ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ЖИДКОГО ОБРАЗЦА Российский патент 2018 года по МПК G01N21/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к оптической системе и способу для выполнения в реальном времени анализа жидкого образца, содержащего определение характеристики в зависимости от времени жидкого образца, содержащего множество объектов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Анализ в реальном времени жидких образцов применяется во многих технических областях, где желательно определять изменение объектов в образце. Упомянутые анализы в реальном времени часто требуют большого расхода времени, если требуется высокоточный результат. Анализ в реальном времени применяется, в частности, для определения чувствительности объектов в образце к одному или более выбранным веществам, например, чувствительности к антибиотикам в жидких образцах, которые применяются, например, для определения типов микроорганизмов, присутствующих в образце, или для определения того, чувствителен ли микроорганизм в образце к выбранным антибиотикам, чтобы тем самым найти антибиотики для лечения пациента, инфицированного микроорганизмом.

Тестирование на чувствительность к антибиотикам применяется в больницах, поликлиниках, на медицинских производственных предприятиях, производственных предприятиях продуктов питания и напитков и т.п. Большое число разных химических веществ и стандартных процедур и очень большое число тестов, выполняемых ежегодно, дают возможность получения промышленностью значительной пользы от растущих повсюду микроорганизмов. Многие из известных тестов занимают длительное время, например, из-за длительных инкубационных периодов тестов, требуют чрезмерного количества персонала, например, для выделения и выращивания микроорганизма в чашках Петри или подобным образом, и/или являются очень дорогими.

Так как известные тесты на чувствительность часто занимают много времени, врачи обычно назначают антибиотики широкого спектра действия инфицированным пациентам, независимо от того, что чаще всего можно было бы воспользоваться антибиотиками более узкого спектра действия, нацеленными непосредственно на причину заболевания. Даже когда выполняется тест на чувствительность, и находятся антибиотики узкого спектра действия, нацеленные непосредственно на причину, стандартным решением является продолжение лечение антибиотиками широкого спектра действия, поскольку установлено, что прекращение лечения антибиотиками до завершения является одной из ведущих причин резистентности к антибиотику.

Поскольку применение антибиотиков широкого спектра действия сопряжено с более высоким риском образования полирезистентных патогенных микроорганизмов в сравнении с риском при применении антибиотиков узкого спектра действия, то существует потребность в выполнении тестов на чувствительность в максимально сжатые сроки.

Один из наиболее распространенных выполняемых тестов на чувствительность состоит в тестировании мочи на инфекции мочевыводящих путей (UTI). Упомянутые тесты на чувствительность часто выполняются в центральной лаборатории, что может дополнительно увеличить срок получения результатов тестов.

После того, как найден оптимальный антибиотик для уничтожения микроорганизмов, часто важно определить концентрацию антибиотика, которую следует назначить, (минимальную подавляющую концентрацию (MIC)). Данный тест может создать дополнительную задержку прежде, чем можно будет назначить оптимальное лечение.

Существующие способы испытаний требуют применения большого числа разных химических веществ и стандартизованных процедур. Стандарты в США поддерживаются организацией CLSI (Института клинических и лабораторных стандартов). Стандарты описывают детали тестов, например, как следует организовывать тесты, включая инокуляцию (концентрации), расстояния выделения, температуры, контроль результатов роста, инкубационные периоды. Инкубационные периоды тестов могут изменяться от нескольких часов (например, 16-24 часов) до нескольких суток (например, 3-6 суток).

Несколько попыток обеспечения усовершенствованного анализа в реальном времени сделаны, в частности, с целью сокращения времени теста, чтобы использовать автоматизированные процедуры тестов или уменьшить затраты.

Заявка US 2008/0268469 раскрывает анализатор макрочастиц, который позволяет измерять одну или более маркированных макрочастиц в состоянии течения как в прямом, так и в обратном направлениях потока. Линию тока частиц («порцию») можно формировать в объеме текучей среды посредством, например, колебания текучей среды взад-вперед в капилляре; порцией можно управлять так, чтобы вызывать колебания через зону измерения для анализа.

Патент US 6,153,400 раскрывает способ и устройство для выполнения тестирования на чувствительность к микробным антибиотикам, содержащее одноразовые многокамерные планшеты для определения чувствительности и автоматизированный манипулятор планшетов и прибор для получения и обработки изображений. Планшеты для определения чувствительности инокулируют микроорганизмом, и антимикробное(ые) средство(а) вносят так, что микроорганизм подвергается воздействию множества разных концентраций или градиенту каждого антимикробного средства. Затем планшеты помещают в прибор, который контролирует и измеряет рост микроорганизмов. Полученные таким образом данные используются для определения чувствительности микроорганизма к антибиотикам. Упомянутая система автоматизирует тестирование на чувствительность к антимикробным средствам с использованием твердых сред и стандартную отчетность о результатах по методу Кирби-Бауэра. Система является частично автоматической, но манипулирует с агаровыми дисками для диффузионных тестов.

Патент US 4,448,534 раскрывает устройство для автоматического электронного сканирования каждой лунки многолуночного планшета, содержащего много жидких образцов. Свет источника, предпочтительно, одиночного источника, проходит сквозь лунки к матрице фоточувствительных элементов, по одному на каждую лунку. Существует также элемент калибровки или сравнения, принимающий свет. Электронное устройство считывает каждый элемент последовательно, быстро выполняя цикл сканирования без физического перемещения каких-либо частей. Полученные сигналы сравниваются с сигналом из элемента сравнения и с другими сигналами или сохраненными данными, и определения выполняются и отображаются или распечатываются. Тем самым, можно решить такие вопросы, как минимальные подавляющие концентрации (MIC) лекарств и идентификация микроорганизмов.

Заявка US 2012/0244519 раскрывает систему и способ для выполнения тестирования на чувствительность микробов, при этом система способна определять значение по меньшей мере одного параметра, описывающего микробиологическую активность отдельных биологических организмов в жидком образце. Система содержит сканирующее оборудование для получения изображений с целью формирования по меньшей мере первого оптического среза биологических организмов в жидком образце, и для анализа изображений с целью определения значения, описывающего микробиологическую активность отдельных биологических организмов в образце. Систему можно применять для нескольких образцов одновременно. Сканирование и определение значения можно повторять в течение достаточного периода, пока не получают достаточную информацию.

Вышеописанные тест-системы и способы для определения чувствительности оказались эффективными во многих ситуациях, однако, все же сохраняется потребность в усовершенствованиях, в частности, в отношении выполнения очень быстрого и надежного анализа в реальном времени.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание оптической системы и способа для выполнения в реальном времени анализа жидкого образца, содержащего множество объектов, при этом анализ может выполняться быстро, при одновременном обеспечении высоконадежных результатов.

Дополнительной целью является создание оптической системы и способа, которые можно применить для выполнения теста на чувствительность, который является скоростным и также обеспечивает высоконадежные результаты.

Приведенные и другие цели достигаются с помощью изобретения, определенного в формуле изобретения и описанного ниже.

Было обнаружено, что изобретение и/или его варианты осуществления имеют ряд дополнительных преимуществ, которые будут очевидны специалисту из нижеприведенного описания.

Следует подчеркнуть, что применяемый в настоящем описании термин «содержит/содержащий» следует интерпретировать как открытый термин, т.е. его следует понимать как определяющий присутствие конкретно оговоренного(ных) признака(ов), например, элемента(ов), блока(ов), нечто целого(ых), этапа(ов) компонента(ов) и их комбинации(ий), но не исключает присутствия или дополнения одного или более других оговоренных признаков.

Термин «по существу» в настоящем описании следует понимать как означающий, что содержатся обычные отклонения и допуски изделия.

Оптическая система в соответствии с изобретением пригодна для определения одной или более характеристик в зависимости от времени по меньшей мере части объема жидкости, содержащего множество объектов.

Термин «характеристика», используемый в отношении объема жидкости или его части, в настоящем описании служит для обозначения любого свойства или комбинации свойств, которые можно определить оптически, или которые можно вывести из них. Примеры подходящих характеристик представлены ниже. Применяемая характеристика предпочтительно является характеристикой, которая относится к некоторому свойству объектов в объеме жидкости, например, состоянию или росту, когда объекты являются микроорганизмом, или состоянию коррозии, когда объекты являются металлом.

В нижеследующем описании термин «характеристика», при использовании в единственном числе, следует интерпретировать как включающий в себя также множественное значение термина, если из текста не ясно, что упомянутый термин означает одну характеристику.

Термин «объект» означает любой материал в объеме жидкости, который не растворяется в жидкости и может быть обнаружен оптически, например, посредством светорассеивающей оптической системы или светопоглощающей оптической системы. Объекты предпочтительно являются частицами или кластерами частиц. Примеры частиц описаны ниже. В варианте осуществления объекты являются газовыми пузырьками.

В нижеследующем описании термин «объект», при использовании в единственном числе, следует интерпретировать как включающий в себя также множественное значение термина, если из текста не ясно, что упомянутый термин означает единственный объект.

Оптическая система в соответствии с изобретением содержит

- оптический узел обнаружения, содержащий по меньшей мере одно устройство получения изображений, сконфигурированное с возможностью получения изображений области получения изображения;

- устройство для образцов, содержащее по меньшей мере один контейнер для образца, пригодный для удержания образца объема жидкости;

- средство перемещения, сконфигурированное с возможностью перемещения области получения изображения через по меньшей мере одну часть контейнера для образца для выполнения цикла сканирования по траектории сканирования через часть контейнера для образца; и

- систему анализа-обработки изображений.

Оптическая система запрограммирована с возможностью выполнения последовательных циклов сканирования через по меньшей мере одну часть контейнера для образца, при этом каждый цикл сканирования содержит получение изображений упомянутой области получения изображения посредством оптического узла обнаружения во множестве положений области получения изображения по мере того, как упомянутая области перемещается по меньшей мере по одной траектории сканирования цикла сканирования.

В общем, желательно, чтобы одно изображение получалось в каждом из множества положений. Упомянутые положения в последующем называются также «положениями получения изображений» области получения изображения.

Система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определения набора признаков в форме набора значений для каждого из множества объектов, зафиксированных на изображениях из каждого соответствующего цикла сканирования, и определения для каждого цикла сканирования по меньшей мере одного производного результата. Производный результат выводится из множества наборов значений и представляет производный результат, полученный из соответствующих последовательных циклов сканирования в зависимости от времени.

