相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求于2015年1月26日提交的題為“multi-samplelaser-scattermeasurementinstrumentwithincubationfeature(具有孵育特征的多樣品激光散射測(cè)量?jī)x器)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.62/107,931的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

版權(quán)

本專利文獻(xiàn)所披露的一部分可能包含受版權(quán)保護(hù)的材料。版權(quán)所有者不反對(duì)由于任何專利公開(kāi)產(chǎn)生的傳真復(fù)制，如在專利和商標(biāo)局的專利文件或記錄中所出現(xiàn)的，但是保留所有版權(quán)。

本發(fā)明總體上涉及生物液體樣品的測(cè)量領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及用于確定細(xì)菌是否存在于液體樣品中并且如果存在則用于確定化學(xué)效應(yīng)子對(duì)液體樣品內(nèi)細(xì)菌的影響的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

分析研究和臨床檢測(cè)領(lǐng)域的許多應(yīng)用使用分析液體樣品的方法。其中，這些方法是測(cè)量吸光度、濁度、熒光/發(fā)光和光學(xué)散射測(cè)量的光學(xué)測(cè)量。光學(xué)激光散射是最敏感的方法之一，但是其實(shí)施可能非常具有挑戰(zhàn)性，特別是當(dāng)分析懸浮顆粒在介質(zhì)中相對(duì)透明的生物樣品時(shí)。

通常在液體中需要進(jìn)行評(píng)估的一種顆粒是細(xì)菌。常常利用諸如尿液、羊膜液、胸膜液、腹膜液和脊髓液等生物液體來(lái)檢查細(xì)菌的存在。在常見(jiàn)的分析方法中，培養(yǎng)細(xì)菌可能是耗時(shí)的，并且涉及使用置于培養(yǎng)箱內(nèi)的細(xì)菌生長(zhǎng)板。通常，實(shí)驗(yàn)室結(jié)果可能需要一天或幾天才能確定受試液體是否感染細(xì)菌和細(xì)菌類型。

流體中的細(xì)菌、酵母和其他生物體的定量可以用于醫(yī)學(xué)診斷、藥物研發(fā)、工業(yè)衛(wèi)生、食品安全和許多其他領(lǐng)域。樣品中光散射和吸收的測(cè)量是近似生物體濃度的已知方法。例如，用于檢測(cè)和計(jì)數(shù)細(xì)菌的技術(shù)一般地記載在美國(guó)專利no.7,961,311和8,339,601中，這兩個(gè)專利由本申請(qǐng)人共同擁有，并且其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

因此，需要一種快速地確定細(xì)菌是否存在于流體樣品中并且確定化學(xué)效應(yīng)子對(duì)流體樣品的影響的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。還需要一種在確定細(xì)菌存在之后更快速地確定細(xì)菌類型的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種作為微生物學(xué)用生產(chǎn)工具的用于測(cè)量多個(gè)流體樣品或單個(gè)流體樣品中的生物體濃度儀器。所述儀器可以保持多個(gè)分別裝載的獨(dú)立流體樣品并經(jīng)由前向散射信號(hào)確定每個(gè)樣品的細(xì)菌濃度?；蛘?，所述儀器可以在多個(gè)池中保持單一流體樣品，所述池含有一種或多種不同的化學(xué)效應(yīng)子以作用于單一流體上。因此，化學(xué)效應(yīng)子(或化學(xué)效應(yīng)子的濃度)對(duì)每個(gè)流體樣品中的細(xì)菌濃度的影響可以在一段時(shí)間內(nèi)基于所述流體樣品的前向散射信號(hào)。

在一個(gè)方面，所述儀器確定多個(gè)流體樣品中的細(xì)菌濃度，其包括：殼體、可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、多個(gè)流體容器、光源、傳感器和電機(jī)。所述可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)在所述殼體內(nèi)。所述多個(gè)流體容器中的每一個(gè)連接到所述可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。每個(gè)流體容器保持所述多個(gè)流體樣品中的相應(yīng)一個(gè)。每個(gè)流體容器具有輸入窗口和輸出窗口。所述光源在所述殼體內(nèi)，并且提供傳輸?shù)剿隽黧w容器的輸入窗口并通過(guò)相應(yīng)的流體樣品的輸入光束。所述輸入光束產(chǎn)生與細(xì)菌濃度相關(guān)聯(lián)的前向散射信號(hào)。所述電機(jī)使所述可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，使得所述輸入光束順次地通過(guò)所述多個(gè)流體樣品中的每一個(gè)。在所述殼體內(nèi)的至少一個(gè)傳感器檢測(cè)與接收所述輸入光束的流體樣品相關(guān)聯(lián)的從所述輸出窗口發(fā)出的前向散射信號(hào)。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種確定多個(gè)流體樣品中的細(xì)菌濃度的方法。所述方法包括將每個(gè)流體樣品放置在位于試管內(nèi)的多個(gè)流體室中的相應(yīng)一個(gè)中。每個(gè)流體室具有用于接收輸入光束的第一窗口和用于傳輸由所述輸入光束引起的前向散射信號(hào)的第二窗口。所述方法還包括將所述試管在與光學(xué)測(cè)量?jī)x器相關(guān)聯(lián)的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上對(duì)準(zhǔn)；逐漸旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，以使所述輸入光束順次地通過(guò)每個(gè)流體樣品；和響應(yīng)于所述輸入光束通過(guò)每個(gè)流體樣品，測(cè)量每個(gè)流體樣品的第一前向散射信號(hào)。

可選擇地，本發(fā)明是一種用于確定流體樣品中的細(xì)菌濃度的光學(xué)測(cè)量?jī)x器。所述儀器包括殼體、門、光源和可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。所述門連接到所述殼體。所述門包括當(dāng)所述門定位在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)向內(nèi)延伸到所述殼體中的門平臺(tái)。所述光源和傳感器用于測(cè)量所述流體樣品中的光學(xué)信號(hào)。所述光學(xué)散射信號(hào)與細(xì)菌的濃度相關(guān)聯(lián)。所述可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接到所述門平臺(tái)。所述可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)接收保持所述流體樣品的一個(gè)或多個(gè)試管。所述可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)將每個(gè)流體樣品順次地移動(dòng)到通過(guò)使用所述光源和所述傳感器進(jìn)行測(cè)量的測(cè)試位置。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種用于確定多個(gè)流體樣品中的細(xì)菌濃度的光學(xué)測(cè)量?jī)x器。所述儀器包括試管、第一光源、第一傳感器、第二光源和第二傳感器。所述試管具有多個(gè)光學(xué)室，所述多個(gè)光學(xué)室用于接收多個(gè)流體樣品中的相應(yīng)一個(gè)。每個(gè)光學(xué)室至少部分地由允許輸入光束透過(guò)相應(yīng)的流體樣品的進(jìn)入窗口和使由相應(yīng)的流體樣品內(nèi)的細(xì)菌引起的光學(xué)信號(hào)通過(guò)的離開(kāi)窗口形成。第一組光學(xué)室容納第一組流體樣品，第二組光學(xué)室容納第二組流體樣品。第一組光學(xué)室位于具有第一半徑的第一軌跡上，第二組光學(xué)室位于具有第二半徑的第二軌跡上。第一半徑不同于第二半徑。第一光源產(chǎn)生第一輸入光束。第一傳感器接收響應(yīng)于所述流體樣品中的細(xì)菌濃度和第一輸入光束的第一光學(xué)信號(hào)。第一光源和第一傳感器展現(xiàn)出被用來(lái)確定第一組流體樣品的每個(gè)流體樣品內(nèi)的細(xì)菌濃度的第一系列光學(xué)信號(hào)。第二光源產(chǎn)生第二輸入光束。第二傳感器接收響應(yīng)于所述流體樣品中的細(xì)菌濃度和第二輸入光束的第二光學(xué)信號(hào)。第二光源和第二傳感器展現(xiàn)出被用來(lái)確定第二組流體樣品的每個(gè)流體樣品內(nèi)的細(xì)菌濃度的第二系列光學(xué)信號(hào)。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種用在用于確定多個(gè)流體樣品的特性的光學(xué)測(cè)量?jī)x器中的試管。所述試管包括多個(gè)光學(xué)室，所述多個(gè)光學(xué)室用于接收多個(gè)流體樣品中的相應(yīng)一個(gè)。每個(gè)光學(xué)室包括允許輸入光束透過(guò)相應(yīng)的流體樣品的進(jìn)入窗口和使由相應(yīng)的流體樣品引起的光學(xué)信號(hào)通過(guò)的離開(kāi)窗口。第一組光學(xué)室位于具有第一半徑的第一軌跡上，第二組光學(xué)室位于具有第二半徑的第二軌跡上。第一半徑不同于第二半徑。

