УСТРОЙСТВО И СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ Российский патент 2014 года по МПК G01N33/483 C12M1/34 C12Q1/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для проведения анализов биологических образцов, а более конкретно микробиологического анализа, нацеленного на проверку присутствия бактериологически значительных концентраций микроорганизмов внутри биологических образцов, таких как, в частности, образцы жидкостей человеческого тела, например кровь, моча, но не ограничиваясь только ими.

Уровень техники

Для проверки присутствия патогенных агентов, обычно микроорганизмов, которые могут иметь вредное влияние на здоровье человека или животных, хорошо известно проведение микробиологического анализа на биологических образцах, в частности жидкостях тела. Такой тип анализов обычно проводится на моче, крови, кале и буферных растворах. В общем проверки присутствия патогенных агентов внутри образцов недостаточно; для определения вреда, наносимого здоровью, и предписания необходимого лечения нужно также классифицировать их, т.е. определить, микроорганизм какого типа вовлечен.

Традиционные способы для микробиологического анализа образцов мочи основаны на так называемом посеве, который предусматривает распределение образцов, подлежащих анализу, в питательной среде, оставляя их в ней на большое количество часов (обычно 12 часов или более), чтобы проверить, растут ли колонии микроорганизмов в среде. Если да, эти микроорганизмы проверяются, чтобы определить их природу.

Когда должно быть проанализировано больше образцов, процесс посева продолжается чрезвычайно долго и требует некоторой подготовки от оператора, выполняющего его. Обращение с большим количеством влечет за собой биологические риски, а также риски, связанные с возможностью смешивания образцов друг с другом, таким образом неверно приписывая результаты анализа пациентам.

В Ф. Гардини и др. «Хроматографический способ газа, выделяемого продуктом в свободное пространство, для мониторинга микробиологической активности клетки и оценки жизнеспособности клетки», Журнал микробиологических способов, 29 (1997), стр.103-114, описан способ, основанный на хроматографии газа для обнаружения микробиологической активности внутри образцов, подлежащих анализу. Хроматография газа нацелена на идентификацию концентрации диоксида углерода (CO₂), присутствующего в атмосфере, в которой находится образец, и присутствие которого имеет место вследствие метаболизма микроорганизмов, присутствующих в образце. Данный способ требует сложного и дорогостоящего оборудования, а также длительных сроков анализа.

Патент США 4, 971, 900 описывает способ и устройство для обнаружения биологически активных агентов в образцах различной природы, например также и мочи. Способ основан на анализе концентрации диоксида углерода в атмосфере над образцом, который расположен в питательной среде. Анализ продолжается много часов и нацелен на идентификацию любого патогенного агента посредством тенденции развития диоксида углерода в зависимости от времени. Этот способ анализа требует чрезвычайно длительного времени и не слишком надежен, поскольку обнаружение микроорганизма зависит от правильного отслеживания роста кривой диоксида углерода. В частности, проблемы могут возникнуть, когда в образце присутствуют патогенные агенты различных типов, которые растут с временами, отличающимися друг от друга.

Патент США 6, 709, 857 описывает систему для оптического обнаружения концентрации газа в пробирке, содержащей образец, подлежащий анализу. Концентрация газа обнаруживается при помощи фототермической спектроскопии.

Патент США 5, 155, 019 описывает способ для обнаружения присутствия биологической активности в образце с применением способа инфракрасной спектроскопии образца в герметичном контейнере для идентификации присутствия и концентрации диоксида углерода в атмосфере над образцом, культивированным внутри контейнера. В данном случае, опять же, для анализа требуется чрезвычайно длительное время, а также сложное оборудование.

Патент США 5, 217, 876 описывает способ для обнаружения присутствия микроорганизмов в образце внутри контейнера. Способ основан на идее обнаружения оптическим способом изменения в цвете индикаторной среды в контейнере, в котором культивирован образец, изменения, которое имеет место за счет возрастания диоксида углерода из-за присутствия микробиологической активности внутри образца. В данном случае, опять же, для анализа требуется длительное время и, как и в ранее упомянутом случае, идентификация патогенного агента, присутствующего в образце, не очень надежна, поскольку основана на тенденции увеличения диоксида углерода со временем.

Подобный способ описан в патенте США 5, 094, 955.

Патент США 5, 482, 842 описывает дополнительный способ для обнаружения микроорганизмов внутри жидкостей тела, в частности в образце крови. Анализ производится посредством инфракрасного источника света и инфракрасного детектора. В данном случае, опять же, обнаруживается присутствие диоксида углерода, которое возрастает за счет присутствия патогенных микроорганизмов. Диоксид углерода имеет коэффициент поглощения инфракрасного излучения, отличный от коэффициента поглощения инфракрасного излучения атмосферы, обычно присутствующей (в отсутствие патогенных агентов) над уровнем образца внутри пробирки.

Патент США 5, 856, 175 описывает устройство для обнаружения патогенных агентов в образцах жидкостей тела, которое подобно устройству, описанному в патентах США 5, 094, 955 и 5, 217, 876.

