（２７０５／（青の信号＠３６分の前の最後のポイント））。次いで、結果が５５８と４４７４の制限に強制される。さらに、赤／青の値が最小値０．２０１２３２９および最大値１．８９３６９５９に強制され、緑／青の値が最小値０．３０９１６５５および最大値１．３０８４１１２に強制される。
【００７１】
次いで、式「入力行列＊濁度入力重み行列」、および、以下で論じるような数の１列５行の行列に達するための知られている行列乗算技術に従って、処理が、１列４行の入力行列を、４列５行の濁度入力重み行列で乗算する。濁度入力重み行列における２０個の値が計算され、過去の経験的データおよび観察に基づいてコントローラ１９２にプログラムされ、すべての読取りについてすべての時間間隔で一定のままになる。濁度入力重み行列の値の一例を、以下の表７に示す。
【００７２】
【表３】
0004951174.tif 000008
【００７３】
上の式「入力行列＊濁度入力重み行列」に従って計算された中間行列の値を、以下の表８に示す。
【００７４】
0004951174.tif 000009
【００７５】
中間行列のこれらの値、ならびに入力行列の値を使用して、１列９行の出力行列が作成される。具体的には、出力行列の１行目に値１．００００が入り、出力行列の２行目ないし６行目が、上の入力行列の各値の真数を、それぞれ以下の式に従って取ることによって計算される。
【００７６】
真数の値＝ｅｘ／（１＋ｅｘ）
ただし、ｘは行列からの各値である。出力行列の７行目ないし９行目には、入力行列の２行目ないし４行目の値が満たされる。したがって、出力行列の値が、以下の表９のように示される。
【００７７】
0004951174.tif 000010
次いで、濁度の値が、１列９行の出力行列を、９列１行の濁度出力重み行列で乗算することによって計算され、これは、以下の式および知られている行列乗算技術に従って行う。
【００７８】
濁度の値＝出力行列＊出力重み行列
この例では、濁度出力重み行列の値を、以下の表１０に示す。
【００７９】
【表４】
0004951174.tif 000011
【００８０】
濁度入力重み行列の値と同じように、濁度出力重み行列の値が計算され、過去の経験的データおよび観察に基づいてコントローラ１９２にプログラムされ、すべての読取りについてすべての時間間隔で一定のままになる。したがって、濁度の値が０．００４５９７４１と計算される。次いで、この値が、図９のようにグラフにプロットされる。
【００８１】
酸化還元および濁度の値が、各ウェルについて各時間間隔（すなわち、この例では２０分の時間間隔）で取られた読取りに基づいて、各ウェルについて計算され、これらの値が図９のようなグラフにプロットされる。局所回帰アルゴリズム（ＬＯＥＳＳ）が、経過期間に渡って各ウェル１３２について計算された酸化還元および濁度の値についての時系列データを平滑化する。この例のＬＯＥＳＳは、各局所回帰についてわずかに７つの読取りのみを使用する。時点を評価するには、少なくとも１つの読取りが、補間されている時点を通過することが必要とされる。ＬＯＥＳＳの式から、いかなる時点のいかなる読取りをも推定することができる。補間されたデータから、ウェルにおける成長を記述する一連の測定基準が計算される。すべての測定基準が、これらの平滑化かつ補間されたポイントから導出された時間または成長対照値に基づく。測定基準は、絶対値、一次導関数（速度）、二次導関数（加速度）および積分（曲線下の領域）のような、基本的関数から導出される。次いで、測定基準を使用して、汎用加法モデル（ＧＡＭ）によって、以下でより詳細に記載するように利用される一連の変数が導出される。これらの変数は、成長対照に対する様々な絶対値、最大値および割合である。以下の表１１に挙げたような、合計２７個の変数をＧＡＭで使用することができる。
【００８２】
【表５】
0004951174.tif 000012
【００８３】
