[发明专利]用于确定微生物的存在和鉴定所述微生物的方法、系统和计算机程序产品

说明书

一种确定至少一种确定的微生物在含一种或多种微生物菌落和培养基的培养皿中的存在的方法和系统及包含被执行时执行本发明方法的指令的计算机可读介质。方法包括获得培养皿的初始图像并对图像应用第一处理来获得像素仅与微生物菌落关联的第一处理图像；对第一处理图像应用第二处理来获得像素与微生物菌落及其周围区关联的第二处理图像；计算初始和第二处理图像间的差异以获得像素仅与培养基关联的第三处理图像；计算第二和第一处理图像间的差异以获得像素仅与周围区关联的第四处理图像；对每个颜色通道计算第三和第四处理图像的平均像素差值来确定特征值；对特征值分类来确定微生物存在指示符值；比较该值与阈值以确定该确定的微生物的存在。

发明领域

本发明涉及用于分析培养皿(Petri dish)中的生物样品的微生物分析领域，所述生物样品包含微生物，并且更具体地涉及用于确定诸如细菌的微生物的存在并鉴定培养皿中的所述微生物的方法、系统和计算机程序。

发明背景

在微生物学领域中公知的是，为了确定特定细菌的存在并鉴定所述细菌，对包括例如微生物、细胞或亚细胞提取物的生物样品的生长进行分析。因此，可以诊断出对应的疾病。

在现有技术中，存在一些用于鉴定细菌的解决方案。该解决方案基于包括监督学习算法的方法，该算法使用称为描述符(descriptor)的标准。该描述符涉及细菌的颜色、形式和结构。

此类方法还使用用于确定分离的细菌菌落的位置的步骤操作。该位置可以以半自动方式由用户提供，或者通过应用特定分割算法以自动方式来提供。然而，提供位置的这两种方法都不准确并且生成一些错误，这致使位置的确定不正确。

公布的专利申请US 2015/0087017公开了一种用于细菌菌落的自动分类的方法。该方法基于培养皿内细菌菌落的分类步骤，所述分类步骤基于诸如针对每个细菌菌落的颜色、形状和轮廓的标准。

然而，此类自动化方法不适用于培养皿内容物的分析。实际上，为了鉴定与培养皿中的细菌菌落相关的特定生物现象及所述细菌菌落与培养基的相互作用，还必须分析所述细菌菌落周围的环境。此类生化反应被生物学家们用来区分不同的微生物，并允许做出或排除诊断假设。

例如，关于分析含有血琼脂培养基的培养皿中微生物的生长，现有技术的方法包括鉴定溶血现象的性质的步骤，以确定琼脂培养基中血细胞降解到何种水平，以表征特定微生物。溶血现象涉及某些微生物产生能够破坏琼脂的血细胞的蛋白质的能力。有三种类型的溶血现象，命名为如下的α、β和γ：

-α-溶血现象产生围绕血琼脂上生长的细菌菌落的绿色变色。这种溶血现象呈现血琼脂的红细胞血红蛋白的部分分解；

-β溶血现象呈现细菌菌落附近的红细胞血红蛋白的完全分解。

-γ溶血现象对应于细菌菌落周围的区域中不存在任何分解。

在其他情况下，细菌和培养基之间的相互作用生成菌落周围的可见伪影(artefact)，诸如特定颜色的出现。这些颜色变化是由于培养基和细菌产生的代谢物之间的化学反应引起的，其中取决于微生物本身的性质，所述化学反应可以解释为阳性或阴性反应。如今，此类步骤由用户提供，用户必须观察培养皿内容物，以确定溶血现象的性质或菌落周围的颜色变化。但是，这种人为分析可能会导致错误。另外，在待分析的培养皿数量增加的情况下，所述鉴定步骤是一个耗时的过程。

因此，需要改进现有技术的方法以允许以有效的方式自动鉴定培养皿中的生物要素。

发明概述

根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定至少一种确定的微生物(诸如至少一种确定的细菌)在包含一种或更多种微生物菌落和培养基的培养皿中的存在的方法，所述培养基适于允许一种或更多种微生物菌落和所述至少一种确定的微生物(如果存在的话)在合适的生长条件下生长，该方法包括：