經(jīng)閱讀參照附圖進(jìn)行的各種實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的另外方面對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的，下面將簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖。

附圖說(shuō)明

圖1示意地示出了能夠測(cè)試旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的流體樣品的光學(xué)測(cè)量?jī)x器。

圖2示出了使用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的圖1的光學(xué)測(cè)量?jī)x器的一個(gè)詳細(xì)實(shí)施方案。

圖3示出了圖1的儀器的門平臺(tái)的下側(cè)立體圖。

圖4示出了圖1的儀器的前立體圖，其中殼體的一部分被移除并且門打開(kāi)，使得旋轉(zhuǎn)平臺(tái)處于裝載位置。

圖5示出了圖1的儀器的后立體圖，其中殼體的一部分被移除并且門和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)處于操作或關(guān)閉位置。

圖6a示出了裝配在圖1～5的儀器的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的試管組件的立體圖。

圖6b示出了圖6a的試管組件的單個(gè)試管的分解立體圖。

圖6c是圖6b的單個(gè)試管的主體的局部截面圖。

圖6d是穿過(guò)安裝在圖1～5的儀器的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的替代試管組件的主體的截面圖。

圖6e是與圖6d的替代試管一起使用的散裝流體裝載歧管的截面圖。

圖7示出了圖1～5的儀器的系統(tǒng)控制圖。

圖8是穿過(guò)安裝在圖1～5的儀器的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的替代試管組件的主體和兩個(gè)相對(duì)的流體室的截面圖。

雖然本發(fā)明易于進(jìn)行各種修改和替代形式，但是具體實(shí)施方案將在附圖中以示例的方式示出，并且將在此詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不旨在限于所公開(kāi)的特定形式。相反，本發(fā)明將覆蓋落入由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代物。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)描述附圖，其理解是將本公開(kāi)視為本發(fā)明的原理的示例，而不是將本發(fā)明的廣泛方面限制于所示的實(shí)施方案。為了本詳細(xì)說(shuō)明的目的，單數(shù)包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然(除非特別說(shuō)明)；措辭“和”和“或”應(yīng)該起到連接和轉(zhuǎn)折作用；措辭“全部”是指“任何和所有的”；措辭“任何”是指“任何和所有的”；以及措辭“包括”是指“包括但不限于”。

圖1示出了具有固定在適當(dāng)位置的一個(gè)或多個(gè)輸入光束的光學(xué)測(cè)量?jī)x器10的一般功能圖示。多個(gè)樣品室12(例如，試管)由將每個(gè)樣品移動(dòng)到光學(xué)測(cè)量?jī)x器10內(nèi)的輸入光束的路徑中的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13保持。光由諸如激光器20等光源發(fā)光，并且可以由轉(zhuǎn)向反射鏡21反射，然后在試管12中的樣品內(nèi)透過(guò)流體樣品。傳感器22接收光學(xué)信號(hào)(例如，前向散射信號(hào))，然后對(duì)其進(jìn)行處理/分析以確定一段時(shí)間內(nèi)細(xì)菌的存在和/或生長(zhǎng)。光學(xué)測(cè)量?jī)x器10可以包括傳導(dǎo)加熱和冷卻或者來(lái)自光學(xué)或紅外光源的輻射加熱，用于控制流體樣品的溫度，從而提供適當(dāng)?shù)姆跤?。這些特征在下面參照?qǐng)D2～7進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖2示出了儀器10，其包括殼體25，門27在殼體25的一端打開(kāi)和關(guān)閉。門27包括顯示關(guān)于儀器10的各條信息的顯示裝置28。顯示裝置28可以提供關(guān)于測(cè)試狀態(tài)(例如，儀器10內(nèi)的當(dāng)前溫度或測(cè)試剩余的剩余時(shí)間)、流體樣品和/或用于流體樣品的測(cè)試方案(例如，時(shí)間和溫度)的信息。優(yōu)選地，顯示裝置28還包括允許使用者執(zhí)行儀器10的一些基本功能的相關(guān)的觸摸屏輸入(或者可以提供不同組的輸入按鈕)，如電源開(kāi)/關(guān)功能、門開(kāi)/關(guān)功能、升溫/降溫功能等。

門27包括門平臺(tái)29，其支撐用于接收多個(gè)單獨(dú)的試管12或由多個(gè)試管組成的試管組件(例如，圖6a～6c所示的試管組件90)的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13。因此，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13是用于通過(guò)涉及來(lái)自激光器20的輸入光束的重復(fù)傳輸?shù)臏y(cè)試協(xié)議來(lái)傳輸單獨(dú)的離散的流體樣品的轉(zhuǎn)盤狀結(jié)構(gòu)，用于測(cè)量在一段時(shí)間內(nèi)的前向散射信號(hào)，以監(jiān)測(cè)細(xì)菌濃度的變化。為了將流體樣品保持在固定的方向，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13包括多個(gè)對(duì)準(zhǔn)柱32，其將試管對(duì)準(zhǔn)在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13上。此外，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13包括與試管對(duì)齊并且允許傳輸與測(cè)試相關(guān)的輸入光束的多個(gè)開(kāi)口。轉(zhuǎn)盤式位置傳感器33位于門平臺(tái)29上或其內(nèi)，用于感測(cè)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13的周向位置。門27在其周圍具有密封件和/或墊圈，使得儀器10提供不透光封閉以確保由傳感器22進(jìn)行正確的信號(hào)檢測(cè)。

