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微生物自動(dòng)化鑒定系統(tǒng)的工作原理
閱讀：1802發(fā)布時(shí)間：2017-4-17
微生物鑒定的自動(dòng)化技術(shù)近十幾年得到了快速發(fā)展。數(shù)碼分類技術(shù)集數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息及自動(dòng)化分析為一體，采用商品化和標(biāo)準(zhǔn)化的配 套鑒定和抗菌藥物敏感試驗(yàn)卡或條板，可快速準(zhǔn)確地對(duì)臨床數(shù)百種常見分離菌進(jìn)行自動(dòng)分析鑒定和藥敏試驗(yàn)。目前自動(dòng)化微生物鑒定和藥 敏分析系統(tǒng)已在世界范圍內(nèi)臨床實(shí)驗(yàn)室中廣泛應(yīng)用。
一、微生物數(shù)碼鑒定法
早在七十年代中期，一些國(guó)外公司就研究出借助生物信息編碼鑒定細(xì)菌的新方法。這些技術(shù)的應(yīng)用，為醫(yī)學(xué)微生物檢驗(yàn)工作 提供了一個(gè)簡(jiǎn)便、科學(xué)的細(xì)菌鑒定程序，大大提高了細(xì)菌鑒定的準(zhǔn)確性。目前，微生物編碼鑒定技術(shù)已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，并早已商品化和 形成*的不同細(xì)菌鑒定系統(tǒng)。如api、micro-id、rapid、enterotube和minitek等系統(tǒng)。這種鑒定 系統(tǒng)是自動(dòng)化鑒定系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
( 一)數(shù)碼鑒定法基本原理
數(shù)碼鑒定是指通過(guò)數(shù)學(xué)的編碼技術(shù)將細(xì)菌的生化反應(yīng)模式轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模式，給每種細(xì)菌的反應(yīng)模式賦予一組數(shù)碼，建立數(shù)據(jù)庫(kù)或編成檢索 本。通過(guò)對(duì)未知菌進(jìn)行有關(guān)生化試驗(yàn)并將生化反應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字（編碼），查閱檢索本或數(shù)據(jù)庫(kù)，得到細(xì)菌名稱。其基本原理是計(jì)算并 比較數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)每個(gè)細(xì)菌條目對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)生化反應(yīng)出現(xiàn)的頻率總和。隨著電腦技術(shù)的進(jìn)步，這一過(guò)程已變得非常容易。
1．簡(jiǎn)要介紹計(jì)算步驟：
(1)出現(xiàn)頻率（概率）的計(jì)算：將記錄成陽(yáng)性或陰性結(jié)果轉(zhuǎn)換成出現(xiàn)頻率：①對(duì)陽(yáng)性特征，則除以100即得。②對(duì)陰性特征，除以1 00的商被1減去即可。③說(shuō)明：對(duì)“0”和“100”，因這2個(gè)數(shù)太超量，為了使結(jié)果不出現(xiàn)過(guò)小或過(guò)大，而用相似值0.01或0 .99值代替。
(2)在每一個(gè)分類單位中，將所有測(cè)定項(xiàng)目的出現(xiàn)頻率相乘，得出總出現(xiàn)頻率。
(3)在每個(gè)分類菌群中的所有菌的總出現(xiàn)頻率相加，除以一個(gè)分類單位的總出現(xiàn)頻率，乘100，即得鑒定%（%id）
(4)在每個(gè)菌群中，再按%id值大小順序重新排列。將未知菌單次總發(fā)生頻率除以zui典型反應(yīng)模式單次總發(fā)生頻率，得到模式頻率t 值，代表個(gè)體與總體的近似值。t值越接近1，個(gè)體與總體越接近，鑒定價(jià)值越大。按%id大小排序，將相鄰兩項(xiàng)的%id之比為r， 代表著條目與次選條目的差距，差距越大，價(jià)值越大。如果%id≥80，參考t及r值可作出鑒定。