Патент США 5, 814, 474 описывает устройство для непосредственного обнаружения микроорганизмов в колбах для культивации. Описанное устройство основано на анализе образцов крови, слюны или мочи. Способ, описанный здесь, главным образом основан на анализе атмосферы, содержащейся в пробирке, в которую помещен культивированный образец. Газ, произведенный внутри пробирки, проходит через газовые датчики, чтобы обнаружить его состав, а затем на основе анализа газа идентифицировать присутствие микроорганизмов в образце. Способ анализа чрезвычайно сложен, требует очень дорогих датчиков и длительного времени анализа.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение обеспечивает способ, который упрощает и ускоряет анализ жидкостей тела, в частности мочи, не ограничиваясь только этим. В соответствии с некоторыми вариантами воплощения способ по настоящему изобретению позволяет отличить среди множества образцов несомненно положительные образцы от несомненно отрицательных, т.е. выделить образцы, внутри которых присутствует по меньшей мере один патогенный агент, который должен быть идентифицирован на второй, более точной, фазе анализа, от образцов, непременно не имеющих патогенных агентов, для которых, следовательно, выполнение дальнейшего анализа бесполезно.

Таким образом, во время более поздней фазы анализа, которая может быть выполнена посредством процесса посева или других известных процессов, обрабатываются только некоторые из первоначально рассмотренных образцов, тогда как несомненно отрицательные образцы не требуют дальнейшей обработки.

В соответствии с одним вариантом воплощения способ по настоящему изобретению содержит следующие стадии:

а) введение биологического образца, подлежащего анализу, в пробирку, содержащую питательную среду; б) инкубация пробирки в течение первого интервала времени;

в) анализ атмосферы в указанной пробирке по истечении первого интервала времени;

г) определение на основании количества диоксида углерода, обнаруженного в атмосфере, содержит биологический образец патологически значимую бактериальную нагрузку или нет.

Настоящее изобретение, главным образом, основано на идее использования количества диоксида углерода, обнаруженного в атмосфере внутри образца, не для идентификации типа патогенного агента, который может присутствовать в образце, как в традиционных способах, а в качестве параметра для того, чтобы отличить несомненно отрицательные образцы от несомненно положительных образцов. Идентификация типа патогенного агента, присутствующего в положительных образцах, будет производиться на последующей более точной фазе анализа, например в процессе посева или другими известными системами, например, описанными в патентной документации, упомянутой выше во вводной части настоящего описания. Однако единственными способами, которые в настоящее время позволяют надежным способом идентифицировать тип микроорганизмов, присутствующих в образцах, являются способы, основанные на посеве, отличающемся описанными выше недостатками.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения предусмотрено два пороговых значения, с которыми сравнивается содержание диоксида углерода, которое развивается внутри каждого отдельного контейнера культивированного образца после заданного периода времени. В некоторых вариантах воплощения возможно предусмотреть образцы, содержание диоксида углерода которых после данного времени инкубации больше, чем первое предельное значение, которые подлежат классификации как несомненно положительные, и наоборот, образцы, содержание диоксида углерода которых после такого же промежутка времени инкубации меньше, чем второе предельное значение, которые подлежат классификации как несомненно отрицательные. Промежуточные образцы могут рассматриваться как неопределенные и, для большей надежности анализа, могут быть подвергнуты детальному анализу, чтобы проверить присутствие и тип микроорганизмов.

Наоборот, в соответствии с модифицированным вариантом воплощения настоящего изобретения неопределенные образцы вместо подвергания детальному анализу, например, процессом посева могут быть при необходимости подвергнуты второму интервалу инкубации, обновляя атмосферу, присутствующую в индивидуальных контейнерах образцов. Обновление атмосферы позволяет устранить присутствие диоксида углерода и добавить кислород, чтобы развить метаболизм присутствующих в образце микроорганизмов, если таковые имеются. После второго интервала времени инкубации неопределенные образцы вновь подвергаются проверке содержания диоксида углерода в атмосфере контейнера. Содержание затем сравнивается с пороговым значением, которое различается между несомненно положительными образцами (для которых содержание диоксида углерода больше порогового значения) и несомненно отрицательными образцами, для которых содержание диоксида углерода меньше порогового значения.

Посредством этого рабочего способа возможно в дальнейшем снизить образцы, которые должны быть подвергнуты последующему процессу посева, т.к. образцы, которые были определены как неопределенные при первой фазе анализа, в дальнейшем подразделяются на несомненно положительные образцы и несомненно отрицательные образцы. Последние не подвергаются посеву или другому процессу анализа для определения типа патогенных агентов, содержащихся в них.

Дополнительные преимущественные варианты воплощения и возможные признаки способа по настоящему изобретению отображены в прилагаемой формуле изобретения и будут описаны более подробно далее со ссылкой на один вариант воплощения.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение имеет отношение к устройству для микробиологического анализа образцов жидкостей тела, таких как моча или подобное, содержащему:

- область инкубации для контейнеров, содержащих указанные образцы;

- анализатор для анализа внутренней атмосферы указанных контейнеров;

- систему сортировки для сортировки контейнеров в соответствии с содержанием диоксида углерода, обнаруженным указанным анализатором.

По существу, в некоторых вариантах воплощения устройство предусматривает зону инкубации, где образцы, содержащиеся внутри индивидуальных контейнеров, выдерживаются в течение соответствующего периода времени, например в течение около одного часа. Образцы затем анализируются при помощи анализатора и сортируются, т.е. подразделяются на положительные образцы и отрицательные образцы. В усовершенствованном варианте воплощения система сортировки подразделяет образцы, которые были подвергнуты этой первой инкубации, на несомненно положительные образцы, несомненно отрицательные образцы и неопределенные образцы. Устройство может представлять вторую зону инкубации для неопределенных образцов, где они остаются при необходимости на второй срок инкубации после обновления атмосферы внутри своих контейнеров в силу описанных выше причин. Возможно также выполнение второй фазы инкубации в зоне инкубации, где происходит первая инкубационная фаза индивидуальных образцов. Оборудование будет соответственно управляться микропроцессором, так что способно хранить в памяти информацию, касающуюся положения контейнеров с образцами, которые выполняют первую инкубационную фазу, и с образцами, которые выполняют вторую инкубационную фазу, так чтобы избежать ошибок в выполнении первой и второй инкубационной фаз различных образцов, содержащихся внутри оборудования анализа устройства.