Траектория сканирования может иметь любую требуемую длину. Траектория сканирования определяется программированием блока перемещения и положением между устройством для образцов и оптическим узлом обнаружения. Термин «последовательные циклы сканирования» означает множество циклов сканирования, выполненных непосредственно один за другим или с выбранным(и) интервалом или интервалами времени. Последовательные циклы сканирования могут быть одинаковыми или могут отличаться друг от друга.

Термин «признак» означает в настоящем описании свойство объекта объема жидкости. Признак относится к объекту, а не ко всему объему жидкости или части, в которой выполняется определение. Набор признаков означает несколько признаков для одного и того же объекта. Набор признаков определяется в форме набора значений, которые дают возможность выполнять обработку данных даже в случае, когда признаки относятся к совсем разнородным типам.

В то время, как набор признаков определяется для соответствующих объектов, производный результат определяется для каждого цикла сканирования выводом из множества наборов значений. Это означает, что производный результат является мерой не отдельных объектов, а, скорее, мерой всех объектов, используемых при определении одновременно.

Оптическая система в соответствии с изобретением оказалась очень быстродействующей и надежной, и выяснилось, что определения изменений объектов в объемах жидкости можно идентифицировать и анализировать очень быстро и с высокой надежностью. Полагают, что данный улучшенный эффект объясняется такой причиной, что оптическая система выполняет определения на соответствующих объектах, а производный результат является мерой всех объектов, используемых при определении. В случае, когда признак отдельного объекта, например, претерпевает изменение в течение длительного интервала времени (например, 1 часа), производный результат, содержащий исследуемый признак для множества таких объектов, будет статистически намного быстрее отражать изменение объектов. Одновременно, можно существенно ослабить нежелательный шум, поскольку оптическая система выполняет оптическое измерение на отдельных объектах.

Объекты, для которых определяются наборы значений, могут быть аналогичного типа, или объекты могут быть разными. В варианте осуществления объекты, для которых определяются наборы значений, состоят из одного и того же материала или происходят из одного и того биологического семейства. Полученные изображения в соответствующих положениях получения изображений содержат изображения множества объектов, предпочтительно, множества объектов для каждого цикла сканирования.

Объекты, изображенные при соответствующем цикле сканирования, могут быть одинаковыми или могут отличаться друг от друга.

В варианте осуществления производный результат выводится из множества наборов значений с предварительно выбранным усилением.

В варианте осуществления производный результат выводится с предварительно выбранным усилением, при этом усиление выбирается для усиления производного результата относительно ожидаемого изменения, где ожидаемое изменение является изменением, которое адаптировано для контроля, например, изменением скорости роста или износа.

В варианте осуществления, в котором ожидаемое изменение можно указать вариацией признака, производный результат выводится с предварительно выбранным усилением, заключающимся в том, что производный результат содержит вариацию значений для по меньшей мере одного признака из соответствующих наборов признаков.

В варианте осуществления производный результат выводится с предварительно выбранным усилением, заключающимся в том, что производный результат содержит вариацию значений для по меньшей мере одного признака из соответствующих наборов признаков, а также среднее значений и/или медианное значение значений для того же по меньшей мере одного признака из соответствующих наборов признаков.

В варианте осуществления производный результат выводится с предварительно выбранным усилением в форме предварительно выбранного смещения.

Производный результат выводится с предварительно выбранным смещением, означающим, что значения для по меньшей мере одного признака из соответствующих наборов признаков применяются с предварительно выбранным смещением при определении производного результата.

Формулировка «значение для по меньшей мере одного признака из соответствующих наборов признаков» означает каждое значение для исследуемого признака для каждого из объектов. Предварительно выбранное смещение может быть любым смещением, обеспечивающим, что значения для одного или более признаков из соответствующих наборов признаков не применяются с равным весовым коэффициентом. Предварительно выбранное смещение может быть, например, таким, что дробная часть наименьшего значения для признака умножается на меньший весовой коэффициент, чем дробная часть наибольшего значения для данного признака. В варианте осуществления предварительно выбранное смещение содержит отклонение значений выше или ниже некоторого порога. В варианте осуществления предварительно выбранное смещение содержит базисные значения из поднаборов значений из наборов значений.

В предпочтительном варианте смещение выбрано с возможностью усиления производных результатов, которые указывают на ожидаемый(ые) изменение(ия) характеристики, при этом ожидаемое изменение является изменением, которое адаптировано с возможностью тестирования на, например, изменение скорости роста или износа.

Благодаря получению производного результата из множества наборов значений с предварительно выбранным смещением, изменение характеристики будет наблюдаться даже быстрее, чем в случае, когда наборы значений применяются с одинаковым весовым коэффициентом, поскольку даже незначительное изменение немногих из объектов будет заметно, когда производные результаты получают с предварительно выбранным смещением.

В предпочтительном варианте множество объектов, изображаемых в ходе одного из последовательных циклов сканирования, изображается также в ходе множества других последовательных циклов сканирования. Тем самым можно выполнить очень быстрое определение любых изменений исследуемой характеристики. В предпочтительном варианте и для повышения разрешающей способности, объекты, изображаемые в ходе соответствующего цикла сканирования, являются, по существу, идентичными в том смысле, что приблизительно по меньшей мере 90% объектов, изображенных в ходе одного цикла сканирования, изображаются также в ходе остальных циклов сканирования, предпочтительно, всех остальных циклов сканирования из последовательных циклов сканирования.

В варианте осуществления жидкий образец составляет весь объем жидкости, подлежащий исследованию. Однако, в большинстве случаев достаточно выполнять определение для части объема жидкости.

В варианте осуществления образец представляет больший объем жидкости, когда ожидается, что изменение образца должно быть как в большем объеме жидкости. В варианте осуществления жидкий образец является частью объема всего объема жидкости. Когда объем жидкости является, по существу, однородным, возможно, достаточно определять характеристику для части образца от всего объема жидкости.

В принципе, объем жидкого образца относительно объема всей жидкости может иметь любое значение, например, от 0,0001% и вплоть до 100%, в зависимости от размера объема всей жидкости. В варианте осуществления жидкий образец является конкретным отобранным образцом объема жидкости, при желании, разведенным для повышения разрешающей способности. Объем жидкого образца может быть, например, несколько микролитров или даже меньше, например, от 0,1 мкл до 1 мл.

В варианте осуществления жидкий образец является пошагово или непрерывно изменяющейся частью объема жидкости. В данном варианте осуществления устройство для образцов предпочтительно содержит по меньшей мере одно отверстие для подачи и/или отведения жидкого образца в устройство для образцов и из него, при желании, данное отверстие или отверстия содержит(ат) клапан для регулирования и/или управления течением через отверстие(ия). Устройство для образцов может дополнительно содержать насос для регулирования и/или управления течением через отверстие(ия). Контейнер для образца может быть, например, подобным контейнеру, описанному в заявке WO 2011/107102. Описание, касающееся формы и работы устройства для образцов, описанного в заявке WO 2011/107102, включено в настоящую заявку путем отсылки.

Благодаря простоте системы выяснилось, что оптическую систему можно обеспечить в очень компактной и экономичной форме, которая делает систему подходящей для относительно быстрого выполнения тестов на чувствительность на месте эксплуатации, при одновременном обеспечении высоконадежных результатов.

Производный результат, полученный из соответствующих последовательных циклов сканирования в зависимости от времени, может быть представлен любым подходящим способом, например, на экране или на бумаге. Для представления часто применяется компьютер. Представление можно осуществлять в форме кривой или в форме списка чисел.

Система анализа-обработки изображений предпочтительно запрограммирована с возможностью сравнения производных результатов с эталоном, например, заданным установленным значением или кривой, или чем-то подобным. Эталон является, например, указателем ожидаемого результата, если образец является положительным на некоторый микроорганизм, реакцию на антибиотик или прочее, что относится к тесту. В варианте осуществления производный результат, полученный из соответствующих последовательных циклов сканирования в зависимости от времени, может быть представлен в форме его отношения к эталону.

Термин «в зависимости от времени» применяется для указания, что производные результаты смещены во времени с нижеописанным сдвигом по времени.

В варианте осуществления объект является частицей или кластером частиц. Частицы могут быть биологического происхождения или небиологического происхождения, или частицы могут быть смесью. В варианте осуществления частицы выбраны из небиологических частиц, например, частиц металла, частиц полимера, кристаллов и их смесей. В варианте осуществления частицы выбраны из биологических частиц, например, частиц бактерий, архебактерий, дрожжей, грибов, пыльцы, вирусов, лейкоцитов, например, гранулоцитов, моноцитов, эритроцитов, тромбоцитов, овоцитов, сперматозоидов, зигот, стволовых клеток, соматических клеток, злокачественных клеток, капель жира и смесей упомянутых частиц.

Как должно быть ясно специалисту, частицы могут быть, в принципе, частицами любого рода, однако, в общем, предпочтительно, чтобы частицы были частицами, которые могут относительно быстро претерпевать изменения, например, когда подвергаются воздействию выбранного условия.

Кластер частиц (называемый также для простоты кластером) означает в настоящем описании группу частиц, которые физически более тесно связаны друг с другом, чем с частицами из другого кластера частиц или частицами, которые не являются частью кластера частиц. Кластер частиц обычно будет состоять из частиц, которые значительно ближе к другим частицам кластера частиц, чем частицы из другого кластера частиц или частицы, которые не являются частью кластера частиц. Термин «значительно ближе» означает в настоящем описании по меньшей мере приблизительно на 10% ближе. В предпочтительном варианте, кластеры частиц по определению включают в себя частицы с расстоянием до другой ближайшей частицы кластера, которое приблизительно на 10% меньше, чем минимальное расстояние от частицы кластера до ближайшей частицы, которая исключена из кластера частиц. В большинстве случаев, непосредственно очевидно, какие частицы формируют часть кластера. Частицы кластера часто находятся в физическом контакте друг с другом.

