专利名称：对生物有机体进行时间相关的显微镜检查的系统和方法
对生物有机体进行时间相关的显微镜检查的系统和方法
背景技术：
抗生素敏感性测试是一项非常重要的技术，被广泛用于医院、健康门诊、食品和饮品生产工厂等。大量的不同化学制品和标准程序以及执行的海量测试每年给得益于广泛增长的微生物的巨型工业提供了广阔的空间。一些测试为非直接型测试，即测量或观察微生物活性的衍生物的存在，诸如排泄物或氧化还原指示剂，而不是直接观察微生物活性。例如医院中的执行抗生素敏感性测试的成本非常高且在不断增加。此外，长达6天的测试培养期会引起较大的问题，因为治疗无法等待这么长的反应时间。当结果出来时患者有可能已经死亡。因此医生通常开出广谱抗生素以在结果出来前立即开始治疗。如果能够快速得到结果(在几小时之内)，则可以使用直接针对病因的窄谱抗生素，从而使形成抗生素耐药性的风险大致降至最低。 最常实施的敏感性测试中的一种是测试尿液以检测尿路感染(UTI)。尿液本身是很好的培养基，在处理尿液样本时必须小心地防止细菌对尿液的污染。另外，即使测试结果的可靠性不会受到影响，也必须在1-2小时内在实验室中开始测试。为了降低医疗保健系统的成本，许多小实验室已经关闭，仅留下了几所通常位于医院中的较大的实验室。因此，尿液样本必须在1-2小时内送达中心实验室，这在重点医院是没有问题的，但是当样本是在初级医疗单位获得时，到实验室的距离和运送时间很成问题。在这种情况下，必须冰冻尿液样本并将其保持在专用容器中，直至到达实验室。即使是在实验室附近的医院中，还是最好在获得样本后立即开始敏感性测试，因为这会使发送测试结果的时间最小化。因此，需要一种小型且容易操作的用于在医护点本地实施敏感性测试的设备。微生物的敏感性测试包括若干级测试。其中一级是确定出现在样本中的微生物的类型，例如细菌、真菌、原生动物、藻类或病毒。测试中的另一级是确定哪种类型的抗生素可用于消灭该微生物。抗生素的类型可包括窄谱或广谱抗生素以及比较专门的类型。类似地，测试可确定同一类型但来自不同生产商的药品中最佳的药品。另外，于此相关的是测试微生物对各种不同环境的反应，诸如需氧生物和厌氧性生物，在一些情况下甚至在含磷的环境中。一些情况下可能会需要测试不同营养等级和组合的影响，尤其是当寻找特定类型的微生物时。当确定好消灭微生物的最佳抗生素时，重要的是确定使用的抗生素浓度。通常测试至少5种不同的浓度，甚至高达15种或更多不同的浓度以确定最优化的浓度。浓度测试结果可为MIT-最小抑菌浓度，其表示阻止微生物生长所必须的抗生素浓度。如果所使用的浓度低于MIT，则抗生素仅消灭微生物中的一部分，剩余微生物会产生对抗生素的耐药性或敏感性的后续风险。通常，通过将候选抗生素分成耐药、中间、敏感来描述测试结果。目前的测试方法需要使用大量不同的化学制剂和标准程序。美国的标准由临床和实验室标准化协会(CLSI)制定。该标准描述了测试细节，诸如如何设置测试，包括注入(浓度)、隔离距离、温度、生长结果的检查、培养期。测试培养期可从几小时(例如16-24小时)至几天(例如3-6天)。微生物的培养过程中通常使用3步法。第一步是培养初级培养物。当获得质量足够高的培养物时，选择一个或多个单体培养物并隔离。然后在次培养单体培养物以获得足够大量的微生物以进行最后一步一在包括不同类型和浓度的抗生素的陪替氏培养皿或类似物中培养微生物。这三个步骤通常手动执行，因此在人力上较为昂贵，并且从获得初级培养物到敏感性测试开始的时间通常为很多小时或几天。上述敏感性测试的复杂性表明了设备能够将测试时间从多个小时最好降至仅几个小时甚至几分钟的好处。此外，使用比如今见到的更多的自动化测试程序也是有好处的，可最小化实验室中的手工操作。最后，每个测试的成本的显著降低对医疗保健系统的所 有部分都具有极大的益处。为了克服上述问题中的至少一部分，已经提出了不同的解决方案。其中一个这样的解决方案是US 6153，400，用于微生物抗生素敏感性测试的装置和方法，Matsumura等。Matsumura提供了一种用于实施微生物抗生素敏感性测试的方法和设备，包括一次性的、多腔敏性感盘和自动化盘操纵器以及图像获取和处理仪器。用微生物对敏感性盘接种，并施加抗菌剂，从而使微生物暴露在各种浓度或阶梯浓度下的每种抗菌剂中。然后将该盘放入监控并测量微生物生长的仪器中。该数据被用于确定微生物对于抗生素的敏感性。这种系统通过使用根据报道的标准化的固态媒质和纸片扩散法(Kirby-Bauer)，使抗菌剂敏感性测试自动化。该系统是部分自动化的，但是用琼脂碟子做扩散测试。Wertz等的US 4，448，534，抗生素敏感性测试，示出了另一种方法。提供了一种用于自动电子扫描容有多种液体样本的多井碟子中的每个井的设备。优选为单光源的光源穿过多个井，到达光电管阵列，每个光源对应一个井。还有接收光的校准或比较光电管。电子设备依序读取每个光电管，快速地完成扫描而不进行任何部件的物理移动。将得到的信号与从比较光电管得到的信号相比较，或与其他信号或存储的数据相比较，做出结论并将结论显示或打印出来。从而实现最小抑菌浓度(MIC)的药物和微生物的鉴别。根据US4，448，534的设备无需所述生物有机体的光学断层。另一种系统是美国专利申请US 2005/0068614。显微镜检查系统具有一个台，台上放置有包括观察对象和透明构件的观察样本，面对观察样本放置的物镜放置在台上，调焦单元至少移动该台和物镜中的一个以执行聚焦操作，自动聚焦单元通过所谓的TTL系统控制调焦驱动单元。通过自动聚焦单元完成对透明构件完成自动聚焦后，调焦驱动单元使所述台和物镜中的至少一个移动预定的常数量。根据美国专利申请US 2005/0068614的设备不会产生所述生物有机体的光学断层。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于微生物敏感性测试的系统和方法，相比于已有的系统和方法其能够克服一些前述的缺点，并提供快速、可靠和成本高效的结果。该方法可直接用于临床材料，或简单制备后的临床材料，诸如稀释，诸如合适的基底，混合，离心或过滤。该系统能够根据初级临床样本直接快速确定细菌的抗菌剂耐药性，无需对临床样本中出现的单个制剂预先隔离。因此该系统仅在一个培养步骤中就能够确定优化的抗菌剂使其被选择用于感染的治疗，不需要惯常的培养初级培养物、选择单体培养物群以及繁殖和再培养、将所得材料进行常规耐药性测试并用于另一次培养的步骤。在一个实施例中，该系统和方法可被用于快速、可靠地测试被细菌感染的尿液样本以确定对不同抗生素的敏感性。已经发现，与常用在医疗保健机构中的其他系统相比，本发明的系统和方法是有益的，因为其快速且成本效率更高，且同时降低了对样本的人力和手工操作的需要。在本发明的一个实施例中，该系统和方法可被用于通过在类似于有机体的天然发生地的环境中监控单个样品一段时间，来研究不同种类的显微可见生物有机体。当使用传统的显微镜监控显微可见的生物有机体时，有机体必须以非常薄的层状形式放置在显微镜载玻片上。该薄层使有机体失去了自由活动的空间，通常无法控制营养素、氧水平、PH值等 方面的环境。本发明克服了这些缺陷中的至少一部分。显微可见的生物有机体可出现在诸如排泄物，来自皮肤表面、病变表面，浆膜表面或粘膜表面的交换样本，尿液，淋巴，脓汁，痰，渗出液，分泌液，诸如乳汁、汗、唾液、泪液、月旨肪排放物，鼻涕或其他粘膜排放物的腺体分泌物，血液，脑脊髓液，肿瘤组织，来自任意组织的活组织材料，细胞外液，血清，血浆的临床材料中。