Дополнительные преимущественные признаки и варианты воплощения устройства по настоящему изобретению отображены в прилагаемых зависимых пунктах формулы изобретения и будут описаны более подробно со ссылкой на неограничивающий вариант воплощения изобретения.

В соответствии с дополнительным аспектом дополнительная цель настоящего изобретения - обеспечить пробирку для способа анализа для использования с оборудованием по настоящему изобретению. Более конкретно, в соответствии с вариантом воплощения пробирка по настоящему изобретению является вакуумной пробиркой, содержащей питательную среду, пригодную для развития микроорганизмов, которые могут присутствовать в конкретном биологическом образце, для которого предназначена пробирка, а также магнитный перемешивающий элемент, расположенный внутри пробирки.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет лучше понятно посредством последующего описания, приведенного ниже, и прилагаемого чертежа, который показывает неограничивающий практический пример воплощения изобретения. Более конкретно, на чертеже:

фиг.1 показывает вид сверху устройства по изобретению;

фиг.2 показывает разрез II-II с фиг.1;

фиг.3 показывает разрез III-III с фиг.1;

фиг.4А и 4В подробно показывают анализатор и систему катетеров или игл для забора атмосферы из индивидуальных контейнеров образцов;

фиг.5А и 5Е показывают последовательность обращения положительных образцов;

фиг.6А и 6F показывают последовательность обращения неопределенных образцов;

фиг.7 показывает продольный разрез контейнера с магнитным перемешивающим элементом и внешним смесителем; и

фиг.8 показывает маршрутную карту способа анализа по настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Со ссылкой на фиг.1-3 представлено устройство по настоящему изобретению, обозначенное как единое целое номером 1, которое содержит зону 3 загрузки для загрузки штативов R контейнеров P, в которое вставляются и удерживаются в соответствии со стрелкой f5 первым конвейером 5 индивидуальные штативы контейнеров Р, содержащих биологические образцы, подлежащие анализу.

В иллюстрированном варианте воплощения контейнеры представляют собой вакуумные пробирки с герметичным колпачком, но следует понимать, что могут быть использованы также и контейнеры других типов, герметично закрытые, для обнаружения, если необходимо, накопления диоксида углерода внутри них за счет метаболизма микроорганизмов, которые содержатся в образце, если таковые присутствуют, и развиваются благодаря питательной среде, содержащейся внутри пробирки, где помещен образец.

По соседству с зоной 3 загрузки обеспечена зона 7 инкубации, где организован второй конвейер 9, который двигает штативы R пробирок Р в соответствии со стрелкой f9.

Номер 11 в общем обозначает зону покоя для пробирок Р, предпочтительно помещенных в штативе R, содержащих неопределенные образцы, которые должны быть подвергнуты второй инкубации. Между зоной 7 инкубации и зоной 11 покоя расположены анализатор, обозначенный как единое целое номером 13, и устройство сортировки, обозначенное как единое целое номером 15. Анализатор осуществляет анализ атмосферы внутри пробирок по очереди в индивидуальных пробирках Р штативов R, приходящих из зоны 7 инкубации. На основании результата анализа, произведенного анализатором 13, устройство 15 сортировки сортирует пробирки, подразделяя их на пробирки, содержащие положительные образцы, т.е. образцы, на которых должен быть произведен анализ для идентификации патогенных микроорганизмов, содержащихся в образце, и пробирки, содержащие отрицательные образцы, т.е. для которых дальнейший анализ не требуется, поскольку они не содержат существенных патогенных агентов, и, наконец, пробирки, содержащие неопределенные образцы, которые транспортируются в зону 11 покоя, чтобы подвергнуть их второй фазе инкубации.

С особой ссылкой на зону 3 загрузки организованы и вставляются внутрь нее через отверстие, закрытое дверцей 17 (фиг.2), индивидуальные штативы R, содержащие пробирки P, в которых содержатся образцы, подлежащие анализу. Конвейер 5 пошагово передвигает индивидуальные штативы R от положения вставки в зоне 3 загрузки к устройству 21 транспортировки, которое переносит индивидуальные штативы R пробирок Р от зоны 3 загрузки в зону 7 инкубации. В некоторых вариантах воплощения устройство 21 транспортировки содержит продолжительную гибкую деталь 23, ведомую вокруг шкивов 25, 27, по меньшей мере один из которых моторизован. К гибкой детали 23 прикреплен один или более толкателей, которые толкают индивидуальные штативы R, содержащие пробирки Р, чтобы управлять ими в соответствии со стрелкой f21 в направлении, ортогональном относительно направления подачи f5 конвейера 5. Устройство транспортировки может также принимать другие конфигурации, например может содержать резьбовой стержень, с которым входит в зацепление движок с толкателем. Вращение стержня в направлении и в противоположном направлении вызывает подачу и возврат движка и связанного толкателя.