В варианте осуществления кластер частиц содержит частицы нескольких типов частиц. Данный кластер из частиц нескольких типов можно рассматривать как один объект или, в качестве альтернативы, кластер типовых частиц подразделяется на подкластеры из частиц соответствующих типов. В предпочтительном варианте объект на основе кластера из частиц нескольких типов имеет форму такого подкластера, содержащего выбранный тип частиц. В данном варианте осуществления один или более остальных подкластеров могут формировать отдельные объекты, и/или один или более остальных подкластеров можно считать шумом.

В варианте осуществления кластер частиц является кластером частиц одинакового типа, и объем жидкости, при желании, содержит другие частицы, которые квалифицируются как шум.

В варианте осуществления частицы содержат патогенные микроорганизмы, например, патогенные микроорганизмы, выбранные из патогенных вирусов, патогенных бактерий, паразитирующих организмов, патогенных грибов, прионовые патогенные микроорганизмы и их комбинации. Как выяснилось, оптическая система в соответствии с изобретением является высокоэффективной для выполнения тестов на чувствительность к упомянутым патогенным микроорганизмам.

Патогенный(ые) микроорганизм(ы) могут быть патогенным микроорганизмом любого вида или комбинацией патогенных микроорганизмов, которые могут находиться в жидкой пробе. Примерами патогенных микроорганизмов являются патогенные микроорганизмы, перечисленные Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID) США.

Патогенные микроорганизмы могут быть, например, патогенным микроорганизмом, загрязняющим продукты питания, например, Bacillus cereus, Campylobacter jejuni, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Cryptosporidium parvum, Escherichia coli 0157:H7, Giardia lamblia, гепатитом A, Listeria monocytogenes, вирусом Норфолк, подобным вирусу Норфолк или норовирусом, Salmonellosis, Staphylococcus, Shigella, Toxoplasma gondii, Vibrio, Yersiniosis.

Настоящее изобретение полезно, в частности, в случае, когда объект представляет собой или содержит патогенный микроорганизм, который вызывает заболевание у людей или животных.

Производный результат относится к характеристике, подлежащей определению таким образом, что производный результат, определяемый в зависимости от времени, т.е. определяемый с выбранным интервалом времени или интервалами времени, обеспечивает информацию о характеристике. Производный результат может содержать информацию о нескольких характеристиках, при желании. Производный результат может быть в форме значения или нескольких значений для исследуемых характеристик, или производный результат может быть в форме символа, например, знака включено/выключено, знака да/нет, знака истина/ложь или аналогичного двоичного знака.

В варианте осуществления оптической системы характеристика содержит какую-то одну или более из геометрической характеристики, например, размера или формы; характеристики взаимодействия со светом, например, контраста, светорассеивающих свойств, поглощения, прозрачности, числа частиц в кластере, расстояния между частицами в кластере, расстояния между кластерами, формирования или переформирования частиц или кластеров частиц или однородности/неоднородности образца.

Характеристика, которая должна определяться в зависимости от времени, может быть, в принципе, любой характеристикой, которая может изменяться со временем. Характеристика предпочтительно выбирается в зависимости от образца, подлежащего тестированию и с учетом того, на что предполагается тестировать образец. Если, например, образец тестируют на присутствие микроорганизма, который изменяет форму с течением времени, то характеристика предпочтительно содержит геометрическую характеристику, а если образец тестируют на разрушение частиц, когда разрушение влияет на взаимодействие частицы со светом, характеристика предпочтительно содержит характеристику взаимодействия со светом.

В варианте осуществления характеристика является многопризнаковым определением, которое обеспечивает характерный признак для конкретного состояния жидкого образца и частиц в жидком образце. Когда характеристика изменяется, характерный признак изменяется, и, следовательно, можно сделать вывод, что состояние жидкого образца и частиц также изменяется.

Характерный признак может быть, например, характерным признаком мгновенного состояния или может быть характерным признаком развивающегося состояния.

В варианте осуществления характеристика является характеристикой, которая будет претерпевать изменение, если частица или частицы соответствующих объектов подвергаются износу, нарастанию разрушения или смерти.

В варианте осуществления, в котором образец содержит частицы материала, которые подлежат тестированию на износ (например, коррозию или разбухание), например, из-за химического и/или механического воздействия, которому образец может подвергаться между или во время циклов сканирования, характеристика(и) предпочтительно выбирается(ются) так, чтобы содержать одну или более геометрических характеристик и/или одну или более характеристик взаимодействия со светом.

В варианте осуществления, в котором образец первоначально не содержит никаких частиц, но в котором ожидается формирование частиц, например, путем кристаллизации, характеристика(и) предпочтительно выбирается(ются) так, чтобы содержать одну или более геометрических характеристик и/или одну или более характеристик взаимодействия со светом. Пока первые несколько частиц формируются, производный результат обычно будет равен 0 или будет символом для 0. Затем рост частиц может сопровождаться производным результатом в зависимости от времени.

В варианте осуществления, в котором образец, возможно, содержит микроорганизмы, которые во время роста формируют биопленки, характеристика выбирается так, чтобы содержать формирование или переформирование частиц или кластеров частиц. Таким образом, когда производный результат, получаемый из соответствующих циклов сканирования, представляется в порядке цикла сканирования, можно наблюдать, сформировалась ли или собирается ли формироваться одна или более биопленок. В предпочтительном варианте производный результат содержит также информацию, относящуюся к положению упомянутых биопленок, что может обеспечивать дополнительную информацию об организме в образце.

В варианте осуществления характеристика является характеристикой, которая будет претерпевать изменение, если частица или частицы соответствующих объектов представляют собой или содержат живые частицы.

В варианте осуществления характеристика обеспечивает характерный признак, показывающий, представляют ли собой или содержат ли объекты живые частицы. В предпочтительном варианте характеристика обеспечивает характерный признак, показывающий состояние роста, например, скорость роста, потребление питательных элементов, состояние питательных элементов, показатель смертности или другие состояния роста.

Объем жидкости может быть объемом жидкости любого типа, при этом жидкий образец является по меньшей мере частично жидким во время выполнения циклов сканирования.

Оптическая система может быть оптической системой любого типа, содержащей оптический узел обнаружения, устройство для образцов и средство перемещения, и систему анализа-обработки изображений, запрограммированную как определяется в формуле изобретения. В варианте осуществления оптическая система подобна описанным в заявках US 2011/0261164, US 2012/0327404, US 2012/0244519 или в совместно рассматриваемой заявке DK PA 2012 70800 с изменением в том, что оптическая система запрограммирована с возможностью выполнения последовательных циклов сканирования через часть контейнера для образца, при этом каждое сканирование содержит получение изображений в положениях получения изображений области получения изображения посредством оптического узла обнаружения по меньшей мере по одной траектории сканирования цикла сканирования; и система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определения набора признаков в форме набора значений для каждого из множества объектов, зафиксированных на изображениях из соответствующих циклов сканирования, и определения для каждого цикла сканирования по меньшей мере одного производного результата, причем производный результат выводится из множества наборов значений, и представления производного результата, полученного из соответствующих последовательных циклов сканирования в зависимости от времени.

Оптическая система предпочтительно содержит осветительное устройство для освещения образца, предпочтительно, по оптической оси таким образом, что электромагнитные волны направляются к устройству для образцов и устройству получения изображений. Осветительное устройство может представлять собой или может содержать источник света любого типа, испускающий электромагнитные волны любого вида, видимые или невидимые. Источник света может быть лазерным источником, например, например, источником света с генерацией суперконтинуума, обычным источником света или любым другим источником света, который пригоден для тестирования, подлежащего выполнению.

Осветительное устройство может иметь соединение с оптическим узлом обнаружения или входить в него, или может быть отдельным осветительным устройством. Оптическая система может содержать несколько осветительных устройств. В варианте осуществления осветительное устройство закреплено к оптическому узлу обнаружения неподвижным соединением.

В варианте осуществления осветительное устройство и оптический узел обнаружения расположены с возможностью получения изображения в виде отражающих изображений, т.е. осветительное устройство и оптический узел обнаружения расположены с одной стороны устройства для образцов.

Оптическая система запрограммирована с возможностью выполнения последовательных циклов сканирования через по меньшей мере одну часть контейнера для образца, содержащего образец, таким образом, что весь образец или его часть сканируется множество раз. В принципе, множество последовательных циклов сканирования могут быть циклами сканирования разных частей образца, в частности, когда образец является относительно однородным. В предпочтительном варианте множество последовательных циклов сканирования содержит несколько циклов сканирования первой части образца. В варианте осуществления оптическая система запрограммирована с возможностью выполнения нескольких сканирований первой части образца и нескольких сканирований второй части образца, с обеспечением, тем самым, основания для наблюдения, является ли образец неоднородным, или развивается ли образец неоднородным образом. В варианте осуществления образец изменяется частично или полностью, непрерывно или ступенчато, между определениями.

В предпочтительном варианте оптическая система сконфигурирована с возможностью получения упомянутых изображений упомянутой области получения изображения в упомянутом множестве положений, при этом упомянутая область получения изображения находится в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца.

Выражение «при этом упомянутая область получения изображения находится в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца» означает, что область получения изображения перемещается пошагово и находится в неподвижном состоянии между шагами перемещения во время получения изображения.

В соответствии с изобретением обнаружилось, что, когда упомянутая область получения изображения находится в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца в положениях, в которых получаются соответствующие изображения, система в соответствии с изобретением еще более оптимизирована для высокоскоростных и очень надежных определений изменений объектов в объемах жидкости.

В варианте осуществления контейнер для образца выполнен с возможностью вмещения образца в, по существу, неподвижном состоянии во время цикла сканирования.

Выражение, что образец находится в, по существу, неподвижном состоянии, означает, что жидкий образец не претерпевает течения или турбулентного перемещения. Частицы в образце могут перемещаться, например, вследствие броуновского движения и/или перемещений отдельных живых объектов, и/или перемещения, вызванного средством перемещения.

Контейнер для образца предпочтительно выполнен в форме для обеспечения как можно меньшего перемещения жидкого образца, содержащегося в данном контейнере, чтобы образец не претерпевал течения или турбулентного перемещения во время цикла сканирования. В варианте осуществления контейнер выполнен в форме только с одним отверстием, например, полостью с крышкой или без крышки.

В предпочтительном варианте оптическая система сконфигурирована с возможностью получения упомянутых изображений упомянутой области получения изображения в упомянутом множестве положений, при этом образец в контейнере для образца находится в, по существу, неподвижном состоянии.