因此，根据本发明的一个实施例，提供一种确定描述液体样本中的单个生物有机体的微生物活性的至少一个参数的值的系统。该系统包括光学探测组件，该光学探测组件包括至少一个适于获取图像的图像获取装置，其中单个生物有机体可被鉴别。该系统还包括至少一个样本装置和至少一个平移单元，其中样本装置包括至少一个用于盛装液态样本的样本容器，平移单元布置为使所述样本装置和所述光学探测组件相对于彼此移动。该系统还包括控制单元，用于控制所述光学探测组件和所述平移单元以获取图像，形成在所述液体样本中的生物有机体的至少第一光学断层。图像分析装置被布置成分析所述第一光学断层，所述图像分析装置包括适于确定描述每个样本容器中的所述单个生物有机体的微生物活性的所述至少一个参数的所述值的算法。在一个实施例中，控制单元适于从所述样本依次获取光学断层，诸如所述第一光学断层和至少第二光学断层。本发明的一个目的是通过一种用于液体样本中的微生物活性的方法而提供的。该方法包括依次获取的所述液体样本的多个光学断层，并从所述多个断层中选择第一和第二光学断层。对每一光学断层的至少一个参数的值计算，并确定该至少一个参数在所获取的这两个光学断层之间是否发生改变。该方法还包括从所述至少一个参数的所述值的所述改变中确定所述液体样本中的所述微生物活性。本发明的一个目的是通过一种用于确定液体样本中的微生物活性的方法提供的，所述方法包括获取所述液体样本的至少一个光学断层并从所述至少一个光学断层中选择第一光学断层。该方法还包括对第一光学断层计算至少一个参数的值，并从所述至少一个参数的所述值中确定所述液体样本中的微生物活性。在本发明的上下文中，原则上参数可以是任何可测量的参数，例如但不限于细胞分裂率，细胞发育能力，存活/死亡率，布朗运动，新陈代谢率，形态，生长系数，动力学或聚集行为。参数可被理解为单个值、若干值的组合甚至若干参数的组合。在本发明的上下文中，短语“生物有机体”可指单个生物有机体和例如多个生物有机体，诸如小的或大的生物有机体群。因此，根据本发明的方法和系统可被用于确定描述液体样本中的一个生物有机体的微生物活性的至少一个参数的值，以及用于确定描述液体样本中的多个单个生物有机体的微生物活性的至少一个参数的值。微生物活性可被理解为由细胞分裂、细胞运动、代谢导致的对环境的改变、细胞死亡等产生的活性，其形成显微可见有机体的数量的改变，单个有机体或有机体团簇的尺寸的改变，或有机体位置或运动的改变。因此微生物活性可被广义地理解为对单个显微可见有机体或者一组或多个显微可见有机体的各种可探测到的改变。本发明的系统包括光学探测组件。该光学探测组件包括至少一个由CXD照相机或CMOS照相机构成的图像获取装置。光学探测组件还包括透镜、棱镜、光阑、光圈和其他显微镜中常用的光学部件。光学探测组件可适于获取其中单个生物有机体可被鉴别的图像。美 国临时申请US61/146，850中描述了光学探测组件的一个实施例，其中提供用于获得相对于样本装置而布置的样本的多个图像的设备。该设备包括至少第一光学探测组件，该第一光学探测组件包括至少第一图像获取装置。该第一光学探测组件具有光轴和目标平面。该目标平面包括图像获取区域，通过第一图像获取装置可在该区域可探测到电磁波以作为图像。该设备还包括至少一个平移单元和外壳，平移单元被布置为将样本装置和第一光学探测组件彼此相对移动，外壳被配置为支撑所述第一光学探测组件和平移单元，其中所述第一光学探测组件和所述平移单元被布置成使得所述样本装置的至少一部分与所述图像获取区域相交。样本装置和第一光学探测组件之间沿着扫描路径相对移动，该路径相对于光轴限定了角度theta，该角度大于零。US 61/146，850也公开了一种用于获得样本的多个图像的方法。该方法包括将所述样本相对于样本装置布置，并将所述样本装置相对于用于获得多个图像的设备布置。该设备包括至少第一光学探测组件，该第一光学探测组件具有至少第一图像获取装置。该第一光学探测组件具有光轴和目标平面，该目标平面包括图像获取区域，通过第一图像获取装置可在该区域可探测到电磁波以作为图像。图像获取区域与所述样本的至少一部分相交。样本装置和所述第一探测组件沿第一扫描路径在扫描长度上相对移动。扫描路径和光轴一起限定一角度theta，该角度大于零。该方法还包括获得所述多个图像。在US 61/146，850中，还公开了一种用于获得样本的多个图像的系统。该系统包括样本装置和具有至少第一光学探测组件的设备，该光学探测组件包括至少第一图像获取装置。该设备的第一光学探测组件具有光轴和目标平面。该目标平面包括图像获取区域，通过第一图像获取装置可在该区域可探测到电磁波以作为图像。该系统的该设备还包括至少一个平移单元和外壳，平移单元被布置为将样本装置和第一光学探测组件彼此相对移动，外壳被配置为支撑所述第一光学探测组件和平移单元，其中所述第一光学探测组件和所述平移单元被布置成使得所述样本装置的至少一部分与所述图像获取区域相交。样本装置和第一光学探测组件之间沿着扫描路径相对移动，该路径相对于光轴限定了角度theta，该角度大于零。原则上，US 61/146,850的扫描路径可包括目标平面和样本之间的任意移动。尤其是，扫描路径可包括大致直的扫描线，其布置为沿着扫描轴。该扫描路径还可有大体旋转移动来限定，在这种情况下theta为所述光轴与所述移动的局部切线之间的夹角。在一个实施例中，扫描路径被限定成平面，诸如直线，圆形运动，螺旋形运动或其他任何合适的路径。在一个实施例中，在图像获取期间生物有机体仍然是停滞的。在本发明的上下文中，短语“基本停滞”是指有机体在不同种类的液体样本中的移动不会影响样本参数的确定的情况，诸如样本中的有机体的参数。在一个实施例中，基本停滞是指以下情况有机体在一系列空间移位图像中获取两个相邻图像之间所经历的时间段中的移动远小于这两个相邻图像之间的距离，诸如该距离的十分之一。在一个实施例中，基本停滞是指以下情况在获取所述图像的至少一部分期间没有所述液体样本的大量流动。在对细胞及其内容物成像的一个实施例中，细胞的移动可被局限在一定范围内，由此可获得足够锐利的图像，以确定与例如细胞核相关的细节。在适于确定与细胞有关的参数实施例中，术语“基本停滞”意味着所述细胞在获取图像期间的移动可被局限在景深(DOF)或DOF的一部分中，诸如DOF的千分之一，诸如DOF的百分之一，诸如DOF的十分之一，诸如DOF的三分之一。DOF的范围可在0. I微米至200微米之间。在停滞情况下，有机体在液体样本中的移动可小于0. 001微米每秒，诸如小于0. 01微米每秒，诸如小于0. I微米每秒，诸如小于I微米每秒。在该实施例中，有机体的参数可以是细胞核的数量和尺寸或者细胞中的细胞核之间的距离。在一个实施例中，有机体的细节对例如有机体的计数影响较小，因此对有机体移动的限制使得有 机体的计数不会收到移动的影响。因此被计数的有机体的移动可小于I毫米每秒，诸如小于100微米每秒，诸如小于10微米每秒，诸如小于I微米每秒，诸如小于0. I微米每秒。此处景深被限定为，从成像光学元件开始，从焦平面的移动基本不影响对象成像的距离范围内。焦平面被限定为获得最佳像清晰度的平面。术语“基本不影响”暗指所评估的表征对象特征的参数基本未受移动的影响。在一个实施例中，“基本不影响”意味着在景深内给定位置的点源的强度分布的FWHM (半高宽)与焦平面中的点源的强度分布的FWHM之间的比率小于5，诸如小于2，诸如小于I. 5，诸如小于I. 25，诸如小于I. I，诸如小于I. 05。本发明的系统包括至少一个样本装置，该样本装置包括至少一个用于盛装液态样本的样本容器。样本装置可由玻璃材料和/或塑料材料制成。