Какую бы конфигурацию ни принимало устройство 21 транспортировки, оно предназначено для транспортировки индивидуальных штативов R, содержащих пробирки Р образцов, подлежащих анализу, из зоны 3 загрузки, которая может поддерживаться при низкой температуре, чтобы сдерживать или замедлять метаболизм микроорганизмов, если таковые присутствуют, в образце в зону 7 инкубации, предпочтительно выдерживаемую при контролируемой температуре, например, около 37°C.

В зоне 7 инкубации конвейер 9 пошагово передвигает индивидуальные штативы R с пробирками Р из положения, в котором они вставлены, из устройства 21 транспортировки в зону 7 инкубации к зоне анализа и зоне сортировки, где расположены анализатор 13 и устройство 15 сортировки.

В зоне анализа и сортировки обеспечено второе устройство 31 транспортировки, подобное устройству 21 транспортировки и содержащее, например, гибкую деталь 33, ведомую вокруг шкивов 35, 37. К гибкой детали 33 прикреплены один или более толкателей 39, которые толкают с пошаговым движением индивидуальные штативы R к устройству сортировки. Устройство 31 транспортировки управляется программируемым электронным устройством управления, которое не показано, таким образом, чтобы пошагово подавать каждый штатив R в соответствии со стрелкой f31, забирая его с конвейера 9 и проводя индивидуально индивидуальные пробирки Р, содержащиеся в штативе R, через анализатор 13. Таким образом, каждая пробирка может быть проанализирована отсасыванием образца атмосферы, содержащейся внутри нее, и определения содержания диоксида углерода, который развился в пробирке за счет эффекта метаболизма патогенных микроорганизмов, если таковые присутствуют, которые могут содержаться внутри образца, культивированного внутри пробирок Р во время инкубационного периода в зоне 7 инкубации.

Инкубация имеет небольшую длительность по сравнению с инкубационными периодами, используемыми в традиционных системах анализа, и продолжается, например, около одного часа, причем конвейер 9 запрограммирован на движение с такой скоростью, что время инкубации практически равно времени, которое необходимо индивидуальному штативу для прохождения от положения, где расположено устройство 21 транспортировки, до положения, где расположено устройство 31 транспортировки.

Как показано, в частности, также на фиг.4, в данном варианте воплощения анализатор является двойным и содержит первый датчик 41А и второй датчик 41 В, выполненные для определения с достаточной точностью содержания диоксида углерода внутри индивидуальных пробирок Р. С таким двойным расположением можно удвоить скорость выполнения анализа устройством. Каждый датчик 41А, 41 В может быть изготовлен по недисперсионному инфракрасному способу (NDIR), как описано, например, в патенте США 6, 255, 653, содержание которого включено в настоящее описание посредством ссылки. Каждый датчик подсоединен через соответствующий гибкий канал 43А, 43 В к полой игле 45, одна из которых видна на фиг.4. Две иглы 45 переносятся кареткой 47, вертикально скользящей вдоль направляющих колонн 49 в соответствии с движением f47, сообщаемым силовым приводом, который не показан. Движение подъема и опускания игл 45, цельных с кареткой 47, используется для проникновения их внутрь пробирок Р, которые всякий раз расположены ниже каретки 47. Опускание игл 45 управляется таким образом, что иглы остаются в зоне индивидуальной пробирки Р, в которой расположена газовая атмосфера, обозначенная G на фиг.4, без касания биологического образца С, например образца мочи, крови или другой жидкости тела, собранного в нижней части пробирки Р. Движение опускания игл 45 вызывает перфорацию колпачков Т пробирок Р, так что часть газа над образцом С может выходить через полые иглы 45 и гибкие каналы 43А, 43 В к датчикам 41А, 41В анализатора 13. Фиг.4А и 4 В показывают движение проникновения полых игл 45 сквозь колпачки Т пробирок Р, чтобы привестись в положение для отсасывания газа (фиг.4В). Газ в индивидуальной пробирке Р может течь через соответствующий канал 43А, 43 В к датчику 41А, 41 В за счет эффекта избыточного давления, которое создается внутри пробирки из-за накапливания диоксида углерода, развивающегося за счет метаболизма микроорганизмов, если таковые присутствуют, в образце С.

Датчики 41А, 41В способны обнаруживать количество диоксида углерода, присутствующего в индивидуальных анализируемых пробирках, с точностью, достаточной для описываемых ниже целей. Высокая точность, а также длительное или повторяющееся обнаружение не являются необходимыми в противовес требованию традиционных систем, где тенденция концентрации диоксида углерода используется в качестве важного параметра для определения типа микроорганизмов, присутствующих в образце. Наоборот, в соответствии с настоящим изобретением важно в целом присутствие диоксида углерода в качестве признака метаболизма микроорганизмов, присутствующих в образце, чья природа будет определена, при необходимости, в последующей фазе количественного анализа, выполняемого на положительных образцах.

На индивидуальных пробирках Р, содержащихся в штативах R, устройство 15 сортировки выполняет операции, которые будут описаны ниже с особой ссылкой на фиг.5 и 6, в качестве функции количества диоксида углерода, обнаруженного индивидуальными датчиками 41А, 41В.

Устройство 15 сортировки обеспечивает отбор индивидуальных пробирок P, которые пошагово подаются устройством 31 транспортировки из штатива R, чтобы рассортировать их в зону 11 покоя или в штатив 51 ниже (фиг.2), где накапливаются положительные образцы, или также оставление отрицательных образцов в штативе R, которые затем убираются оператором, а пробирки опорожняются или просто выталкиваются из машины-анализатора для последующего обращения оператора с ними.