次いで、処理がステップ１１１０に進行し、この間に、各試験パネル１３２における各成長対照ウェルについて計算された酸化還元状態が分析される。試験パネル１３２の成長対照ウェルについての最大酸化還元値が、所望の値、この例では０．０７を越えなかった場合、処理がステップ１１２０へ進行する。ステップ１１２０で、処理は、経過インキュベーション時間が、ある所望の持続時間、この例では１６時間に達したかどうかを決定する。ステップ１１２０で、処理は１６時間のインキュベーション時間以下が経過したと決定した場合、処理は、このパネル１３２についてステップ１０７０に戻り、上に論じたように繰り返す。しかし、ステップ１１１０で、処理が、１６時間を越えるインキュベーション時間がこの特定のパネル１３２について経過したと決定した場合、処理がステップ１１３０へ進行し、パネル１３２が、接種中であるか、または、非反応性のサンプルを含むとして不合格にされ、このパネルについての試験結果は報告されない。
【００８４】
ステップ１１１０で、処理が、試験パネル１３２の成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が０．０７より大きいと決定した場合、処理が、このパネル１３２についてステップ１１４０へ進行する。ステップ１１４０で、処理が、このパネル１３２の成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が所定の値、この例では０．２より大きいかどうかを決定する。このパネル１３２の成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が０．２より大きくない場合、処理が、このパネル１３２についてステップ１１５０へ進行し、経過インキュベーション時間が所定の値、この例では１６時間より長いかどうかが決定される。経過インキュベーション時間が１６時間以下であった場合、処理が、このパネル１３２についてステップ１０７０に戻り、上に論じたように繰り返す。しかし、ステップ１１５０で、処理が、経過インキュベーション時間が１６時間を越えたと決定した場合、処理がステップ１１６０へ進行し、試験パネル１３２が、不十分なサンプル成長を有するとして不合格にされ、この試験パネル１３２についての結果は報告されない。
【００８５】
上で論じたステップ１１４０に関して、処理が、試験パネル１３２についての成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が実際に０．２より大きいと決定した場合、処理がステップ１１７０へ進行し、処理が、たとえば図９のようなインキュベーション時間に関して、グラフの形式においてプロットされた、計算された酸化還元状態によって表現された曲線のタイプを評価する。具体的には、パネル１３２の成長対照ウェルの最大酸化還元の値に基づいて、処理は、成長対照ウェルについての酸化還元の値を表す曲線が、サンプルが低速または高速成長サンプルであることを示すかどうかを決定する。ステップ１１７０で、処理が、この曲線がクラス「ゼロ」の曲線として分類されると決定した場合、サンプルはまだ、低速または高速成長サンプルとして分類可能ではない。これは、十分なインキュベーション時間が、このサンプルについて経過していないからである。したがって、処理が、このパネル１３２についてステップ１０７０へ戻り、上に論じたように繰り返す。しかし、ステップ１１７０で、処理が、曲線分離が「ゼロ」以外であると決定した場合、処理がステップ１１８０へ進行する。
【００８６】
ステップ１１８０で、処理が、酸化還元状態を表す曲線がクラス「１」の曲線として分類できるかどうかを決定する。そうであった場合、処理がステップ１１９０へ進行し、コントローラ１９２が、適切なＧＡＭを、試験パネル１３２における各ウェル１３４について測定された酸化還元状態および濁度の値において実行して、特定のサンプル、および、試験パネル１３２のウェル１３４に含まれた抗菌性物質についてのＭＩＣ値を決定する。
【００８７】
ステップ１２００で、成長対照が指定されたしきい値を上回れば、試験パネル１３２の各ウェル１３４についてのサンプル成長の確率が、適切なＧＡＭに従って計算される。ＧＡＭが、各抗生物質について、種、ＭＩＣ値および抵抗機構のスペクトルを評価することによって開発された。
【００８８】
ＧＡＭは、各抗生物質および幅広いカテゴリーの微生物について特異的である（グラム陽性／グラム陰性）。各ＧＡＭが成長を予見するには、先に上の表１１において記載した２７個の変数のうち約５個を必要とするが、適切と見なされるだけの多数の変数を使用することができる。ＧＡＭは、以下に示すような多項式を使用して、モデルに含まれた各変数と、ウェルにおける成長を予見することにおけるその変数の寄与の間の関係を記述する。ウェル確率Ｐｋの計算は、単に、各変数および切片項についての多項式関数の和である。