Получение изображений в то время, как образец находится в, по существу, неподвижном состоянии, обеспечивает получение как можно более четких изображений, что дает очень высокую разрешающую способность, которая делает ненужной маркировку объектов.

В варианте осуществления оптическая система запрограммирована с возможностью выполнения последовательных циклов сканирования со сдвигом по времени между соответствующими циклами сканирования.

Сдвиг по времени определяется как время между началами соответствующих циклов сканирования.

В предпочтительном варианте сдвиг по времени между двумя циклами сканирования составляет по меньшей мере приблизительно 0,1 секунд, например, от приблизительно 1 секунды до приблизительно 24 часов, например, от приблизительно 5 секунд до приблизительно 10 часов.

Последовательные циклы сканирования выполняются со сдвигом по времени между последовательными циклами сканирования. Сдвиги по времени могут быть равны между собой или отличаться друг от друга. Оптимальный сдвиг по времени между последовательными циклами сканирования зависит, в частности, от образца и объектов в образце. В принципе, сдвиг по времени может быть настолько коротким, насколько позволяет оптический узел обнаружения. Однако, если несколько циклов сканирования один за другим не показали никакого изменения исследуемой характеристики, то часто будет полезно применять более длительный сдвиг по времени при последующем цикле сканирования, пока не будет заметно изменение исследуемой характеристики.

В предпочтительном варианте оптическая система запрограммирована с возможностью установки сдвига по времени между циклами сканирования, подлежащими выполнению, в зависимости от производного результата, полученного из одного или более ранее выполненных циклов сканирования, предпочтительно, таким образом, чтобы сдвиг по времени между циклами сканирования, подлежащими выполнению, был относительно длительным, если производные результаты из двух или более ранее выполненных циклов сканирования являются, по существу, идентичными, и таким образом, чтобы сдвиг по времени между циклами сканирования, подлежащими выполнению, был относительно коротким, если производные результаты из двух или более ранее выполненных циклов сканирования отличаются друг от друга.

Оптическая система запрограммирована с возможностью применения относительно небольшого сдвига по времени в начале определения, например, для нескольких первых циклов сканирования. Если производный результат не изменяется, то оптическая система предпочтительно запрограммирована на увеличение сдвига по времени, пока не будет наблюдаться изменение производного результата, после чего сдвиг по времени уменьшается для получения высокой разрешающей способности изменения производного результата.

Каждый цикл сканирования содержит получение изображений во множестве положений получения изображений области получения изображения посредством оптического узла обнаружения по меньшей мере по одной траектории сканирования цикла сканирования. Число изображений, полученных для каждого цикла сканирования, может быть любым числом, обеспечивающим подходящую разрешающую способность. В варианте осуществления число изображений, получаемых для каждого цикла сканирования, составляет по меньшей мере приблизительно 5, например, до нескольких тысяч. Оптимальное число изображений, получаемых для каждого цикла сканирования, зависит от размера и типа жидкости и объектов, а также от концентрации объектов и типа теста, подлежащего выполнению. Специалист сможет выбрать число, которое является и достаточным и соответствующим для данного теста.

Система анализа-обработки изображений предпочтительно содержит память, в которой сохраняются полученные изображения. В предпочтительном варианте данные, касающиеся положения полученных изображений, также сохраняются так, что данные, касающиеся положения полученного изображения и, при желании, составляющих изображений, могут вызываться и сохраняться. Составляющее изображение означает секцию изображения. Размер и другие релевантные данные могут сохраняться, например, в виде метаданных в составляющем изображении.

Система анализа-обработки изображений предпочтительно запрограммирована с возможностью анализа полученных изображений, например, посредством разбиения их на составляющие изображения, которые анализируются дополнительно. Сегментация предпочтительно содержит процесс разделения цифрового изображения на несколько сегментов (наборов пикселей, известных также как суперпиксели). Цель сегментации состоит в упрощении и/или изменении представления изображения в нечто, что имеет больший смысл и удобнее анализировать. Сегментацию изображений обычно используют для определения местонахождения частиц и границ (линий, кривых и т.п.) на изображениях. В варианте осуществления сегментация изображений содержит процесс присвоения отметки каждому пикселю в изображении таким образом, чтобы пиксели с одинаковой отметкой имели некоторые общие визуальные характеристики.

В предпочтительном варианте полученное изображение сначала сканируется на дефектные области, например, области с неудовлетворительным уровнем освещенности, области, в которых предмет снаружи контейнера для образца мог загородить изображение, области и признаками течение во время получения изображения и т.п. Упомянутые области затем отбрасываются из остальной процедуры. Затем выполняется сегментация частиц в остальной части полученного изображения.

Сегментация предпочтительно содержит идентификацию каждого сегмента в изображении, который может представляться как изображение частицы. В предпочтительном варианте каждый идентифицированный сегмент копируется из остальной части изображения, и данное составляющее изображение предпочтительно обрабатывается несколькими фильтрами, например, фильтром формы, размерным фильтром, контрастным фильтром, фильтром интенсивности и т.п.

Когда допускается, что составляющее изображение содержит изображение объекта, например, частицы (в фокусе или не в фокусе), то данное изображение допускается для дальнейшей обработки. После того, как все возможные частицы в исходном изображении идентифицированы и запротоколированы, исходное изображение может быть сохранено для дальнейшего использования.

В варианте осуществления допускается, что составляющее изображение содержит изображение частицы, если составляющее изображение проходит один или более фильтров, и составляющее изображение является после этого кандидатом на содержание изображения частицы, и, поэтому, составляющее изображение протоколируется и сохраняется. Допущенное составляющее изображение может подвергаться дополнительной обработке, например, обработке, описанной в совместно рассматриваемой патентной заявке DK PA 2012 70800. В варианте осуществления допущенные составляющие изображения дополнительно сортируются по форме, цвету, размеру, фокусировке или расфокусировке или другим оптически обнаружимым свойствам, и, предпочтительно, составляющие изображения одного и того же объекта, найденного из множества составляющих изображений одного цикла сканирования, собираются в пакет, и, наконец, определяется набор признаков для соответствующих объектов. Термин «составляющее изображение» в настоящей заявке используется для обозначения секции полученного изображения, содержащего объект в фокусе или не в фокусе. Термин «пакет составляющих изображений» используется для обозначения числа составляющих изображений одного и того же объекта, полученных в ходе одного и того же цикла сканирования.

В варианте осуществления набор признаков, найденных для цикла сканирования конкретного объекта, получают как описано в совместно рассматриваемой патентной заявке DK PA 2012 70800. Термин «объект», применяемый в заявке DK PA 2012 70800, означает допущенные составляющие изображения, а в настоящей заявке упомянутый термин имеет вышеопределенное значение.

Траектории сканирования для соответствующих циклов сканирования могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга. При более простом определении, траектория сканирования для соответствующих циклов сканирования является, по существу, одинаковой, т.е. одна и та же траектория проходится в одном и том же или противоположном направлении сканирования. В предпочтительном варианте траектория сканирования является прямолинейная траектория или кольцевая траектория. В варианте осуществления средство перемещения сконфигурировано с возможностью перемещения области получения изображения через образец в контейнере для образца посредством перемещения контейнера для образца. В варианте осуществления контейнер для образца перемещается по одной или более прямолинейных траекторий. В варианте осуществления контейнер для образца перемещается посредством вращения. Контейнер для образца может содержать несколько секций контейнера для образца, каждую для отдельного образца. В варианте осуществления контейнер для образца содержит множество секций контейнера для образца, расположенных по кольцевой схеме вокруг центра, и средство перемещения сконфигурировано с возможностью перемещения области получения изображения через образцы в секциях контейнера для образца посредством вращения содержащегося образца, с центром в качестве центральной оси. Вращательное движение можно одновременно использовать для добавления вещества в какой-то один или более из образцов посредством предварительного размещения вещества в канале, ведущем в направлении от центра к одному или более образцам. При вращении контейнера для образца с выбранной скоростью вращения, вещество будет принудительно подаваться центробежными силами в один или более контейнеров образца.

В варианте осуществления система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определения наборов значений для предварительно заданного набора признаков, содержащего по меньшей мере N признаков, где N равно 1 или более, например, 2 или более, например, 3 или более, например, 4 или более, например, до приблизительно 100.

Число N может быть любым целым числом. В большинстве случаев, N будет выбираться из значений от приблизительно 3 до приблизительно 100.

Определение наборов значений может выполняться, например, как описано в заявке DK PA 2012 70800.

В варианте осуществления признак и набор признаков подобны описанным в заявке DK PA 201270800.

Признаки могут быть любыми признаками, которые по одному или в комбинации с другими признаками можно использовать для определения исследуемой характеристики.

Можно определить и реализовать много разных признаков. Каждый из многих признаков можно определить, например, вычислить для каждых частиц в цикле сканирования, но, обычно, в качестве набора признаков выбирается ограниченное число признаков. В предпочтительном варианте признаки в наборе признаков должны выбираться с возможностью обеспечения как можно большей информации, касающейся исследуемой характеристики.

С помощью нескольких экспериментов специалист может выбрать подходящие признаки и набор признаков для данного теста.

В варианте осуществления набор признаков содержит признаки, основанные на пороговом составляющем изображении в фокусе, как например:

• пространственные дескрипторы, например, площадь, длина периметра, площадь охватывающей окружности и т.п., и/или

• морфологические дескрипторы, например, выпуклость, эксцентриситет, коэффициент формы и т.п., и/или

• двоичные моменты.

В варианте осуществления набор признаков содержит признаки, основанные на полутоновом варианте сфокусированного составляющего изображения, как например:

• контраст, свойства светорассеяния, поглощение и т.п., и/или

• различные типы полутоновых моментов, и/или

• признаки, выделяемые в Фурье-пространстве сфокусированного полутонового изображения, и/или

• зернистость.

В варианте осуществления набор признаков содержит признаки, основанные на цветном варианте сфокусированного составляющего изображения, как например:

• доминирующий цветной растр, и/или

• цветовой тон.