圖3示出了門平臺(tái)29的下視圖。用于使可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)31位于門平臺(tái)29的下方并附接到門平臺(tái)29。步進(jìn)電機(jī)31經(jīng)由延伸穿過(guò)門平臺(tái)29的軸而向可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13提供轉(zhuǎn)盤狀運(yùn)動(dòng)。門平臺(tái)29還包括用于不同目的的多個(gè)開(kāi)口35。例如，開(kāi)口35b、35c和35e中的一些用于接收熱能以將可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13保持在期望的溫度并促進(jìn)細(xì)菌孵育。如下面參照?qǐng)D4所討論的，熱能從位于殼體25內(nèi)的儀器10下部的多個(gè)燈44傳遞到可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13。另一個(gè)開(kāi)口35d用于將紅外輻射從可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13傳遞到位于儀器10下部的溫度傳感器。兩個(gè)開(kāi)口35a和35f用于向傳感器22傳輸響應(yīng)于輸入光束激光器20被傳輸?shù)搅黧w樣品而由流體樣品內(nèi)的細(xì)菌濃度引起的前向散射信號(hào)。門平臺(tái)29可以包括更多或更少的開(kāi)口35，這取決于從門平臺(tái)29的底側(cè)是否需要或多或少的功能。

圖4和圖5示出了儀器10的內(nèi)部部件的布置。第一激光器20a被設(shè)計(jì)成為第一組流體樣品提供輸入能量，第二激光器20b被設(shè)計(jì)成為第二組流體樣品提供輸入能量。來(lái)自第一激光器20a的輸入能量從第一反射鏡21a反射并向下朝向第一傳感器22a傳輸。來(lái)自第二激光器20b的輸入能量從第二反射鏡21b反射并向下朝向第二傳感器22b傳輸。下面更詳細(xì)地描述能量穿過(guò)流體樣品的細(xì)節(jié)。

激光器20和傳感器22經(jīng)由反射鏡21以固定取向光學(xué)連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，激光器20是可見(jiàn)光波長(zhǎng)準(zhǔn)直激光二極管。在另一個(gè)實(shí)施方案中，激光器20從光纖傳輸激光束。在另一個(gè)實(shí)施方案中，激光器20包括來(lái)自準(zhǔn)直激光二極管的多個(gè)波長(zhǎng)源，其通過(guò)幾種可能的光束組合方法之一組合成單個(gè)共視距光束。在又一個(gè)例子中，可以使用具有非相干的窄波長(zhǎng)源的光源，如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)針孔傳輸以提供方向性光束的氬氣白熾燈。每個(gè)傳感器22可以包括一個(gè)或多個(gè)以下裝置-相機(jī)、成像器、量熱計(jì)、熱電堆或固態(tài)檢測(cè)器陣列。

圖4和圖5還示出了提供孵育功能的儀器10的熱控制系統(tǒng)。紅外傳感器42位于門平臺(tái)29的下側(cè)，并穿過(guò)門平臺(tái)29上的開(kāi)口35d測(cè)量可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13的溫度。一個(gè)或多個(gè)燈加熱器44位于儀器10的基座結(jié)構(gòu)上。加熱器44產(chǎn)生向上傳遞的能量，以加熱可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13的下側(cè)，從而促進(jìn)試管中的細(xì)菌生長(zhǎng)。能量穿過(guò)門平臺(tái)29內(nèi)的開(kāi)口35b、35c和35e傳輸，并且可以被具有用于吸收能量的暗的下表面的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13吸收。

處理器50用于控制儀器10的各個(gè)方面，如將在下面參照?qǐng)D7更詳細(xì)地描述的。儀器10包括允許儀器10連接到外部系統(tǒng)的外部系統(tǒng)接口70。與外部系統(tǒng)接口70相關(guān)聯(lián)的端口80允許直接連接到用于控制儀器10并且從流體樣品的測(cè)試接收信息/數(shù)據(jù)的專用計(jì)算機(jī)。除了位于儀器10上的顯示器28(并且優(yōu)選地，儀器10上的輸入按鈕和/或觸摸屏)之外，儀器10還與外部設(shè)備通信，如將連接到以表格或圖形形式顯示測(cè)試的輸出的較大顯示器的通用計(jì)算機(jī)。儀器10可以接收來(lái)自控制儀器10的操作的外部設(shè)備的指令。儀器10還可以從端口30傳輸數(shù)據(jù)(例如，前向散射信號(hào)數(shù)據(jù)、測(cè)試協(xié)議數(shù)據(jù)、從如圖5所示的代碼62獲得的試管組裝數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)等)。儀器10還包括輸入電源端口(例如，a/c電源)，然后將其轉(zhuǎn)換成用于電機(jī)、激光器、傳感器和顯示器等的dc電源。

圖4和圖5還示出了與可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13相鄰的讀取器60，用于從各個(gè)試管或從試管組件90讀取信息。由于試管組件90可以用于不同的應(yīng)用，所述試管組件90可以包括代碼62(例如，經(jīng)由qr碼或條形碼)或rfid標(biāo)簽，以識(shí)別由特定試管組件90支持的測(cè)試類型以及待采集的其他測(cè)量數(shù)據(jù)。儀器10優(yōu)選地讀取rfid或條形碼，并且選擇存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置55(圖7)中的軟件程序，以對(duì)試管組件90執(zhí)行適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)測(cè)量測(cè)試。因此，試管組件90優(yōu)選地包括識(shí)別標(biāo)簽，其具有提供用于試管組件90的必要編碼信息的一個(gè)或多個(gè)條形碼和/或qr碼。也可以使用其他代碼。

當(dāng)細(xì)菌是在液體樣品內(nèi)檢查的顆粒時(shí)，代碼62中的一種可以提供用于測(cè)試的協(xié)議(例如，測(cè)試持續(xù)時(shí)間內(nèi)的溫度分布、光學(xué)測(cè)量的頻率、測(cè)試的持續(xù)時(shí)間等)，并且處理器50執(zhí)行對(duì)應(yīng)于測(cè)試協(xié)議的來(lái)自存儲(chǔ)器55(圖7)的指令。代碼中的另一種可以與液體樣本被采集的患者的信息相關(guān)聯(lián)，其可以包括某種程度的加密以確?；颊邤?shù)據(jù)被保密。另一種代碼可以提供用于試管組件90的零件號(hào)或序列號(hào)的質(zhì)量保證檢查，以確保試管組件90是真正和真實(shí)的零件，使得不適當(dāng)?shù)脑嚬芪幢粶y(cè)試。用于質(zhì)量保證檢查的代碼也可以防止試管組件90第二次被測(cè)試(可能在某種類型的清潔之后)，如果旨在僅單次使用的話。同樣，儀器10包括用于讀取組件90上的代碼62的設(shè)備60(如圖像傳感器、條形碼讀取器/傳感器或qr代碼讀取器/傳感器)?？蛇x擇地，可以隨著組件90被放置在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13(圖5)上而掃描標(biāo)簽上的代碼60，使得在門27關(guān)閉之前獲得必要的信息。