【００８９】
【数１】
0004951174.tif 000013
【００９０】
上の式における各多項式関数は、表１１から選択された各変数に関連付けられた関数を表す。たとえば、ｆ１（ｘ１）は、特定の時間間隔での濁度曲線の一次導関数についての関数を表すことができ、ｆ２（ｘ２）は、その時間間隔での濁度曲線の二次導関数についての関数を表すことができる、等々である。
【００９１】
図１０は、変数とその予見の間の関係の一例を示すグラフである。次いで、これらの確率を使用してＭＩＣを決定し、以下のように報告されたＭＩＣについての信頼値を計算する。
【００９２】
試験パネル１３２における各ウェル１３４についての１組の成長確率がＧＡＭによって導出された後、ステップ１２１０で、可能な各ＭＩＣについて確率が計算される。このＭＩＣ確率は、ＧＡＭから得られた値に関するウェル確率の積である。以下の例は、試験パネル１３２におけるサンプルに関して、ある抗菌性物質について、１６μｇのＭＩＣについての確率を得るための計算を示す。この例では、生の確率が０．５２５になる。試験パネル１３２の５個のウェル１３４が、この抗菌性物質の異なる濃度を含み、これらの５個の各ウェルについての酸化還元および濁度の結果がＧＡＭによって使用されて、ＭＩＣが決定されることに留意されたい。
【００９３】
【表６】
0004951174.tif 000014
【００９４】
生の確率が得られた後、処理がステップ１２２０へ進行し、もっとも可能性の高いＭＩＣについての信頼値が計算される。これは単に、以下の式に示すように、ＭＩＣ値（ｋ）の生の確率（Ｐ）をすべての有効なＭＩＣ確率の和で割ったものである。
【００９５】
【数２】
0004951174.tif 000015
【００９６】
ＭＩＣおよび関連付けられた信頼値が計算されると、処理がステップ１２３０へ進行し、この情報がしきい値に関して評価される。しきい値を越えた場合、処理がステップ１２４０へ進行し、システム１００が、試験パネル１３２のウェル１３４のグループにおける特定の抗菌性物質に関して、試験パネル１３２における特定のサンプルについてのＭＩＣを報告する。システム１００は、ＭＩＣを、たとえば図１、図２および図６の表示画面１１６上に報告することができ、プリンタ（図示せず）を制御して印刷されたレポートを生成することもできる。
【００９７】
しかし、低い信頼値が得られた場合、処理がステップ１２５０へ進行し、ある持続時間のインキュベーションプロトコル（たとえば、１６時間）が経過したかどうかが決定される。インキュベーションプロトコルが経過していかなった場合、処理がステップ１０７０へ戻り、試験パネル１３２がインキュベーションを継続し、２０分毎の読取りの後に上述の処理に従って再評価される。他方では、最小しきい値がなお、インキュベーションプロトコルの終りで満たされていなかった場合、処理がステップ１２６０へ進行し、この間に、システム１００はこの抗菌性物質についてのＭＩＣを報告しないが、むしろ、ユーザが純度／実行可能性をチェックし、試験を繰り返すことを示唆するメッセージを提供する。
【００９８】
ＭＩＣ確率計算のより詳細な例を図１１に示した。これは、１μｇ、２μｇ、４μｇおよび８μｇの抗生物質濃度をそれぞれ有する４個のウェルについての計算である。この例のように、１μｇの抗生物質濃度を有するウェルについての成長の確率は、上述の多項式によって特定の時間間隔で取られた１組の読取りについて計算されたように、０．９である。２μｇ、４μｇおよび８μｇを有するウェルについての成長の確率は、それぞれ０．９、０．１および０．１である。次いで、５個の異なる成長確率が図のように表に入力され、値「０」が成長せずを表し、値「１」が成長を表す。つまり、表の１行目のように、成長が起こらない条件（すなわち、各ウェルについて「０」）が考慮され、ＭＩＣ値が最小濃度の１μｇ未満となることを意味する。２行目は、成長が１μｇのウェルにおいておこるが、他のウェルではおこらない条件を例示し、３行目は、１μｇのウェルにおいても２μｇのウェルにおいても成長が起こるが、それ以上高い濃度のウェルにおいては起こらない条件、等々、を示す。
【００９９】