Более конкретно, в иллюстрированном варианте воплощения устройство 15 сортировки содержит каретку 53, ведомую на практически вертикальных направляющих 55 и обеспеченную движением в соответствии с двойной стрелкой f53 (см. в деталях на фиг.3). Вдоль каретки 53 по направляющим 57 движется движок 59, который несет захватное приспособление 61, снабженное открывающим и закрывающим элементом, управляемым силовым приводом 63, который несет движок 59. Движку 59 сообщается движение в соответствии с двойной стрелкой f59 (фиг.3) вдоль продольного хода каретки 53. Благодаря двойному движению f59 и f53 захватное приспособление 61 может брать индивидуальные пробирки Р из штатива R, который пошагово подталкивается устройством 31 транспортировки, чтобы разгружать их через резервуар 65 в пространство 51 ниже или вставлять их в один или другой из двух штативов R, которые находятся в зоне 11 покоя.

Следует понимать, что количество штативов R в зоне 11 покоя может отличаться от показанного. Например, может быть предусмотрен только один штатив R или более двух штативов R, когда ход захватного приспособления 61 с движком 59 в направлении f59 будет заметно продлен соответствующим образом так, чтобы достигать всех штативов R, расположенных параллельно в зоне 11 покоя.

Фиг.5А-5Е показывают движение захватного приспособления 61, чтобы разгрузить пробирку Р⁺, содержащую положительный образец (т.е. образец, в котором имеется такая бактериальная нагрузка, которая требует дальнейшего анализа, например, посредством посева, чтобы определить тип присутствующих микроорганизмов), через резервуар 65 в пространство 51 ниже. На фиг.5А открытое захватное приспособление опущено к пробирке Р⁺, которая находится над захватным приспособлением и которая была приведена в это положение посредством движения Ш соответствующего штатива, сообщенного устройством 31 транспортировки. На фиг.5 В захватное устройство 61 опущено и закрыто, чтобы зацепить пробирку P⁺. На фиг.5С пробирка поднята посредством вытягивания пробирки Р⁺ из штатива R, так что движением в соответствии с f59 пробирка движется над резервуаром 65 (фиг.5 В), где захватное приспособление 61 открывается, чтобы уронить пробирку P⁺ в резервуар (фиг.5Е). Через резервуар пробирка Р⁺ достигает зоны сбора, откуда оператор заберет все пробирки, которые должны быть подвергнуты анализу в соответствии с известным способом, чтобы определить типы микроорганизмов, присутствующих в образцах, содержащихся внутри пробирок.

Когда образец в пробирке Р, которая должна быть взята захватным приспособлением 61, отрицателен, т.е. когда после одного часа инкубации в зоне 7 инкубации анализаторы 41А или 41 В не обнаружили значительного содержания диоксида углерода в атмосфере, взятой из верхней части пробирки Р, эта пробирка остается в штативе R, а затем проходит без захватывания захватным приспособлением 61 за пределами положения, в котором расположен манипулятор 15.

Образцы, для которых обнаруженное содержание диоксида углерода во внутренней атмосфере пробирки больше минимального уровня (ниже которого пробирка считается отрицательной), но ниже максимального уровня (выше которого пробирка считается положительной), берутся захватным приспособлением 61 и обращаются в соответствии с циклом, схематически представленным на фиг.6А-6Е. На фиг.6А открытое захватное приспособление 61 готово опуститься на пробирку, обозначенную P, которая должна быть подвергнута дальнейшей инкубации. На фиг.6 В захватное приспособление 61 опущено и закрыто на пробирке Р^?. Затем захватное приспособление 61 готовится вытянуть пробирку Р^? в направлении f53 и перенести ее к одному из штативов R, которые находятся зоне 11 покоя, с движением, которое проходит за пределами разгрузочного резервуара 65, как показано на фиг.6С и 6D. Достигнув этого положения, захватное приспособление снижается, чтобы вставить неопределенную пробирку Р' в штатив R зоны 11 покоя (фиг.6Е), затем открывается и поднимается, оставляя пробирку в штативе, затем возвращается в положение захвата для захвата новой пробирки P, содержащейся в штативе R, который пошагово подается устройством 31 транспортировки (фиг.6F).

Таким способом штативы R зоны 11 покоя накапливают индивидуальные неопределенные образцы, содержащиеся в пробирках Р, содержание диоксида углерода которых содержится между двух опорных значений, минимального и максимального, и для которых необходима дополнительная инкубация.

В модифицированном варианте воплощения также возможно предусмотреть подвергание всех неопределенных образцов дальнейшему анализу, чтобы обнаружить тип микроорганизмов, содержащихся в них, не предусматривая таким образом зону 11 покоя или оставляя ее неактивной, или сортируя пробирки, просто подразделяя их на положительные и отрицательные, разгружая таким образом неопределенные образцы в соответствии с процедурой, описанной выше, прямо в резервуар 65 вместе с положительными образцами. Возможно также не предусматривать разгрузочный резервуар, а переносить положительные и неопределенные образцы в зону 11, откуда они забираются вручную для процесса посева или другой процедуры для обнаружения патогенных микроорганизмов внутри них, тогда как на оригинальных штативах R, приходящих из первой зоны инкубации, остаются пробирки с несомненно отрицательными образцами.