В варианте осуществления набор признаков содержит признаки, основанные на информации из пакета составляющих изображений одного и того же объекта в фокусе и не в фокусе, как например:

• сигнатуры/дескрипторы различных фокусировочных кривых составляющих изображений, например, полная ширина на полувысоте (FWHM), площадь под кривой (AUC), вариация между кривой и сглаженной кривой и т.п., и/или

• сигнатуры/дескрипторы различных кривых интенсивности составляющих изображений, например, полная ширина на полувысоте (FWHM), площадь под кривой (AUC), вариация между кривой и сглаженной кривой и т.п., и/или

• сигнатуры/дескрипторы кривых, сформированных применением полутоновых/двоичных признаков к отдельному составляющему изображению в пакете составляющих изображений,

• оценка временных параметров пакета,

• карта распределения фазы и поглощения, характеристика броуновского движения и автономного перемещения, и/или

В варианте осуществления система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определения значений для набора признаков, содержащего по меньшей мере один из

• признаков, относящихся к несфокусированному составляющему изображению из пакета составляющих изображений,

• признаков, относящихся к полутоновым вариантам сфокусированного составляющего изображения,

• признаков, относящихся к цветным вариантам сфокусированных объектов,

• признаков, относящихся к пороговым вариантам сфокусированного составляющего изображения, и/или

• признаков, относящихся как к сфокусированному, так и к несфокусированному составляющему изображению

В варианте осуществления признаки, относящиеся к несфокусированному составляющему изображению, могут содержать что-то одно из

• окружности частицы (формы),

• размера частицы (площади поперечного сечения),

• отношение между наибольшим и наименьшим диаметрами,

• отклонение цвета (степени отклонение цвета), и/или

• доминирующий цветной растр.

В варианте осуществления признаки, относящиеся к сфокусированному составляющему изображению, содержат по меньшей мере что-то одно из

• окружности частицы (формы),

• размера частицы (площади поперечного сечения),

• отношение между наибольшим и наименьшим диаметрами,

• отклонение цвета (степени отклонение цвета),

• доминирующий цветной растр, и/или

• число составляющих частиц внутри окружности частицы.

В варианте осуществления признаки, относящиеся как к несфокусированному составляющему изображению, так и к сфокусированному составляющему изображению, содержат по меньшей мере что-то одно из

• различия(ий) по окружности частицы (формы) от одного составляющего изображения к другому из пакета составляющих изображений,

• различия(ий) по размеру частицы (площади поперечного сечения) от одного составляющего изображения к другому из пакета составляющих изображений,

• различия(ий) по отношению между наибольшим и наименьшим диаметрами от одного составляющего изображения к другому из пакета составляющих изображений,

• различия(ий) по отклонению цвета (степени отклонения цвета) от одного составляющего изображения к другому из пакета составляющих изображений,

• различия(ий) по доминирующему цветному растру от одного составляющего изображения к другому из пакета составляющих изображений,

• различия(ий) по цвету от одного составляющего изображения к другому из пакета составляющих изображений, и/или

• расстояния между соответствующими объектами.

Производный результат выводится из наборов значений наборов признаков. По меньшей мере, два набора значений используются для получения производного результата, и, предпочтительно, для повышения точности все наборы значений цикла сканирования используются для получения производного результата. При получении производного результата для цикла сканирования можно использовать другие параметры, например, предварительно установленные постоянные величины или параметры или алгоритм усиления.

Производный результат предпочтительно имеет форму одного значения или множества значений. В варианте осуществления производный результат имеет форму одной или более частот, одного или более двоичных сигналов, которые подобны или показательны для вышеописанной исследуемой характеристики.

В варианте осуществления производный результат имеет форму числа N₂ значений, при этом число N₂ значений составляет, предпочтительно, от 2 до числа N значений соответствующих наборов значений для соответствующих N признаков набора признаков.

В варианте осуществления число N₂ больше, чем N₁. В варианте осуществления число N₂ больше, чем N₁ на число значений до 5, при этом дополнительные значения могут содержать, например, значение для нескольких объектов, для которых определяется набор признаков.

В варианте осуществления оптическая система выполнена так, что на образец (т.е. часть исследуемого объема жидкости) в контейнере для образца можно оказывать внешнее воздействие во время последовательных циклов сканирования, при этом внешнее воздействие является, например, нагреванием, охлаждением, облучением, воздействием магнитным полем, электрическим воздействием, давлением, центробежными силами, вибрациями или другими механическими силами, например, продавливанием образца через сужение для формирования целевого эффекта.

Посредством оказания внешнего воздействия на образец можно, например, ускорить тест или перемешать элементы в контейнере для образца.

В варианте осуществления оптическая система сконфигурирована с возможностью определения множества характеристик в зависимости от времени для жидкого образца.

В предпочтительном варианте оптическая система сконфигурирована с возможностью определения одной или более характеристик в зависимости от времени жидкого образца, содержащего множество первых объектов и множество вторых объектов. Таким образом, характеристики для объектов двух или более типов (а именно первых объектов и вторых объектов) могут определяться одновременно. В предпочтительном варианте система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определения набора признаков в форме набора значений для каждого из множества первых объектов, зафиксированных на изображениях из соответствующих циклов сканирования, и набора признаков в форме набора значений для каждого из множества вторых объектов, зафиксированных на изображениях из соответствующих циклов сканирования, и определения для каждого цикла сканирования по меньшей мере одного производного результата.

Первые объекты и вторые объекты представляют собой, предпочтительно, разные типы, например, разные типы микроорганизмов, при этом система анализа-обработки изображений способна проводить различие между первыми объектами и вторыми объектами. В варианте осуществления оптическая система сконфигурирована с возможностью определения одной или более характеристик в зависимости от времени жидкого образца, содержащего множество каждых из нескольких типов объектов, например, из 3 или более типов объектов. Типы объектов отличаются друг от друга по по меньшей мере одному оптически обнаружимому свойству.

В варианте осуществления оптическая система сконфигурирована с возможностью определения одной или более характеристик в зависимости от времени по меньшей мере двух образцов одновременно. Таким образом, несколько тестов могут выполняться одновременно, например, для тестирования на чувствительность. Система предпочтительно запрограммирована с возможностью продолжения выполнения последовательных циклов сканирования, пока производный результат для одного из образцов не отличается значительно от производного результата для другого из образцов.

В варианте осуществления оптическая система сконфигурирована с возможностью определения одной или более характеристик в зависимости от времени для от 2 до 200 образцов одновременно. Полный тест на чувствительность для данной инфекции может выполняться данной оптической системой очень быстро, при желании, в течение нескольких минут. В предпочтительном варианте система запрограммирована с возможностью добавления по меньшей мере одного вещества в один или более из образцов и/или оказания внешнего воздействия на один или более из образцов перед, во время или между последовательными циклами сканирования.

Вещества могут быть, например, питательным элементом, агентами (бактерицидами, антибиотиками и т.п.), разбавляющей жидкостью, регулятором уровня pH, поверхностно-активными веществами и их комбинациями. В варианте осуществления система запрограммирована с возможностью удаления по меньшей мере одного вещества из одного или более из образцов. Удаление может выполняться, например, фильтрацией жидкости из образца(ов).

В варианте осуществления оптическая система адаптирована для определения и для регулирования характеристики в зависимости от времени по меньшей мере части объема жидкости, содержащего множество объектов. В данном варианте осуществления оптическая система дополнительно содержит конфигурацию с обратной связью, выполненную с возможностью оказания воздействия на образец и/или объем жидкости в ответ на найденную характеристику.

Воздействие является предпочтительно воздействием, которое модифицирует весь объем жидкости или только часть объема жидкости.

В варианте осуществления воздействие содержит одно или более внешних воздействий, например, нагревание, охлаждение, облучение, воздействие магнитным полем, электрическое воздействие, давление, центробежные силы, вибрации или другие механические силы. В варианте осуществления воздействие содержит добавление одного или более веществ, например, питательных элементов, агентов (бактерицидов, антибиотиков и т.п.), разбавляющей жидкости, регулятора уровня pH или поверхностно-активных веществ. В варианте осуществления воздействие содержит исключение одного или более веществ, например, жидкости через фильтр. Посредством данного варианта осуществления можно почти без задержки по времени отслеживать и регулировать/настраивать реакцию, изменение или отсутствие изменения.

В варианте осуществления оптическая система запрограммирована с возможностью регулирования характеристики в соответствии с предварительно выбранной схемой, при этом предварительно выбранная схема может быть неизменной схемой или схемой, которая изменяется в зависимости от времени.

Схема может соответствовать, например, предпочтительным параметрам для разработки ферментативного процесса или другого развивающегося процесса в объеме жидкости.

В варианте осуществления предварительно выбранная схема является диапазоном параметров одного или нескольких признаков, при этом каждая точка в схеме обеспечивает характерный признак состояния жидкости и/или объектов в жидкости. Схему можно выбирать очень узкой, с таким расчетом, чтобы, в принципе, данная схема представляла один единственный характерный признак, или схему можно устанавливать шире для включения в нее диапазона аналогичных, но не идентичных характерных признаков. Единственный характерный признак может быть, например, характерным признаком количества питательного элемента на объект, а диапазон аналогичных характерных признаков может быть диапазоном количеств питательных элементов на объект.

В варианте осуществления оптическая система запрограммирована с возможностью регулирования характеристики, чтобы она была, по существу, постоянной.

В варианте осуществления оптическая система запрограммирована с возможностью регулирования характеристики только жидкого образца.

В варианте осуществления оптическая система запрограммирована с возможностью регулирования характеристики всего объема жидкости.

В варианте осуществления оптическая система запрограммирована с возможностью регулирования характеристики объема воды, при этом характеристика обеспечивает характерный признак чистоты объема жидкости, и оптическая система запрограммирована с возможностью поддерживания объема воды достаточно чистым соответственно предварительно выбранному установленному значению посредством добавления как можно меньшего количества вещества в объем воды. Данный вариант осуществления можно применять, например, в бассейне или системе питьевой воды, где количество вводимых химических веществ, например, хлорида, следует поддерживать как можно меньшим.

Изобретение относится также к способу определения характеристики в зависимости от времени объема жидкости, содержащего множество объектов.