2．在編碼檢索本中檢索數(shù)據(jù)譜得出的結(jié)果有以下幾種形式（以api鑒定系統(tǒng)為例）。
(1)有此數(shù)碼譜:①有一個(gè)或幾個(gè)菌名條目及相應(yīng)的鑒定值（%id和t值）。②對(duì)鑒定結(jié)果好壞的評(píng)價(jià)，*……等。 ③用小括號(hào)列出關(guān)鍵的生化結(jié)果及陽(yáng)性百分率。④有時(shí)，鑒定結(jié)果不佳或有多條菌名條目,需進(jìn)一步補(bǔ)充試驗(yàn)項(xiàng)目才能得出良好的鑒定結(jié) 果。⑤指出某些注意要點(diǎn)，需用“推測(cè)性鑒定”，并將此菌送至參考實(shí)驗(yàn)室；需用“血清學(xué)鑒定”，作進(jìn)一步的證實(shí)等。
(2)無(wú)此數(shù)碼譜：可能有以下原因：①此生化譜太不典型。②不能接受，鑒定值低(%id＜80.0)。③可疑。需進(jìn)一步確認(rèn)是否 純培養(yǎng)，重新鑒定，可與供應(yīng)商技術(shù)服務(wù)部。
3. 結(jié)果解釋
(1)如果排序*的細(xì)菌%id≥80.0，則可將未知菌鑒定在此條目中，并按%id值的大小對(duì)鑒定的可信度作出評(píng)價(jià)。%id≥ 99.9和t≥0.75為*的鑒定；%id 99.0~98.9之間，t≥0.5為很好的鑒定；%id 90.0~98.9之間，t≥0.25為好的鑒定；%id 80.0~89.9之間為可接受的鑒定。
(2)如果*條目的%id＜80.0，則將前2個(gè)條目的%id加在一起，若仍不足80.0，則將前3個(gè)%id相加。若≥80. 0，則有2種可能：①為同種細(xì)菌，可能是不同生物型。②為同一菌屬的不同種。
如果相加的幾個(gè)條目既不屬于同一細(xì)菌種，又不屬于同一細(xì)菌屬，在評(píng)價(jià)中會(huì)指出“補(bǔ)充生化反應(yīng)”的項(xiàng)目及陽(yáng)性反應(yīng)率， 可通過(guò)這些生化反應(yīng)將幾種菌區(qū)分開來(lái)。若前3個(gè)條目的和＜80.0，則為不可接受的結(jié)果。
二、自動(dòng)化的微生物鑒定和藥敏試驗(yàn)分析系統(tǒng)
自動(dòng)化的微生物鑒定和藥敏試驗(yàn)分析系統(tǒng)在臨床微生物實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用，為微生物檢驗(yàn)工作者對(duì)病原菌的快速診斷和藥敏試驗(yàn)提供了有力工 具。鑒定系統(tǒng)的工作原理因不同的儀器和系統(tǒng)而異。不同的細(xì)菌對(duì)底物的反應(yīng)不同是生化反應(yīng)鑒定細(xì)菌的基礎(chǔ)，而試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度取決 于鑒定系統(tǒng)配套培養(yǎng)基的制備方法、培養(yǎng)物濃度、孵育條件和結(jié)果判定等。大多鑒定系統(tǒng)采用細(xì)菌分解底物后反應(yīng)液中ph的變化，色原 性或熒光原性底物的酶解，測(cè)定揮發(fā)或不揮發(fā)酸，或識(shí)別是否生長(zhǎng)等方法來(lái)分析鑒定細(xì)菌。
藥敏試驗(yàn)分析系統(tǒng)的基本原理是將抗生素微量稀釋在條孔或條板中，加入菌懸液孵育后放入儀器或在儀器中直接孵育，通過(guò)測(cè)定細(xì)菌生長(zhǎng) 的濁度，或測(cè)定培養(yǎng)基中熒光指示劑的強(qiáng)度或熒光原性物質(zhì)的水解，觀察細(xì)菌的生長(zhǎng)情況。在含有抗生素的培養(yǎng)基中，濁度的增加提示細(xì) 菌生長(zhǎng)，根據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)解釋敏感或耐藥。
( 一)半自動(dòng)化細(xì)菌鑒定和/或藥敏分析系統(tǒng)