В соответствии с дополнительными вариантами воплощения возможно положить отрицательные образцы в разгрузочный резервуар, так что в штативе R, приходящем от зоны инкубации, не остается пробирок. В дополнительной вариации варианта воплощения несомненно отрицательные образцы могут быть перенесены в зону 11 покоя, несомненно положительные образцы могут быть разгружены через резервуар в зону ниже, а неопределенные образцы могут оставаться в штативах, чтобы быть вставленными вновь в зону загрузки.

Важен в основном тот факт, что сортировка выполняется по меньшей мере между положительными пробирками и отрицательными пробирками и предпочтительно между положительными пробирками, отрицательными пробирками и неопределенными пробирками, причем последние подвергаются второй фазе инкубации.

В соответствии с некоторыми вариантами воплощения в зоне 11 покоя могут быть обеспечены средства инкубации, так что неопределенные пробирки Р^? поддерживаются в условиях инкубации при контролируемой температуре, например около 37°С, прямо в зоне 11 покоя, а оттуда обращаются способом, описанным выше, обеспечивая, например, второй анализатор в зоне 11 покоя или перенося индивидуальные штативы из зоны покоя или второй зоны 11 инкубации в зону, в которой датчики 41А, 41В активны.

Однако в соответствии с предпочтительным вариантом воплощения штативы R, которые были заполнены в зоне 11 покоя, забираются оператором, который вставляет их вновь в зону 3 загрузки, так что они подвергаются новому циклу инкубации в зоне 7 инкубации.

Чтобы позволить неопределенным образцам, содержащимся в пробирках P (P) зоны 11 покоя, развить метаболизм микроорганизмов, присутствующих там, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения, в зоне 11 покоя может быть обеспечено устройство, обозначенное как единое целое номером 71, которое впускает кислород или, во всяком случае, газ, содержащий кислород, в индивидуальные пробирки, находящиеся в зоне 11 покоя. Устройство 71 может содержать, например, каретку 73, движущуюся вертикально вдоль направляющих колонн 74 и несущую пару полых игл 75А, 75В, которые могут перфорировать пробирки P, находящиеся в зоне 11 покоя, и вдувать в них кислород или окружающий воздух, подаваемый, например, компрессором, подсоединенным к иглам 75А, 75В посредством гибких каналов. Подача штативов R в зону 11 покоя, чтобы позволить их наполнение неопределенными пробирками P^? и их перфорацию путем прохождения через устройство 71, получается, например, при помощи двух транспортировочных деталей 81А, 81В с устройством, в основном сходным с устройствами 21, 31 транспортировки и не описываемым более подробно.

Таким способом индивидуальные штативы R постепенно наполняются неопределенными пробирками P^?, проходящими ниже каретки 53, и несут каждую пробирку P ниже игл 75А, 75В таким образом, чтобы заставить пробирки получать кислород, который может развить метаболизм микроорганизмов и, следовательно, вытолкнуть штативы R наружу из зоны 11 покоя, чтобы позволить их повторный ввод в зону 3 загрузки.

Устройство будет обеспечено пользовательским интерфейсом, который позволяет общаться с центральным устройством машины, чьи штативы R, вставленные в зоне 3 загрузки, уже перенесли первую фазу инкубации и, следовательно, содержат неопределенные пробирки и которые загружены новыми пробирками, на которых должна выполняться первая инкубация в зоне 7.

Таким образом, машина, будучи обеспечена кодирующими устройствами, связанными со всеми силовыми приводами для обращения со штативами сквозь различные зоны машины, в любой момент может знать, какой штатив содержит пробирки, уже прошедшие первую инкубацию и сейчас находится в фазе второй инкубации, а какие штативы содержат пробирки, которые должны быть подвергнуты первой инкубации, анализу и второй инкубации, при необходимости, если результат пробирок неопределенный. В качестве альтернативы вместо следования индивидуальных пробирок с контролем движений подачи возможно обеспечить систему для считывания штрихкодов или других кодов, привязанных к пробиркам для распознавания каждой пробирки в важных точках их пути через машину.

Пробирки, содержащие неопределенные образцы (пробирки P), приходящие из зоны 11 покоя, раз они были подвергнуты второй фазе инкубации в зоне 7 инкубации (или, в модифицированном варианте воплощения, прямо в зоне 11 покоя), подвергаются новому анализу при помощи анализатора 13. Содержание диоксида углерода, обнаруженное во время второго анализа, сравнивается предпочтительно с индивидуальным пороговым значением. Образцы, содержащие количество диоксида углерода большее, чем пороговое значение, признаются положительными, и следовательно, разгружаются при помощи устройства 15 сортировки в резервуар 65, тогда как образцы, содержащие количество диоксида углерода, меньшее, чем пороговое значение, признаются отрицательными и остаются в штативе, который постепенно выталкивается из зоны 7 за счет воздействия устройства 31 транспортировки.

Пороговое значение, используемое для разграничения после второй инкубации, может быть равным минимальному пороговому значению или максимальному пороговому значению, примененному для сортировки и разграничения пробирок, которые перенесли первую фазу инкубации.