Способ содержит этап выполнения последовательных циклов сканирования через по меньшей мере одну часть жидкого образца объема жидкости с помощью по меньшей мере одного устройства получения изображений, сконфигурированного с возможностью получения изображений области получения изображения, при этом каждое сканирование содержит перемещение области получения изображения по меньшей мере по одной траектории сканирования через по меньшей мере одну часть образца и получение изображений во множестве положений получения изображений области получения изображения, и

этап определения набора признаков в форме набора значений для каждого из множества объектов, зафиксированных на изображениях из каждого соответствующего цикла сканирования, и определения для каждого цикла сканирования по меньшей мере одного производного результата, причем производный результат выводится из множества наборов значений, и представления производного результата, полученного из последовательных циклов сканирования, в зависимости от времени.

Способ в соответствии с изобретением можно выполнять, предпочтительно, с помощью вышеописанной оптической системы. Способ можно дополнительно выполнять с различными вышеописанными предпочтениями.

В предпочтительном варианте способ содержит этап обеспечения условия, чтобы упомянутая область получения изображения находилась в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца во время получения упомянутых соответствующих изображений упомянутой область получения изображения в упомянутом множестве положений.

Для обеспечения высокой разрешающей способности изображений желательно, чтобы область получения изображения находилась в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца в каждом из положений области получения изображения, в которой получают изображение. Таким образом, определения изменений объектов в объемах жидкости выполняются еще быстрее и надежнее.

В варианте осуществления способ содержит этап удерживания образца в, по существу, неподвижном состоянии в течение цикла сканирования.

Удерживание образца в, по существу, неподвижном состоянии в течение цикла сканирования дополнительно повышает разрешающую способность и, тем самым, скорость и надежность определения. Несмотря на то, что жидкий образец не подвергается течению или турбулентному перемещению, его можно перемещать совместно с контейнером образца, предпочтительно, пошагово таким образом, что соответствующие изображения получаются, предпочтительно, между пошаговыми перемещениями.

Чтобы обеспечить очень высокую разрешающую способность, желательно, чтобы способ содержал удерживание образца в, по существу, неподвижном состоянии в положениях получения изображений области получения изображения во время получения соответствующих изображений.

Получение изображений в то время, когда образец находится в, по существу, неподвижном состоянии, обеспечивает получение как можно более четких изображений, что дополнительно дает очень высокую разрешающую способность, которая делает ненужной маркировку объектов.

В варианте осуществления способ содержит этап непрерывного выполнения последовательных циклов сканирования в течение предварительно заданного времени, при этом время может быть установлено в связи с типом ожидаемых объектов в объеме жидкости. При выполнении теста на износ, желательным установленным значением обычно является число раз сканирования.

В варианте осуществления способ содержит этап продолжения выполнения последовательных циклов сканирования, пока не заканчивается выполнение предварительно выбранного числа циклов сканирования.

В варианте осуществления способ содержит этап непрерывного выполнения последовательных циклов сканирования, пока характеристика не достигнет выбранного изменения в форме выбранной разности между производными результатами от первого цикла сканирования до последнего цикла сканирования последовательных циклов сканирования. Таким образом, сканирования могут продолжаться, например, пока не будет замечено значительное изменение, например, пока не станет ясно, эффективен или нет некоторый антибиотик.

В варианте осуществления способ содержит этап добавления по меньшей мере одного вещества в образец до, во время или между выполнениями последовательных циклов сканирования, при этом вещество, предпочтительно является таким, которое описано выше.

В варианте осуществления способ содержит этап оказания внешнего воздействия на образец во время последовательных циклов сканирования, при этом внешнее воздействие является таким, которое описано выше.

В варианте осуществления способ содержит этап определения одной или более характеристик в зависимости от времени в по меньшей мере двух образцах одновременно, например, как описано выше. В предпочтительном варианте способ содержит непрерывное выполнение последовательных циклов сканирования в течение выбранного периода, например, как описано выше, пока производный результат для одного из образцов не отличается значительно от производного результата для другого из образцов.

В варианте осуществления способ содержит этап непрерывного выполнения последовательных циклов сканирования от первого до последнего цикла сканирования, пока производный результат из последнего цикла сканирования не отличается значительно от производного результата из первого цикла сканирования, предпочтительно, при предварительно выбранном максимальном времени тестирования, когда способ заканчивается, даже если никакого отличия между производным результатом из последнего цикла сканирования и производным результатом из первого цикла сканирования не наблюдается.

В варианте осуществления способ содержит этап определения одной или более характеристик в зависимости от времени для от 2 до 200 образцов одновременно, при этом способ предпочтительно содержит добавление по меньшей мере одного вещества, например, описанного выше, в один или более из образцов и/или оказание внешнего воздействия на один или более из образцов до, во время или между последовательными циклами сканирования.

В варианте осуществления способ содержит этап определения и регулирования характеристики в зависимости от времени по меньшей мере части объема жидкости, содержащего множество объектов, при этом способ содержит оказание воздействия на образец и/или объем жидкости в ответ на найденную характеристику. Воздействие является предпочтительно вышеописанной модификацией, негативно применяемой в качестве регулирования с обратной связью.

Все признаки изобретений, включающие в себя диапазоны и предпочтительные диапазоны, можно объединять различными способами в пределах объема изобретения, если не существует конкретных причин, не допускающих объединения упомянутых признаков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется в дальнейшем в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления и примерами.

Фиг. 1 - схематический вид в перспективе оптической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 2 - схематический вид в перспективе другой оптической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - схематическое изображение элементов оптической системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4a, 4b, 4c - изображения соответствующих циклов сканирования изображений дрожжевого образца, описанного в примере 4.

Фиг. 4d - кривая роста дрожжевого образца, описанного в примере 4.

Фиг. 5a, 5b, 5c - изображения соответствующих циклов сканирования изображений образца бактерий acidophilus, описанного в примере 5.

Фиг. 5d - кривая роста образца бактерий acidophilus, описанного в примере 5.

Фигуры являются схематичными и могут быть упрощены для ясности. На всех фигурах, для идентичных или соответствующих частей применяются одинаковые ссылочные позиции.

Оптическая система, показанная на фиг. 1, содержит оптический узел обнаружения 15, при этом показано только несколько элементов данного узла. Оптический узел обнаружения 15 содержит устройство 16 получения изображений и линзу 14, расположенную с возможностью фокусирования к устройству 16 получения изображений. Оптическая система дополнительно содержит устройство 24 подсветки изображений. Осветительное устройство 24 для изображений содержит непоказанный источник света, который может источником света любого типа. Оптическая система дополнительно содержит контейнер 18 образца, пригодный для вмещения образца 12 объема жидкости. Осветительное устройство 24 испускает подходящий световой пучок, направленный на контейнер 18 образца. Контейнер 18 образца изображен с верхней первой защитной пластиной 26 и нижней второй защитной пластиной 28, определяющими высоту в Z-направлении системы координат, при этом X-направление системы координат соответствует направлению по длине контейнера 18 образца, и Y-направление системы координат соответствует направлению по ширине контейнера 18 образца. Первая защитная пластина 26 и вторая защитная пластина 28 выполнены из материала, прозрачного для электромагнитных волн из осветительного устройства 24. В предпочтительном варианте, другие защитные стенки контейнера 18 образца также прозрачны для электромагнитных волн из осветительного устройства 24.

Оптическая система дополнительно содержит непоказанное средство перемещения. Оптический узел обнаружения 15 и контейнер 18 образца расположены так, что область 10 получения изображения образуется по меньшей мере частично, внутри образца 12 в контейнере 18 образца. В предпочтительном варианте, осветительное устройство расположено в фиксированном положении относительно оптического узла обнаружения 15.

Оптическая система дополнительно содержит непоказанную систему анализа-обработки изображений, которая запрограммирована с возможностью определения набора признаков в форме набора значений для каждого из множества объектов, зафиксированных на изображениях из каждого соответствующего цикла сканирования, и определения для каждого цикла сканирования по меньшей мере одного производного результата, как описано выше. Производный результат, полученный из соответствующих последовательных циклов сканирования, предпочтительно представляется расположенным на экране непоказанного ПК.

В процессе использования, осветительное устройство 24 испускает свет к образцу 12 внутри устройства 18 для образцов. Свет распространяется сквозь образец 12 вдоль оптической оси 13 и к линзе 14 и устройству 16 получения изображений, на котором можно получить изображение области 10 получения изображения. Для получения цикла сканирования оптический узел обнаружения 15 и контейнер 18 образца перемещаются непоказанным средством перемещения для перемещения области 10 получения изображения по траектории сканирования, которая может быть траекторией по любому из X-, Y- или Z-направлений или их комбинации. В показанном варианте осуществления предпочтительным является конфигурация, в которой траектория сканирования направлена вдоль X-направления по направлению 20 или в противоположном направлении. Циклы сканирования могут выполняться, например, попеременно, в направлении 20 или в противоположном направлении. Когда область 10 получения изображения перемещается по траектории сканирования, устройством 16 получения изображений собирается множество изображений. В предпочтительном варианте перемещение осуществляется в форме пошаговых перемещений, при этом устройство 16 получения изображений получает изображение для каждого шага. Размер шага можно выбрать соответственно данному образцу.

Область 10 получения изображения может продолжаться, например, за пределы устройства 18 для образцов или по меньшей мере за пределы первой защитной пластины 26 и второй защитной пластины 28 устройства 18 для образцов. Тем самым, полученные изображения могут содержать изображение двух защитных пластин, и данную информацию можно использовать для определения высоты области 10 получения изображения.

Оптическая система, показанная на фиг. 2, подобна оптической системе, показанной на фиг. 1, и содержит оптический узел обнаружения 35 и осветительное устройство 44. Оптический узел обнаружения 35 и осветительное устройство 44 предпочтительно расположены так, что они имеют одну центральную ось, а именно, оптическую ось 33.

Оптический узел обнаружения 35 содержит камеру 36 и объектив 34 для фокусирования света на камеру 36. Между оптическим узлом обнаружения 35 и осветительным устройством 44 оптическая система содержит контейнер 38 образца, который в показанном варианте осуществления заключает в себе образец с множеством объектов 31.

Оптическая система дополнительно содержит непоказанное средство перемещения, выполненное с возможностью перемещения оптического узла обнаружения 35 и контейнера 38 образца друг относительно друга, например, как указано стрелками. Оптический узел обнаружения 35 и контейнер 38 образца расположены так, что по траектории сканирования в контейнере 38 образца образуется множество положений получения изображений области получения изображения.