在一个实施例中，该材料对用于获取光学断层的电磁辐射的波长基本透明。样本装置可以是仅一次性使用的置换单元，尽管其可由可以再度使用的材料构成，如玻璃。样本容器中液体样本的量的范围可在0. I微升至100微升。样本装置中的样本容器的数量可根据应用而改变。仅含有一个样本容器的样本装置例如可被用在用于监视单个生物有机体的实施例中。包括若干个样本容器，例如20个容器的样本装置可被用于敏感性测试。所述样本装置上的样本容器的数量N_t可等于 2，3，4，5，6，8，9，10，12，14，15，16，18，20，21，22，24，25，26，27，28，30 或多于 30。在一个实施例中，N_t个样本容器被布置成一行或多行，诸如每行中有相同数量的样本容器。样本容器可包括用于使液体进入样本容器的入口，还可包括用于在液体引入过程中使过量的液体或气体排除的出口。如果样本装置被再次与液体样本的新样本一起使用，该出口还可被用于取出样本。样本容器可具有敞开的密封，即至少在一个方向上是敞开的，在这种情况下，容器可被认为是井型容器，或者样本可具有基本闭合的密封，即除可选的入口和出口以外在所有方向上基本闭合，在这种情况下其可被认为是试管型容器。在获取光学断层时样本可以是液体形式。在本发明的上下文中，如果样本可通过重力流动到样本容器中或通过使用毛细力驱动到样本容器中，则样本被认为是液体形式。液体样本可体现为凝胶。在本发明的上下文中，凝胶为固体的、类似于果冻的材料，其可具有从柔软并脆弱到坚硬并坚韧范围内的特性。凝胶在处于稳态时基本不显示流动性。凝胶大部分的重量为液体，但是其行为类似固体。样本容器中的样本的光学断层包括至少一个图像。光学断层还可包括若干图像，诸如10幅图像或甚至更多，诸如25、40、60或更多。本发明的系统包括平移单元，用于使所述样本装置和所述光学探测组件相对于彼此移动。这可通过将所述样本装置相关于支撑件配置而完成，其中支撑件能够在固定光学探测组件不动的同时与系统的其余部分相对运动，或者反过来通过使样本装置的支撑件固定不动同时相对于系统的其余部分移动光学探测组件而完成。样本装置和图像获取可相对于系统的其余部分同时移动。在一个实施例中，其中可仅在一个样本容器中实施测量，平移单元可被控制为相对于光学探测组件仅在获取用于光学断层的图像时以较小的步幅移动样本装置。步幅的大小可低于约1000微米，诸如低于约100微米，诸如低于约10微米，诸如低于约I微米，诸如 低于约0.1微米。该小步幅在步幅与步幅之间可具有改变。步幅的长度可确定为等于DOF或其一部分，或者其可等于k倍的D0F，其中k大于I. O。在另一个实施例中，其中可依次在若干个样本容器中实施测量，平移单元可被控制为相对于光学探测组件在依次从一个容器移动到下一个时以较大的步幅相对于光学探测组件移动样本装置，而在样本容器中获取用于光学断层的图像时保持较小的步幅。在本发明的第一个实施例中，图像分析装置分析从样本容器中获取的图像和光学断层。给定样本的光学断层，通过第一算法，不论是细胞、细菌或其他感兴趣的对象等相关对象可被提取以供进一步的研究，该第一算法包括I.对光学断层中的每一像素施加判定函数，将每一像素归类成对象或背景。判定函数可例如基于当前像素周围的局部对比度。2.将来自每个光学断层的图像的对象像素相结合以形成单个对象的聚焦堆叠。对象聚焦堆叠包括对象在不同焦平面中所成的一个或多个图像。如果使用美国临时申请US61/146，850中描述的倾斜光学系统获取光学断层，构件对象聚焦堆叠时必须小心。3.对于每个对象的聚焦堆叠，可使用施加到对象聚焦堆叠中的每个图像的聚焦函数确定最佳聚焦的点。在一个实施例中，当前对象为振调幅对象，像素强度的不同可被用作聚焦函数。在图像最大变化处，该对象可被称之为在焦点上。该图像可被提取以供进一步研究。在本发明的一个实施例中，图像分析装置包括适于确定细胞分裂率的算法。给定一组样本的等距或非等距时间间隔上的光学断层，使用第一算法通过提取相关细胞来计算细胞分裂率。计算对于每个提取的对象的关于细胞的参数。这可以例如为子成分的数量、对象面积、对象周长、二进制骨架的尺寸等。可计算对于光学断层中的所有对象的参数值的平均值。对于当前样本的所有光学断层重复该过程。通过观察平均值如何随时间变化，可得到细胞分裂率。也可以考虑平均参数值以外的其他统计学测量，诸如中间值、方差或其他高阶和/或非线性统计测量。
在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定细胞发育能力的算法。给定样本的单个光学断层，可通过首先施加上述方法以提取相关对象的聚焦堆叠，从而确定细胞发育能力的程度。通过考虑诸如聚焦函数行为、焦点中的对象的强度分布、对象的整个对比度、一些生物着色的反应等，对每个对象计算发育能力。对堆叠中的所有检测到的对象施行该处理，可使用诸如平均值等统计学测量来评价样本中的细胞的整体发育能力。在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定存活/死亡率的算法。给定一组样本的等距或非等距时间间隔上的光学断层，使用第一算法通过提取相关细胞来计算存活/死亡率。可以计算对于每个提取的对象关于存活/死亡率特性的参数。这可以例如为聚焦函数行为，对象在焦点的强度分布，对象的整个对比度，一些生物着色的反应等。可计算对于光学断层中的所有对象的参数值的平均值。对于当前样本的所有光学断层重复该过程。通过观察平均值如何随时间变化，可确定存活/死亡率。也可以考虑平均参数值以外的其他统计学测量，诸如中间值、方差或其他高阶和/或非线性统计测量。
在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定布朗运动的算法，其中布朗运动通过计算而确定。给定样本的单个光学断层，可通过首先施加上述方法以提取相关对象的聚焦堆叠，从而确定布朗运动的程度。对于每个对象聚焦堆叠，可通过考虑对象的质心在不同焦平面上的移动来计算运动程度。对堆叠中的所有检测到的对象施行该处理，可使用统计学测量来评价该运动是否为布朗运动，或样本中例如是否存在对象的所需流动方向。在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定形态参数的算法。给定样本的单个光学断层，可通过首先施加上述方法以提取焦点中的相关对象，从而确定样本中的对象的形态参数。对于焦点中的每个对象，可确定各种形态参数，例如子组分的数量，形状因子，对象周长，圆形度，粒度，圆方差等。对堆叠中的所有检测到的对象施行该处理，可使用统计学测量来计算样本中的对象的整体形态参数。在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定形态参数随时间的改变的算法。给定一组样本的等距或非等距时间间隔上的光学断层，使用所述第一算法通过提取相关细胞来计算细胞分裂率。可以计算对于每个提取的对象的关于细胞的参数。这可以例如为子成分的数量、形状因子、对象周长、圆形度，粒度，圆方差等。可计算对于官学断层中的所有对象的参数值的平均值。对于当前样本的所有光学断层重复该过程。通过观察平均值如何随时间变化，可确定形态随时间的变化。也可以考虑平均参数值以外的其他统计学测量，诸如中间值、方差或其他高阶和/或非线性统计测量。该系统和方法可适于确定生物有机体的生长系数。可确定生长系数以例如提取关于生物有机体的生长如何受生长条件的影响，诸如样本环境和/或影响生物有机体的一种或多种试剂的引入。在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定生长系数的算法。给定一组样本的等距或非等距时间间隔上的光学断层，可使用所述第一算法通过提取相关细胞来计算细胞分裂率。计算对于每个提取的对象的关于细胞的参数。这可以例如为子成分的数量、对象面积、对象周长、二进制骨架的尺寸、形状特征等。可计算对于官学断层中的所有对象的参数值的平均值。对于当前样本的所有光学断层重复该过程。通过观察平均值如何随时间变化，可确定生长曲线。也可以考虑平均参数值以外的其他统计学测量，诸如中间值、方差或其他高阶和/或非线性统计测量。