Весь процесс схематически сведен в маршрутную карту фиг.8А, 8В. Маршрутная карта отображает, как индивидуальная пробирка заполняется образцом, подлежащим анализу, и затем вставляется в устройство. После этого пробирка подвергается инкубации в течение периода AT и по окончании инкубации забирается атмосфера из пробирки. Обнаруженное количество диоксида углерода сравнивается с первым пороговым значением S_max и вторым пороговым значением S_min. Если содержание диоксида углерода больше, чем пороговое значение S_max, образец считается положительным и разгружается устройством 15 сортировки через резервуар 65 в пространство 51 ниже. Если количество диоксида углерода меньше порогового значения S_min, образец считается отрицательным и остается в штативе, а затем выталкивается из машины. Если не соблюдается ни одно из условий, и содержание диоксида углерода, следовательно, находится между S_max и S_mj_n, в пробирку добавляется кислород, чтобы позволить продолжение метаболизма, и выполняется вторая инкубация в течение периода времени, который в данном примере длится в течение времени AT, равного времени первой инкубации, хотя это условие не является строго необходимым, и различное время для двух фаз инкубации возможно. По окончании второй инкубации из пробирки забирается атмосфера и содержание диоксида углерода сравнивается с индивидуальным пороговым значением, которым в приведенном примере является пороговое значение S_max, но которое может быть равно пороговому значению S_min, или пороговому значению, отличному от S_max и S_min. Если образец развил количество диоксида углерода, большее, чем S_max, он будет признан положительным, в противном случае он будет признан отрицательным.

Чтобы оптимизировать инкубацию образцов в соответствии с некоторыми вариантами воплощения, в зоне 7 инкубации обеспечиваются перемешивающие устройства, расположенные соответствующим образом вдоль пути подачи штативов. Эти смесители не показаны на фиг.1-6, чтобы упростить чертежи, но один из них схематично представлен на фиг.7 ниже индивидуальной пробирки Р. Смеситель с фиг.7 в общем обозначен номером 100. Он содержит силовой привод 101, например электрический мотор, который приводит во вращение магнитный элемент 103, например магнитный брусок, вставленный внутрь диска, посаженного посредством шпонки на вал мотора 101. Магнитный элемент 103 действует как магнитный носитель для перемешивающего элемента 107, содержащегося в пробирке Р и утопленного в образце С, который находится в пробирке Р. Магнитная связь между элементом 103 и элементом 107 вызывает за счет эффекта вращения вала 101 вращение элемента 107. Последний имеет соответствующую форму, например, с лопастями, чтобы создавать движение наверх образца С, содержащегося в пробирке Р, чтобы оптимизировать ее условия инкубации внутри пробирки P, в которой также содержится питательная среда.

Фиг.7 схематично показывает дополнительный возможный признак устройства с соответствии с настоящим изобретением, состоящий из датчика, обозначенного как единое целое номером 111 и подходящего для обнаружения уровня образца С внутри пробирки Р. Датчик 111 может быть емкостным датчиком или датчиком любого другого типа. Например, он может содержать устройство излучения/приема для обнаружения уровня образца С по прозрачности. Датчик 111 может быть обеспечен вертикальным движением, параллельным оси пробирки Р, чтобы обнаруживать уровень образца С в пробирке. Датчик 111 может быть расположен в любом соответствующем положении внутри устройства 1, например в свободной зоне между зоной 3 загрузки и зоной 7 инкубации, как схематично показано номером 111 на фиг.1, так чтобы определять уровень образца в каждой индивидуальной пробирке во время переноса пробирок, содержащихся в штативах R, выполняемого устройством 21 переноса из зоны 3 загрузки к зоне 7 инкубации.

Определение уровня образца С в каждой пробирке позволяет избежать случайного погружения кончика игл или катетеров 45 внутрь биологического образца, поскольку это обстоятельство может повредить датчики 41А, 41В. Центральное устройство управления машины может хранить уровень образца С, обнаруженный в каждой пробирке Р так, чтобы позволять снижающееся движение каретки 47, которая несет иглы 45, чтобы его всегда было достаточно для перфорации колпачков Т пробирок Р, но так, чтобы иглы не вступали в контакт с образцом.

Способом и оборудованием, описанным выше, возможно сортировать большое количество образцов, содержащихся в пробирках Р, после первого периода инкубации (например, около часа), сортируя их на несомненно положительные образцы, несомненно отрицательные образцы и неопределенные образцы, если таковые имеются. Эти последние для безопасности и упрощенности могут признаваться положительными или могут быть подвергнуты второму циклу инкубации, а следовательно, второй сортировке между положительными образцами и отрицательными образцами в соответствии со способом, схематично сведенным в маршрутную карту с фиг.8А, 8В. И, наконец, независимо от выбранного способа после периода, составляющего максимально 2 часа, можно получить из большого количества образцов первый несомненный результат на несомненно отрицательных образцах и значительное снижение количества образцов, которые должны быть подвержены более длительному и более точному анализу, например, посредством посева, чтобы обнаружить, какие микроорганизмы имеются в образцах, классифицированных как положительные. Следовательно, только эти образцы будут подвергнуты посеву или другому анализу со значительным снижением затрат и рисков.

Это позволяет получить значительные преимущества относительно всех традиционных способов анализа, в частности, описанных во вводной части настоящего изобретения.