圖5還示出了當(dāng)門27打開(kāi)時(shí)裝載到可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13之后處于其操作位置的試管組件90。圖6a、圖6b和圖6c示出了試管組件90的細(xì)節(jié)。試管組件90包括布置成兩個(gè)圓形(或弧形)構(gòu)造的多個(gè)流體/光學(xué)室。外圓形構(gòu)造包括位于大致圓形軌跡上的內(nèi)部流體室92。試管組件90包括位于大致圓形軌跡上的外部流體室94，其具有比內(nèi)部流體室92的大致圓形軌跡更大的半徑。如圖所示，試管組件90由7個(gè)單獨(dú)的試管91組成(圖6a中僅示出了6個(gè))，其優(yōu)選為一次性的且僅使用一次?？蛇x擇地，試管組件90可以由單一的環(huán)形結(jié)構(gòu)或兩個(gè)180度的試管組成。

每個(gè)單獨(dú)的試管91在其角落處包括凹部95，其允許通過(guò)凹部95與對(duì)準(zhǔn)柱32的配合將單獨(dú)的試管91及由此的試管組件90對(duì)準(zhǔn)在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13上的適當(dāng)位置(參照?qǐng)D5)?？梢允褂闷渌愋偷奈锢韺?duì)準(zhǔn)特征或者可能的磁性元件將試管組件90對(duì)準(zhǔn)在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13上。試管組件90在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13上的對(duì)準(zhǔn)確保了內(nèi)部流體室92和外部流體室94與對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)13中的開(kāi)口對(duì)齊。因此，隨著對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)13在電機(jī)31的動(dòng)力下經(jīng)歷其轉(zhuǎn)盤狀運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)13和內(nèi)部流體室92中的內(nèi)部徑向開(kāi)口順次地定位在門平臺(tái)29中的開(kāi)口35f上，并且對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)13和外部流體室94中的外部徑向開(kāi)口順次地定位在門平臺(tái)29中的開(kāi)口35a上。開(kāi)口35a和35f(以及反射鏡21和傳感器22)幾何地配置以確保每次電機(jī)31停止將一個(gè)外部流體室94對(duì)齊在開(kāi)口35a上時(shí)，大致相對(duì)的內(nèi)部流體室92對(duì)齊在開(kāi)口35f上。然而，因?yàn)橥獠苛黧w室94比內(nèi)部流體室92更多，所以測(cè)試試管組件90周圍的流體室92,94的一個(gè)360度循環(huán)需要的內(nèi)部流體室92的測(cè)試比外部流體室94更少(即，來(lái)自激光器20a的更少順次輸入)。換句話說(shuō)，在所示實(shí)施方案中，在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13的360度旋轉(zhuǎn)期間，可操作激光器20b用于42個(gè)外部流體室94的42次測(cè)試，而在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13的相同的360度旋轉(zhuǎn)期間，可操作激光器20a僅用于35個(gè)內(nèi)部流體室92的35次測(cè)試。

如圖6b和圖6c所示，每個(gè)流體室92和94在其上端和下端分別由上窗口93a和下窗口93b限制。上窗口93a形成在頂蓋96上，該頂蓋卡在試管91的主體97上。上窗口93a向下延伸到流體室中，使得其與流體室內(nèi)的流體樣品接觸。下窗口93b是附接到主體97的下部的薄層(優(yōu)選由光學(xué)級(jí)塑料制成)。下窗口93b形成流體室的底部。

每個(gè)流體室92和94包括多個(gè)部分。較小部分98連接到較大部分99中。在使用中，在附接頂蓋96之前，每個(gè)流體室92和94都填充有流體樣品。每個(gè)流體室92和94接收已知量的流體，使得當(dāng)頂蓋96附接到主體97時(shí)，上窗口93a向下延伸到流體室中、接觸流體并使流體移動(dòng)以允許流體沿著限定較小部分98的表面向上移動(dòng)。因此，每個(gè)流體室的較小部分98提供空間容積以適應(yīng)當(dāng)頂蓋96向下移動(dòng)并且上窗口93a與流體配合時(shí)發(fā)生的流體位移。在操作期間，輸入光束進(jìn)入用作光學(xué)室的較大部分99，并且所得到的前向散射信號(hào)從下窗口93b離開(kāi)?？梢栽谠嚬芙M件90(未示出)內(nèi)和/或試管組件90外部對(duì)各流體樣品進(jìn)行某種類型的過(guò)濾，從而基本上將不想要的顆粒過(guò)濾掉，僅(或僅主要地)留下細(xì)菌。

為了在操作模式下將試管組件90順次地移動(dòng)到可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13上，電機(jī)31以轉(zhuǎn)盤狀的方式遞增地前進(jìn)，以使一個(gè)外部流體室94對(duì)齊在反射鏡21b下方和傳感器22b上方，從而接收來(lái)自激光器20b的產(chǎn)生前向散射信號(hào)的輸入能量。此外，當(dāng)外部流體室94中的一個(gè)如此對(duì)齊時(shí)，試管90的大致相對(duì)側(cè)上的相應(yīng)的一個(gè)內(nèi)部流體室92對(duì)齊在反射鏡21a下方和傳感器22a上方，從而接收來(lái)自其他激光器20a的輸入能量。如此，試管組件90上的兩個(gè)相對(duì)的流體樣品可以被同時(shí)測(cè)試或順次地測(cè)試(在激光器20a和20b的順次點(diǎn)火之間只有很少時(shí)間或沒(méi)有時(shí)間)，并經(jīng)由相應(yīng)的前向散射信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。相鄰的外部流體室94和內(nèi)部流體室92之間的周向間隔被選擇為對(duì)應(yīng)于電機(jī)31的預(yù)定量的旋轉(zhuǎn)增量的已知周向距離。換句話說(shuō)，作為例子，如果已知電機(jī)31的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的四個(gè)增量在從電機(jī)31的軸到外部流體室94的中心點(diǎn)測(cè)量到的半徑處產(chǎn)生2cm的弧距，則在試管90的設(shè)計(jì)中，兩個(gè)相鄰的外部流體室94的中心點(diǎn)可以設(shè)定為2cm，因?yàn)殡姍C(jī)31運(yùn)行的四個(gè)增量需要在相鄰的外部流體室94之間轉(zhuǎn)變。

位于門平臺(tái)29內(nèi)的轉(zhuǎn)盤式位置傳感器33(圖3)用于感測(cè)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13及由此的試管組件90的位置。轉(zhuǎn)盤式位置傳感器33可以包括編碼器，其用于對(duì)準(zhǔn)每個(gè)內(nèi)部和外部流體室92,94相對(duì)于激光器20的輸入光束的位置?？蛇x擇地，如果可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13內(nèi)的一些開(kāi)口保持打開(kāi)(即，未被試管覆蓋)并且被定制為提供特定信號(hào)供傳感器22接收，則激光器20和傳感器22可以用于試管取向的目的。隨著可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13經(jīng)歷轉(zhuǎn)盤狀運(yùn)動(dòng)以開(kāi)啟操作模式并對(duì)需要測(cè)試的第一流體室進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，激光器20和相應(yīng)的傳感器22可以通過(guò)識(shí)別當(dāng)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13旋轉(zhuǎn)時(shí)其內(nèi)的這些未使用和不同尺寸的開(kāi)口來(lái)識(shí)別第一流體室的周向位置。在接收到從傳感器22輸出的信號(hào)之后，處理器50根據(jù)從反射鏡21a或21b反射的輸入光束之一選擇性地控制電機(jī)31，以將待測(cè)試的第一流體室放置在適宜的周向位置。