在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定动力学的算法。给定样本的单个光学断层，可通过首先施加上述方法以提取相关对象的焦点堆叠，从而确定样本中的对象的动力学。对于每个对象聚焦堆叠，可通过追踪对象的质心在不同焦平面上的移动来计算运动程度。这可以通过施加简单的2D图像关联而实现。从这以后，可提取各种动力学参数，运动方向，速率等。对堆叠中的所有在光学断层中检测到的对象施行该处理，可使用统计学测量来计算样本中的对象的整体动力学特征。在一个实施例中，图像分析装置包括适于确定聚集行为的算法。给定单个对象图像堆叠，可通过考虑聚焦函数来分析聚集行为。可确定各种测量，例如聚焦曲线的形态可揭示光学特征，诸如对象为振幅对象还是相位对象。还可以实施其他测量，诸如聚焦曲线的宽度。该系统还包括控制单元，诸如计算装置，如PC或类似物。控制单元可以为专门的 计算装置，该计算装置包括处理器、RAM、外部连接装置，诸如USB连接装置。控制单元可以为位于例如根据本发明而构建的显微镜的外壳外侧的外部单兀。在本发明的一个实施例中，光学探测组件还包括图像照明装置。照明装置可包括激光器，二极管激光器，LED灯泡，白光光源或极化光源，但是其他光源也应该被认为在本发明的范围内。图像照明装置可通过控制单元控制，以在图像获取期间对样本容器照明。在本发明的一个实施例中，对液体样本施加外部激励。该系统可包括用于提供对所述样本容器中的液体样本的激励的激励装置。该激励可以例如为向样本提供电磁场，向样本提供磁场或电场，或可以是向样本施加的声波。在一个实施例中，显微可见的生物有机体在激励中被成像，以确定有机体的能够有有助于识别有机体的种类的特性的特殊行为。激励装置可由控制单元控制以在图像获取期间激励样本容器，或可激励样本容器较长时间以产生有机体行为的更持久的改变。在本发明的一个实施例中，该系统还包括液体样本环境控制装置。液体样本环境控制装置可适于控制所述液体样本中的生物有机体的物理环境，诸如所述液体样本的温度。液体样本环境控制装置还适于控制所述液体样本的化学环境，诸如pH值，营养水平，诸如氧气、但其、氢气和二氧化碳等气体的分压，含盐量，诸如Li+，Na+和Ka+等碱金属离子的水平，诸如Mg2+和Ca2+的碱土金属的水平。原则上本发明可被用于确定与任意生物有机体的微生物活性相关的参数。在本系统和方法的一个实施例中，生物有机体选自如下组细菌，古细菌，酵母，真菌，花粉，病毒，诸如粒性白细胞、单核白细胞的白细胞,红细胞,血小板,卵母细胞,精子,受精卵或干细胞。临床材料中含有的生物有机体可选择如下的组排泄物，来自皮肤表面、病变表面，浆膜表面或粘膜表面的交换样本，尿液，淋巴，脓汁，痰，渗出液，分泌液，诸如乳汁、汗、唾液、泪液、脂肪排放物，鼻涕或其他粘膜排放物的腺体分泌物，血液，脑脊髓液，肿瘤组织，来自任意组织的活组织材料，细胞外液，血清，血浆的临床材料中。大体上，生物有机体可被包含在任意种类的液体样本中，诸如牛奶，啤酒，碳酸饮料，果汁，用于发酵工艺的液体，油，水质样本，诸如从市政或工业用水的各个处理阶段以及废水处理设备中提取的水，瓶装水，自然环境中提取的水，诸如湖泊、河流或海洋，来自实验室装置或生产设备的水。本发明还可用于相对于非生物颗粒而识别生物颗粒，以及相对于死亡的生物有机体识别出存活的生物有机体。微生物活性包括所述生物有机体对抗生素制剂的微生物敏感性。在本发明的一个实施例中，至少一个样本容器中注入至少第一制剂。可在所述液体样本被引入到所述样本容器之前完成注入，或者将液体样本引入样本容器后，即在所述液体样本在所述样本容器中时，进行注入。该制剂可以为旨在消灭容器中的生物有机体的抗生素制剂，或者可以是旨在用于辅助生物有机体生长的营养剂。该制剂还可以为被设计为用于消灭生物有机体的清洁去污剂。在一个实施例中，其中所述样本容器中的至少一部分中注入Nagent种不同的制剂，其中Nagmt优选为2，3，4，5，6，8，10，20或多于20。本领域技术人员可以理解的是，不同的制剂的种类数量可依据要进行的测试任务而确定。例如，如果需要确定不同种类的细菌的细菌敏感性，则需要使用较多种类的制剂进行测试。在一些实施例中，可能的细菌的数目是有限的，则相应地不同制剂的种类数量也是有限的。在一个实施例中，所述样本容器被划分成 样本容器组，每个组中的样本容器中注入相同的制剂，不同组中的样本容器中注入不同的制剂，例如第一组样本容器中注入所述第一，第三组样本容器中注入第三制剂，第四组样本容器中注入第四制剂。样本容器还可被制备成探测例如一种生物有机体对几种制剂的敏感性，诸如制剂的组合。在一个实施例中，至少一个样本容器中注入几种不同的制剂。在一个实施例中，至少一个样品容器基本没有制剂。基本没有的意思是，容器中存在的制剂的量应该小于对容器中的有机体产生影响所必须的制剂量。在一个实施例中，在至少两个不同样本容器中的不同浓度下注入第一制剂。当确定了表示阻止微生物生长所必须的抗生素浓度的最小抑菌浓度(MIT)时，有益地同时在不同容器中使用几种不同浓度。这加速了测试，且可对这些测试进行比较，因为他们使用相同的条件和环境被获得。在一些情况中，在确定MIT时，优选使用至少5或10种不同的制剂浓度。在其他情况下，浓度不同的试剂的数目优选为诸如低于5种浓度或高于10种浓度。在本发明的系统的一个实施例中，控制单元适于从至少一个样本容器中在一时间段内获取光学断层。光学断层包括至少一个图像，在多数情况下为多个图像。对于一些应用和生物有机体，用于获取光学断层的时间段可相对较长，诸如几天或几小时。对于其他应用和生物有机体，获取光学断层的时间段可非常短。在一个实施例中，所述时间段低于约144小时，诸如低于约72小时，诸如低于约48小时，诸如低于约36小时，诸如低于约24小时，诸如低于约18小时，诸如低于约12小时，诸如低于约8小时，诸如低于约5小时，诸如低于约4小时，诸如低于约3小时，诸如低于约2小时，诸如低于约I. 5小时，诸如低于约I小时，诸如低于约2700秒，诸如低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约480秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒。本领域技术人员可以理解的是，所述时间段仅以示例性的方式给出，该时间段可根据要执行的测试而改变，在测试期间可根据在测试中确定的参数值改变该时间段，诸如对于不同样本容器单独改变。根据本发明的系统和方法可被用于确定位于多个样本容器中的生物有机体的微生物活性。在系统中，控制单元可适于从至少两个不同的样本容器中依次获得光学断层。在一个实施例中，以连续两幅光学断层的获取之间的第一时间间隔，从至少两个不同的样本容器中获得光学断层。