Чтобы автоматизировать анализ, выполняемый описанным выше устройством, возможно обеспечить, что индивидуальные пробирки маркируются в фазе производства однозначным кодом. Каждая пробирка, помимо этого, будет обеспечена этикеткой, полоской или чем-либо в этом роде, несущим код, например, в виде штрихкода, связанный в двузначном виде с данными пациента, которому принадлежит образец, содержащийся в пробирке. Оборудование 1 может быть оснащено считывателем штрихкодов или подобным устройством, которое считывает однозначный код, нанесенный, например, на пробирку на этапе производства, и код, относящийся к пациенту, которому принадлежит образец, содержащийся в пробирке. Эти два кода подбираются центральным устройством управления таким образом, что код, относящийся к пациенту, нанесенный, например, посредством полоски вокруг колпачка пробирки, может быть впоследствии удален, чтобы облегчить операции анализа на образцах, считаемых положительными. Эти анализы, например посев, в действительности требуют повреждения пробирки, а следовательно, риска повреждения штрих-кода, который идентифицирует пациента и наносится на колпачок. Соответствие между кодом на пробирке и кодом пациента, произведенное посредством считывающего устройства, связанного с устройством 1, избегает рисков потери данных пациента, которому принадлежит образец, когда пробирка разбивается для выполнения посева.

Последующие операции анализа выполняются автоматически посредством сохранения идентификационного кода пробирки, который соответствует коду пациента, по принципу один к одному и связывания результата анализа с кодом пробирки. По выполнении анализа и получении результата они снова могут быть подобраны к данным пациента простым возвращением данных через взаимосвязанные идентификационный код пациента и идентификационный код пробирки.

Понятно, что чертежи показывают только пример, обеспеченный посредством практической организации изобретения, которое может изменяться по форме и организации, однако без отклонения от рамок концепции, лежащей в основе изобретения. Все ссылочные номера в прилагаемой формуле изобретения обеспечены исключительно для удобства прочтения пунктов формулы в свете описания и чертежа и никоим образом не ограничивают рамки защиты, представленной пунктами формулы.

Изобретение относится к области лабораторной диагностики и может быть использовано для определения присутствия патогенных микроорганизмов в биологических образцах. Устройство для микробиологического анализа образцов жидкостей тела содержит зону инкубации для контейнеров, содержащих указанные образцы, анализатор для анализа внутренней атмосферы указанных контейнеров и систему сортировки для сортировки контейнеров в соответствии с содержанием диоксида углерода, обнаруженным указанным анализатором. При этом система сортировки сортирует контейнеры, приходящие из указанной зоны инкубации, для подразделения указанных контейнеров на положительные контейнеры, предназначенные для анализа для идентификации микроорганизмов, присутствующих в соответствующих образцах; отрицательные контейнеры, на которых не требуется выполнение анализа для идентификации микроорганизмов; неопределенные контейнеры, которые подвергаются второй инкубации. Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение анализа биологических образцов на присутствие патогенных микроорганизмов. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для микробиологического анализа образцов жидкостей тела, содержащее:
- зону инкубации для контейнеров, содержащих указанные образцы;
- анализатор для анализа внутренней атмосферы указанных контейнеров;
- систему сортировки для сортировки контейнеров в соответствии с содержанием диоксида углерода, обнаруженным указанным анализатором;
и в котором указанная система сортировки сортирует контейнеры, приходящие из указанной зоны инкубации, для подразделения указанных контейнеров на:
- положительные контейнеры, предназначенные для анализа для идентификации микроорганизмов, присутствующих в соответствующих образцах;
- отрицательные контейнеры, на которых не необходимо выполнять анализ для идентификации микроорганизмов;
- неопределенные контейнеры, которые подвергаются второй инкубации.

2. Устройство по п.1, в котором указанный анализатор содержит по меньшей мере один недисперсионный инфракрасный датчик (NDIR) диоксида углерода.

3. Устройство по п.1, в котором указанный анализатор содержит по меньшей мере один всасывающий канал, оканчивающийся полой иглой, чтобы отсасывать газ изнутри указанных контейнеров, причем указанная полая игла и указанные контейнеры, сконструированные для движения относительно друг друга, чтобы перфорировать указанные контейнеры посредством указанной иглы.

4. Устройство по п.2, в котором указанный анализатор содержит всасывающий канал, оканчивающийся полой иглой, чтобы отсасывать газ изнутри указанных контейнеров, причем указанная полая игла и указанные контейнеры, сконструированные для движения относительно друг друга, чтобы перфорировать указанные контейнеры посредством указанной иглы.

5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором указанный анализатор содержит два датчика диоксида углерода и два всасывающих канала, оканчивающихся соответствующими полыми иглами, чтобы отсасывать газ изнутри двух контейнеров одновременно, причем указанные полые иглы обеспечены относительным движением проникновения в указанных контейнерах.

6. Устройство по любому из пп.1-4, в котором по меньшей мере указанная зона инкубации поддерживается при контролируемой температуре и в котором в указанной зоне инкубации обеспечены устройства перемешивания, чтобы перемешивать образцы в указанных контейнерах.

7. Устройство по любому из пп.1-4, содержащее: область загрузки для загрузки образцов, подлежащих анализу; конвейер в зоне загрузки, чтобы транспортировать указанные контейнеры вдоль зоны загрузки; устройство транспортировки для транспортировки контейнеров из зоны загрузки в зону инкубации.

8. Устройство по п.7, в котором указанный конвейер в зоне загрузки сконструирован так, чтобы принимать штативы с контейнерами.

9. Устройство по любому из пп.1-4, в котором ниже уровня, на котором организована зона инкубации, организована зона сбора для сбора контейнеров с положительными образцами.

10. Устройство по любому из пп.1-4, содержащее по меньшей мере одну иглу, чтобы вводить кислород или газ, содержащий кислород, в указанные контейнеры.