圖6d示出了試管130的替代實(shí)施方案，其可以像試管組件90一樣呈環(huán)形，或像圖6a～6c中的單獨(dú)的試管91一樣呈弧形。試管130在一個(gè)內(nèi)部流體室132和一個(gè)外部流體室134的區(qū)域中示出為貫穿主體131的斷面，但是試管130將具有許多內(nèi)部流體室132和外部流體室134(例如，42個(gè)外部流體室134和35個(gè)內(nèi)部流體室132)。上窗口133a在外部流體室134的區(qū)域中附接到主體131，而上窗口133b在內(nèi)部流體室132的區(qū)域中附接到主體131。每個(gè)上部進(jìn)入窗口133a和133b都可以是環(huán)形(或弧形)的，使得其完全(或部分地)裝配在試管130周圍(例如，窗口133a是覆蓋所有外部流體室134的整件式光學(xué)級(jí)塑料，窗口133b是覆蓋所有內(nèi)部流體室132的具有略小半徑的單獨(dú)的整件式光學(xué)級(jí)塑料)。下部離開(kāi)窗口135也附接到主體131并且是覆蓋所有內(nèi)部流體室132和外部流體室134的底部的整件式光學(xué)級(jí)塑料(如圖所示)。也可以使用單獨(dú)的進(jìn)入窗口133和離開(kāi)窗口135。試管130示出為擱置在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13上，其具有與所有內(nèi)部流體室132和外部流體室134對(duì)齊的開(kāi)口，如上面參照?qǐng)D6a～6c所述的。

每個(gè)內(nèi)部流體室132和外部流體室134都包括用于在來(lái)自激光器20的輸入光束從反射鏡21反射、透過(guò)流體樣品并且產(chǎn)生由傳感器22接收的前向散射信號(hào)的測(cè)試期間保持流體樣品的主容積136。直接鄰近主容積136的是在主容積136的整個(gè)高度方向上延伸的流體輸入端口137，以確保接收在每個(gè)流體室內(nèi)的樣品流體會(huì)配合上窗口133的下表面。因此，通過(guò)使流體輸入端口137位于上窗口133上方(相對(duì)于重力梯度)，流體樣品應(yīng)該在重力下完全填充主容積136而沒(méi)有氣泡，氣泡對(duì)于操作來(lái)說(shuō)可能是有問(wèn)題的。在操作期間，輸入光束進(jìn)入用作光學(xué)室的主容積136，并且所得到的與細(xì)菌濃度(或流體中的其他顆粒)相關(guān)聯(lián)的前向散射信號(hào)從下窗口135離開(kāi)并穿過(guò)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13中的開(kāi)口。試管130還可以包括具有彈性的下凸部的蓋140，該凸部裝配在內(nèi)部流體室132和外部流體室134的每個(gè)流體輸入端口137內(nèi)，從而在它們的室被填充之后密封試管130。蓋140可以是環(huán)形的或弧形的，取決于試管130的整體形狀。

圖6e示出了流體輸入歧管150的一個(gè)例子，其可以用于利用單一類型的流體樣品來(lái)同時(shí)填充所有內(nèi)部流體室132和外部流體室134。流體輸入歧管150包括一系列的內(nèi)部流體通道152和一系列的外部流體通道154。內(nèi)部流體通道152設(shè)計(jì)成裝配在內(nèi)部流體室132的流體輸入端口137內(nèi)。外部流體通道154設(shè)計(jì)成裝配在與外部流體室134相關(guān)聯(lián)的流體輸入端口137內(nèi)。在流體輸入歧管150已經(jīng)安裝到試管130上之后，需要共同地填充試管130中的所有內(nèi)部流體室132和外部流體室134的已知量的液體可以填充到歧管150的上部，使得樣品流體同時(shí)填充試管130內(nèi)的每個(gè)內(nèi)部流體室132和外部流體室134。為了確保流體量不會(huì)升高到每個(gè)流體輸入端口137的頂部，可以調(diào)整用于形成每個(gè)內(nèi)部流體通道152和154(其延伸到流體輸入端口137中)的材料的量，以便在各流體輸入端口137內(nèi)產(chǎn)生已知的非流體容積。在填充過(guò)程完成而將歧管150從試管130中移除之后，在各流體輸入端口137內(nèi)產(chǎn)生了額外的容積以接收樣品流體，導(dǎo)致各流體輸入端口137內(nèi)的樣品流體的上表面落在主體131的上表面之下。然后，蓋140可以放置在每個(gè)流體輸入端口137上方，如上面參照?qǐng)D6d所述的。歧管150可以包括具有用于接收已知體積流體的無(wú)針式可拭抹端口閥(swabableportvalve)的封閉頂部。在這種配置中，可以單獨(dú)地裝載試管130的內(nèi)部流體室132和外部流體室134(例如，當(dāng)測(cè)試許多不同的流體樣品時(shí))，或者它們可以通過(guò)使用歧管150來(lái)“散裝地”裝載單個(gè)流體樣品。

圖7示出了位于儀器10內(nèi)的控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。儀器10包括一個(gè)或多個(gè)印刷電路板，其包括至少一個(gè)處理器50(以及可能的幾個(gè)處理器)和至少一個(gè)存儲(chǔ)裝置55。處理器50與存儲(chǔ)裝置55通信，該存儲(chǔ)裝置包括用于操作電機(jī)、激光器、傳感器、加熱系統(tǒng)的各種程序以及基本操作功能和診斷等。處理器50與儀器10的以下功能部件通信，如：(1)感測(cè)前向散射信號(hào)(或其他光學(xué)信號(hào)，如熒光信號(hào))的光學(xué)傳感器22a和22b；(2)產(chǎn)生傳輸?shù)皆嚬苤械墓馐募す馄?0或其他光源；(3)確定可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13或殼體25內(nèi)(或與試管的表面相關(guān)聯(lián))的溫度的溫度傳感器；(4)包括加熱燈和/或其他加熱元件的加熱系統(tǒng)44；(5)用于使平臺(tái)13旋轉(zhuǎn)的電機(jī)31；(6)儀器10的門27前面的顯示裝置28；(7)任何使用者輸入設(shè)備66(機(jī)械按鈕或觸摸屏)；(8)音頻報(bào)警器68，用于向儀器10的操作員發(fā)出特定狀況或事件的警示(例如，用于指示一個(gè)或多個(gè)樣品已經(jīng)達(dá)到特定測(cè)試條件(如高細(xì)菌濃度)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌生長(zhǎng)曲線中的特定斜率，或者某一前向散射信號(hào)超過(guò)某種值)；(9)門平臺(tái)29上的轉(zhuǎn)盤式位置傳感器33；和(10)用于讀取提供關(guān)于試管、測(cè)試協(xié)議等信息的代碼的試管讀取器60。