第一间隔可低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约30秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒，诸如低于约0. 5秒，诸如低于约0. 2秒，诸如低于约0. I秒，诸如低于约0. 01秒诸如低于约0. 001秒。根据本发明的系统和方法可被用于从多个光学断层中确定位于样本容器中的一个或多个生物有机体的微生物活性。在系统中，控制单元可适于依次获得光学断层。在一个实施例中，以连续两幅光学断层之间的第二时间间隔，从样本容器中依次获取所述光学断层。该间隔可根据要执行的测量而改变。第二时间间隔可低于约3600秒，诸如低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约30秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒，诸如低于约0. 5秒，诸如低于约0. 2秒，诸如低于约0. I秒，诸如低于约0. 01秒诸如低于约0. 001秒。如果样本的微生物活性高，则优选为使用较短的间隔，而微生物活性低时需要较长的间隔，以防止丢失重要信息。在测量期间所述间隔可根据所述参数的所述确定值而改变，诸如分别对于不同的样本容器而改变。 在一个实施例中，控制单元适于当所述参数的值满足预定条件时停止图像获取。预定条件可与所述生物有机体的抗生素敏感性的确定相关，或可与最小抑菌浓度(MIT)的确定相关。
结合一个实施例并参考附图，下文中本发明将被更全面地解释，其中图I示出了注入有包括细菌和含抗生素小片的液体的琼脂盘，图2示出了标准光学显微镜的侧面示意图，图3示出了可被用在本发明的一个实施例中的测量机构的侧面示意图，图4为光学扫描显微镜的示意图，其中垂直穿过样品液体地获取图像，图5中示出了包括8个样本容器的样本装置的一个实施例，图6示出了包括光学显微镜和样本装置的系统，图7所示的图表示出了扫描间隔和时间段。图8示出了单个样本在k个不同时间点中的测量过程，图9示出了单个样本在单个时间点中的测量过程，图10示出了单个样本的测量过程，其中监控单个对象，图11示出了含有细菌、晶体和白细胞的第一尿液样本的图像，图12示出了与之前图像相同的图像，但是用圆圈对每个细菌进行了标记，图13示出了含有细菌的第二尿液样本的图像，其中细菌被监控约20秒，图14示出了含有烘焙酵母的液体样本，图15示出了与图14中相同的液体样本19小时之后的图像，图16示出了 1140分钟后单个酵母细胞的特写镜头用于监视细胞分裂，图17示出了酵母样本的两条生长曲线-一条含有营养剂，另一条不含营养剂，图18示出了确定存活和死亡细胞间差异的参数的结果，图19示出了染色的乳胶球的光学断层，
图20示出了嗜酸细菌的光学断层，图21示出了刚制备后的含有嗜酸细菌的样本，图22示出了约13小时之后的与图21中相同的样本，图22示出了约20小时之后的与图21中相同的样本。
具体实施例方式本附图为仅为示意性的，且为了清晰而被简化。相同的附图标记通篇被用于表示相同或相应的部件。通过此处及下文给出的详细描述，本发明的进一步的适用范围将变得清晰。但是应该理解的是，详细描述和具体示例在示出本发明各种实施例的同时，仅以示例性的方式给出，因为通过这种详细描述，在本发明的精神和范围内的变型和修改对本领域技术人员 来说是显而易见的。本发明由独立权利要求的特征来限定。权利要求中的参考标记不旨在对其范围进行限定。上文已经示出了一些实施例，但是应该强调的是，本发明并不局限于此，而是能够以权利要求中限定的主旨范围内的其他方式具体实施。在图I中，使用含有琼脂的陪替氏培养皿用于微生物抗生素敏感性测试。将细菌加入到盘上的琼脂中，12个包含不同抗生素的不同小片被均匀地分散到盘上。然后将该盘培养一段时间，通过观察小片周围的变色尺寸来确定敏感性。陪替氏培养皿中的细菌来自细菌隔离程序中的第三步，其中第一步为培养需测试的临床材料，第二步为隔离单个培养物并对其培养，第三部为将单个培养物放置在一个或多个陪替氏培养皿中。可以看出，变色环的尺寸具有差异，I号小片的变色环尺寸较小,2号小片的变色环尺寸很大。所用的其余小片的变色环尺寸不同，且位于I号小片与2号小片的尺寸之间。因此可以确定，来自I号小片的抗生素对琼脂基底中的细菌的作用非常小，而来自2号小片的抗生素对细菌的作用最大。如果测试结果被用于给患者开药，则处方应为2号小片。培养期为许多小时，这对于精确地确定最佳抗生素来说是必要的。如果使用较短的培养期，小片周围的变色环的尺寸会很小，难以精确地确定最佳抗生素。在图2中，示出了标准光学显微镜的示意图。显微镜包括固定器115，用于固定含有待观察样本的载玻片。显微镜还包括放大光学兀件120、照明110和照明光学兀件135以及目镜130。该具体的光学显微镜还包括用于增加照相机140以获取载玻片上的基底的图像的光学元件125。为了能够观察到显微镜可见的颗粒，必须小心地制备待观察基底。制备可包括增加着色剂以对样本中的颗粒着色，还可以施加其他的方法，诸如过滤。当样本准备好后，必须施加到载玻片上并添加盖玻片。盖玻片确保样本不会挥发或流出载玻片，且其使样本形成光学显微镜正常工作所必须的薄层。使用这种光学显微镜，能够观察到细菌和其他显微镜可见颗粒，以确定其种类和属性。不幸的是，原位或在类似于其天然发生地的环境中长时间地追踪细菌是不可能的。这在细菌的研究中是一个主要的障碍。例如，不能够在向样品添加抗生素的同时观察细菌-只能够观察加入抗生素后的特定时间的结果。即使光学显微镜给出细菌的高品质图像，通常也不用于微生物抗生素敏感性测试。在图3中，示出了适于进行微生物抗生素敏感性测试的光学显微镜的示意图。在临时专利申请US 61/146,850中详细描述了光学显微镜。Scheimpflug原理是一种描述透镜平面与成像平面不平行时光学系统的焦平面取向的几何规则。在图4中，示出了光学显微镜的示意图，其中在设计该显微镜时运用了Scheimpflug原理。这种光学机构的详细描述可以在临时申请号US 61/146,850中找到。在图5中示出了包括8个样本容器210的样本装置200。样本容器210为敞开密封型，其中样本可作为小滴而加入。 在图6中示出了光学显微镜250，其包括如图6所示的样本固定器220和样本装置200。样本固定器可移动，以将样本容器210的位置相对于光学成像系统240而定位以获取样本图像。由照明装置230提供样本的照明。图7中的图表示出了扫描间隔和时间段。在图7a中，在Pl表示的时间段中扫描样本容器Cl，间隔为12。每个时间段足够长以获得样本的至少一个光学断层。每个时间段之间的间隔可以非常短-即以基本连续的方式完成光学断层，或者可以较长，以降低所需的数据量。在图7b中，在Pl表示的时间段中扫描样本容器C1、C2和C3。每个时间段足够长以获得样本的至少一个光学断层。扫描Cl和C2以及后续容器之间的间隔由12表示。12应足够长，以使移动装置将样本装置定位在正确的位置以在下一个容器中扫描。间隔Il表示对同一容器Cn的先后两次扫描之间的间隔。间隔Il应足够长，以使系统能够扫描所有的容器。图8示出了单个样本在k个不同时间点320、321和322中的测量过程。对于某时间^ 320，获得样本的光学断层300。对光学断层运用算法301，其输出包含在光学断层中的所有N1个对象的对象聚焦堆叠302。每个对象的聚焦堆叠在图中由矩形表示,该矩形含有对象聚焦堆叠的对象图像。向对象聚焦堆叠运用另一种算法303，其输出对于每一对象聚焦堆叠的一些参数的值。