Оптическая система дополнительно содержит непоказанную систему анализа-обработки изображений, запрограммированную как описано выше.

Оптическая система, показанная на фиг. 3, содержит оптический узел обнаружения 55 и осветительное устройство 54. Оптический узел обнаружения 55 и осветительное устройство 54 предпочтительно расположены так, что они имеют одинаковую центральную ось, а именно, оптическую ось.

Оптическая система дополнительно содержит множество контейнеров 58 образцов, расположенных между оптическим узлом обнаружения 55 и осветительным устройством 54. Оптическая система дополнительно содержит средство 57 перемещения, выполненное с возможностью перемещения оптического узла обнаружения 55 и контейнеров 58 образцов друг относительно друга, например, перемещения контейнеров образцов, как указано стрелками. Оптический узел обнаружения 55 и контейнеры 58 образцов расположены так, что вдоль траекторий сканирования в соответствующих контейнерах 58 образцов образуется множество положений получения изображений области получения изображения.

Средство 57 перемещения соединено с контроллером 51 перемещения, запрограммированным с возможностью управления перемещением средства 57 перемещения.

Оптическая система дополнительно содержит систему 52 анализа-обработки изображений, запрограммированную с возможностью определения набора признаков в форме набора значений для каждого из множества объектов, зафиксированных на упомянутых изображениях из каждого соответствующего цикла сканирования, и определения для каждого цикла сканирования по меньшей мере одного производного результата, при этом производный результат выводится из множества наборов значений, и передачи производного результата, полученного из соответствующих последовательных циклов сканирования в зависимости от времени в блок 56 представления, например, на экран или принтер.

Контроллер 51 перемещения предпочтительно объединен с системой 52 анализа-обработки изображений, которая также запрограммирована с возможностью выполнения последовательных циклов сканирования через по меньшей мере одну часть упомянутого контейнера для образца, при этом каждый цикл сканирования содержит получение изображений во множестве положений получения изображений области получения изображения посредством оптического узла обнаружения по по меньшей мере одной траектории сканирования в соответствующих контейнерах 58 образцов.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Контроль варки пива

Варка пива содержит несколько этапов, включающих в себя этап ферментации. Ферментация в процессе варки представляет собой превращение углеводов в спирты и диоксид углерода или органические кислоты, с использованием дрожжей, бактерий или их комбинации в анаэробных условиях.

Ферментация выполняется в большом баке. Оптическая система, подобная вышеописанной, установлена на баке таким образом, что образец из бака может непрерывно втягиваться в контейнер для образца оптической системы.

Сусло и, при желании, другие ингредиенты, подлежащие ферментации, вводят в бак. Добавляют некоторое количество дрожжей, и процесс ферментации начинается. В то время, как ферментация начинается непрерывно, образцы проходят из бака пошагово с низкой скоростью, например, 5 мл/мин через контейнер для образца. В положениях получения образцов, поток образца временно останавливается так, что образец находится, по существу, в состоянии покоя во время получения. Поток образца возвращается в бак.

Оптическая система запрограммирована с возможностью определения концентрации живых и активных дрожжевых клеток, а также соотношения между живыми и мертвыми дрожжевыми клетками. Обеспечивается регулирование питающих пакетов в устройство подачи для добавления сахара и фосфорной кислоты (H3PO4). Посредством добавления сахара и фосфорной кислоты (H3PO4) можно регулировать размножение и продолжительность жизни дрожжевых клеток, и тем самым можно получать требуемое содержание алкоголя. Другие ингредиенты также можно вводить по схеме с обратной связью.

Предполагается, что образец является репрезентативным для всего объема в баке.

Оптическая система выполняет последовательные циклы сканирования сквозь поток образца в контейнере для образца, при этом каждый цикл сканирования содержит перемещение области получения изображения по меньшей мере по одной траектории сканирования сквозь поток образца и получение изображений во множестве положений получения изображений области получения изображения. Изображения анализируются в системе анализа-обработки изображений оптической системы, и анализ содержит определение набора признаков в форме набора значений для каждого из множества объектов, зафиксированных на изображениях из каждого соответствующего цикла сканирования и определение для каждого цикла сканирования по меньшей мере одного производного результата, при этом производный результат выводится из множества наборов значений. Набор признаков выбирается так, что он отражает по меньшей мере какую-то одну из характеристик: a) концентрацию живых и активных дрожжевых клеток или b) соотношение между живыми и мертвыми дрожжевыми клетками. Производный результат, полученный из последовательных циклов сканирования в зависимости от времени, представляется в форме схемы питающих пакетов и демонстрацией на мониторе для отслеживания развития ферментационного процесса.

Пример 2

Контроль варки пива

Ферментация выполняется подобно примеру 1 с отличием в том, что оптическая система дополнительно запрограммирована с возможностью контроля выбранного отношения (характерного признака) между некоторыми выбранными веществами в жидкости в баке по мере того, как ферментация развивается, чтобы достичь выбранного вкуса и консистенции для окончания ферментации. Оптическая система определяет одну или более характеристик для характерного признака в зависимости от времени. Когда характерный признак достигается, процесс ферментации завершается.

Пример 3

Контроль чистоты воды

Вода из озера или ручья, или аналогичных водных резервуаров обычно является не совсем чистой, но содержит много разных частиц, в том числе, микроорганизмы. Чистота часто является, по существу, стабильной, но может случаться, что она резко изменяется, например, вследствие загрязнения, например, из-за попадания удобрения или других химических веществ. Посредством контроля воды, упомянутое загрязнение будет очень быстро обнаруживаться, и, при желании, может включаться тревожная сигнализация.

Контроль будет реализовываться посредством измерения «базового уровня» исследуемого водного резервуара. Базовый уровень является характерным признаком, обеспечиваемым множеством характеристик для воды, когда вода находится в состоянии, рассматриваемом как ее стандартное состояние. Характерный признак получают посредством определения нескольких характеристик для нескольких образцов из водного резервуара в стандартном состоянии и для нескольких образцов из водного резервуара в загрязненном состоянии, например, полученном посредством добавления потенциальных загрязняющих элементов к образцам с стандартном состоянии.

Когда характерный признак воды найден, оптическая система запрограммирована с возможностью определения множества характеристик для образцов, которые отбираются из водного резервуара последовательными шагами или попеременно из непрерывного потока образца воды из водного резервуара. Если наблюдается изменение характерного признака, то тревожная сигнализация может быть настроена на включение.

Пример 4

Контроль роста дрожжей

Жидкий образец, содержащий дрожжевые клетки, контролировали в течение 30-часового периода с использованием оптической системы, подобной показанной на фиг. 2. Жидкий образец вводили в контейнер 38 образца, и оптическая система была запрограммирована с возможностью выполнения последовательных циклов сканирования через контейнер 38 образца, при этом каждый цикл сканирования содержал получение изображений области получения изображения посредством оптического узла обнаружения во множестве положений области получения изображения по мере того, как упомянутая область перемещалась по меньшей мере по одной траектории сканирования цикла сканирования. Область получения изображения находилась в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца в положениях области получения изображения во время получения изображений. Одновременно, образец находился в, по существу, неподвижном состоянии.

На каждой 10-й минуте получали цикл сканирования изображений из 40 изображений образца в результате цикла сканирования по траектории сканирования через контейнер для образца. Каждый цикл сканирования изображений анализировали в системе анализа-обработки изображений. Для каждого цикла сканирования изображений применялась 3-мерная сегментация изображения, чтобы отделить дрожжевые клетки в фокусе от фонового 3-мерного изображения. 3-Мерная сегментация изображения содержала удаление профиля освещения, локальную пороговую обработку и морфологическая фильтрация по площади (устранение необычно больших и малых объектов). Функция фокусировки применялась для обеспечения включения только дрожжевых клеток, находящихся точно в фокусе. Затем извлекалась площадь каждой дрожжевой клетки, и вычислялась суммарная площадь дрожжевых клеток. Данный процесс повторялся для всех циклов сканирования изображений в течение периода времени 30 часов, и, наконец, суммарная площадь дрожжевых клеток отражалась графиком в зависимости от времени, как показано на фиг. 4d.

Фиг. 4a, 4b и 4c представляют образец дрожжей в три разных момента времени.

Из каждого цикла сканирования отображается только одно из 40 изображений. На каждой из. Фиг. 4a, 4b, 4c небольшая часть изображения отображена в увеличенном масштабе.

Фиг. 4a представляет изображение из цикла сканирования через 0.17 часов после начала.

Фиг. 4b представляет изображение из цикла сканирования через 6.50 часов после начала.

Фиг. 4c представляет изображение из цикла сканирования через 28.83 часов после начала.

Из изображений, показанных на фиг. 4a, 4b и 4c, можно видеть, что значительные изменения роста трудно увидеть за короткий срок, и ясно, что для визуального определения значительных изменений роста требуется много часов сканирования.

Фигура 4 представляет площадь дрожжевых клеток в зависимости от времени. Кривая на фиг. 4d очень подробно показывает, как дрожжевые клетки развивались в течение 30 часов. Например, можно легко определить и, например, можно видеть, что кривая роста имеет латентную фазу, логарифмическую фазу и фазу замедления.

Кроме того, из кривой можно также видеть, что значительные изменения могут наблюдаться в течение нескольких часов.

Пример 5

Контроль роста бактерий acidophilus

Жидкий образец, содержащий бактерии acidophilus, контролировали в течение периода 20 часов с помощью оптической системы, подобной показанной на фиг. 2. Жидкий образец вводили в контейнер 38 образца, и оптическая система была запрограммирована с возможностью выполнения последовательных циклов сканирования через контейнер 38 образца, при этом каждое сканирование содержит получение изображений области получения изображения посредством оптического узла обнаружения во множестве положений области получения изображения по мере того, как она перемещается по меньшей мере по одной траектории сканирования цикла сканирования. Область получения изображения находилась в состоянии покоя относительно контейнера для образца в положениях области получения изображения в процессе получения изображений. Одновременно, образец находился в, по существу, неподвижном состоянии.