次いで、４個の成長確率が各行について乗算されて、表の右側の有効成長パターン値の確率に達する。表の最上部の０．９または０．１の確率が成長の確率を表すので、これらの値が、成長せずの条件に対する１から減算されて、乗算において使用される値が提供されることに留意されたい。たとえば、１行目を考察すると、１μｇのウェル濃度についての成長の確率は、「０．９」である。しかし、成長がこのウェルにおいて起こらなかったので、乗算で使用される値は「０．１」（すなわち、１−０．９）である。これは、２μｇの濃度のウェルについても当てはまる。また、成長が４μｇおよび８μｇのウェルにおいて起こらなかったので、乗算において使用されたこれらのウェルについての値はそれぞれ「０．９」（すなわち１−０．１）である。したがって、乗算値は、０．１＊０．１＊０．９＊０．９＝０．００８１であり、これが、１行目のこの成長パターンが有効である確率である。
【０１００】
上の計算が各行について実行されて、表の右側の１列目の値が提供される。加えて、「局所」の成長パターン（すなわち、グラフにおける影付きのウェル）の確率が乗算されて、有効局所成長パターンの確率が提供される。この追加の計算を使用して、結果の精度が向上される。図のように、「４」のＭＩＣ確率を有する行（３行目）がもっとも高い確率を提供する。
【０１０１】
上に示したＭＩＣ信頼値の式を使用して、０．７２９の最高局所成長パターン確率が、それ自体および局所成長パターン確率の合計（すなわち、０．０８１＋０．７２９＋０．０９）で除算されて、図のように０．８１のＭＩＣ確率に達する。次いで、この値が所定のしきい値と比較される。この値が所定のしきい値を越えた場合、システムが、このサンプルについて「４」のＭＩＣ値を報告することができる。
【０１０２】
０．２５および０．５０の抗生物質濃度を有するウェルを考慮した、別の表の一例を図１２に示す。確率、ＭＩＣ値およびＭＩＣ確率が、上に記載した方法と同じ方法で計算される。
【０１０３】
図８のステップ１２４０において結果を報告する前に、処理は、同じＭＩＣ値が所望の数の連続的な、たとえば３つの時間間隔について決定されるまで、報告を遅延させることができることにも留意されたい。つまり、異なる抗生物質濃度を有するウェルについての酸化還元の値を示す図１３のグラフから理解されるように、より高い濃度のウェルにおける成長の起こりを遅延させることができる。たとえば、１μｇの抗生物質濃度を有するウェルにおける成長を、０．５μｇの抗生物質濃度を有するウェルにおいて成長が起こった数時間後に起こすことができる。したがって、この値が、所望の数の連続的な間隔、または、ある数の連続的な間隔内の所望の回数（たとえば、５個の連続的な間隔のうち３回）について決定されるまで、ＭＩＣ値を報告することを避けることによって、結果の精度を高めることができる。この遅延により、より低いＭＩＣ値が不注意により報告される確率が低減される。
【０１０４】
試験パネル１３２における各抗菌性物質についてのＭＩＣをサンプルについて報告できるように、図８のステップ１２００ないし１２６０が、各タイプの抗菌性物質を含む各グループのウェル１３４について適切なように繰り返されることに留意されたい。
【０１０５】
このとき、図８のステップ１１８０の説明に戻ると、ステップ１１８０で、処理が、ウェル１３４についての酸化還元の値を表す曲線がクラス「１」の曲線でないと決定した場合、処理がステップ１２７０へ進行し、パネル１３２の成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が、特定の値、この例では０．４以下であるかどうかを決定する。成長対照ウェルの酸化還元状態の最大値が０．４未満でなかった場合、サンプルが低速成長サンプルであると決定される。したがって、処理がステップ１２８０へ進行し、コントローラ１９２が、試験パネルのウェル１３４についての酸化還元および濁度のデータを評価するために使用する適切なＧＡＭを選択する。次いで、処理がステップ１２１０へ進行し、ＭＩＣ値が上述のように決定される。
【０１０６】