處理器50還和與儀器10上的輸出端口80相關(guān)聯(lián)的外部系統(tǒng)接口70(如接口模塊)通信。儀器10內(nèi)的處理器50的主要功能是：(i)通過(guò)使用溫度傳感器42和加熱系統(tǒng)44將儀器10內(nèi)的附件維持在適宜的溫度分布(溫度vs.時(shí)間)；(ii)順次地致動(dòng)激光器20a和20b，以便將必要的輸入光束供給到試管組件90內(nèi)的樣品中；(iii)經(jīng)由電機(jī)31和轉(zhuǎn)盤式位置傳感器33可控地旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13，以確保輸入光束和容納流體樣品的各室的適當(dāng)對(duì)齊；(iv)接收和存儲(chǔ)/傳輸與來(lái)自傳感器22a和22b的光學(xué)(例如，前向散射)信號(hào)相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)裝置55中的數(shù)據(jù)；以及(v)可能地，分析前向散射信號(hào)以確定細(xì)菌濃度?？蛇x擇地，控制儀器10的控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)模塊可以部分地位于儀器10的外部。例如，第一處理器可以位于儀器10內(nèi)，以操作激光器、電機(jī)和加熱系統(tǒng)，而位于儀器10外部的第二處理器可以對(duì)由傳感器22a和22b接收的前向散射信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/分析以確定細(xì)菌濃度。來(lái)自儀器10的測(cè)試結(jié)果(例如，細(xì)菌濃度指示)和數(shù)據(jù)可以在儀器顯示裝置28上報(bào)告和/或通過(guò)usb、以太網(wǎng)、wifi、藍(lán)牙或其他通信鏈路從儀器10內(nèi)的外部系統(tǒng)接口70傳輸?shù)酵獠肯到y(tǒng)，該外部系統(tǒng)執(zhí)行進(jìn)一步分析、報(bào)告、歸檔或與網(wǎng)絡(luò)中的其他數(shù)據(jù)匯總。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，中央數(shù)據(jù)庫(kù)接收來(lái)自多個(gè)遠(yuǎn)程位置的儀器10的測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)，從而測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果(匿名數(shù)據(jù)/結(jié)果)可以用于利用分析來(lái)確定趨勢(shì)，然后可以用于導(dǎo)出儀器10的更好和更穩(wěn)健的操作程序(例如，減少每次測(cè)試的時(shí)間，或通過(guò)使用較低的孵育溫度來(lái)降低測(cè)試的能量)。

圖1～7中的儀器10使用激光散射技術(shù)來(lái)量化小于0.5ml、優(yōu)選約0.1ml的流體樣品尺寸中的細(xì)菌生長(zhǎng)。每個(gè)流體室132,134提供足夠的垂直高度(例如，約10mm～12mm)，以引起激光束與細(xì)菌的期望的相互作用，從而產(chǎn)生前向散射信號(hào)。上部進(jìn)入窗口優(yōu)選超過(guò)輸入光束的直徑(其通常小于1mm，優(yōu)選在約0.5mm～0.75mm之間)的兩倍。因此，上窗口的直徑在約2mm～2.5mm的范圍內(nèi)。隨著輸入光束穿過(guò)流體樣品，其發(fā)散度在從中心軸線測(cè)量的約8°內(nèi)，使得離開(kāi)窗口的直徑通常在約4mm～5mm的范圍內(nèi)。流體室的容積和形狀也被構(gòu)造成使氣泡最小化。特別地，優(yōu)選通過(guò)前向散射測(cè)量技術(shù)，儀器10傳輸來(lái)自各激光器20a,20b的穿過(guò)流體樣品的光束，并在傳感器22a,22b處測(cè)量由流體樣品中的細(xì)菌引起的散射信號(hào)。通過(guò)加熱系統(tǒng)44和溫度傳感器42的板上孵育提供從室溫直到42℃(或更高)的流體樣品溫度。儀器10允許在一段時(shí)間(例如，1～6小時(shí))內(nèi)的一系列光學(xué)測(cè)量間隔，以確定在孵育期間液體樣品內(nèi)的細(xì)菌的生長(zhǎng)和濃度。光學(xué)測(cè)量?jī)x器10可以通過(guò)一般地記載在美國(guó)專利no.7,961,311和no.8,339,601(這兩個(gè)專利由本申請(qǐng)人共同擁有，并且其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文)中的各種技術(shù)來(lái)對(duì)細(xì)菌進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)。

由于儀器10內(nèi)的孵育特征，所以可以控制試管組件90周圍的必要環(huán)境以促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)，使得由激光器20a和20b與傳感器22a和22b的組合進(jìn)行的后續(xù)光學(xué)測(cè)量產(chǎn)生指示細(xì)菌濃度增大的更強(qiáng)的前向散射信號(hào)。儀器10包括內(nèi)部編程，其(i)控制流體樣品周圍的環(huán)境，以及(ii)規(guī)定光學(xué)測(cè)量之間的時(shí)間和/或時(shí)間間隔，以確定細(xì)菌是否已經(jīng)生長(zhǎng)，并且如果是，則確定細(xì)菌的濃度增大了多少?？梢栽谂c端口80連接的單獨(dú)顯示裝置上看到來(lái)自儀器10的實(shí)時(shí)輸出。

在儀器10的一種操作模式中，試管組件90(或各單獨(dú)的試管91)中的流體樣品來(lái)自單個(gè)樣品(例如，來(lái)自單個(gè)患者)。每個(gè)流體室92和94可以預(yù)先裝載有包括藥物、抗微生物劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)標(biāo)記或著色劑的特定化學(xué)效應(yīng)子(不同類型和各種類型的不同量)。然后，各光學(xué)室用一個(gè)或多個(gè)光束線路或者通過(guò)將流體樣品移動(dòng)通過(guò)反射鏡22下方的輸入光束線路來(lái)順次地測(cè)量。如果各單獨(dú)的光學(xué)室包括不同的化學(xué)效應(yīng)子(例如，不同劑量的抗生素)，則對(duì)于單個(gè)流體樣品，可以隨時(shí)間監(jiān)測(cè)單獨(dú)的化學(xué)效應(yīng)子的影響。因此，如果試管組件90(或單獨(dú)的試管91)裝載有來(lái)自單個(gè)患者的樣品，則儀器10可以用于確定化學(xué)效應(yīng)子(藥物、抗微生物劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)標(biāo)記或著色劑)對(duì)單個(gè)樣品的影響，但是各室包含不同的化學(xué)效應(yīng)子。在這種情況下，儀器10可以針對(duì)多個(gè)化學(xué)效應(yīng)子測(cè)試單個(gè)患者的樣品。如此，如果試管(如試管組件90或單獨(dú)的試管91)裝載有單個(gè)樣品(例如，來(lái)自單個(gè)患者)，則與試管組件90結(jié)合的測(cè)量?jī)x器10可以用于確定化學(xué)效應(yīng)子(例如，藥物、抗微生物劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)標(biāo)記或著色劑)對(duì)單個(gè)樣品的影響，但是各光學(xué)室包含不同的化學(xué)效應(yīng)子(或者，試管組件90中的每7個(gè)試管91被設(shè)計(jì)成經(jīng)由11流體室92,94來(lái)測(cè)試單個(gè)化學(xué)效應(yīng)子11次以獲得準(zhǔn)確度/重復(fù)性)。組件90的試管91的標(biāo)簽上的代碼62可以識(shí)別在各個(gè)試管91內(nèi)正在測(cè)試的是哪種化學(xué)效應(yīng)子。