1．vitek-atb半自動(dòng)細(xì)菌鑒定和藥敏分析系統(tǒng)
vitek-atb是生物-梅里埃公司產(chǎn)品，由計(jì)算機(jī)和讀數(shù)器兩部分組成，計(jì)算機(jī)程序包括atb和api的鑒定數(shù)據(jù) 庫(kù)、atb的藥敏數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析系統(tǒng)及藥敏專家系統(tǒng)。鑒定和藥敏反應(yīng)板在機(jī)外孵育后，一次性上機(jī)讀取結(jié)果，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行 分析和處理，并報(bào)告細(xì)菌鑒定和藥敏結(jié)果。
2．a(chǎn)utoscan-4半自動(dòng)細(xì)菌鑒定和藥敏分析系統(tǒng)
autoscan-4是由dade microscan公司生產(chǎn)，由計(jì)算機(jī)和讀數(shù)器兩部分組成。鑒定和藥敏反應(yīng)板在機(jī) 外孵育后，一次性上機(jī)，自動(dòng)判讀鑒定和藥敏試驗(yàn)結(jié)果；亦可人工進(jìn)行判讀，將編碼輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)軟件評(píng)定結(jié)果。有鑒定及鑒定 藥敏復(fù)合板兩種測(cè)試卡。
3．bbltm crystaltm半自動(dòng)細(xì)菌鑒定系統(tǒng)
bbltm crystaltm半自動(dòng)細(xì)菌鑒定系統(tǒng)是bd公司產(chǎn)品，將傳統(tǒng)的酶、底物生化呈色反應(yīng)與先進(jìn)的熒光增強(qiáng)顯 色技術(shù)結(jié)合以設(shè)計(jì)鑒定反應(yīng)*組合。反應(yīng)板在機(jī)外孵育后，上機(jī)自動(dòng)判讀鑒定結(jié)果。配套提供獨(dú)立分裝的鑒定用肉湯試管，確保無(wú)菌狀 態(tài)，使用方便。配套比濁儀可快速調(diào)配所需濁度的菌液
4．a(chǎn)utoreader半自動(dòng)細(xì)菌鑒定和藥敏分析系統(tǒng)
autoreader半自動(dòng)細(xì)菌鑒定和藥敏分析系統(tǒng)是trek diagnostic systems&n bsp;ltd.產(chǎn)品，由計(jì)算機(jī)和讀數(shù)儀等組成。采用熒光測(cè)定法，反應(yīng)板在機(jī)外作定時(shí)孵育后，上機(jī)讀數(shù)，由sams軟件評(píng)定測(cè)定 結(jié)果，也可通過(guò)sams系統(tǒng)人工確認(rèn)法輸入計(jì)算，或*由人工輸入作評(píng)定。所用鑒定板和藥敏板與全自動(dòng)機(jī)型中的反應(yīng)板是一樣的。
5．抑菌圈直徑測(cè)量?jī)x
抑菌圈直徑測(cè)量?jī)x有biomic（giles scientific inc），accuzone&nbs p;system (accumed international inc) ，si rscan (sirscan) 等三種單板讀取機(jī)，已在臨床應(yīng)用。經(jīng)孵育后的藥敏平板，被儀器的圖象分析 系統(tǒng)識(shí)別并計(jì)算抑菌圈直徑。根據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)告藥敏試驗(yàn)結(jié)果。這些儀器可減少人工測(cè)量抑菌圈直徑大小差異及主觀判斷錯(cuò)誤。bio mic系統(tǒng)宣稱能根據(jù)抑菌圈大小來(lái)計(jì)算mic，值得注意的是該類儀器對(duì)抑菌圈內(nèi)模糊生長(zhǎng)或微小的菌落不能正確識(shí)別，而這些菌落對(duì) 細(xì)菌的耐藥性的判定至關(guān)重要，讀取每個(gè)平板時(shí)必須進(jìn)行人工觀察。
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