しかし、ステップ１２７０で、処理が、パネル１３２の成長対照ウェルについての最大酸化還元状態が０．４以下であると決定した場合、処理がステップ１２９０へ進行し、パネル１３２の経過インキュベーション時間が所定の値、この例では８時間と比較される。経過インキュベーション時間が８時間以下であった場合、処理がステップ１０７０へ戻り、上述のように継続する。しかし、処理が８時間を越えた場合、処理がステップ１３００へ進行し、コントローラ１９２が、試験パネルのウェル１３４についての酸化還元および濁度のデータを評価するために使用する適切なＧＡＭを選択する。次いで、処理がステップ１２１０へ進行し、ＭＩＣ値が上述のように決定される。
【０１０７】
先に述べたように、上述の処理が、図２および図３のカルーセル１２４によって回転されている各試験パネル１３２について実行される。すべての試験パネル１３２が評価され、それぞれのサンプルに関係するＭＩＣ値が報告された後、図６のコントローラ１９２がヒータ２２８およびヒータ送風機２３０を制御して、内部室１１５の加熱を中断させる。コントローラ１９２はカルーセル１２４も制御して回転を停止させ、ドア１１２のラッチを解く。次いで、技術者が試験パネル１３２を除去し、望むなら、新たに一連の試験を、新しい試験パネル１３２を使用して開始することができる。
【０１０８】
本発明のただ１つの例示的実施形態を、上で詳細に記載したが、本発明の例示的実施形態において、本発明の新しい教示および利点から実質的に逸れることなく多数の修正が可能であることは、当業者には容易に理解されよう。このようなすべての修正は、以下の特許請求の範囲において定義されたような本発明の範囲内に含まれると意図されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による、サンプルを分析してそれらの抗菌物質感受性を決定するためのシステムを例示する図である。
【図２】図１に示されるシステムのカルーセルハウジング部を例示する図である。
【図３】図２に示されるカルーセルハウジング部の、格納容器の最上部を除去した平面図である。
【図４】（Ａ）は、図１に示されるシステムで使用された試験パネルの一例の斜視図であり、（Ｂ）は、図１に示されるシステムで使用された試験パネルの一例の平面図であり、（Ｃ）は、図１に示されるシステムで使用された試験パネルの一例の底面図である。
【図５】図１に示されるシステムのサンプルウェル読取り構成要素の線図である。
【図６】図１に示されるシステムの機械的および電気的構成要素の間の相互関係を例示する概略図である。
【図７】図１に示されるシステムによって実行される、図４の（Ａ）ないし（Ｃ）に示された試験パネルのサンプルウェルに含まれたサンプルを分析するためのステップを示す流れ図である。
【図８】図１に示されるシステムによって実行される、図４の（Ａ）ないし（Ｃ）に示された試験パネルのサンプルウェルに含まれたサンプルを分析するためのステップを示す流れ図である。
【図９】図１に示されるシステムによって計算されたような、試験パネルの１つのサンプルウェルに含まれたサンプルについての酸化還元状態および濁度の値を例示するグラフである。
【図１０】サンプルの成長の確率の変数およびその指標の間の関係を例示するグラフであって、図１に示されるシステムによって評価されてサンプルについてのＭＩＣ値が導出される図である。
【図１１】本発明の一実施形態により計算された、一例のＭＩＣ値および確率を例示する表である。
【図１２】本発明の一実施形態により計算された、別の例のＭＩＣ値および確率を例示する表である。
【図１３】経過インキュベーション時間に関して異なる抗生物質濃度を有するウェルについての酸化還元値の間の関係を例示するグラフである。
【符号の説明】
１００  システム
１０２  測定計器
１０４    格納容器
１０６    カルーセルハウジング部
１０８    コントローラハウジング部
１１０    ワークステーション
１１２    ドア
１１４    ラッチ機構
１１５    内部室
１１６    表示パネル
１１８    キーボードパネル
１２０    コンピュータ可読媒体ドライブ
１２１、１２２    バーコード読取り器
１２４    カルーセル
１３２    試験パネル
１３４    ウェル
【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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【図１３】
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