圖8示出了用于儀器10的不同的可旋轉(zhuǎn)試管組件190，其中單個(gè)樣品由組合和混合的一種或多種液體和/或干燥材料構(gòu)成。試管組件190包括用于添加這些材料的端口196和用于混合這些材料的中央室194。過(guò)濾器197可以用于使轉(zhuǎn)移到中央混合室194中的顆粒最小化?？尚D(zhuǎn)的試管組件190包括多個(gè)測(cè)量室192(例如，試管)的配置，該測(cè)量室圍繞中央室194配置有由壁198限定的用于將液體從中央混合室194連通到外圍測(cè)量室192的通道或管道195。試管190可以具有圍繞中央室194配置的多個(gè)外圍測(cè)量室192(例如，30或40個(gè))，以允許使用激光器20a和20b以及傳感器22a和22b。通道195可以配置在中央混合室194的預(yù)期填充水平的上方并且可以是傾斜的，使得組件190的旋轉(zhuǎn)將迫使液體離心地流向通道195，然后進(jìn)入外圍測(cè)量室192?？蛇x擇地或另外，通道195內(nèi)的閥門或密封件可以配置成阻止流向測(cè)量室，直到完成滿意的混合。端口196可以與無(wú)針式可拭抹輸入閥199連接，以消除或阻止當(dāng)正在裝載試管組件190時(shí)樣品流體的滴落。

中央混合室194和外圍測(cè)量室192可以由一次性塑料材料制成，使得它們僅用于單個(gè)樣品。類似地，限定通道195的壁198可以由類似的塑料材料制成。在一個(gè)實(shí)施方案中，單個(gè)一次性單元包括具有中央室、通道/管道和外圍測(cè)量室的蜘蛛狀構(gòu)造，所有這些都被卡入(或裝配)到提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和光學(xué)感測(cè)的儀器10的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13的相應(yīng)結(jié)構(gòu)(例如，對(duì)準(zhǔn)柱32)中。

在另外的實(shí)施方案中，每個(gè)外圍測(cè)量室192可以預(yù)先裝載有包括藥物、抗微生物劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)標(biāo)記或著色劑的化學(xué)效應(yīng)子。單個(gè)流體樣品可以裝入中央室194中，通過(guò)室的旋轉(zhuǎn)(可能由中央室中的葉片或槳葉輔助)混合，然后通過(guò)組件190的旋轉(zhuǎn)離心地分配到外圍測(cè)量室192中。然后，通過(guò)組件190的旋轉(zhuǎn)來(lái)順次地測(cè)量各外圍測(cè)量室192，以使各測(cè)量室192移動(dòng)到由在激光器20(或反射鏡21)和傳感器22之間限定的一個(gè)或多個(gè)光束線路內(nèi)的位置?？蛇x擇地，不同的儀器可以圍繞樣品組件190移動(dòng)光束線路。如果各單獨(dú)的測(cè)量室包括不同的化學(xué)效應(yīng)子(例如，不同劑量的抗生素)，則可以隨時(shí)間監(jiān)測(cè)單獨(dú)的化學(xué)效應(yīng)子的影響。

在流體樣品需要混合或攪拌的情況下，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)13可以配備有振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，以幫助攪拌試管組件90中的樣品。例如，電機(jī)31可以在該模式下操作，由此反復(fù)地使試管組件90來(lái)回移動(dòng)以提供必要的混合。

在儀器10的又一個(gè)實(shí)施方案中，光源20和傳感器22是固定的，并且多個(gè)樣品室也是固定的。然而，機(jī)電致動(dòng)器上的光學(xué)元件(如反射鏡或棱鏡)用于將來(lái)自測(cè)量室的光束移動(dòng)到各樣品內(nèi)的測(cè)量室。因此，機(jī)電致動(dòng)器和可能的電機(jī)用于移動(dòng)光束，而光源、傳感器和多個(gè)樣品室是固定的。單個(gè)光束源也可以分成與反射鏡21a和21b一起使用的多個(gè)輸入光束。

關(guān)于細(xì)菌的測(cè)量，儀器10優(yōu)選測(cè)量一般在0.1～10微米范圍內(nèi)的細(xì)菌和其他生物體，并且測(cè)量重復(fù)性為10％。儀器10可以測(cè)量1×10⁴cfu/ml的低濃度(基于過(guò)濾的鹽水中的大腸桿菌)，并且提供連續(xù)測(cè)量，顯示出超過(guò)1×10⁹cfu/ml的生長(zhǎng)。儀器10可以裝載有出廠設(shè)置的校準(zhǔn)因子，用于普通生物體的近似定量。此外，使用者可以裝載具有特定測(cè)試協(xié)議的定制校準(zhǔn)因子，以用于較不常見(jiàn)的生物體或過(guò)程。

考慮到流體中的顆粒(特別是細(xì)菌)可能不能運(yùn)動(dòng)，可能的是，大簇可能會(huì)影響任何給定測(cè)試樣品上的前向散射信號(hào)。因此，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，對(duì)各流體樣品的多個(gè)連續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均以避免使得對(duì)應(yīng)于大簇顆粒的單個(gè)前向散射信號(hào)或僅對(duì)應(yīng)于少數(shù)顆粒的單個(gè)前向散射信號(hào)影響整個(gè)測(cè)試結(jié)果。在一個(gè)例子中，以滾動(dòng)平均法對(duì)五個(gè)連續(xù)的前向散射信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均，以形成單個(gè)平均信號(hào)。因此，由于針對(duì)各樣品采集新數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以其與先前的四個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)一起使用以形成新的平均值。多于五個(gè)或少于五個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)都可以用于這種滾動(dòng)平均。此外，計(jì)算方法可以使用各種算法，以在取平均值之前移除高和低信號(hào)(或某些超高或超低信號(hào))。或者，計(jì)算方法可以像選擇數(shù)據(jù)集的數(shù)學(xué)中值一樣簡(jiǎn)單。最終，來(lái)自儀器10的前向散射信號(hào)將在適宜的孵育溫度下在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生具有一定斜率的細(xì)菌生長(zhǎng)曲線。

通常，對(duì)生長(zhǎng)曲線進(jìn)行數(shù)值過(guò)濾和分析以測(cè)定初始濃度、預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的生長(zhǎng)百分比以及生長(zhǎng)速率的變化。高于預(yù)定閾值的細(xì)菌不存在或細(xì)菌存在的測(cè)定基于具有閾值的那些參數(shù)(其是細(xì)菌生長(zhǎng)和鹽結(jié)晶/溶解動(dòng)力學(xué)的特征)的組合。在一個(gè)基本例子中，如果斜率高于預(yù)定值，則患者的樣品被感染?？蛇x擇地，可能的是，指示存在感染的斜率在不同時(shí)間段內(nèi)可能是不同的(例如，t＝0～30分鐘內(nèi)的斜率感染(slopeinfection)>x；t＝30～60分鐘內(nèi)的斜率感染(slopeinfection)>1.5x；等等)。