对该参数的值304运用另一种算法305，其输出描述时间A时刻光学断层中的对象的单个值306。该值表示为X U1) 306。按时间对所有的k个点重复该过程，生成一向量X (t), t=t1; t2,. . . , tk,相对于时间绘制成曲线307。这些点可用直线308连接，或者用任意其他线性或非线性插值法连接。图9示出了单个样本在单个时间点中的测量过程。获得样本的光学断层300。对光学断层运用算法301，其输出包含在光学断层中的所有N1个对象的对象聚焦堆叠302。每个对象的聚焦堆叠在图中由矩形表示，该矩形含有对象聚焦堆叠的对象图像。向对象聚焦堆叠运用另一种算法303，其输出对于每一对象聚焦堆叠的一些参数的值。对该参数的值304运用另一种算法305，其输出描述样本中的对象状态的单个值309。这例如可以为存活和死亡对象之间的比率、平均面积等。图10示出了单个样本在k个不同时间点320、321和322中的测量过程，其中只监控单个对象。对于某时间ti320，获得样本的光学断层310。运用可鉴别所需对象的算法311，并将其对象聚焦堆叠312提取出来。向对象聚焦堆叠312运用算法313，该算法对一些描述该对象的参数的值进行计算。该参数的值存储在X U1) 314中。按时间对所有的k个点重复该过程，生成一向量X (t), t=t1； t2,. . . , tk,相对于时间绘制成曲线315。这些点可用直线316连接，或者用任意其他线性或非线性插值法连接。在图11中，示出了第一尿液样本的利用明场显微镜成像的图像。该样本含有细菌、红细胞和白细胞以及其他未鉴别的细胞。该图像以及后续图像通过使用类似于图3中显示的光学机构而获得。只有中间的约四分之一图像可被认为是在光学系统的景深中。在该图像中，可看到大量的小的黑色颗粒，其可能被鉴别为细菌。另外，还可以看到白细胞以及若干难以鉴别的对象。正常的尿液包括一些身体排泄物，这些排泄物中的一些可能形成类似目标的晶体。在图12中，示出了与图10相同的图像，但是用圆圈对每个细菌进行了标记。鉴别细菌所使用的算法包括检测步骤和鉴别步骤，在检测步骤中，使用基于原位反差测量的判定函数，将图像中的每个像素被分类成细菌或背景，在鉴别步骤中，相连的细菌像素被组成相连的像素组分，每个组分代表单个细菌。然后细菌可被计数或进一步分析。在图13中，示出了第二尿液样本的图像。该样本由病理性尿液构成，并包括细菌和一些较大的包括上皮细胞的对象。所描述的图像为尿液样本的光学断层的投影。该样本的光学断层包括20幅图像。对细菌的运动追踪20秒，白色的痕迹示出了每个细菌的轨迹。通过运用与图10中描述的相同的算法对光学断层的每个单独的图像实行追踪。在每个图像之间，将各个对象一对一地匹配，以通过光学断层追踪所述对象。存储每个对象的坐标， 并可对其进一步分析。颗粒样本的运动路径被看做是布朗运动(随机移动)和液体流动导 致的斜向运动集合的组合。在这种情况下，所有单个细菌显示出相同的运动特征。在其他含有多个细菌培养物的样本中，可区分活性和非活性(休眠的或死亡的)个体。在该具体图像中仅使用了 2D信息。使用光学断层期间获得的关于与细菌运动路径有关的3D信息的信息，可确定3D轨迹，该3D轨迹可给出关于单个细菌的信息并可区别不同的细菌种类。在图14中示出了被水稀释且与营养剂混合的酵母的图像。在发酵中常用到酵母，在这种情况下使用烘焙酵母，因为其容易操控。酵母样本被保持在22° C附近的温度，仅加入少量营养剂以避免酵母生长过快。如图11和12所示，只有中间的约四分之一图像可被认为是在光学系统的景深(DOF)中。在该图像中，可看到大量的酵母细胞。一些细胞位于DOF之下，另一些位于DOF之上。尽管大部分的细胞在DOF之外，但他们的成像质量还是能够使其被计数，他们可与相同样本的其他图像结合使用，但是使DOF区域略微移动以形成光学断层。还可使用对象迁移及生长动力学的图像。在图15中，大约19小时后，对含有酵母的相同样本进行成像。尽管温度被保持得相对较低，营养液的浓度被保持在最低值，但是酵母细胞的数量在19小时内猛增。在图16a中，挑选一酵母细胞以供监控。在图16b_16f中示出了后续阶段中的同一酵母细胞。在19小时内，从第一单个细胞中产生了额外的约3代酵母细胞，形成小的团簇。在图像中还可探测到几个相邻团簇中的细胞。在图17中显示了两条生长曲线。两条生长曲线均由含有烘焙酵母的样本确定。曲线显示含有酵母细胞的图像的整个区域。下部的曲线显示没有添加营养剂的酵母样本。可看出酵母细胞的数量没有改变，酵母细胞没有分裂形成新细胞的团簇。上部曲线显示了类似于下部曲线中的酵母的酵母样本，但是样本中添加了营养剂以使酵母细胞生长并分裂形成团簇。在较早的阶段，两条曲线明显地分离，没有必要使酵母生长19小时来确定那种环境条件最适合酵母细胞。在图18中，示出了酵母的另一种图像。该样本包括存活的和死亡的酵母细胞。该样本通过混合以下两种酵母细胞而制备成-一种样本包括存活细胞,另一种样本中，通过将样本温度升高到所有存活细胞会被杀灭的程度，使酵母细胞被杀灭。使用台盼蓝对酵母细胞染色，这是一种公知的区分存活和死亡细胞的方法。存活细胞不能允许台盼蓝穿过细胞膜，而死亡细胞不具有这种能力。因此死亡细胞被染色而存活细胞不被染色。酵母细胞的样本被光学断层，并通过提取多个部分的细胞被清晰成像的图像而提供光学断层的投影。该投影通常称为扩展景深成像(EDOF)，因此包括所有清晰成像的细胞的图像。对图像的研究表明两种不同类型的细胞-一种类型具有明亮的中心，周围被暗色圆圈环绕，另一中类型具有较小的更暗的中心(相对于第一种类型来说)，周围被暗色圆圈环绕。在图18中，每种类型选择三个示例，对于每个选择的细胞示出沿穿过细胞的线的像素强度值。左侧的三个选出来的细胞具有明亮的中心，表明该细胞没有被染色，而右侧的三个细胞具略暗的中心，表明该细胞已经被染色。与其他在存活和死亡细胞混合之前对其进行的测试相比，具有明亮中心的细胞为存活细胞，具有暗色中心的细胞为死亡细胞。在图19中，右侧示出了染色的乳胶球的光学断层。光学断层包括68个不同的乳胶球图像。乳胶球的直径为5 ym。这种乳胶球在光学显微检查领域通常用作校正标准。光学断层的每个图像已经被运用了焦距函数，产生68个图像中的每一个的焦距值。在这种情况 下，焦距函数为图像的像素强度值的变化。在附图的左部以曲线示出焦距值与图像数目的关系。染色的乳胶球是真正的调幅对象-即，调幅的光根据对象的厚度和强度被减弱。可以看出，焦距值越大，乳胶球成像越清晰。焦点函数的形状明显呈概率分布，即具有明确限定的最大值。在图20中，右侧示出了未染色嗜酸细菌的光学断层。光学断层包括42个不同的细菌图像。该细菌为真实相位对象，即不能够使用传统的明场显微镜清晰地观察到该细菌。但是如果该显微镜在细菌焦距附近正向或反向地散焦，则会出现细菌的图像。对于光学断层的42幅图像中的每一幅，计算焦距值，且在图16的右侧以曲线的形式示出该值随图像号码变化的函数。该曲线图呈明显的双峰分布，即具有两个明确限定的最大值-最佳聚焦位置的每侧具有一个。这是典型的相位对象的特征。在一些情况下，区分相位对象和调幅对象是很重要的。这可以通过分析焦距曲线的形状而得到。图21-23示出了含有嗜酸细菌的样本的演变。细菌最初位于含有营养剂的样本中。图21-23中每个均包括两幅子附图。最左边的子附图是使用明场显微检查的细菌样本的图像。图像中放大的部分显示在该图像的上部以改善细菌的可视性。通过浅色矩形表示该部分。最右侧的子附图示出了细菌群体的量与时间的函数，即生长曲线。当全部图像区域被细菌占领时计算细菌群体的量。图21示出刚制备好之后的样本。注意到小的环形细菌。图22示出制备好约13小时之后的同一样本。注意到细菌由于快速生长而改变了形状。图23示出制备好约20小时之后的同一样本。注意生长曲线-这是指数生长的一个示例。