На каждой 5-й минуте получали цикл сканирования изображений из 20 изображений образца в результате цикла сканирования по траектории сканирования через контейнер для образца. Каждый цикл сканирования изображений анализировали в системе анализа-обработки изображений. Для каждого цикла сканирования изображений применялся метод 3-мерной сегментации, чтобы допускать обнаружение бактерий в фокусе в образце. Функцию фокусировки применяли к каждому объекту для обеспечения условия, чтобы только точно сфокусированные объекты включались в анализ.

Для каждого сфокусированного объекта применяли индивидуальный порог для отделения бактерий от фона. Длина бактерий выделялась из ее морфологической структуры и сохранялась в памяти. Затем средняя длина всех бактерий в образце вычислялась для каждого цикла сканирования изображения. После того, как обрабатывались все интервалы времени, строилась кривая, представляющая среднюю длину в зависимости от времени и показанная на фиг. 5d.

Фиг. 5a, 5b и 5c показывают образец бактерий в три разных момента времени.

Только одно из 20 изображений отображается из каждого цикла сканирования. На каждой из фиг. 5a, 5b, 5c небольшая часть изображения отображена в увеличенном масштабе для более понятного наблюдения.

Фиг. 5a представляет изображение из цикла сканирования через 0.06 часов после начала.

Фиг. 5b представляет изображение из цикла сканирования через 12.85 часов после начала.

Фиг. 5c представляет изображение из цикла сканирования через 19.85 часов после начала.

Из изображений, показанных на фиг. 5a, 5b и 5с, можно видеть, что значительные изменения роста трудно увидеть за короткий срок, и ясно, что для визуального определения значительных изменений роста требуется много часов сканирования.

Фигура 5d представляет длину бактерий acidophilus в зависимости от времени, и кривая очень подробно показывает, как дрожжевые грибки развивались в течение 20 часов. Кроме того, из кривой можно также видеть, что значительные изменения могут наблюдаться в течение нескольких часов, из чего следует, что с использованием оптической системы и способа в соответствии с изобретением можно выполнить очень скорость тест на чувствительность.

Настоящее изобретение относится к оптической системе и способу для выполнения в реальном времени анализа жидкого образца, содержащего определение характеристики в зависимости от времени жидкого образца, содержащего множество объектов. Заявленная группа изобретений включает оптическую систему для определения характеристики в зависимости от времени для по меньшей мере части объема жидкости, содержащего множество объектов и способ определения характеристики в зависимости от времени для объема жидкости, содержащего множество объектов. Причем оптическая система содержит оптический узел обнаружения, содержащий по меньшей мере одно устройство получения изображений, сконфигурированное с возможностью получения изображений области получения изображения, устройство для образцов, содержащее контейнер для образца, для удержания образца упомянутого объема жидкости, причем образец включает в себя по меньшей мере часть из множества объектов, средство перемещения, сконфигурированное с возможностью повторяющегося перемещения упомянутой области получения изображения через по меньшей мере одну часть упомянутого контейнера для образца для выполнения множества последовательных сканирований по траектории сканирования через упомянутую по меньшей мере одну часть упомянутого контейнера для образца для получения изображений области получения изображения, соответственно и систему анализа-обработки изображений, причем оптический узел обнаружения получает изображения области получения изображения во множестве положений во время каждого сканирования области получения изображения, в то время как средство перемещения перемещает область получения изображения по траектории сканирования через по меньшей мере часть упомянутого контейнера для образца, причем контейнер для образца удерживает образец в, по существу, неподвижном состоянии во время каждого сканирования и причем система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определять набор признаков, содержащий набор значений для каждого объекта из множества объектов, зафиксированных на упомянутых изображениях из каждого сканирования, соответственно, и определять для каждого сканирования по меньшей мере один производный результат, который выводится из множества наборов значений, и представлять упомянутый по меньшей мере один производный результат, определенный для множества последовательных сканирований, в зависимости от времени, указывающий на характеристику. Технический результат заключается в создании оптической системы и способа для выполнения в реальном времени анализа жидкого образца, содержащего множество объектов, при этом анализ может выполняться быстро, при одновременном обеспечении высоконадежных результатов, а также в создании оптической системы и способа, которые можно применить для выполнения теста на чувствительность, который является скоростным и также обеспечивает высоконадежные результаты. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Оптическая система для определения характеристики в зависимости от времени для по меньшей мере части объема жидкости, содержащего множество объектов, при этом оптическая система содержит:

- оптический узел обнаружения, содержащий по меньшей мере одно устройство получения изображений, сконфигурированное с возможностью получения изображений области получения изображения;

- устройство для образцов, содержащее контейнер для образца, для удержания образца упомянутого объема жидкости, причем образец включает в себя по меньшей мере часть из множества объектов;

- средство перемещения, сконфигурированное с возможностью повторяющегося перемещения упомянутой области получения изображения через по меньшей мере одну часть упомянутого контейнера для образца для выполнения множества последовательных сканирований по траектории сканирования через упомянутую по меньшей мере одну часть упомянутого контейнера для образца для получения изображений области получения изображения, соответственно; и

- систему анализа-обработки изображений,

причем оптический узел обнаружения получает изображения области получения изображения во множестве положений во время каждого сканирования области получения изображения, в то время как средство перемещения перемещает область получения изображения по траектории сканирования через по меньшей мере часть упомянутого контейнера для образца, причем контейнер для образца удерживает образец в, по существу, неподвижном состоянии во время каждого сканирования; и

причем система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определять набор признаков, содержащий набор значений для каждого объекта из множества объектов, зафиксированных на упомянутых изображениях из каждого сканирования, соответственно, и определять для каждого сканирования по меньшей мере один производный результат, который выводится из множества наборов значений, и представлять упомянутый по меньшей мере один производный результат, определенный для множества последовательных сканирований, в зависимости от времени, указывающий на характеристику.

2. Оптическая система по п. 1, причем упомянутая область получения изображения находится в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца.

3. Оптическая система по п. 1, причем образец в контейнере для образца находится в, по существу, неподвижном состоянии.

4. Оптическая система по п. 1, в которой множество объектов является частицами или кластером частиц, содержащими небиологические частицы и/или биологические частицы.

5. Оптическая система по п. 4, в которой частицы содержат патогенные микроорганизмы.

6. Оптическая система по п. 1, в которой характеристика содержит одну или более из геометрической характеристики, характеристики взаимодействия со светом, числа частиц в кластере, расстояния между частицами в кластере, расстояния между кластерами, формирования или переформирования частиц или кластеров частиц или однородности/неоднородности образца.

7. Оптическая система по п. 1, причем оптическая система дополнительно запрограммирована с возможностью установки сдвига по времени между сканированиями, подлежащими выполнению, в зависимости от производного результата, полученного из одного или более ранее выполненных сканирований.

8. Оптическая система по п. 1, в которой упомянутая система анализа-обработки изображений запрограммирована с возможностью определения наборов значений для предварительно заданного набора признаков, содержащего N признаков, при этом N является целым числом равным 1 или более.

9. Оптическая система по п. 1, причем на образец в контейнере для образца можно оказывать внешнее воздействие во время последовательных сканирований, при этом внешнее воздействие содержит по меньшей мере одно из нагревания, охлаждения, облучения, воздействия магнитным полем, электрического воздействия, давления, центробежных сил, вибраций или механических сил.

10. Оптическая система по п. 1, причем характеристики определяются в зависимости от времени для по меньшей мере двух образцов одновременно, при этом последовательные сканирования продолжают выполняться, пока производный результат для одного из образцов не отличается значительно от производного результата для другого из образцов.

11. Оптическая система по п. 1, дополнительно содержащая конфигурацию с обратной связью, выполненную с возможностью оказания воздействия на образец и/или объем жидкости в ответ на определенную характеристику, причем воздействие содержит одно или более внешних воздействий, добавления одного или более веществ, и/или исключения одного или более веществ.

12. Оптическая система по п. 7, причем характеристика регулируется в соответствии с предварительно выбранной схемой, при этом предварительно выбранная схема может быть одной из неизменной схемы или схемы, которая изменяется в зависимости от времени.

13. Оптическая система по п. 11, причем одно или более внешних воздействий содержит по меньшей мере одно из нагревания, охлаждения, облучения, воздействия магнитным полем, электрического воздействия, давления, центробежных сил, вибраций.

14. Оптическая система по п. 11, причем добавление одного или более веществ содержит добавление по меньшей мере одного из питательных элементов, агентов, разбавляющей жидкости, регулятора уровня pH или поверхностно-активных веществ.

15. Оптическая система по п. 11, причем исключение одного или более веществ содержит исключение жидкости через фильтр.

16. Оптическая система по п. 11, причем сдвиг по времени между сканированиями, подлежащими выполнению, является относительно длительным, если производные результаты из двух или более ранее выполненных сканирований являются, по существу, идентичными, и сдвиг по времени между сканированиями, подлежащими выполнению, является относительно коротким, если производные результаты из двух или более ранее выполненных сканирований отличаются друг от друга.

17. Способ определения характеристики в зависимости от времени для объема жидкости, содержащего множество объектов, при этом способ содержит этапы, на которых:

выполняют повторяющиеся последовательные сканирования через по меньшей мере часть жидкого образца упомянутого объема жидкости с помощью по меньшей мере одного устройства получения изображений, сконфигурированного с возможностью получения изображений области получения изображения, причем каждое сканирование содержит перемещение упомянутой области получения изображения по меньшей мере по траектории сканирования через упомянутую по меньшей мере часть упомянутого жидкого образца и получение изображений во множестве положений получения изображений области получения изображения, соответственно, и причем образец удерживается в, по существу, неподвижном состоянии во время каждого сканирования;

определяют набор признаков, содержащий набор значений для каждого объекта из множества объектов, зафиксированных на упомянутых изображениях из каждого соответствующего сканирования, и определяют для каждого сканирования по меньшей мере один производный результат, который выводится из множества наборов значений, и

представляют упомянутый производный результат, полученный из повторяющихся последовательных сканирований, в зависимости от времени.

18. Способ по п. 17, причем область получения изображения находится в неподвижном состоянии относительно контейнера для образца во время получения изображений упомянутой области получения изображения в упомянутом множестве положений получения изображений.

19. Способ по п. 17, причем повторяющиеся последовательные сканирования выполняются непрерывно в течение предварительно заданного времени, или пока характеристика не достигнет выбранного изменения, содержащего выбранную разность между производными результатами от первого сканирования до последнего сканирования из последовательных сканирований.