具有不同于周圍介質(zhì)的折射率的顆粒會(huì)對(duì)光進(jìn)行散射，并且所得到的散射強(qiáng)度/角分布取決于粒徑、折射率和形狀。在其中輸入光離開(kāi)樣品之前被散射多于一次(稱為多重散射)的情況下，散射也取決于顆粒的濃度。通常，細(xì)菌具有接近于水的折射率，表明它們相對(duì)透明并且主要在向前方向上散射入射光束的一小部分。利用儀器10內(nèi)的光學(xué)設(shè)計(jì)，可以著眼于將散射角度降至約2°，而不會(huì)有入射的輸入光束或其他噪聲信號(hào)(例如，來(lái)自試管窗口的散射)干擾由細(xì)菌散射的光。通過(guò)同時(shí)測(cè)量前向散射和光密度，測(cè)量可以延長(zhǎng)到10^-5，從而允許準(zhǔn)確地測(cè)量低至10³cfu/ml的濃度。

光密度測(cè)量旨在測(cè)定不準(zhǔn)確的樣品濃度，因?yàn)樯⑸漕w粒的尺寸極大地影響所得到的光密度。與更大濃度的小尺寸細(xì)菌樣品相比，具有較大尺寸細(xì)菌的樣品獲得了類似的光密度。此外，由于在細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中尺寸會(huì)發(fā)生變化，所以光密度對(duì)濃度的額外校準(zhǔn)不會(huì)產(chǎn)生更準(zhǔn)確的結(jié)果。

也可以使用儀器10來(lái)測(cè)量流體樣品內(nèi)的細(xì)菌的數(shù)量。利用用于球形顆粒的米氏散射模型(miescatteringmodel)和光散射的t矩陣法(t-matrixmethod)，結(jié)合考慮到多重散射的蒙特卡羅射線追蹤計(jì)算(monte-carloraytracingcalculation)，可以從光密度和散射光角分布的測(cè)量評(píng)估細(xì)菌數(shù)量及其尺寸。

結(jié)果幾乎與特定的顆粒形狀無(wú)關(guān)，并且松散地依賴于細(xì)菌的尺寸分散度，從而導(dǎo)致平均尺寸的較小的恒定移動(dòng)。因此，通過(guò)由第一原理模型測(cè)量到的參數(shù)來(lái)評(píng)估細(xì)菌濃度和尺寸，而無(wú)需任何自由參數(shù)，除了通過(guò)針對(duì)每個(gè)細(xì)菌物種的校準(zhǔn)而測(cè)量到的細(xì)菌折射率之外。簡(jiǎn)言之，儀器10可以用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于散射強(qiáng)度的前向散射信號(hào)和角分布(例如，對(duì)于小于5°的角度，如低至約2°的角度)以及流體樣品的光密度，然后可以對(duì)其進(jìn)行評(píng)估以測(cè)定細(xì)菌數(shù)量及其尺寸(和在一段時(shí)間內(nèi)細(xì)菌數(shù)量及其尺寸的變化)。

與圖1～8相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)和方法具有各種用途和應(yīng)用。例如，在研究領(lǐng)域，其可以用于(i)微生物濃度和生長(zhǎng)分析；(ii)抗菌劑、抗生素的定量和環(huán)境影響；以及(iii)抗生素藥物研發(fā)和臨床試驗(yàn)注冊(cè)。在衛(wèi)生和安全領(lǐng)域，其可以用于(iv)抗菌劑和抗生素的質(zhì)量保證測(cè)試；(v)過(guò)程和飲用水測(cè)試；以及(vi)表面、擦拭和拭抹微生物測(cè)試。在人類和動(dòng)物的臨床微生物學(xué)領(lǐng)域，其可以用于(vii)感染的快速檢測(cè)和定量；(viii)快速的抗生素敏感性測(cè)試(ast)；(ix)藥物測(cè)試和測(cè)量；以及(x)質(zhì)量控制用的抗生素敏感性測(cè)試。

與圖1～8相關(guān)聯(lián)的本發(fā)明還考慮了存在于流體樣品中的細(xì)菌類型的識(shí)別(或部分識(shí)別)。例如，如果已知某種類型的流體具有有限數(shù)量的細(xì)菌類型，則可以知道一種類型的細(xì)菌，其相對(duì)于其他細(xì)菌在某一孵育溫度下以較快的速率生長(zhǎng)，從而在生長(zhǎng)曲線上產(chǎn)生較高的斜率。可以知道一種類型的細(xì)菌，其相對(duì)于其他細(xì)菌在某一孵育溫度下以較慢的速率生長(zhǎng)，從而在生長(zhǎng)曲線上產(chǎn)生較低的斜率?；蛘?，可以知道一組細(xì)菌，其具有特定生長(zhǎng)曲線，從而通過(guò)消除可能存在于流體樣品中的其他類型的細(xì)菌來(lái)進(jìn)行部分識(shí)別。使用具有相同組的流體樣品但在不同孵育溫度下的多個(gè)儀器10(例如，在38℃、40℃和42℃下的三個(gè)儀器10中的相同的樣品)可以產(chǎn)生不同的細(xì)菌生長(zhǎng)曲線，其中相對(duì)另一種(或至少一種細(xì)菌)識(shí)別一種類型的細(xì)菌。此外，如果已知一個(gè)細(xì)菌(或一種細(xì)菌)死于某一溫度以上，則在測(cè)試樣品之后，儀器10可以升高溫度以觀察是否有任何樣品的生長(zhǎng)曲線變得平坦，如果有，則表明樣品可能被已知死于操作溫度以上的細(xì)菌感染。

在另一個(gè)例子中，已知人類中復(fù)雜的uti病例具有革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌。結(jié)晶紫是一種染色劑，其附著在革蘭氏陽(yáng)性菌的粗糙表面上，并且在此過(guò)程中，使表面上的孔隙變得“堵塞”，從而殺死革蘭氏陽(yáng)性菌。因此，使試管組件90的一個(gè)或多個(gè)流體室92,94包含結(jié)晶紫，而試管組件90中的其他室缺乏結(jié)晶紫，允許識(shí)別uti感染型。如果細(xì)菌生長(zhǎng)曲線在兩種室中持續(xù)相似，則患者的樣品很有可能僅被革蘭氏陰性菌感染。另一方面，如果具有結(jié)晶紫的室中的細(xì)菌生長(zhǎng)曲線具有基本上更小的斜率，則感染很有可能包括革蘭氏陽(yáng)性菌。如此，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌的至少部分識(shí)別。在這種情況下，化學(xué)效應(yīng)子是影響生物體的生長(zhǎng)行為的惰性化學(xué)物質(zhì)(結(jié)晶紫)，并且與對(duì)照相比，可以獲得細(xì)菌的一些識(shí)別信息。

這些實(shí)施方案中的每一個(gè)及其明顯的變化預(yù)期落在所附權(quán)利要求中闡述的要求保護(hù)的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。此外，本構(gòu)思明確地包括前述各要素和方面的任何和所有組合以及子組合。