权利要求
1.一种用于确定描述液体样本中的单个生物有机体的微生物活性的至少一个参数的值的系统，所述系统包括 -光学探测组件，包括至少一个适于获取图像的图像获取装置，其中单个生物有机体可被鉴别， -至少一个样本装置，包括至少一个用于以液体形式保持样本的样本容器， -至少一个平移单元，布置为使所述样本装置和所述光学探测组件相对于彼此移动， -控制单元，用于控制所述光学探测组件和所述平移单元以获取图像，形成在所述液体样本中的生物有机体的至少第一光学断层， -图像分析装置，用于分析所述第一光学断层，其中所述图像分析装置包括适于确定描述每个样本容器中的所述单个生物有机体的微生物活性的所述至少一个参数的所述值的算法。
2.根据权利要求I所述的系统，其中所述控制单元适于从所述样本依次获取光学断层，诸如所述第一光学断层和至少第二光学断层。
3.根据权利要求I或2所述的系统，其中所述光学探测组件还包括图像照明装置，其中所述图像照明装置优选包括选自如下组的光源激光器、二极管激光器、LED、电灯泡、白光光源或极化光源。
4.根据权利要求I至3中任一项权利要求所述的系统，还包括 用于提供对所述样本装置中的样本的激励的激励装置。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述激励选择自如下的组施加电磁场、磁场、电场或声波。
6.根据权利要求I至5中任一项权利要求所述的系统，其中所述至少一个样本容器包括敞开的密封。
7.根据权利要求I至6中任一项权利要求所述的系统，其中所述至少一个样本容器包括闭合的密封。
8.根据权利要求I至7中任一项权利要求所述的系统，其中所述至少一个样本容器包括入口和/或出口。
9.根据权利要求I至8中任一项权利要求所述的系统，还包括液体样本环境控制装置。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述液体样本环境控制装置适于控制所述生物有机体在所述液体样本中的物理环境,诸如所述液体样本的温度。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中所述液体样本环境控制装置适于控制所述液体样本的化学环境，诸如pH值，营养水平，诸如氧气、氮气、氢气和二氧化碳等气体的分压，含盐量，诸如Li+，Na+和K+等碱金属离子的水平，诸如Mg2+和Ca2+的碱土金属的水平。
12.根据权利要求I至11中任一项权利要求所述的系统，其中所述参数选择如下的组细胞分裂率，细胞发育能力，存活/死亡率，布朗运动，新陈代谢率，形态，生长系数，动力学和聚集行为。
13.根据权利要求I至12中任一项权利要求所述的系统，其中所述生物有机体选自如下的组细菌，古细菌，酵母，真菌，花粉，病毒，诸如粒性白细胞、单核白细胞的白细胞，红细胞，血小板，卵母细胞，精子，受精卵或干细胞，和/或其中所述生物有机体被包含在选自如下组的临床材料中排泄物，来自皮肤表面、病变表面，衆膜表面或粘膜表面的交换样本，尿液，淋巴，脓汁，痰，渗出液，分泌液，诸如乳汁、汗、唾液、泪液、脂肪排放物，鼻涕或其他粘膜排放物的腺体分泌物，血液，脑脊髓液，肿瘤组织，来自任意组织的活组织材料，细胞外液，血清，血浆。
14.根据权利要求I至13中任一项权利要求所述的系统，其中所述微生物活性包括所述生物有机体对抗生素制剂的微生物敏感性。
15.根据权利要求I至14中任一项权利要求所述的系统，其中所述样本装置上的样本容器的数量 Ncont 等于 2，3，4，5，6，8，9，10，12，14，15，16，18，20，21，22，24，25，26，27，28，30或多于30。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述N_t个样本容器被布置成一行或多行，诸如每行中有相同数量的样本容器。
17.根据权利要求I至16中任一项权利要求所述的系统，其中至少所述样本容器中的一部分中注入第一制剂。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述样本容器中的一部分中注入凡_,种不同的制剂，其中Nagent优选为2，3，4，5，6，8，10，20或多于20。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述样本容器被划分成样本容器组，每个组中的样本容器注入相同的制剂，不同组中的样本容器中注入不同的制剂，例如第一组样本容器中注入所述第一制剂，第二组所述样本容器中注入第二制剂，第三组样本容器中注入第三制剂，第四组样本容器中注入第四制剂。
20.根据权利要求18所述的系统，其中至少一个样本容器中注入几种不同的制剂。
21.根据权利要求17至20中任一项权利要求所述的系统，其中至少一个样品容器基本没有制剂。
22.根据权利要求17至21中任一项权利要求所述的系统，其中所述第一制剂选自如下的组抗生素，营养素，消毒剂，清洁去污剂或其组合。
23.根据权利要求17至22中任一项权利要求所述的系统，其中在至少两个不同样本容器中，诸如浓度不同的所述制剂中的至少一种。
24.根据权利要求I至23中任一项权利要求所述的系统，其中所述控制单元适于在一时间段上从每个样本容器中获取光学断层。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述时间段低于约144小时，诸如低于约72小时，诸如低于约48小时，诸如低于约36小时，诸如低于约24小时，诸如低于约18小时，诸如低于约12小时，诸如低于约8小时，诸如低于约5小时，诸如低于约4小时，诸如低于约3小时，诸如低于约2小时，诸如低于约I. 5小时，诸如低于约I小时。
26.根据权利要求24所述的系统，其中所述时间段低于约2700秒，诸如低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约480秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒。
27.根据权利要求22至24中任一项权利要求所述的系统，其中所述时间段可根据所述参数的所述确定值而改变，诸如分别对于不同的样本容器而单独改变。
28.根据权利要求I至27中任一项权利要求所述的系统，其中所述控制单元适于从至少两个不同的样本容器中在顺次两幅光学断层的获取之间以第一时间间隔依次获取光学断层。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一时间间隔低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约30秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒，诸如低于约0. 5秒，诸如低于约0. 2秒，诸如低于约0. I秒，诸如低于约0. 01秒，诸如低于约0. 001秒。
30.根据权利要求I至29中任一项权利要求所述的系统，其中所述控制单元适于从样本容器中在来自所述样本容器的连续的两幅光学断层之间以第二时间间隔依次获取光学断层。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述第二时间间隔低于约3600秒，诸如低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约30秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒，诸如低于约0. 5秒，诸如低于约0. 2秒，诸如低于约0. I秒，诸如低于约0. 01秒，诸如低于约0. 001秒。
32.根据权利要求28至31中任一项权利要求所述的系统，其中所述第一时间间隔和/或所述第二时间间隔可根据所述参数的所述确定值而改变，诸如分别对于不同的样本容器而单独改变。
33.根据权利要求I至32中任一项权利要求所述的系统，其中所述控制单元适于当所述参数的所述值满足预定条件时停止图像获取。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述预定条件与所述生物有机体的抗生素敏感性的确定有关。
35.根据权利要求33所述的系统，其中所述预定条件与最小抑菌浓度(MIT)的确定有关。
36.一种用于确定液体样本中的微生物活性的方法， 所述方法包括 -依次获取所述液体样本的多个光学断层， -从所述多个断层中选择第一和第二光学断层， -对每个光学断层计算至少一个参数的值， -确定在所述第一和第二光学断层之间是否发生所述至少一个参数的所述值的变化， -从所述至少一个参数的所述值的所述改变中确定所述液体样本中的所述微生物活性。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述微生物活性相关于选自如下组的生物有机体细菌，古细菌，酵母，真菌，花粉，病毒，诸如粒性白细胞、单核白细胞的白细胞，红细胞，血小板，卵母细胞，精子，受精卵或干细胞。
38.根据权利要求36或37的方法，其中所述参数选自如下的组细胞分裂率，细胞发育能力，存活/死亡率，布朗运动，新陈代谢率，形态，生长系数，动力学，对象迁移率和聚集行为。
39.根据权利要求36至38中任一项权利要求所述的方法，其中所述液体样本被包含在至少一个样本容器中，诸如Ncont个样本容器，其中Ncont等于I, 2，3，4，5，6，8，9，10，12，14，I·5，16，18，20，21，22，24，25，26，27，28，30 或多于 30。
40.根据权利要求39所述的方法，其中光学断层获取自两个不同的样本容器，并且其中获取所述光学断层的所述顺序包括等待获取两幅顺次的光学断层之间的预定的第一时间间隔。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一时间间隔低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约30秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒，诸如低于约0. 5秒，诸如低于约0. 2秒，诸如低于约0. I秒，诸如低于约0. 01秒，诸如低于约0. 001秒。
42.根据权利要求36至41中任一项权利要求所述的方法，其中获取所述光学断层的所述顺序包括等待从同一样本容器中获取光学断层之间的预定的第二时间间隔。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述第二时间间隔低于约3600秒，诸如低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约30秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒，诸如低于约0. 5秒，诸如低于约0. 2秒，诸如低于约0. I秒，诸如低于约0. 01秒，诸如低于约0. 001秒。
44.根据权利要求36至43中任一项权利要求所述的系统,其中在一时间段上从一个样本容器获取光学断层。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述时间段低于约72小时，诸如低于约48小时，诸如低于约36小时，诸如低于约24小时，诸如低于约18小时，诸如低于约12小时，诸如低于约8小时，诸如低于约5小时，诸如低于约4小时，诸如低于约3小时，诸如低于约2小时，诸如低于约I. 5小时，诸如低于约I小时。
46.根据权利要求44所述的方法，其中所述时间段低于约2700秒，诸如低于约1800秒，诸如低于约900秒，诸如低于约600秒，诸如低于约480秒，诸如低于约300秒，诸如低于约120秒，诸如低于约60秒，诸如低于约10秒，诸如低于约5秒，诸如低于约2秒，诸如低于约I秒。
47.根据权利要求36至46中任一项权利要求所述的方法，其中所述时间段可根据所述参数的所述确定值而改变，诸如分别对于不同的样本容器而单独改变。
48.根据权利要求36至47中任一项权利要求所述的方法，还向所述液体样本施加额外的激励，其中所述激励优选地选择自如下的组施加磁场、电场、电磁场或声波。
49.根据权利要求36至48中任一项权利要求所述的方法，其中在所述液体样本被引入到所述样本容器之前，将至少第一制剂注入到所述至少一个样本容器中。
50.根据权利要求36至48中任一项权利要求所述的方法，其中当所述液体样本在所述样本容器中时，将至少第一制剂注入到所述至少一个样本容器中。
51.根据权利要求49或50中任一项权利要求所述的方法，其中所述样本容器中的一部分中注入Nagent种不同的制剂，其中Nagent优选为2，3，4，5，6，8，10，20或多于20。
52.根据权利要求49至51中任一项权利要求所述的方法，其中至少一个样品容器基本没有制剂。
53.根据权利要求49至52中任一项权利要求所述的方法，其中所述制剂选自如下的组抗生素，营养素，消毒剂，清洁去污剂或其组合。
54.根据权利要求49至53中任一项权利要求所述的方法，其中在至少两个样本容器中，中注入浓度不同的所述制剂。
55.根据权利要求36至54中任一项权利要求所述的方法,其中控制所述液体样本中的所述生物有机体的化学环境，诸如PH值，营养水平，诸如氧气、氮气、氢气和二氧化碳等气体的分压，含盐量，诸如Li+，Na+和K+等碱金属离子的水平，诸如Mg2+和Ca2+的碱土金属的水平。
56.根据权利要求36至55中任一项权利要求所述的方法，其中控制所述液体样本中的所述生物有机体的物理环境，诸如所述液体样本的温度。
57.根据权利要求36至56中任一项权利要求所述的方法，其中当所述参数的所述值满 足预定条件时停止图像获取。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述预定条件与所述生物有机体的抗生素敏感性的确定有关。
59.根据权利要求57所述的方法，其中所述预定条件与最小抑菌浓度(MIT)的确定有关。
全文摘要
本发明涉及一种确定描述液体样本中的单个生物有机体的微生物活性的至少一个参数的值的系统和方法。其中单个生物有机体可被鉴别的图像分析装置被结合以用于提供生物有机体的光学断层，分析该光学断层以确定描述每个样本容器中的所述单个生物有机体的微生物活性的所述至少一个参数的所述值。
文档编号G01B9/04GK102782561SQ201080063110
公开日2012年11月14日 申请日期2010年12月1日 优先权日2009年12月4日
发明者M·C·威维克, N·A·拉森, T·欧勒森 申请人:优尼森索股份公司